用于压电陶瓷片容性负载电源
压电陶瓷致动器外电路是一个容性负载，必须提供供容性负载快速放电的回路
，外电路还有迟滞和蠕变现象。而驱动电源一般可分为电荷控制型和电压控制型。电荷控制型驱动电源基于电容器充电的原理（对外加电压而言，每个压电陶瓷片相当于一只平行板电容器），可以改善压电陶瓷的迟滞和蠕变。电压控制型驱动电源主要有以下两种形式：一种是基于DC/DC变换器原理的开关式驱动电源，其体积小、效率高，但电源输出纹波较大，频响范围也较窄；另一种是直流放大电源，频响范围宽。
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近年来国内对静态压电陶瓷驱动电源的研制取得了一定的进展，但大部分压电陶瓷驱动电源都是由分立性器件组成，结构较复杂，而且容易产生自激振荡，对电源的稳定性会产生影响。而采用高压运放的驱动电源，分辨率能达到mV级，输出纹波较小，不仅提高了电路集成度，而且可靠性也得到加强，因此可用于驱动压电陶瓷致动器。
压电陶瓷致动器驱动电源
1、压电陶瓷致动器对驱动电源的要求
压电陶瓷致动器的驱动电源应具有如下特点：
（1）压电陶瓷致动器的位移输出对外加驱动控制电压的响应速度，主要取决于驱动电源驱动电流的大小，因此驱动电源应具有较大的驱动电流，一般不应小于150mA；
（2）驱动电源的输出控制电压连续可调，对国产压电陶瓷致动器PTBS200系列而言，要求驱动电源输出电压为直流0～200V，连续可调；
（3）为适应高频响应的要求，驱动电源中应具有供容性负载快速放电的回路；
（4）由于压电陶瓷致动器主要应用于微纳米技术领域，所以驱动电源应具有良好的稳定性，其输出纹波电压应控制在很小的范围内；
（5）为实现位移的自动控制，驱动电源最好采用计算机控制。
压电陶瓷致动器外电路是一个容性负载，并有迟滞和蠕变现象。而驱动电源一般可分为电荷控制型和电压控制型。电荷控制型驱动电源基于电容器充电的原理（对外加电压而言，每个压电陶瓷片相当于一只平行板电容器），可以改善压电陶瓷的迟滞和蠕变。电压控制型驱动电源主要有以下两种形式：一种是基于DC/DC变换器原理的开关式驱动电源，其体积小、效率高，但电源输出纹波较大，频响范围也较窄；另一种是直流放大电源，频响范围宽，从发展趋势来看，其应用前景广阔。
2、驱动电源的设计
根据压电陶瓷致动器对其驱动电源的要求，本设计中的电源采用直流放大式电路。整个电源电路主要由计算机与数据采集卡、运算放大电路和高压电路等几部分组成。高压电路提供220V的直流电压，计算机通过LabView8.5控制数据采集卡产生一定的输出波形，得到0～5V的连续可调控制电压；放大电路实现电压的线性放大和功率放大，输出0～200V连续可调的直流电压，并决定着电源输出电压的分辨率和稳定性，是整个电源的关键。
① 高压电路
由于直流电压的稳定性直接影响驱动电源的稳定性，采用220V输出电压的高压电路，主要部分是将市电交流220V变为+220V直流电压的全桥整流供电电路。
② 波形发生电路
良好的输入波形是电源的关键之一，关系到压电陶瓷的伸缩变化。输入波形信号的频率、幅值可变，信号波形好，畸变小，不仅可以消除压电陶瓷本身的迟滞特性和蠕变特性，也能获得更广泛的应用。由于电压精度要求比较高，使用NI公司的具有16位模拟输入输出的多功能数据采集卡6221将数字量转换成模拟量，输出电压为0～5V，电压分辨率达到5/216，约等于0.076mV。采用LabView 8.5编程可以实现任意波形及缓变直流等输出，灵活性强，能满足各种需要。
③高压放大电路
