一文速覽功率放大器基礎(chǔ)知識(shí)及經(jīng)典應(yīng)用

　　功率放大器的概念&組成

　　概念：在給定失真率條件下，能產(chǎn)生最大功率輸出以驅(qū)動(dòng)一些阻性、容性、感性負(fù)載（如壓電陶瓷、換能器、電磁線圈、介電彈性體、超聲電機(jī)、揚(yáng)聲器等等）的放大器。

　　組成：功率放大器可以由以下幾個(gè)部分組成：模擬前端電路、增益控制電路、功率放大電路、輸入輸出匹配電路。

　　功率放大器的分類

　　分類：我們一般將功率放大器分為：A類、B類、AB類、C類、D類、E類、F類。

　　A類功放：

　　屬于線性功放，特點(diǎn)是無(wú)失真，但效率較低，一股為20-30%，效率低，一股為20-30%；

　　B類功放：

　　屬于介于線性與非線性之間的功放，存在交越失真的問題，但工作效率較高，可達(dá)78.5%，無(wú)功率損失；

　　D類功放：

　　屬于非線性功放，是數(shù)字放大器，效率較高，能夠達(dá)到80%以上，體積小，低失真，頻率響應(yīng)曲線好，但是工作復(fù)雜；

　　AB類功放：

　　兼容A類&B類功放優(yōu)勢(shì)，效率比以及保真度都優(yōu)于A類&B類功放，是目前應(yīng)用最為廣泛的類型，我們安泰電子ATA系列功率放大器就是AB類功放。

　　什么是射頻功率放大器？

　　概念：是功率放大器的一種，輸入信號(hào)為射頻信號(hào)，輸出設(shè)備為無(wú)線傳輸/通信設(shè)備。用于放大射頻信號(hào)、增加輸入功率以在輸出端提供更多功率。高頻交流電磁波，表示可輻射到空間的電磁頻率，一般范圍為300kHz~300GHz。

　　特點(diǎn)：更寬頻帶內(nèi)具有更高輸出功率，高效率，高可靠性。

　　INTRODUCE關(guān)于功率放大器的應(yīng)用

　　說起功率放大器，大家可能先想到的是音頻類功放，但其實(shí)除了放大音頻信號(hào)，作為科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中常用的電子測(cè)試儀器，功率放大器的應(yīng)用領(lǐng)域是非常廣泛的，在超聲聲學(xué)、材料測(cè)試、電磁驅(qū)動(dòng)、水下通信、微小信號(hào)放大等方向有著長(zhǎng)足應(yīng)用。

　　一、超聲領(lǐng)域

　　超聲無(wú)損檢測(cè)

　　高壓放大器在孔道灌漿非線性超聲測(cè)試中的應(yīng)用

　　本實(shí)驗(yàn)利用非線性超聲波法，依據(jù)超聲波在入射到混凝土后產(chǎn)生的各種非線性超聲現(xiàn)象，此現(xiàn)象主要包括高階諧波、聲共振頻率漂移和混頻調(diào)幅下的旁頻等，來對(duì)混凝土的缺陷和損傷進(jìn)行識(shí)別，該法在檢測(cè)材料的微小缺陷方面的靈敏程度比常規(guī)線性超聲法更高，更容易識(shí)別。

　　超聲聚焦

　　功率放大器在聚焦聲場(chǎng)誘導(dǎo)虛擬光波導(dǎo)中的應(yīng)用

　　本實(shí)驗(yàn)搭建了一個(gè)基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）傳感器的光斑觀測(cè)系統(tǒng)。制造可以模仿生物組織特性的瓊脂仿體，通過觀測(cè)聚焦超聲作用下瓊脂仿體內(nèi)的光斑變化。

　　超聲霧化

　　功率放大器在微孔壓電超聲霧化效果影響中的應(yīng)用

　　本實(shí)驗(yàn)為明確液體物理性質(zhì)等對(duì)微孔壓電超聲霧化效果的影響，搭建了微孔壓電超聲霧化效果測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)量液體的表面張力、黏度、微孔直徑、驅(qū)動(dòng)頻率、驅(qū)動(dòng)電壓等對(duì)壓電微孔超聲霧化霧滴粒徑、霧化流量的影響，并分析霧化效果的變化趨勢(shì)。

　　超聲電機(jī)

　　高壓功率放大器在非共振式壓電直線電機(jī)性能測(cè)試中的應(yīng)用

　　本實(shí)驗(yàn)用單路特殊激勵(lì)信號(hào)（由頻率比為1:2兩個(gè)正弦波形疊加而成）驅(qū)動(dòng)彎彎復(fù)合超聲電機(jī)，測(cè)試其驅(qū)動(dòng)足的運(yùn)動(dòng)軌跡和樣機(jī)基本輸出特性，驗(yàn)證基于8字形振動(dòng)軌跡的超聲電機(jī)的工作原理的可行性。

