高压放大器在EHD微滴打印系统设计中的应用

　　实验名称：EHD微滴打印系统设计与实现

　　测试设备：高压放大器、函数发生器、探头、显微摄像头、计算机等。

　　实验过程：

　　图1：EHD打印系统整体框架

　　图2：系统硬件装置示意图

　　设计系统整体架构如图1所示，图2为EHD微滴打印系统的硬件整体构造。主要包括高压脉冲信号发生模块、供液模块、摄像模块和位置控制模块。打印针头、导管、微量注射器和微量注射泵共同构成供液模块。高压放大器将函数发生器的电压信号放大后，施加到衬底电极板和打印针头上，构成高压电信号发生模块。长焦距显微镜与高速摄像机连接，并将摄像机与计算机进行通信，构成摄像模块，实时监控打印情况。待打印衬底样品置于电极板上，电极板固定在平移台上，平移台的三维位移带动待打印衬底进行高精度定位对准。构成位置对准模块。通过USB电子通讯接口将计算机与高速相机、双向微量精密注射泵、三坐标位移装置、函数发生器连接，通过计算机对各个仪器进行程控操作。

　　高压脉冲信号发生模块：

　　高压模块中的函数发生器需要能够产生方波、脉冲等多种波形以供打印。函数发生器产生的电压最大为5V，需要配置一台高压放大器共同使用，高压放大器需要能够跟随函数发生器的频率，将函数放大器的输出信号放大1000倍，产生千伏级电压。在高压操作环境下进行实验较危险，因此输出电流应控制在毫安级范围。高压放大器电压放大倍数最高可达1000倍，频率1KHz，输出电流6mA。

　　实验结果：

　　根据微热板的打印需求，设计并搭建了EHD打印的硬件和软件系统。选择能够满足参数标准的仪器设备，搭建了系统的电压模块、供液模块、摄像模块和位置控制模块。并通过仪器的USB接口将仪器与计算机通信，使计算机完成对电压模块、供液模块、摄像模块和位置控制模块的控制操作。

　　软件部分利用LabVIEW搭建了一套能够实时观测打印过程和打印效果的人机交互操作界面。在用户操作的界面上，可以实现同时对多信号发生器、微量精密注射泵和三坐标平移台进行控制以及一键识别打印的操作按钮。此外，软件部分还嵌入了Matlab编写的图像识别与自动对准模块，程序控制各个仪器协调工作，自动识别微热板的图形和位置，移动并打印微热板，提高系统自动化程度。在人机界面中，可以同时观察到打印针头和衬底待打印的微热板图形。在识别打印微热板的同时，能够实时观测打印针头的出液情况，在针头出液口出现漏墨或缺墨等故障时，能够及时调整针头液面，避免了漏打微热板等情况，提高了打印的效率与良品率。

　　高压放大器推荐：ATA-7050

　　图：ATA-7050高压放大器指标参数

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