采用美国APEX公司生产的高压运算放大器PA96和高精度运算放大器OP07串联组成串联负反馈放大电路。PA96是一种高压，大带宽的MOSFET运算放大器，输出电流达到1.5A，输出电压接近300V，安全操作区（SOA）没有二次击穿的限制，通过选择合适的限流电阻，可观察到任何负载下的安全操作曲线。PA96的最大失调电压为5mV，对要求分辨率为10mV以下的压电陶瓷驱动电源，其输入特性不能满足要求。在该电源的线性放大部分采用了PA96和OP07串联的复合放大器，从而使输入失调电压由前置放大器OP07控制。由于复合放大器的输入电压为0～5V，输出电压要求为0～200V，因此复合放大器的放大倍数要求为40。但增益过大会影响运放稳定性，因此选定PA96的闭环放大倍数为31，PA96和OP07串联后共同提供的放大倍数为40。根据放大倍数的分配要求可得：
R1=3kΩ，R2=117Ω，R3=180Ω，R4=6kΩ
由于构成负反馈电路，输出电阻非常小（mΩ级），因此具有很强的带负载能力。R5为限流电阻，其值由公式IL=0.68V/R5=125mA可得，这里为5.4Ω。
3、相位补偿与输出保护
自激现象是影响电源稳定性的一个主要因素。当集成运放的开环增益为一定值时，由于相移过大，电路会产生振荡现象，因此应对集成运放进行相位补偿。通常在输入端和输出端外接补偿元件，进行相位补偿。相位补偿不仅能提高运放的稳定性，还能扩展带宽。电路中PA96一级的闭环放大倍数为31，由此计算出其增益为30，根据PA96的数据资料，确定相位补偿电容值CC=10pF，闭环带宽大约为1MHz。OP07输入端的二极管D1、D2提供差模和共模保护，防止瞬态过压，输出二极管D3、D4可对瞬态过压进行保护，防止瞬态过压损坏OP07的输出。PA96放大器输入端的二极管D5、D6、D7、D8把放大器正负输入端的电压钳位在规定范围内，对运放起保护作用。
压电陶瓷片的电容计算与瓷介电容器的容量计算是一样的，
采用平板电容器的计算公式，（注意单位）
C=ε×S／d
C—电容量（F）
ε—介质的介电系数（F／m）
S—电极面积（m2）
d—介质厚度（m）。
压电陶瓷的介质有钛酸钡、锆钛酸铅、铌镁酸铅等也可以制造瓷介电容器
2、压电陶瓷片的厚度，对电压没有影响，但对陶瓷片的电容有影响：越厚、电容越小。 另外，根据金属片的振动特点看，【直径越大，振幅就越大，输出功率相对较大】。
晶体振荡器是指从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片），石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振；而在封装内部添加IC组成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。
1960年左右陶瓷叠片电容作为商品开始开发
1970年，随着混合IC、计算机、以及便携电子设备的进步也随之迅速的发展起来，瓷片电容成为电子设备中不可缺少的零部件，而其中技术参数也是学者们研究的重点
现在的陶瓷介质电容的全部数量约占电容市场的70%左右
因为陶瓷介质电容的绝缘体材料主要使用陶瓷，其基本构造是将陶瓷和内部电极交相重叠
陶瓷材料有几个种类
自从考虑电子产品无害化特别是无铅化后，高介电系数的PB（铅）退出瓷片电容技术参数领域，现在主要使用TiO2(二氧化钛)、BaTiO3,CaZrO3(锆酸钙)等
和其它的电容相比具有体积小、容量大、耐热性好、适合批量生产、价格低等优点
由于原材料丰富，结构简单，价格低廉，而且电容量范围较宽（一般有几个PF到上百μF），损耗较小，电容量温度系数可根据要求在很大范围内调整
瓷片电容技术参数品种繁多，外形尺寸相差甚大从0402（约1×0.5mm）封装的贴片电容到大型的功率瓷片电容
按使用的介质材料特性可分为Ⅰ型、Ⅱ型和半导体瓷片电容；按无功功率大小可分为低功率、高功率瓷片电容；按工作电压可分为低压和高压瓷片电容；按结构形状可分为圆片形、管型、鼓形、瓶形、筒形、板形、叠片、独石、块状、支柱式、穿心式等
