什么是功率放大器？详解功放的类型，类别和应用

什么是功率放大器？

功率放大器是一种电子放大器，旨在增加给定输入信号的功率幅度。输入信号的功率增加到足以驱动扬声器，耳机，RF发射器等输出设备负载的电平。与电压/电流放大器不同，功率放大器被设计为直接驱动负载并用作最后模块在放大链中。功率放大器的输入信号必须高于某个阈值。因此，不是直接将原始音频/ RF信号传递到功率放大器，而是先使用电流/电压放大器对其进行预放大，并在进行必要的修改后将其作为输入发送到功率放大器。您可以在下面观察音频放大器的框图和功率放大器的用法。

在这种情况下，麦克风用作输入源。来自麦克风的信号强度不足以用于功率放大器。因此，首先对其进行预放大，然后使其电压和电流略微增加。然后，信号通过音调和音量控制电路，对音频波形进行美学调整。最终，信号通过功率放大器，功率放大器的输出被馈送到扬声器。

功率放大器的类型

根据连接的输出设备的类型，功率放大器分为以下三种类型：

音频功率放大器

射频功率放大器

直流功率放大器

音频功率放大器

这种类型的功率放大器用于增加较弱音频信号的功率大小。在电视，移动电话等的扬声器驱动电路中使用的放大器属于此类别。音频功率放大器的输出范围从几毫瓦（如耳机放大器）到数千瓦（如Hi-Fi /家庭影院系统中的功率放大器）。

射频功率放大器

无线传输要求调制波要通过空气长距离发送。使用天线发送信号，并且发送范围取决于馈送到天线的信号的功率大小。对于诸如FM广播之类的无线传输，天线需要输入功率为数千千瓦的信号。在此，射频功率放大器用于将调制波的功率幅度增加到足以达到所需传输距离的水平。

直流功率放大器

直流功率放大器用于放大PWM（脉冲宽度调制）信号的功率。它们用于需要大功率信号来驱动电动机或执行器的电子控制系统。它们从微控制器系统获取输入，增加其功率，并将放大后的信号馈送到直流电动机或执行器。

功率放大器类

有多种设计功率放大器电路的方法。每种电路配置的操作和输出特性都互不相同。为了区分不同功率放大器电路的特性和性能，使用了功率放大器类，其中分配了字母符号以标识操作方法。它们大致分为两类。设计用于放大模拟信号的功率放大器属于A，B，AB或C类。设计用于放大脉宽调制（PWM）数字信号的功率放大器位于D，E，F等之下。最常用的功率放大器是音频放大器电路中使用的功率放大器，它们属于A，B，AB或C类。因此，让我们详细了解一下它们。

甲类功率放大器

模拟波形由正高点和负低点组成。在此类放大器中，整个输入波形都在放大过程中使用。单个晶体管用于放大波形的正半部和负半部。这使它们的设计简单，并使A类放大器成为最常用的功率放大器类型。尽管此类功率放大器已被更好的设计所取代，但它们仍在业余爱好者中很受欢迎。

在此类放大器中，即使没有输入信号，有源元件（用于放大的电子组件，在这种情况下为晶体管）也一直处于使用状态。在正常配置的情况下，这会产生大量热量并将A类放大器的效率降低到25％，在变压器耦合配置的情况下，效率会降低到50％。A类放大器的导通角（360度中用于放大的波形部分）为360°。因此，信号失真水平非常小，可以提供更好的高频性能。

B类功率放大器

B类功率放大器旨在降低A类放大器中存在的效率和发热问题。此类放大器使用两个互补晶体管，而不是单个晶体管来放大整个波形。一个晶体管放大波形的正一半，另一个晶体管放大波形的负一半。因此，每个有源器件导通波形的一半（180°），其中两个导通时将放大整个信号。

由于采用了两个晶体管设计，因此与A类放大器相比，B类放大器的效率有了很大提高。他们可以达到理论效率的75％左右。此类功率放大器用在电池供电的设备中，例如FM收音机和晶体管收音机。由于波形的两半重叠，因此在交叉区域存在很小的失真。为了减少这种信号失真，设计了AB类放大器。

AB类功率放大器

AB类放大器是A类和B类放大器的组合。此类放大器旨在减少A类放大器效率较低的问题以及B类放大器交叉区域的信号失真。

它可以像A类放大器一样保持高频响应，并像B类放大器一样保持良好的效率。二极管和电阻器的组合用于提供很小的偏置电压，从而减小了交叉区域附近的波形失真。因此，效率略有下降（60％）。