　　二、材料測(cè)試領(lǐng)域

　　介電彈性體

　　高壓放大器在介電彈性體驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

　　本實(shí)信號(hào)源產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)，輸出到功率放大器中，通過功率放大器放大至0-1500V電壓，高電壓輸出到電活性聚合物正反表面的導(dǎo)電炭膏，導(dǎo)電炭膏積累異性電荷，產(chǎn)生靜電力，擠壓電活性聚合物產(chǎn)生形變。

　　鐵電材料極化

　　高壓放大器在鐵電材料極化測(cè)試中的應(yīng)用

　　上位機(jī)通過系統(tǒng)控制器控制鐵電分析儀產(chǎn)生模擬激勵(lì)信號(hào)再通過高壓放大器進(jìn)行放大，輸出至測(cè)試樣品兩端產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的電場(chǎng)，利用高壓放大器輸出的電壓信號(hào)，可以控制測(cè)試系統(tǒng)中施加的電場(chǎng)強(qiáng)度和方向，從而獲得鐵電材料的電滯回線，通過對(duì)電滯回線的分析，可以得到材料的矯頑場(chǎng)強(qiáng)、剩余極化強(qiáng)度等參數(shù)，從而幫助我們研究材料的鐵電性能和相變行為。

　　軟磁材料測(cè)試

　　功率放大器在納米晶軟磁材料高頻磁特性

　　本實(shí)驗(yàn)中，研究人員利用功率放大器對(duì)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波、三角波、對(duì)稱矩形波與不對(duì)稱矩形波等電壓波信號(hào)幅值進(jìn)行調(diào)整放大，使納米晶磁環(huán)內(nèi)部磁通密度達(dá)到預(yù)期幅值，測(cè)量不同磁通密度、激勵(lì)頻率、激勵(lì)波形下納米晶磁環(huán)的振動(dòng)與磁化特性。通過磁環(huán)的振動(dòng)情況來研究磁性材料磁特性。

　　三、水聲測(cè)試領(lǐng)域

　　水下通信

　　功率放大器在水下聲信號(hào)波達(dá)角測(cè)量分辨力中的應(yīng)用

　　水下聲信號(hào)在傳播過程中會(huì)引起介質(zhì)折射率的變化，當(dāng)激光穿過聲擾動(dòng)介質(zhì)時(shí)，介質(zhì)折射率的空間變化引起激光束的偏轉(zhuǎn)，利用位置敏感探測(cè)器（PSD）感應(yīng)激光的偏轉(zhuǎn)信息，PSD中4個(gè)光電二極管分別記錄感光參數(shù)，利用4個(gè)數(shù)據(jù)的加減完成X,Y方向的位置測(cè)算。

　　聲吶系統(tǒng)

　　高壓放大器在高效非局部水聲超表面實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中的應(yīng)用

　　本實(shí)驗(yàn)利用水聲換能器產(chǎn)生了高斯調(diào)制平面波，由于換能器產(chǎn)生的信號(hào)較弱，再利用高壓放大器對(duì)平面波進(jìn)行信號(hào)的放大。使用兩臺(tái)水聽器測(cè)量距離水面1cm處的聲壓分布，其中一個(gè)水聽器是固定的，第二個(gè)是通過逐點(diǎn)測(cè)量來掃描20cm×20cm的測(cè)量區(qū)域。記錄兩個(gè)水聽器信號(hào)之間的歸一化值，得到實(shí)測(cè)的異常折射聲壓場(chǎng)。

　　四、電磁測(cè)試領(lǐng)域

　　無(wú)線電能傳輸

　　功率放大器在電容耦合型無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　本實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證理論分析和仿真結(jié)果的正確性，構(gòu)建了如下圖所示的電容耦合型無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在系統(tǒng)電路參數(shù)確定的情況下，改變四塊金屬板的接地情況，來觀察系統(tǒng)輸出性能的變化，即：

　?。?）不同接地模式下，輸出負(fù)載電壓與負(fù)載阻值的關(guān)系；

　　（2）在確定接地模式下，負(fù)載輸出電壓與未接地金屬板對(duì)地電容的關(guān)系。

　　電磁無(wú)損檢測(cè)

　　功率放大器在鋼板表面缺陷及交流漏磁測(cè)試中的應(yīng)用

　　本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)比單頻與多頻激勵(lì)下，交流漏磁探頭對(duì)鋼板表面缺陷及其偏角的敏感性，來驗(yàn)證多頻交流漏磁方法在缺陷偏角識(shí)別以及尺寸量化方面的優(yōu)勢(shì)。