瓷片电容的分类：瓷片电容技术参数从介质类型主要可以分为两类，即Ⅰ类瓷片电容技术参数和Ⅱ类瓷片电容技术参数
Ⅰ类瓷片电容技术参数（ClassⅠceramiccapacitor），过去称高频瓷片电容技术参数（High-freqencyceramiccapacitor），是指用介质损耗小、绝缘电阻高、介电常数随温度呈线性变化的陶瓷介质制造的电容
它特别适用于谐振回路，以及其它要求损耗小和电容量稳定的电路，或用于温度补偿
Ⅱ类瓷片电容技术参数（ClassⅡceramiccapacitor）过去称为为低频瓷片电容技术参数（Lowfrequencycermiccapacitor），指用铁电陶瓷作介质的电容，因此也称铁电瓷片电容技术参数
这类电容的比电容大，电容量随温度呈非线性变化，损耗较大，常在电子设备中用于旁路、耦合或用于其它对损耗和电容量稳定性要求不高的电路中
常见的Ⅱ类瓷片电容技术参数有：X7R、X5R、Y5V、Z5U其中：X7R表示为：第一位X为最低工作温度-55℃，第二位的数字7位最高工作温度+125℃，第三位字母R为随温度变化的容值偏差±15%；X5R表示为：第一位X为最低工作温度-55℃，第二位的数字5位最高工作温度+85℃，第三位字母R为随温度变化的容值偏差±15%；Y5V表示为：第一位Y为最低工作温度-30℃，第二位的数字5位最高工作温度+85℃，第三位字母V为随温度变化的容值偏差+22%，-82%±15%
Z5U表示为：第一位Z为最低工作温度+10℃，第二位的数字5位最高工作温度+85℃，第三位字母U为随温度变化的容值偏差+22%，-56%
瓷片电容现在一般用于高频电路。
一般电源部分的高频退偶电容，一般都是独石电容。
晶振，适用于晶振和陶瓷谐振槽路。另一种为简单的分立RC振荡器。基于晶振与陶瓷谐振槽路的振荡器通常能提供非常高的初始精度和较低的温度系数。RC振荡器能够快速启动，成本也比较低，但通常在整个温度和工作电源电压范围内精度较差，会在标称输出频率的5%至50%范围内变化。但其性能受环境条件和电路元件选择的影响。需认真对待振荡器电路的元件选择和线路板布局。在使用时，陶瓷谐振槽路和相应的负载电容必须根据特定的逻辑系列进行优化。具有高Q值的晶振对放大器的选择并不敏感，但在过驱动时很容易产生频率漂移（甚至可能损坏）。影响振荡器工作的环境因素有：电磁干扰（EMI）、机械震动与冲击、湿度和温度。这些因素会增大输出频率的变化，增加不稳定性，并且在有些情况下，还会造成振荡器停振。上述大部分问题都可以通过使用振荡器模块避免。这些模块自带振荡器、提供低阻方波输出，并且能够在一定条件下保证运行。最常用的两种类型是晶振模块和集成RC振荡器（硅振荡器）。晶振模块提供与分立晶振相同的精度。硅振荡
晶振器的精度要比分立RC振荡器高，多数情况下能够提供与陶瓷谐振槽路相当的精度。
选择振荡器时还需要考虑功耗。分立振荡器的功耗主要由反馈放大器的电源电流以及电路内部的电容值所决定。CMOS放大器功耗与工作频率成正比，可以表示为功率耗散电容值。比如，HC04反相器门电路的功率耗散电容值是90pF。在4MHz、5V电源下工作时，相当于1.8mA的电源电流。再加上20pF的晶振负载电容，整个电源电流为2.2mA。陶瓷谐振槽路一般具有较大的负载电容，相应地也需要更多的电流。相比之下，晶振模块一般需要电源电流为10mA
~60mA。硅振荡器的电源电流取决于其类型与功能，范围可以从低频（固定）器件的几个微安到可编程器件的几个毫安。一种低功率的硅振荡器，如MAX7375，工作在4MHz时只需不到2mA的电流。
在特定的应用场合优化时钟源需要综合考虑以下一些因素：精度、成本、功耗以及环境需求。
