一文速覽功率放大器基礎知識及經典應用

　　功率放大器的概念&組成

　　概念：在給定失真率條件下，能產生最大功率輸出以驅動一些阻性、容性、感性負載（如壓電陶瓷、換能器、電磁線圈、介電彈性體、超聲電機、揚聲器等等）的放大器。

　　組成：功率放大器可以由以下幾個部分組成：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，特點是無失真，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78.5%，無功率損失；

　　D類功放：

　　屬于非線性功放，是數字放大器，效率較高，能夠達到80%以上，體積小，低失真，頻率響應曲線好，但是工作復雜；

　　AB類功放：

　　兼容A類&B類功放優勢，效率比以及保真度都優于A類&B類功放，是目前應用最為廣泛的類型，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，輸入信號為射頻信號，輸出設備為無線傳輸/通信設備。用于放大射頻信號、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：更寬頻帶內具有更高輸出功率，高效率，高可靠性。

　　INTRODUCE關于功率放大器的應用

　　說起功率放大器，大家可能先想到的是音頻類功放，但其實除了放大音頻信號，作為科學實驗研究中常用的電子測試儀器，功率放大器的應用領域是非常廣泛的，在超聲聲學、材料測試、電磁驅動、水下通信、微小信號放大等方向有著長足應用。

　　一、超聲領域

　　超聲無損檢測

　　高壓放大器在孔道灌漿非線性超聲測試中的應用

　　本實驗利用非線性超聲波法，依據超聲波在入射到混凝土后產生的各種非線性超聲現象，此現象主要包括高階諧波、聲共振頻率漂移和混頻調幅下的旁頻等，來對混凝土的缺陷和損傷進行識別，該法在檢測材料的微小缺陷方面的靈敏程度比常規線性超聲法更高，更容易識別。

　　超聲聚焦

　　功率放大器在聚焦聲場誘導虛擬光波導中的應用

　　本實驗搭建了一個基于互補金屬氧化物半導體（CMOS）傳感器的光斑觀測系統。制造可以模仿生物組織特性的瓊脂仿體，通過觀測聚焦超聲作用下瓊脂仿體內的光斑變化。

　　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用

　　本實驗為明確液體物理性質等對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試系統，測量液體的表面張力、黏度、微孔直徑、驅動頻率、驅動電壓等對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。

　　超聲電機

　　高壓功率放大器在非共振式壓電直線電機性能測試中的應用

　　本實驗用單路特殊激勵信號（由頻率比為1:2兩個正弦波形疊加而成）驅動彎彎復合超聲電機，測試其驅動足的運動軌跡和樣機基本輸出特性，驗證基于8字形振動軌跡的超聲電機的工作原理的可行性。

　　二、材料測試領域

　　介電彈性體

　　高壓放大器在介電彈性體驅動實驗中的應用

　　本實信號源產生的正弦波電壓信號，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電炭膏，導電炭膏積累異性電荷，產生靜電力，擠壓電活性聚合物產生形變。

　　鐵電材料極化

　　高壓放大器在鐵電材料極化測試中的應用

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

　　軟磁材料測試

　　功率放大器在納米晶軟磁材料高頻磁特性

　　本實驗中，研究人員利用功率放大器對信號發生器產生的正弦波、三角波、對稱矩形波與不對稱矩形波等電壓波信號幅值進行調整放大，使納米晶磁環內部磁通密度達到預期幅值，測量不同磁通密度、激勵頻率、激勵波形下納米晶磁環的振動與磁化特性。通過磁環的振動情況來研究磁性材料磁特性。

　　三、水聲測試領域

　　水下通信

　　功率放大器在水下聲信號波達角測量分辨力中的應用

　　水下聲信號在傳播過程中會引起介質折射率的變化，當激光穿過聲擾動介質時，介質折射率的空間變化引起激光束的偏轉，利用位置敏感探測器（PSD）感應激光的偏轉信息，PSD中4個光電二極管分別記錄感光參數，利用4個數據的加減完成X,Y方向的位置測算。

　　聲吶系統

　　高壓放大器在高效非局部水聲超表面實驗驗證中的應用

　　本實驗利用水聲換能器產生了高斯調制平面波，由于換能器產生的信號較弱，再利用高壓放大器對平面波進行信號的放大。使用兩臺水聽器測量距離水面1cm處的聲壓分布，其中一個水聽器是固定的，第二個是通過逐點測量來掃描20cm×20cm的測量區域。記錄兩個水聽器信號之間的歸一化值，得到實測的異常折射聲壓場。

　　四、電磁測試領域

　　無線電能傳輸

　　功率放大器在電容耦合型無線電能傳輸系統中的應用

　　本實驗為驗證理論分析和仿真結果的正確性，構建了如下圖所示的電容耦合型無線電能傳輸系統實驗平臺。在系統電路參數確定的情況下，改變四塊金屬板的接地情況，來觀察系統輸出性能的變化，即：

　　（1）不同接地模式下，輸出負載電壓與負載阻值的關系；

　　（2）在確定接地模式下，負載輸出電壓與未接地金屬板對地電容的關系。

　　電磁無損檢測

　　功率放大器在鋼板表面缺陷及交流漏磁測試中的應用

　　本實驗通過對比單頻與多頻激勵下，交流漏磁探頭對鋼板表面缺陷及其偏角的敏感性，來驗證多頻交流漏磁方法在缺陷偏角識別以及尺寸量化方面的優勢。