一文速览功率放大器基础知识及经典应用

　　功率放大器的概念&组成

　　概念：在给定失真率条件下，能产生最大功率输出以驱动一些阻性、容性、感性负载（如压电陶瓷、换能器、电磁线圈、介电弹性体、超声电机、扬声器等等）的放大器。

　　组成：功率放大器可以由以下几个部分组成：模拟前端电路、增益控制电路、功率放大电路、输入输出匹配电路。

　　功率放大器的分类

　　分类：我们一般将功率放大器分为：A类、B类、AB类、C类、D类、E类、F类。

　　A类功放：

　　属于线性功放，特点是无失真，但效率较低，一股为20-30%，效率低，一股为20-30%；

　　B类功放：

　　属于介于线性与非线性之间的功放，存在交越失真的问题，但工作效率较高，可达78.5%，无功率损失；

　　D类功放：

　　属于非线性功放，是数字放大器，效率较高，能够达到80%以上，体积小，低失真，频率响应曲线好，但是工作复杂；

　　AB类功放：

　　兼容A类&B类功放优势，效率比以及保真度都优于A类&B类功放，是目前应用最为广泛的类型，我们安泰电子ATA系列功率放大器就是AB类功放。

　　什么是射频功率放大器？

　　概念：是功率放大器的一种，输入信号为射频信号，输出设备为无线传输/通信设备。用于放大射频信号、增加输入功率以在输出端提供更多功率。高频交流电磁波，表示可辐射到空间的电磁频率，一般范围为300kHz~300GHz。

　　特点：更宽频带内具有更高输出功率，高效率，高可靠性。

　　INTRODUCE关于功率放大器的应用

　　说起功率放大器，大家可能先想到的是音频类功放，但其实除了放大音频信号，作为科学实验研究中常用的电子测试仪器，功率放大器的应用领域是非常广泛的，在超声声学、材料测试、电磁驱动、水下通信、微小信号放大等方向有着长足应用。

　　一、超声领域

　　超声无损检测

　　高压放大器在孔道灌浆非线性超声测试中的应用

　　本实验利用非线性超声波法，依据超声波在入射到混凝土后产生的各种非线性超声现象，此现象主要包括高阶谐波、声共振频率漂移和混频调幅下的旁频等，来对混凝土的缺陷和损伤进行识别，该法在检测材料的微小缺陷方面的灵敏程度比常规线性超声法更高，更容易识别。

　　超声聚焦

　　功率放大器在聚焦声场诱导虚拟光波导中的应用

　　本实验搭建了一个基于互补金属氧化物半导体（CMOS）传感器的光斑观测系统。制造可以模仿生物组织特性的琼脂仿体，通过观测聚焦超声作用下琼脂仿体内的光斑变化。

　　超声雾化

　　功率放大器在微孔压电超声雾化效果影响中的应用

　　本实验为明确液体物理性质等对微孔压电超声雾化效果的影响，搭建了微孔压电超声雾化效果测试系统，测量液体的表面张力、黏度、微孔直径、驱动频率、驱动电压等对压电微孔超声雾化雾滴粒径、雾化流量的影响，并分析雾化效果的变化趋势。

　　超声电机

　　高压功率放大器在非共振式压电直线电机性能测试中的应用

　　本实验用单路特殊激励信号（由频率比为1:2两个正弦波形叠加而成）驱动弯弯复合超声电机，测试其驱动足的运动轨迹和样机基本输出特性，验证基于8字形振动轨迹的超声电机的工作原理的可行性。

　　二、材料测试领域

　　介电弹性体

　　高压放大器在介电弹性体驱动实验中的应用

　　本实信号源产生的正弦波电压信号，输出到功率放大器中，通过功率放大器放大至0-1500V电压，高电压输出到电活性聚合物正反表面的导电炭膏，导电炭膏积累异性电荷，产生静电力，挤压电活性聚合物产生形变。

　　铁电材料极化

　　高压放大器在铁电材料极化测试中的应用

　　上位机通过系统控制器控制铁电分析仪产生模拟激励信号再通过高压放大器进行放大，输出至测试样品两端产生足够强度的电场，利用高压放大器输出的电压信号，可以控制测试系统中施加的电场强度和方向，从而获得铁电材料的电滞回线，通过对电滞回线的分析，可以得到材料的矫顽场强、剩余极化强度等参数，从而帮助我们研究材料的铁电性能和相变行为。

　　软磁材料测试

　　功率放大器在纳米晶软磁材料高频磁特性

　　本实验中，研究人员利用功率放大器对信号发生器产生的正弦波、三角波、对称矩形波与不对称矩形波等电压波信号幅值进行调整放大，使纳米晶磁环内部磁通密度达到预期幅值，测量不同磁通密度、激励频率、激励波形下纳米晶磁环的振动与磁化特性。通过磁环的振动情况来研究磁性材料磁特性。

　　三、水声测试领域

　　水下通信

　　功率放大器在水下声信号波达角测量分辨力中的应用

　　水下声信号在传播过程中会引起介质折射率的变化，当激光穿过声扰动介质时，介质折射率的空间变化引起激光束的偏转，利用位置敏感探测器（PSD）感应激光的偏转信息，PSD中4个光电二极管分别记录感光参数，利用4个数据的加减完成X,Y方向的位置测算。

　　声呐系统

　　高压放大器在高效非局部水声超表面实验验证中的应用

　　本实验利用水声换能器产生了高斯调制平面波，由于换能器产生的信号较弱，再利用高压放大器对平面波进行信号的放大。使用两台水听器测量距离水面1cm处的声压分布，其中一个水听器是固定的，第二个是通过逐点测量来扫描20cm×20cm的测量区域。记录两个水听器信号之间的归一化值，得到实测的异常折射声压场。

　　四、电磁测试领域

　　无线电能传输

　　功率放大器在电容耦合型无线电能传输系统中的应用

　　本实验为验证理论分析和仿真结果的正确性，构建了如下图所示的电容耦合型无线电能传输系统实验平台。在系统电路参数确定的情况下，改变四块金属板的接地情况，来观察系统输出性能的变化，即：

　　（1）不同接地模式下，输出负载电压与负载阻值的关系；

　　（2）在确定接地模式下，负载输出电压与未接地金属板对地电容的关系。

　　电磁无损检测

　　功率放大器在钢板表面缺陷及交流漏磁测试中的应用

　　本实验通过对比单频与多频激励下，交流漏磁探头对钢板表面缺陷及其偏角的敏感性，来验证多频交流漏磁方法在缺陷偏角识别以及尺寸量化方面的优越性。