甚高压超大功率放大器_赵庆斌_第二章硬件结构_20_40
超声功率放大器
超声功率放大器简介超声功率放大器是一种用于增强超声信号能量的设备，常用于医学、工程和科学研究领域。
它基于超声波的特性，将输入的低功率超声信号放大成更高功率的超声信号。
这可以提供更好的信号质量和更远的传输距离，同时也为后续的信号处理提供了更大的灵活性。
超声功率放大器的核心组成部分包括超声发生器、功率放大电路和输出传感器。
超声发生器产生用于驱动超声振荡器的电信号，通过功率放大电路来放大这个信号的能量，最后由输出传感器将信号转化为超声波。
工作原理超声功率放大器的工作原理基于两个核心概念：压电效应和功率放大电路。
压电效应压电效应指的是某些晶体在受到力作用时会产生电荷的现象。
这些晶体被称为压电器件，常见的有石英、锆钛酸铅等物质。
当施加外力使得压电器件产生变形时，它们内部的正负电荷分布会发生变化，从而产生电势差。
反之，当施加电场使得压电器件发生电势差时，它们会产生相应的变形。
在超声功率放大器中，压电器件被用作超声振荡器。
当超声发生器施加电信号时，压电器件会根据信号的频率和振幅产生相应的机械振动，从而产生超声波。
功率放大电路超声功率放大器的功率放大电路有多种设计，常见的包括A类放大器、B类放大器和C类放大器。
这些放大器的核心原理是通过电子元件（如晶体管或二极管）将低功率信号放大成高功率信号。
其中，A类放大器是最简单的放大器类型，但效率较低。
B类和C类放大器通过合理控制器件的导通时间和非导通时间，提高效率并减少功率损耗。
应用领域超声功率放大器的应用领域广泛，主要包括医学、工程和科学研究。
医学应用在医学领域，超声功率放大器常用于医学超声仪器中。
它可以增强医生对人体内部结构的检测和诊断能力。
例如，通过将低功率超声信号放大后，医生可以更清晰地观察到孕妇子宫中胎儿的情况，并及时发现可能存在的问题。
工程应用在工程领域，超声功率放大器常用于无损检测领域。
通过将低功率超声信号放大后，可以将超声波传输到需要检测的物体中，然后接收传回的信号。
《功率放大电路 》课件
xx年xx月xx日
• 功率放大电路概述 • 功率放大电路的工作原理 • 功率放大电路的设计与实现 • 功率放大电路的常见问题与解决
方案 • 功率放大电路的发展趋势与展望
目录
01
功率放大电路概述
定义与特点
总结词：基本概念
详细描述：功率放大电路是一种电子电路，其主要功能是将微弱的输入信号放大 至足够大的功率，以满足各种应用需求。其主要特点包括高输出功率、高效率、 良好的线性度和稳定性等。
功率放大电路的效率问题
01
功率放大电路的效率直接影响到能源利用率和设备发热情况。
02
功率放大电路的效率是指在输出功率中有效功率所占的比例。
如果效率不高，会导致能源利用率低，设备发热严重。
解决方案： 采用高效功率放大器件和拓扑结构减小能量损耗。
05
电流连续工作模式，晶体管在整个信号周期内均 处于导通状态，适用于低频信号放大。
乙类功率放大电路
采用两个晶体管分别放大正负半周期信号，以实 现功率放大，适用于高频信号放大。
3
甲乙类功率放大电路
结合甲类和乙类放大电路的特点，晶体管在信号 正负半周期内导通，适用于一般信号放大。
功率放大电路的效率分析
01
失真
由于非线性效应引起的输出信 号畸变程度。
带宽
表示功率放大电路能够正常工 作的频率范围。
03
功率放大电路的设计与实 现
功率放大电路的设计原则
效率优先
设计时应优先考虑效率，确保电路在放大信 号的同时，尽可能减少能量损失。
线性度
在放大过程中，应保持信号的线性关系，避 免失真。
稳定性
为避免自激振荡，电路设计应确保功率放大 电路的稳定性。
高增益大功率放大器
高增益大功率放大器（一）功率放大器是很重要的一个部分，它的基本要求有：1．要求输出功率尽可能大；为了获得大的输出功率，要求输出电压和输出电流均有较大的幅度，即三极管处于大信号状态（往往在接近截止区与饱和区之间摆动），因此晶体管在尽限应用。
