Tuned driving of piezoelectric resonators: impedance matching

• Main Authors: Pons, J. L., Fernández, J. F., Villegas, M., Ochoa, P., Ceres, R., Calderón, L., Rocon, E.
• Format: Article
• Language: English
• Published: Elsevier 2006-06-01
• Series: Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio
• Subjects: Piezoelectric resonators; mechatronic design; ultrasonic motors; impedance matching; Piezoeléctricos; diseño mecatrónico; motores ultrasónicos; adaptación de impedancia
• Online Access: http://ceramicayvidrio.revistas.csic.es/index.php/ceramicayvidrio/article/view/301/320

For optimal operation of piezoelectric resonators, the electrical impedance of electronic drivers and the resonator itself must be matched. Lack of matching results in a non smooth transmission of electrical power between the drive and the load which, in turn, leads to heating and poor efficiency. The rest of properties of the driving voltage (frequency, amplitude and phase) are also affected by this mismatch. This paper presents the optimal design of power drivers for piezoelectric resonators. This approach is based on a first stage of electro-mechanical experimental characterization. This first step sets the basis for an impedance matching process. The approach has been experimentally validated on a well known piezoelectric resonator: the ultrasonic motor.<br><br>La operación óptima de un resonador piezoeléctrico requiere de la adaptación de impedancia eléctrica entre el circuito de excitación y el propio resonador. La falta de adaptación se traduce en una pobre transmisión de potencia desde el excitador hasta el resonador, lo que a su vez se traduce en calentamiento y pérdida de eficienca en la operación. Las características morfológicas de la tensión de excitación (amplitud, frecuencia y fase) también quedan afectadas por esta falta de adaptación. Este artículo analiza el diseño óptimo de la etapa de potencia de un circuito eléctrico de excitación para resonadores piezoeléctricos. Se trata la caracterización electromecánica del resonador y, en base a ésta, la adaptación de impedancias entre circuito y resonador. La contrastación experimental se ha llevado a cabo con un resonador bien estudiado en la literatura: un motor ultrasónico.