C类功率放大器

C类功率放大器的设计可实现更高的效率，但会降低线性度/传导角（低于90°）。换句话说，为了提高效率而牺牲了放大的质量。较小的导通角意味着更大的失真，因此此类放大器不适用于音频放大。它们用于高频振荡器和射频信号的放大。C类放大器通常包含一个经过调谐的负载，该负载对特定频率的输入信号进行滤波和放大，而其他频率的波形则被抑制。

在这种类型的功率放大器中，有源元件仅在输入电压高于某个阈值时才导通，从而降低了功耗并提高了效率。

其他功率放大器类

功率放大器D，E，F，G等用于放大PWM调制的数字信号。它们属于开关功率放大器的类别，可将输出不断地打开或关闭，而其间没有任何其他电平。由于这种简单性，属于上述类别的功率放大器可以达到高达（90-100）％的理论效率。

应用领域

以下是功率放大器在不同领域的应用：

消费类电子产品：音频功率放大器几乎用在所有消费类电子设备中，从微波炉，耳机驱动器，电视，移动电话和家庭影院系统到剧院和音乐会增强系统。

工业：开关型功率放大器用于控制大多数工业执行器系统，例如伺服器和直流电动机。

无线通信：高功率放大器对于向用户传输蜂窝或FM广播信号非常重要。由于功率放大器，更高的功率水平成为可能，从而提高了数据传输速率和可用性。它们还用于卫星通信设备中。

结论

 快速介绍功率放大器的概念。您了解了什么是功率放大器及其需求，不同类型和类别的功率放大器，以及几种应用。如果您想了解功率放大器更多相关应用欢迎访问安泰测试网www.agitek.com.cn。

高频MEMS测试

近期，某实验室咨询高频MEMS测试，需要实现正弦波和方波驱动，信号带宽高达7MHz，驱动电平需要达到50Vp-p，需要具备扫频功能和DC+AC工作模式，目前市面上的标准信号发生器输出电压低，电压小于10Vp-p带负载能力弱，输出电流是mA级别，无法解决高压大功率驱动问题。

如何解决高频MEMS测试问题

通过和客户技术交流，了解到高频MEMS核心器件主要是一种压电控制器件，主要是利用其压电效应和逆压电效应能够实现机械能与电能的转换,可以通过将压电控制器件在高频电信号的激励下产生高频振动,激发出超声波,可以通过压电控制器件接收超声波转换成电信号,从而实现超声信号转换。

高频MEMS驱动方式一般为激振荡式驱动，利用方波（或脉冲）振荡器来激励发声。高频MEMS主要工作在1MHz以上的频率上，电压需要30Vp-p左右，要求大输出功率，市场上常规的信号发生器输出电压低，带负载能力弱，功率放大器和信号发生器都需要具有高性能和高品质的输出波形：一方面是良好的稳定性能，输出波形失真小，并且信号发生器还需要能产生多种波形信号；另一方面是良好的动态性能，调幅调频方便，负载适应性好，此外有些测试除了需要信号发生器提供输出电压外，还需要功率输出。

针对以上测试问题，提供信号发生器+功率放大器+泰克示波器的测试方案，并为他们提供了现场演示。

测试方案

客户做测试实验需要的是高电压信号，方波，频率在7MHz左右，电压在70Vp-p左右。信号发生器和放大器推荐的是泰克的AFG3000系列加功率放大器，信号发生器输出电压幅度只有5Vp-p，接上功率放大器，输出电压达到了50Vpp，功率大10W，频率范围是DC-20MHz，具备扫频功能和DC+AC工作模式，具备单端输出和差分输出信号，输出阻抗可调整，可驱动各种阻性、容性、感性负载，完全满足驱动测试需求，功放输出信号直接加载到高频MEMS器件上面，同时使用泰克示波器进行整个链路信号分析测试。

扩展应用

信号发生器+功率放大器+泰克示波器测试方案还可以应用在压电陶瓷驱动、传感器测试、超声波换能器驱动和无损检测、电磁阀和继电器驱动、MEMS控制驱动、无线充电测试等。