选择功放管时要保留一定的余量。
不得超越极限参数进入安全区，以保证功放管安全可靠的工作。
2．非线性失真要小；功率放大器是在大信号下工作的，所以不可避免要产生非线性失真，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真越严重，就使得输出功率与非线性失真成为一对主要矛盾。
3．效率要高；由于功率放大器的输出功率大，因此直流电源消耗的功率也大，就存在一个效率问题。
所谓效率就是最大交流功率P0与电源供给的支流功率P e的比值，即:η= P0 / P e，比值越大，放大器的效率就越高。
4．要充分考虑功放管的散热；在功率放大器中，电源供给的直流功率，一部分转换成负载有用的功率，而另一部分则成为功放管的损耗，使功放管发热，热的积累将导致晶体管性能恶化，甚至烧坏，为使管子输出足够大的功率，还要保证管子安全可靠的工作，因此管子的散热及防止击穿等问题应特别给予考虑。
（二）微波功率晶体管的性能参数（1）极限工作电压、结击穿电压和最高工作电压；极限工作电压（V c）是指发生下列三种情况之一的最小电压值：P-N结发生击穿，或甚至完全损坏；晶体管的参数发生显著的变化，以至暂时丧失工作能力；管子的参数发生缓慢的，而不是不可恢复的变化。
结击穿电压V b（极电结或发射结击穿电压，这里统称为结击穿电压）是指极电结或发射结在加有反向电压下发生击穿现象时的电压值。
通常将P-N结反向电流达到一定值时的反向电压值定为击穿电压值。
最高工作电压（V m）是指晶体管能够安全工作的最高电压。
为了防止可能出现的偶然不利因素，以及保证晶体管工作的可靠性，稳定性和使用寿命，V m必须小于晶体管的极限工作电压。
（2）极限工作温度、最高结温度和最高储存温度；极限工作温度，通常理解为保证晶体管能够正常工作的最高温度。
功率放大器结构、工作状态及其原理简介
更多技术文章、资料、论文，请登录功率放大器结构、工作状态及其原理简介功率放大器简称功放，在我们的生活中无处不在，人们为了从一个很小的功率得到一个仅仅是振幅变的很大的电流，因此功率放大器在世人眼中出现了。
比如：我们日常用的音响就好是一个典型的例子,还有我们的手机内部功率放大器功劳是居功居伟的，磁轴承、电力系统混合仿真等方面都有功率放大器的位子。
功率放大器工作的原理功率放大器的工作原理其实很简单，直观来说就是将音源播放的各种声音信号进行放大以推动音箱发出声音。
从技术角度看，功率放大器好比一台电流的调制器，它将交流电转变为直流电，然后受音源播放的声音信号控制，将不同大小的电流，按照不同的频率传输给音箱，这样音箱就发出相应大小、相应频率的声音了。
功率放大器的三类工作状态功率放大器的工作频率很高，但相对频带较窄，射频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。
射频功率放大器可以按照电流导通角的不同，分为甲(A)、乙(B)、丙(C)三类工作状态。
甲类放大器电流的导通角为360°，适用于小信号低功率放大，乙类放大器电流的导通角等于180°，丙类放大器电流的导通角则小于180°。
乙类和丙类都适用于大功率工作状态，丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高的。
射频功率放大器大多工作于丙类，但丙类放大器的电流波形失真太大，只能用于采用调谐回路作为负载谐振功率放大。
由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然接近于正弦波形，失真很小。
除了以上几种按照电流导通角分类的工作状态外，还有使电子器件工作于开关状态的丁(D)类放大器和戊(E)类放大器，丁类放大器的效率高于丙类放大器。
在音响领域里人们一直坚守着A类功率放大器的阵地。
