用于超声振动切削加工的放大电路董桂英张世娴（机械工程系）摘要本文介绍一个用于超声振动切削 的新型ＡＣ－ＡＣ放大电路。该电路将输入０～５Ｖ正弦信号放大到０～４００Ｖ，并且在２０～ ５０ｋＨｚ的频率范围内输入信号的频率和电压可按需要进行调整，输出信号稳定。关键词振动切 削；正弦信号；放大电路分类号ＴＧ５０６．５在超声振动切削加工中，要求切削工具在切削速度 方向产生连续高频（一般２０～５０ｋＨｚ）振动，切削工具的振动信号一般由电信号转换。目前 振动切削工具广泛应用压电陶瓷作为能量转换介质，当对压电陶瓷施加高压正弦交流电时，由于逆 压电效应，压电陶瓷在高压电信号的激励下产生伸缩变形，在弹性限度内，伸缩变形与施加电压呈 线性关系。压电陶瓷伸缩变形经过放大即作为切削工具的振动信号，因此给压电陶瓷提供输出稳定 的高频强正弦交流电，对振动切削十分关键。１放大级数与放大元件为了将ＸＤ１２多用信号发生 器输出的０～５Ｖ正弦信号放大到足以推动超声振动工具，放大电路对输入的０～５Ｖ正弦信号进 行运算放大和功率放大，运算放大由电压放大级和工作点调整级组成，功率放大由电流放大和电压 放大组成。振动切削要求工具的振动信号稳定，频响快，这就要求放大电路输入的电信号精度高， 稳定性好，因此电路中运算放大器选用了两片ＬＭ３１８Ｎ高速集成运算放大器，该放大器具有宽 的单位增益带宽，芯片内部设有单位增益频率补偿和输出保护，转换速率快，最大输出１３Ｖ．功 率放大选用ＤＤ０３Ｃ和Ｂｕ２０８高速大功率管，用于高频放大。２电路工作原理２．１运算放 大电路原理图如图１所示。电压放大和工作点调整级均采用反相输入电压负反馈，以提高放大器的 稳定性，补偿工作点选择不当引起的输出信号的波形失真，使电路受外界条件变化影响小。电压放 大倍数由电位器Ｗ１调整，其值Ｋｖ＝Ｗ１Ｒ１．电压放大级设置消振电路，用于消除信号发生器 输入信号的自激振荡。消振电路由电容Ｃ１、Ｃ２分别与±１５Ｖ电源和地相接组成。电位器Ｗ３ 调整功率放大管ＤＤＯ３Ｃ的工作点，使其射级输出电压在ＢＵ２０８的正常工作范围内信号不失 真地传到下级功率放大电路。电压放大级、工作点调整级均设调零电路，由电位器Ｗ２、Ｗ４调整 ，以减小输入信号的零漂。２．２功率放大前级功率放大管ＤＤ０３Ｃ两端加１５Ｖ直流电压，采 用分压电流负反馈，射极输出放大；后级功率放大管Ｂｕ２０８两端加直流电压，由５５０Ｖ直流 稳压电源提供、采用集电极输出。前后级功率放大电路之间采用图１电路原理图输出保护电路，由 ＤＤ０３Ｃ接射极电阻Ｒ１１实现。这样ＤＤ０３Ｃ构成的放大电路能将前级的信号（电流）放大 ，以驱动ＢＵ２０８提供基极和发射极正向偏置电压，保证Ｂｕ２０８正常工作，同时ＤＤ０３Ｃ 起到了保护运算放大器的作用。由于Ｂｕ２０８两端加５５０Ｖ直流电压，如果被击穿，５５０Ｖ 直流电压降在ＤＤ０３Ｃ的射极电阻Ｒ１１上，不致击穿前面的放大电路。Ｂｕ２０８的作用是将 信号的功率放大，从而放大输出电压的幅值，以推动超声振动工具。３实验结果对放大电路输入频 率２０～５０ｋＨｚ、电压０～５Ｖ正弦信号后，由示波器检测各级电路的输出波形都达到不失真 、稳定输出的效果。ＤＤ０３Ｃ、Ｂｕ２０８均在线性放大区间工作。工作时，在２０～５０ｋＨ ｚ、０～５Ｖ范围内调整输入信号的频率和电压，调整电压放大倍数，输出信号可产生０～４００ Ｖ左右的电压，适用于多种振动频率和振幅的振动切削要求。在振动切削加工实验过程中，电路在 各种频率和电压下长时间连续工作，性能稳定。