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引言
扫描电化学显微镜(secm)是80年代发展起来的一种电化学现场检测新技术。该技术驱动非常小的电极(探针)在靠近样品处进行扫描，样品可以是金属、半导体、高分子、生物基底
等材料。secm具有化学灵敏性，可测量微区内物质氧化或还原所产生的电化学电流，从而
获得对应的微区电化学和相关信息。它主要由电化学部分(电解池、探头、基底、各种电极和双恒电位仪器)，用来精确地控制、操作探头和基底位置的位移驱动器，以及用来控制操作、获取和分析数据的计算机(包括接口)等三部分组成，secm系统原理如图1所示。
位移驱动部分是通过超精密定位技术(umde)实现对探针的三维空间微位移的精准控制，操纵探头和基底间保持相对稳定，以便获得样品表面信息。它既是secm控制系统的基本组成部分，也是secm实现纳米级分辨率的关键技术之一。为了获取样品尽可能完整的信息，要求驱动位移空间相对样品有较大的量程，可达到厘米级别。同时高分辨率要求必须是超精密定位，分辨率可达到亚微米。因此，secm的驱动部分采用宏微两级位移控制系统。宏定位采用步进电机，微定位采用压电陶瓷。一个好的驱动控制电路是影响secm位移精度的关键因素，因此本文着重于设计二级位移系统的控制电路。
参进电机宏定位
步进电机作为角位移的执行机构，当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(即步进角)。由于可以通过控制离散的脉冲个数来控制角位移量，从而可以满足secm准确宏定位的目的。步进电动机的控制占用火量的cpu工作时间，会影响了系统的整体性能。本驱动系统设计采用一种基于arm微控制器的由l298构成的控制和驱动电路，既不占用cpu大量的时间，又能获得良好的控制和驱动效果。
sgs公司的l298步进电机控制器的片内pwm斩波电路产生开关式控制绕组电流。该器件的一个显著特点是仅需时钟、方向和模式输入信号。步进电机所需相位由电路内部产生，它产生两相双极性驱动信号和电机电流设定。l298内含两个高电压人电流双桥式驱动器，可驱动电压最高46v、每相2.5a的步进电机，组成的两相双极性的步进电机驱动电路，原理如图2所示。由arm芯片lpc2138输出pwm信号，经过光电隔离器tlp521-2，再与两个io口组合送入双输入四与门74ls08实现正反转控制。secm需要三维驱动，此处只画出一路电路。
压电陶瓷微定位
压电陶瓷驱动电源
压电陶瓷是利用电介质在电场中的压电效应，直接将电能转换成机械能，产生微位移的换能元件。因其高刚度、高频响、推力大和高分辨率等优点，广泛应用十航空航天、精密测量、生物工程、机器人等领域。驱动电源对压电陶瓷和机构的微位移影响很大，故性能良好的驱动电源是实现高精度位移的关键。压电陶瓷对驱动电源要求如下：一定范围内连续可调、输出稳定性好、纹波小、分辨率高。
压电陶瓷驱动电源从原理讲可以分为电压控制型和电荷控制型。这里采用电压控制型，由直流放大器芯片对控制电压信号进行线性放大和功率放大，输出0～150v连续可调的直流电压。它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。
高压运放电路
apex公司的pa69是一个高压、高速功率运算放大器,可采用单／双电源供电；转换速率非常高，可达到200 v／μs；可以提供高达50ma的恒定输出电流，其峰值输山电流达100ma。pa69待机电流很小，一般不到1ma；具有限流保护功能。
选用的压电陶瓷等效电容为0.1μf，需要0～150v的连续可调输出电压，频率0～1khz(正弦波)，则所需转换速率为：
s.r=2πfv(1×l0-6)=2π×1000×150×(1×10-6)=0.94v／μs
所需最大负载电流为：
i=s.r×cl=0.94v／μs×0.1μf=94ma
所选定的pa69运算放大器符合要求，电路如图3所示。其中引脚6、7为输入，2为输出，3和10以及8和11外接补偿电阻和电容，构成相位补偿网络，实现相位补偿。1和2引脚之间接限流电阻，形成对运放的限流保护功能。
失调电压补偿
在室温(25℃)及标准电源电压下，输入电压为零时，为使集成运放的输出电压为零，在输入端加入失调电压vio。实际上指输入电压v1=0时，输出电压vo折合到输入端的电压是负值，即vio= - (vo|vi=0)／avo。
pa69的最大失调电压为3mv，对分辨率要求为10mv以下的压电陶瓷驱动电