认为A类功率放大器声音最为清新透明，具有很高的保真度。
但是，A类功率放大器的低效率和高损耗却是它无法克服的先天顽疾。
B类功率放大器虽然效率提高很多，但实际效率仅为50%左右，在小型便携式音响设备如汽车功放、笔记本电脑音频系统和专业超大功率功放场合，仍感效率偏低不能令人满意。
高功率放大器
高功率放大器1、 用途及特点在无线通信系统，高功放（HPA ）是发信电路重要组成部份。
通常，它由多级放大器构成，其输出端是发射链路最高电平点，它经双工器与发射天线连接。
HPA 在发信电路部位如图1所示。
高功放主要作用，是在发射频率上，将低电平信号放大到远距离传输所要求的高功率电平。
因频段、传输距离、天线增益、信号调制方式等因素，不同发射机HPA 输出功率差异甚大。
在常用微波频段（800MHz~28GHz ）可从几十瓦到几十毫瓦不等。
高功放电路特点：（1） 在大容量（或多载波）数字通信系统，设计HPA 电路尤其是末级电路，常发生大功率输出与线性要求之间矛盾。
经常采用三种解决办法* 采用平衡放大电路，其合成输出功率较单管增加一倍且保持单管线性。
在常用微波频段经常用下图所示正交混合电路（或3dB 桥）实现功率合成。
* 采用预失真补偿电路，设计一个预失真网络使它产生的三阶互调与HPA 三阶互调在输出合路器中相互抵消。
构成方式如下图所示，BB發射天線圖1a HPA 在發射機位置RF發射天線圖1b HPA 在直放機位置予失真补偿电路设计复杂、带宽窄，使用不普遍。
*在HPA 前级设置自动电平控制（ALC ）电路，通过末级输出耦合检波直流，控制PIN 衰耗，保持输出功率恒定。
防止因前级输入电平过高因饱和失真。
该方法只能予防失真而不能改善失真，（注：ALC 与大容量长距离数字元元微波采用的ATPC 不同，前者是以保持发射机输出功率恒定，防止失真为目的，采用的是开环控制方式。
而自动发射功率控制（ATPC ）是发射机功率受控于对端接收电平，当电波传播发生深度平衰落时，提高发射功率，最大可达到额定功率。
在正常传输时间里使发射功率小于额定功率10dB 。
采用的是死循环控制方式。
是以减轻干扰、抗平衰落为目的。
）（2）HPA 采用的大功率器件都呈现极低的输入、输出阻抗，其阻抗实部绝对值很小，都在1~3奥姆左右，而容抗和引线电感很大。
功率放大器原理及电路图 ppt课件
T1 ui
VT1
ic1 CC
EC
ub1
uA
VT2
ub2
LC ic2
RL uL
小流，电u这尽u源A样管近i负由，每似半电每管为周容管饱矩时C的和形上VT管导波充2管耗通电的饱就时压电和很的，荷导小电幅供通，流值给，放很为，V大大（uTA器，E=1管C的但U-2截CU效相ES止C率应2E≈S。0）也的V。就管T若很压2管L高降的、很直C和
管 的 静 态 特 性 曲 线 ， 但 由 于 晶 体 管 的 静 态 特 性 曲 线 与 频 率 有
关 ， 如 右 图 所 示 了 与 f 之 间 的 关 系 。 而 通 常 所 说 的 静 态 特 性
曲 线 是 指 低 频 区 ： f 0.5f
中 频 区 ：0.5ff0.2fT
βo
高频区： 0.2fTffT
14
EC 4 uDA 类和E类功率放大器简介
1. D类功率放大器的原理分EC-析2UCES
UCES
D类功率放大器有电压开关型和电流开关型两种基本
电路ic1 ，电压开关型D类功率放ωt 大器是已推广应用的电路
ub1和ub2是由ui通过变压器T1 产生ic2 的两个极性相反的输入激ωt 励 电压
uLui正半周时VT1管饱和导ω通t ， VT2管截止，电源EC对电容C充 电，电容上的电压很快充至 ωt （EC-UCES1）值，A点对地的电 压uA=（EC-UCES1） 。
输 出 功 率 大