参考文献１赵宝经，崔忠勤．简明集成运算放大器 手册．北京：科学出版社，１９８３２秦增煌．电工学．北京：机械工业出版社，１９８７，３２ ～７９３李清泉，黄昌宁．集成运算放大器原理与应用．北京：科学出版社，１９８０４杨世成． 信号放大电路．北京：电子工业出版社，１９９５ＴｈｅＡｍｐｌｉｆｙｉｎｇＣｉｒｃｕｉｔＵ ｓｅｄｉｎｔｈｅＰｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＶｉｂｒａｔｉｏｎＣｕｔｉ ｎｇＤｏｎｇＧｕｉｙｉｎｇ；ＺｈａｎｇＳｈｉｘｉａｎＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｉｂｒａｔｉｏ ｎｃｕｔｉｎｇ；ｓｉｎｅｓｉｇｎａｌ；ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔＡＢＳＴＲＡＣ ＴＴｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｎｅｗｋｉｎｄｏｆＡＣ－ＡＣａｍｐｌｉｆｙｉｎ ｇｃｉｒｃｕｉｔｆｏｒｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｕｔ－ｔｉｎｇ．Ｔｈｉｓ ｋｉｎｄｏｆｃｉｒｃｕｉｔｍａｋｅｓａｎｉｎｐｕｔｓｉｎｅｓｉｇｎａｌｏｆ０～５Ｖｂｅ ｉｎｇａｍｐｌｉｆｉｅｄｔｏｔｈｅｖａｌｕｅｏｆ０～４００Ｖ，ｔｈｅｒｅｔｏ，ｔｈｅｉ ｎｐｕｔｖｏｌｔａｇｅａｓｗｅｌａｓｉｔｓｓｉｇｎａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒａｎｇｉｎｇ ｆｒｏｍ２０～５０ｋＨｚｃａｎｂｅｒｅｇｕｌａｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｑ ｕｉｒｅｍｅｎｔ，ｗｉｔｈｔｈｅｏｕｔｐｕｔｓｉｇｎａｌｂｅｉｎｇｓｔａｂｌｅ．用于超 声振动切削加工的放大电路@董桂英@张世娴$辽宁工学院机制教研室振动切削；正弦信号；放大 电路本文介绍一个用于超声振动切削的新型ＡＣ－ＡＣ放大电路。该电路将输入０～５Ｖ正弦信号 放大到０～４００Ｖ，并且在２０～５０ｋＨｚ的频率范围内输入信号的频率和电压可按需要进行 调整，输出信号稳定。１赵宝经，崔忠勤．简明集成运算放大器手册．北京：科学出版社，１９８ ３２秦增煌．电工学．北京：机械工业出版社，１９８７，３２～７９３李清泉，黄昌宁．集成运 算放大器原理与应用．北京：科学出版社，１９８０４杨世成．信号放大电路．北京：电子工业出 版社，１９９５ｔｓｉｇｎａｌｂｅｉｎｇｓｔａｂｌｅ．用于超声振动切削加工的放大电路@董 桂英@张世娴$辽宁工学院机制教研室振动切削；正弦信号；放大电路本文介绍一个用于超声振动 切削的新型ＡＣ－ＡＣ放大电路。该电路将输入０～５Ｖ正弦信号放大到０～４００Ｖ，并且在２ ０～５０ｋＨｚ的频率范围内输入信号的频率和电压可按需要进行调整，输出信号稳定。１赵宝经 ，崔忠勤．简明集成运算放大器手册．北京：科学出版社，１９８３２秦增煌．电工学．北京：机械工业出版社，１９８７，３２～７９３李清泉，黄昌宁．集成运算放大器原理与应用．北京：科学出版社，１９８０４杨世成．信号放大电路．北京：电子工业出版社，１９９５
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