【摘 要】
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压电谐振器作为一种MEMS器件,通常工作在谐振状态。随着科学技术的发展,特别是近年来物联网等一批新兴产业的发展,压电谐振器作为谐振式传感器和执行器的核心部件得到越来越广泛的应用。随着MEMS技术的发展,除了对压电谐振器器件的微型化开展研究之外,近年来针对压电谐振器驱动电路的研究也日益重要。本文研究的压电谐振器主体由一个表面带有电极的PZT长方体构成,结构简单。压电谐振器以在逆压电效应驱动下产生的某
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压电谐振器作为一种MEMS器件,通常工作在谐振状态。随着科学技术的发展,特别是近年来物联网等一批新兴产业的发展,压电谐振器作为谐振式传感器和执行器的核心部件得到越来越广泛的应用。随着MEMS技术的发展,除了对压电谐振器器件的微型化开展研究之外,近年来针对压电谐振器驱动电路的研究也日益重要。本文研究的压电谐振器主体由一个表面带有电极的PZT长方体构成,结构简单。压电谐振器以在逆压电效应驱动下产生的某特殊高阶共振模态作为参考振动,利用压电材料的正压电效应对压电谐振器在参考振动下产生的电信号进行检测。根据这一原理,本文研究的压电谐振器闭环驱动电路可以使得压电谐振器能够始终工作在谐振状态。压电谐振器的闭环驱动电路可分为AGC自动增益稳幅闭环控制回路和PLL锁相闭环控制回路,其分别实现了对压电振子输出信号的稳幅控制和对压电谐振器谐振频率的跟踪激励。AGC稳幅闭环控制回路包括幅值检测电路,自动增益电路和单端转差分电路三个部分。PLL锁相闭环控制回路中包括锁相环电路,滤波电路和移相电路三个部分。本文对压电谐振器闭环驱动电路中的各个部分分别进行方案设计和仿真,并对各部分电路进行测试,验证其性能效果。同时对压电谐振器驱动电路整体进行开环和闭环测试,观测压电谐振器驱动电路实现稳幅和锁相的性能。经过对压电谐振器驱动电路的开环测试和闭环测试,本文研究的压电谐振器闭环驱动电路能够将压电谐振器输出信号与驱动信号之间的相位差锁定在59.86°（误差范围2.22°）,输出信号峰峰值稳定在12.9V（误差范围0.1V）。实验结果表明此闭环驱动电路能够达到稳定压电谐振器输出信号幅值和跟踪压电谐振器谐振频率的目的。
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