高速压电致动器的生产本钱在曩昔15年以来越来越价廉，因而越来越多的使用规划倾向于选用高速压电致动器。压电致动器开端用于医疗设备，包括上世纪80年代末的手术东西和超声波查看。这在那时是很有道理的，由于压电致动用具有微秒级的呼应时刻，是呼应速度最快的定位元件。此外，它们还能够发生以亚纳米量级为步长的运动。因而，选用这种器材进行产品规划的公司的数量急剧添加也就家常便饭了。
压电致动器要求高压驱动器能供给峰峰值为数百伏特的电压。此外，由于典型的致动器实质上看起来像一个驱动放大器的纯电容，所以简直一切的功率耗费都为驱动放大器带来担负。
纵观很多的高速、小信号运算放大器，可看出许多放大器都具有数百兆赫的带宽。但若规划意图是驱动高速压电器材，就有必要一起统筹速度和12V以上的电压，这时放大器的可挑选规模就急剧缩小。此外，挑选依据MOSFET单片放大器的规划还有许多有吸引力的优势。
这儿的压电致动器电路在80kHz频率下需求一个电压峰峰值为300V的电源，以驱动致动器。能够经过一个串联了1Ω电阻的1nF电容来表明这个致动器（图1）。
图1：在这个桥式电路装备中，两个PA78驱动压电致动器，PA78由-175V和-5V不对称电源供电。
选案评价
在决议哪种计划最适合驱动压电致动器之前，咱们需求依据使用情况，对几种可选计划进行评价。
单个放大器的计划：该计划的问题首要在于本钱。压电致动器要求电压规模为+150V到-150V，而市场上仅有满意该要求的80kHz器材是混合型的，单价在100美元以上。
电平移动式小信号放大器：假如一个规划从小信号放大器开端，接下来再规划电平移动，这将意味着需求选用很多分立式元件从头开端构建规划。在这种情况下，非重复性工程的作业量十分大，设计时间很长且本钱很高。
高压、高速、低电流MOSFET运算放大器IC：本规划选用的单片集成电路PA78使用A/B类驱动器级来驱动输出MOSFET，使用新式输入级来取得十分高的压摆率（slew rate），一起还消除了传统运算放大器规划的高静态电流。该规划需求选用两个PA78。这种放大器单价大约为15美元，与混合型器材的100多美元比较，其费用得以大大下降。
图1的桥式电路装备了两个PA78。在这种装备中，放大器供给的输出电压摆幅是单个运算放大器的两倍，压摆率也添加了一倍。任何非线性都变成对称的，和单个放大器的电路比较，这能削减二次谐波失真。
由正弦信号源在80kHz下供给15V峰峰值信号来驱动放大器对，放大器对再驱动压电致动器。本例假定压电致动器的阻抗等于1Ω电阻和1nF电容的等效串联阻抗。
在这个使用中，负载是浮空的，即负载彻底没有接地。当左面的输出VOUTA从10V上升到160V（图2a），右边输出VOUTB从160V降至10V（图2b）时，负载上的电压摆幅为300V（-150V到+150V）（图2c）。
两个放大器的输出现在是反相的。桥式装备电路中两个PA78的总增益为+20，因而需求向压电致动器供给所需的300V峰峰值电压。由电阻R3和R4组成的反应电路使两个PA78模块的输出都以大约85V为中心。在图1，一个双源、非对称电源为两个放大器模块供给+175V和-5V电压。
图2：当图1中左面输出VOUTA从10V上升到160V（图2a），右边输出VOUTB从160V降至10V（图2b）时，负载上的电压摆幅为300V（-150V到+150V）（图2c）。
承认+VS和-VS的净空余量
有必要慎重挑选+VS和？CVS的值，以确保在VOUTA和VOUTB发生正/负偏移（positive and negaTIve excursions）期间有满足的净空（headroom）。输出（VOUTA-VOUTB）的值在+150V到-150V之间摇摆。但在这种非对称源结构中，放大器的共模输入规模（CMR）的正负值在操控+VS和？CVS值上起侧重大效果。
在PA78的比方中，CMR的负值规则为？CVS+3V，这意味着输入电压与负电源轨之间的差值不该小于3V。因而，经过挑选？CVS等于-5V，可让VOUTA和 VOUTB（有10V的负偏移）与电源负轨之间的差值大于15V。CMR的正值为+VS？C2V，这意味着VOUTA和VOUTB的最大正偏移有必要坚持低于+VS至少2V。
关于+VS电源轨的第二个问题是，模块输出峰值电流时输出端的电压降问题。在这个使用中，峰值电流大约为75mA。从PA78标准手册中一个称为“输出电压摆幅”的图可知，假如输出这个峰值电流，电压将下降8V。2V和8V加起来便是10V，即+VS有必要超越150V的最大电压摆幅至少10V。挑选175V的+VS就意味着具有15V的额定净空余量。
对任何压电致动器电路而言，避免信号误馈回到放大器至关重要。压电传感器能很容易地将机械能转化为电能和将电能转化机械能，因而传感器假如遭到碰击，将发生很多回流到放大器输出的能量。当然，这种能量的破坏性很大。不过，只需简略地在每个放大器的输出端到其对应的电源轨之间衔接几个超高速二极管MUR160（CR1至CR4），就能够为每个放大器供给维护。
图3：核算最大功耗的等效电路图。
功耗核算与散热处理
压电式拾音头的负载阻抗由下式给出：
上式假定R=1Ω，C=1nF，ω=80kHz。
为核算每个模块的最大功率，需求用到图3给出的等效电路。首要，将图1电路分为两部分，每一部分都包括一个2nF电容和一个0.5Ω电阻，并假定虚线和符号代表接地。由于阻抗的实部（1Ω）与1989Ω的总容抗比较很小，可忽略不计。
在这个等效电路中，施加的电压将等于施加在每个模块上的总电压的一半。
每一半的电路输出驱动一半的容抗负载，即994.5Ω。为承认功耗，首要要知道负载上电压V和电流I之间的相位差。由于本例把负载作为一个纯电容来建模，所以相位角φ等于90°。当存在电抗性负载，相位角大于40°时，可由下式核算最大功耗：
这儿，VS是每个电源的电压幅值，ZL等于负载阻抗。
由于负载是彻底电抗性的，所以负载不耗费功耗，每个PA78放大器IC的功耗为5.18W。然后挑选散热器，并承认每个PA78的温度不超越的最大答应结温。
HS27散热器是为装置PA78 IC而挑选的。每个散热器的热阻为5.3℃/W，正如咱们已承认的，每个放大器的功耗为5.18W。
有必要承认PA78内MOSFET器材的结温不会超越安全值。常用的热阻核算公式如下：
能够用散热器的热阻θHS替代θCA，上式变为：
咱们需求使用上式求出TJ，以承认不会超越最大结温。式（6）经过移项变为：
在这个比方中，依据PA78标准手册，每个器材的功率是是5.18W，θJC为 5.5℃/W。散热器的θHS为7.8℃/W，温度比周围环境高48.2℃。（散热器热阻是功率的函数，且接口界面的温度升高）。
所以，可求得最大结温为：
因而，实践的TJ不会高于93.9℃，远低于PA78标准手册规则的最大值150℃。当为高电抗性负载（比方压电致动器）供给高功率时，很有必要查看耗散区和安全作业区。
曩昔，工业级的功率放大器不得不献身带宽来确保单位增益的稳定性。双极型的规划并非总能满意要求严厉的使用（比方本文评论的压电致动器规划）的线性要求，但在器材选用依据MOSFET的架构，能够改进这种情况。
责任编辑：gt