对 高 频 功 率 放 大 器 的 一 般 要 求 同 低 频 功 放 相 同 ： 效 率 高 特点： ( 1 ) 工 作 频 率 高 ， 相 对 频 带 窄 ( 2 ) 采 用 选 频 网 络 作 为 负 载 回 路 ( 3 ) 放 大 器 一 般 工 作 在 C （ 丙 ） 类 工 作 状 态 ， 属 于 非 线 性 电 路
功率放大器ppt分析
5、OTL乙类互补对称电路的优、缺点
优点 效率高，理想情况下最在可达
到78.5%，在静态时，ic1 、ic2 为0，
即：静态功耗为0。
缺点 在输入信号为 0 附近的区域内， VT1 和VT2 都不导通，因此会出现 交越失真。所以上电路若不改进， 则没有实用的价值。
6、交越失真现象
⑴ 产生交越失真的原因
0
VCC Icm
由于：
Icm
Vcem / RL
(VCC 2
Vces) / RL
所以：
PV
VCC (VCC / 2 Vces)
RL
VC2C
2RL
⑼ OTL乙类互补对称电路的最大效率m
1 VC2C
m
Pom PV
100%
8 RL VC2C
100% 100% 78.5% 4
2RL
电路实际上的效率比上值要低。因为电源提供的 功率有一部分转化为集电极的功耗，使管子发热产生 了温升。
⑴ 当vI为正半周时： VT1工作在放大 区，VT2工作在 截止区。(推)
⑵ 当vI为负半周时： VT1工作在截止 区，VT2工作在放大区。(挽)
⑶ 最后在两管的集电极合成一个完整的正弦波， 再通过T2耦合到负载RL上。
3、图解分析：
iC1
4、 传统的乙类推挽功率放大电路的 缺点：
⑴ 输入/输出变压器的体积大、重； ⑵ 因为是变压器耦合，故频带窄； ⑶ 存在交越失真和不对称失真； ⑷ 电路采用反馈时，易自激振荡。
负半周均不失真 ，如下图所示。
交流负
VCC
ic 载线
RE
Q
静态工作点：
直流负 载线
VCEQ = 0.5VCC
功率放大器的基本结构和工作原理
功率放大器的基本结构和工作原理功率放大器的基本结构和工作原理扩音机是一种对声音信号进行放大的电子设备，其基本结构如图5-1所示，常分为前置放大器(简称前级)和功率放大器(简称后级)两大部分。
前置放大器通常由输人选择与均衡放大电路、等响音量控制电路、音调控制电路等组成，而功率放大器常由功率放大电路和扬声器保护电路组成。
扩音机工作时，输人选择电路主要对收音调谐器、录音座、CD唱机和Av辅助输入等信号源的信号进行选择切换控制，得出所需的信号输入，输入后的信号经均衡放大电路进行频率特性的校正和放大，使输入信号的频率特性变得较为平坦，同时使各种信号源输入的信号电平基本趋于一致，避免在转换不同的信号源时，声音响度出现较大的变化，影响使用效果。
均衡放大后的信号则由等响音量控制电路控制信号的强弱，从而调节音量的大小。
等响控制的目的主要是在音量较小时提升高、低频信号成分，以补偿人耳听觉的不足，在低响度时得到较丰满的声音信号。
而音调控制电路则主要是根据个人的喜好调节电路的频率特性，适当提升或衰减声音中的高、低频成分，以满足听音者的需求。
经前置放大器放大处理后的信号被送人功率放大器进行功率放大，以推动扬声器重放出声音。
扩音机中为了保护扬声器免受电路冲击电流的干扰，或在电路出现故障时烧毁扬声器，常在功率放大器中加入扬声器保护电路。
在高保真的音响设备中，扩音机常有两种组合结构形式，一种是把前置放大器和功率放大器组合在一起，称作合并式扩音机，这种形式把“前置”和“功放”合并在一起，这时由于小信号电压放大的前置级和大信号电流放大的功率放大在电性能上不能互相兼顾，因而不能使扩音机达到最佳的工作状态，特别是前、后级的电源馈电，电源变压器的电磁干扰，印制电路板的走线排列，共用地线的走向等方面总会存在一定的相互干扰，影响整机性能的提高。
另一形式是在设计制造上把前置放大器和功率放大器彻底分开，分别使用独立电源，单独的机壳，使前、后级之间互不干扰，形成前、后级分体式的结构，在使用时再把它们用信号传输线连接起来，这种分体式结构的扩音机可获得极高的性能指标。