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引言
扫描电化学显微镜(secm)是80年代发展起来的一种电化学现场检测新技术。该技术驱动非常小的电极(探针)在靠近样品处进行扫描，样品可以是金属、半导体、高分子、生物基底
等材料。secm具有化学灵敏性，可测量微区内物质氧化或还原所产生的电化学电流，从而
获得对应的微区电化学和相关信息。它主要由电化学部分(电解池、探头、基底、各种电极和双恒电位仪器)，用来精确地控制、操作探头和基底位置的位移驱动器，以及用来控制操作、获取和分析数据的计算机(包括接口)等三部分组成，secm系统原理如图1所示。
位移驱动部分是通过超精密定位技术(umde)实现对探针的三维空间微位移的精准控制，操纵探头和基底间保持相对稳定，以便获得样品表面信息。它既是secm控制系统的基本组成部分，也是secm实现纳米级分辨率的关键技术之一。为了获取样品尽可能完整的信息，要求驱动位移空间相对样品有较大的量程，可达到厘米级别。同时高分辨率要求必须是超精密定位，分辨率可达到亚微米。因此，secm的驱动部分采用宏微两级位移控制系统。宏定位采用步进电机，微定位采用压电陶瓷。一个好的驱动控制电路是影响secm位移精度的关键因素，因此本文着重于设计二级位移系统的控制电路。
参进电机宏定位
步进电机作为角位移的执行机构，当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(即步进角)。由于可以通过控制离散的脉冲个数来控制角位移量，从而可以满足secm准确宏定位的目的。步进电动机的控制占用火量的cpu工作时间，会影响了系统的整体性能。本驱动系统设计采用一种基于arm微控制器的由l298构成的控制和驱动电路，既不占用cpu大量的时间，又能获得良好的控制和驱动效果。
sgs公司的l298步进电机控制器的片内pwm斩波电路产生开关式控制绕组电流。该器件的一个显著特点是仅需时钟、方向和模式输入信号。步进电机所需相位由电路内部产生，它产生两相双极性驱动信号和电机电流设定。l298内含两个高电压人电流双桥式驱动器，可驱动电压最高46v、每相2.5a的步进电机，组成的两相双极性的步进电机驱动电路，原理如图2所示。由arm芯片lpc2138输出pwm信号，经过光电隔离器tlp521-2，再与两个io口组合送入双输入四与门74ls08实现正反转控制。secm需要三维驱动，此处只画出一路电路。
压电陶瓷微定位
压电陶瓷驱动电源
压电陶瓷是利用电介质在电场中的压电效应，直接将电能转换成机械能，产生微位移的换能元件。因其高刚度、高频响、推力大和高分辨率等优点，广泛应用十航空航天、精密测量、生物工程、机器人等领域。驱动电源对压电陶瓷和机构的微位移影响很大，故性能良好的驱动电源是实现高精度位移的关键。压电陶瓷对驱动电源要求如下：一定范围内连续可调、输出稳定性好、纹波小、分辨率高。
压电陶瓷驱动电源从原理讲可以分为电压控制型和电荷控制型。这里采用电压控制型，由直流放大器芯片对控制电压信号进行线性放大和功率放大，输出0～150v连续可调的直流电压。它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。
高压运放电路
apex公司的pa69是一个高压、高速功率运算放大器,可采用单／双电源供电；转换速率非常高，可达到200 v／μs；可以提供高达50ma的恒定输出电流，其峰值输山电流达100ma。pa69待机电流很小，一般不到1ma；具有限流保护功能。
选用的压电陶瓷等效电容为0.1μf，需要0～150v的连续可调输出电压，频率0～1khz(正弦波)，则所需转换速率为：
s.r=2πfv(1×l0-6)=2π×1000×150×(1×10-6)=0.94v／μs
所需最大负载电流为：
i=s.r×cl=0.94v／μs×0.1μf=94ma
所选定的pa69运算放大器符合要求，电路如图3所示。其中引脚6、7为输入，2为输出，3和10以及8和11外接补偿电阻和电容，构成相位补偿网络，实现相位补偿。1和2引脚之间接限流电阻，形成对运放的限流保护功能。
失调电压补偿
在室温(25℃)及标准电源电压下，输入电压为零时，为使集成运放的输出电压为零，在输入端加入失调电压vio。实际上指输入电压v1=0时，输出电压vo折合到输入端的电压是负值，即vio= - (vo|vi=0)／avo。
pa69的最大失调电压为3mv，对分辨率要求为10mv以下的压电陶瓷驱动电
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