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。
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。
你可能听说过功率放大器主要用于音频信号的放大,但实际上,它在科学研究领域也有着广泛的应用。从超声声学到材料测试,再到电磁驱动、水下通信和微小信号放大,功率放大器都发挥着重要的作用。
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
实验中运用了非线性超声波法,该方法基于超声波在混凝土中传播时产生的非线性现象,包括高阶谐波、声共振频率漂移以及混频调幅下的旁频等特征,从而评估混凝土的缺陷和损伤情况。相比常规线性超声检测,它在识别微小缺陷方面具有更高的灵敏度和更优的检测效果。
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
实验中搭建了高灵敏度的CMOS光斑观测平台,使用特制琼脂仿体模拟生物组织环境,重点监测聚焦超声作用下光斑的形态和强度变化,为超声生物效应研究提供可视化数据支持。
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
本研究针对液体物理特性对微孔压电超声雾化效果的影响展开系统探究,搭建了专业的雾化效果测试平台。通过精确测量液体的表面张力、黏度、微孔直径、驱动频率及驱动电压等关键参数,深入分析了这些因素对雾滴粒径和雾化流量的影响规律,并系统总结了雾化效果随各参数变化的趋势特征。
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
本研究采用特殊设计的单路激励信号(由频率比为1:2的两个正弦波叠加构成)驱动弯弯复合超声电机,通过实验测量其驱动足的运动轨迹和样机的基本输出特性,验证基于8字形振动轨迹的超声电机工作原理的可行性。实验结果表明,该激励方式能够有效激发电机产生预期的8字形振动模式,为后续电机性能优化提供了理论依据。
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
实验系统由信号源、功率放大器和电活性聚合物驱动单元组成:信号源产生正弦波电压,经功率放大器升压至0-1500V后,驱动聚合物两侧的导电炭膏电极。电极间积累的异性电荷产生静电力,使电活性聚合物发生定向形变,验证了该驱动方式的可行性。
铁电材料极化
高压放大器在铁电材料极化测试中的应用
简单来说,我们的实验流程是这样的:上位机先通过系统控制器控制铁电分析仪,让它生成模拟激励信号。这个信号经过高压放大器放大后,会被施加到测试样品上,形成足够强的电场。高压放大器输出的电压信号还能让我们精确调节电场的强度和方向。这样,我们就能测出铁电材料的电滞回线。通过分析这条曲线,我们可以提取出矫顽场强、剩余极化强度等关键参数,从而更好地理解铁电材料的特性和相变过程。
软磁材料测试
功率放大器在纳米晶软磁材料高频磁特性
在这次实验里,科研团队借助功率放大器对信号发生器输出的各类电压波信号——包括正弦波、三角波、对称矩形波和不对称矩形波——进行了精准的幅值调整和放大处理。这样做的目的是让纳米晶磁环内部的磁通密度达到实验所需的特定水平。随后,研究团队系统测量了在不同磁通密度、激励频率以及激励波形条件下,纳米晶磁环的振动特性和磁化行为。通过观察和分析磁环的振动表现,研究人员得以深入探究磁性材料的磁学特性。
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
聊点有趣的物理现象吧!水下声信号传播时会让介质的折射率发生变化。这时候如果有一束激光穿过这种被声波影响的介质,由于折射率在空间上不均匀,激光的路径就会发生偏转。研究人员会利用位置敏感探测器(PSD)来检测这种偏转,PSD上有4个光电二极管,分别记录不同的感光数据,最后通过简单的加减运算就能算出激光在水平和垂直方向上的位置变化。
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
实验过程中,我们首先利用水声换能器产生了高斯调制的平面波信号,但由于换能器的输出功率有限,后续通过高压放大器对信号进行了放大处理。在测量环节,我们布置了两台水听器:一台固定在距离水面1厘米的位置,另一台则按照20厘米×20厘米的区域进行逐点扫描。通过对比两台水听器的信号归一化值,我们最终得到了异常折射声压场的实测结果。
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
为了验证之前的理论分析和仿真结果是否准确,我们搭建了一个电容耦合型无线电能传输系统的实验平台,具体结构可以参考下图。在保持系统电路参数不变的前提下,我们通过改变四块金属板的接地方式,来观察系统输出性能的变化。
主要研究两个方面:一是不同接地模式下,输出负载电压如何随负载阻值变化;二是固定接地模式时,负载输出电压与未接地金属板对地电容之间的关系。
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
实验中我们采用了两种激励方式:单频和多频,来观察交流漏磁探头对钢板表面缺陷及其偏角的检测效果。重点是想看看多频交流漏磁方法是不是在识别缺陷角度和量化缺陷大小方面有明显优势。