总结

高频MEMS驱动测试要求

· 高电压、高带宽功率信息驱动各种高频MEMS器件。

· 多种功率和激励波形选择，可跟进应用需求进行定制。

· 具备扫频功能，AC+DC差分信号输出模式等驱动要求。

· 多通道组合，可以开展不同的测试选择。

· 精密数控增益，以及良好的幅频及相频特性要求。

· 输入输出阻抗匹配可调，配合用户信号源及负载（阻性、容性、感性负载）。

系统配置参考

西安安泰测试为西安本地客户提供免费样机支持及上门演示服务，为全国客户提供功率放大器样机SY服务，如需了解更多应用，欢迎咨询安泰测试网。

超声导波检测技术与常规的无损检测方法相比，具有检测距离长，检测速度快等突出优点。超声波所用的激励源采用大功率信号源驱动激励的方法，放大并传播在管道中接收到的超声导波回波信号，利于缺陷检测的分析和处理。针对市场上常规信号源输出电压低,带负载能力弱,无法驱动超声波探头、换能器等大功率容性负载的实际问题，Aigtek推出了一种可输出大功率437W，频率DC-500KHz的功率放大器。

超声波是声波的一部分，是人耳听不见、频率高于20KHZ的声波，它和声波有共同之处，即都是由物质振动而产生的，并且只能在介质中传播。功率放大器是为超声换能器提供电能的关键部分，它主要用来激励压电超声换能器将功率放大器提供的电能转化为机械能。

超声激励源主要原理：

超声激励源实质上就是一个功率信号发生器，它产生一个与探头、换能器、压电陶瓷谐振频率一致的正弦波信号，经过功率放大器放大后，使得大功率电信号激励探头等产生机械振动，从而产生超声波。

ATA-4052功率放大器介绍：

ATA-4052是一款理想的可放大交、直流信号的单通道高压功率放大器。输出310Vp-p（±155V）电压，437W功率，可以驱动高压功率负载。电压增益数控可调，一键保存常用设置，为您提供了方便简洁的操作选择，可与主流的信号发生器配套使用，实现信号的放大。

基于Aigtek对功率放大器多年的测试研究，其主要产品优势：宽频带·高速·高电压、双极性、大功率。

ATA-1000的频带宽度为DC∼24MHz、上升速率为2000V/µs，即使对于上升迅速的脉冲信号和复杂波形信号也能够实现。

ATA-2000的频带宽度为DC∼1MHz、输出电压为1600Vp-p，即使对于有高压需求的压电元件和显示元器件，也能够富富有余地进行驱动。

ATA-3000的功率为810W，提供大功率的电磁场线圈驱动，同时所有的都能从直流开始输出的, 所以能够轻松实现信号发生器提供的任意波形的放大。

ATA-4000高压功率放大器输出功率为437W，频率宽度为DC-1MHz，可同时满足驱动高压大功率型负载，可双极性输出，匹配任意型号品牌的信号发生器并放大各种波形。

实验名称：垂向动磁式压电振动能量收集器建模及实验研究

研究方向：为了改善单悬臂梁压电能量收集器的性能

实验内容：

为了改善单悬臂梁压电能量收集器的性能，设计了一种垂向动磁式压电振动能量收集结构。针对该结构建立了集总参数压电耦合模型并进行数值仿真，同时搭建实验平台对结构性能进行评价。

测试设备：示波器、能量收集电路、信号发生器、功率放大器、电磁激振器、加速度计等。

实验过程：

实验平台的激励部分是由函数发生器、功率放大器和电磁激振器组成，实验中通过函数发生器调节频率进行向上扫频测试。测量部分由加速度测量及能量测量功能组成，加速度测量由加速度计及附加的信号调理器完成，加速度计固定在亚克力底座上，以对激励的加速度进行标定与测量。

压电材料通过导线与能量收集电路连接，电路中加入电阻作为负载，以方便对能量收集装置的性能进行测试。负载两端及IEPE加速度传感器的输出均直接接入示波器，直接记录系统输出电压及加速度情况。

实验结果：

（1）低频排斥与咼频吸引模式呈现咼峰宽频带特性，高频排斥与低频吸引呈现了双峰值特性，低频排斥模式更易于应用。

不同负载下的电压和功率曲线

（2）集总参数模型在可接受误差范围以内可以有效预测结构性质，幅值的预测误差小于7%,可以用于VMM-PVEH的设计与参数优化。

（3）在不同的磁感应强度下均存在zui优的磁铁距离值，随着磁感应强度的增大，zui优距离值变大，各zui优值下的峰值近似。

（4）在本文所述的zui优化参数条件下,系统峰值功率可提高42.7%，带宽可提高40. 6%。

如需了解功率放大器更多应用案例欢迎咨询安泰测试。

实验名称：功率放大器ATA-4051在单信号激励的弯弯复合超声电机的正反向运动实验中的应用

研究方向：超声电机

测试目的：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

测试设备：函数信号发生器，ATA-4051功率放大器，激光位移传感器，激光转速计。

实验内容：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

实验过程:

（1）测试驱动足轨迹。用两个激光位移传感器分别对准驱动足的上表面和右表面，用函数信号放大器产生信号，经过功率放大器（ATA4051）放大后施加到超声电机上，打开传感器采集功能，完成振动轨迹采集。改变激励信号中两种信号的相位差，从0~360度范围内，每15度测试一次，共测24次。

实验装置

（2）测试输出特性。驱动足处放置一个小滑轮，侧面贴放光纸，拨动滑轮每转一周，观察转速计计数是否正常。之后用信号发生器和功放产生激励信号并施加到超声电机上，测试电机在不同波形（两种频率成分正弦的相位差）下的输出速度。

测试结果:

1. 驱动足处在波形相位差为165度和-15度时都可以获得8字型轨迹，轨迹的运动方向相反；

2. 所提出的基于8字型轨迹的超声电机，的正反向输出特性差异小于4%，推动直径为22mm转子运动时ZD输出速度为1373rpm；

3. 所提出的基于8字型轨迹的超声电机只需单向激励信号就能实现双向输出运动，压电元件无闲置，摩擦耦合效率高，在航空航天等高可靠性应用领域具有潜在应用价值。

轨迹运动测试结果

机械输出特性测试结果

本文实验素材由西安安泰整理发布，安泰功率放大器广泛应用于压电陶瓷驱动、超声波测试、声呐系统应用和MEMS测试等，可提供免费样机SY服务，如果想了解功率放大器更多应用，欢迎访问安泰测试网。

       功率放大器（VoltageAmplifier）是提高电压信号的装置。对弱信号，常用多级放大，级联方式分直接耦合、阻容耦合和变压器耦合，要求放大倍数高、频率响应平坦、失真小。当负载为谐振电路或耦合回路时，要求在指定频率范围内有较好幅频和相频特性以及较高的选择性。

功率放大器的特点：

      （1）信号发生器输入的信号最大是20Vpp，通过功率放大器可以提升电压和功率；

      （2）是具有可增益调节的放大器，实质是一个电压放大器；

      （3）不容易引入现场干扰信号，电路受连接电缆长度变化的影响不大，几乎可忽略不计，可用于压电式传感器远距离传输放大；

      （4）D创的数控增益系统可以快速调节需要的输出电压，兼容市面所有主流的任意波形函数信号发生器，实现信号完美放大；

      （5）频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻。

功率放大器（VoltageAmplifier）是提高电压信号的装置。对弱信号，常用多级放大，级联方式分直接耦合、阻容耦合和变压器耦合，要求放大倍数高、频率响应平坦、失真小。当负载为谐振电路或耦合回路时，要求在指定频率范围内有较好幅频和相频特性以及较高的选择性。

功率放大器的特点：

（1）信号发生器输入的信号最大是20Vpp，通过功率放大器可以提升电压和功率；

（2）是具有可增益调节的放大器，实质是一个电压放大器；

（3）不容易引入现场干扰信号，电路受连接电缆长度变化的影响不大，几乎可忽略不计，可用于压电式传感器远距离传输放大；

（4）数控增益系统可以快速调节需要的输出电压，兼容市面所有主流的任意波形函数信号发生器，实现信号放大；

（5）频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻。

功率放大器（VoltageAmplifier）是提高电压信号的装置。对弱信号，常用多级放大，级联方式分直接耦合、阻容耦合和变压器耦合，要求放大倍数高、频率响应平坦、失真小。当负载为谐振电路或耦合回路时，要求在指定频率范围内有较好幅频和相频特性以及较高的选择性。

功率放大器的特点：

（1）信号发生器输入的信号最大是20Vpp，通过功率放大器可以提升电压和功率；

（2）是具有可增益调节的放大器，实质是一个电压放大器；

（3）不容易引入现场干扰信号，电路受连接电缆长度变化的影响不大，几乎可忽略不计，可用于压电式传感器远距离传输放大；

（4）数控增益系统可以快速调节需要的输出电压，兼容市面所有主流的任意波形函数信号发生器，实现信号放大；

（5）频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻。

功率放大器与超声波发生器：

功率放大器是用来放大超声波发生器产生的信号，超声波发生器来产生一个特定频率的信号，这个信号可以是正弦信号，也可以是脉冲信号，这个特定频率是换能器工作的频率。

超声波发生器的输出功率调节：

当超声波发生器接入电压的发生变化时，发生器的输出功率也随着发生变化。会使超声波换能器的机械振动不稳定，导致工作效果不佳。因此需要稳定输出功率，通过调节放大倍数，具体分为粗调（1step）和细调（0.1 step）两种，通过功率反馈信号相应调整功率放大器，使得功率放大稳定。

本文素材由西安安泰测试整理发布，如果想了解更多，请持续关注安泰测试网www.agitek.com.cn。安泰功率放大器广泛应用于压电陶瓷驱动、超声波测试、声呐系统应用和MEMS测试等，可提供免费样机S用服务。

实验名称: 基于压电陶瓷的声光模式转换实验

研究方向：光纤模式

实验内容: 用高频高压信号驱动压电陶瓷振动光纤产生模式转换

测试目的：利用功率放大器对驱动电压的放大实现压电陶瓷的GX率振动

测试设备: 压电陶瓷

放大器型号: Aigtek: ATA-2022H

实验过程:

信号发生器产生的高频正弦信号（1 MHz 附近）通过高频电压放大器后，幅值（峰峰值）被放大到百伏左右，能够很好地驱动压电陶瓷片振动，产生我们所需要的高频有效振动实现模式转换实验。

测试结果：

信号发生器输出的信号电压幅值很低，对于压电陶瓷片的驱动能力弱，其振动效率很低，无法满足我们对于模式转换所需要的高频GX率振动。而加了高压功率放大器之后，驱动电压大幅增加，使得压电陶瓷片振动强度大，其产生的声光作用强，模式耦合实验结果理想。

安泰的功率放大器广泛应用于MEMS 实验、压电陶瓷、水声（换能器）磁性材料的磁化特性（B-H 曲线）测量以及YL领域（磁场生物效应）等众多领域。安泰免费为西安本地客户提供上门演示服务，为全国客户提供样机演示服务，如需了解更多，欢迎访问安泰测试网。

压力控制器属于什么类别

在工业自动化与控制系统中，压力控制器是至关重要的设备之一。它们主要用于监测和控制系统中的压力，以确保设备的正常运转和安全性。不同类型的压力控制器根据其工作原理、应用领域和功能的不同，可分为多个类别。本文将深入探讨压力控制器的分类及其应用，为广大工程技术人员和相关从业人员提供有价值的参考。

压力控制器的基本定义与功能

压力控制器是一种用于控制和调节压力的自动化设备。它通过感知系统中实际压力值，并与设定的压力值进行比较，从而自动调整阀门、泵或其他控制设备的工作状态，以维持系统在预定的压力范围内。压力控制器常见于液压系统、气动系统以及多种机械设备中，其核心功能是确保系统稳定运行，避免过压或欠压对设备造成损害。

压力控制器的主要类别

1. 机械式压力控制器

机械式压力控制器是早的压力控制器类型，主要依靠内部的机械元件（如弹簧、活塞等）进行压力调节。该类型控制器结构简单、成本较低，常用于一些对精度要求不高的场合。机械式压力控制器在汽车、家电等设备中有广泛应用，特别是在一些紧凑型设备中，仍然有着不可替代的作用。

2. 电子式压力控制器

电子式压力控制器利用传感器和微处理器来实时监控和控制系统压力。其优点在于精度高、响应速度快，并且能够通过数字信号进行控制，因此在高精度要求的工业应用中得到了广泛应用。电子式压力控制器通常被用于化工、制药、食品加工等行业，这些行业对压力控制的要求较为严格，需要精密的调整和高效的自动化控制。

3. 智能型压力控制器

随着技术的发展，智能型压力控制器应运而生。智能型控制器通常具备自诊断、远程监控和数据记录等功能，可以与企业的自动化系统进行深度集成，提供更为高效、稳定的解决方案。智能型压力控制器适用于复杂的生产环境，如石油化工、航天等领域，能够在多变的工作条件下进行自适应调整，确保设备的安全和效率。

4. 差压控制器

差压控制器主要用于监测两个位置之间的压力差值，它的应用范围较为特殊，通常用于过滤器、泵站等系统中。差压控制器可以帮助维持稳定的流量和压力，防止过滤器等设备因过度压力差导致损坏。在一些流体传输系统中，差压控制器是不可或缺的组件。

5. 差动压力控制器

差动压力控制器常用于需要监测两个流体路径之间的压力变化的应用场合。这种类型的控制器通过对两个不同点之间的压力差进行实时监测，帮助调整系统的压力状态，确保流体系统的正常工作。其在建筑暖通空调（HVAC）系统以及冷却系统中有着重要的作用。

总结

压力控制器作为工业自动化中的关键设备，广泛应用于各行各业，确保设备和系统的高效、安全运行。从机械式压力控制器到智能型压力控制器，每一种类型的控制器都有其独特的优势和应用领域。在选择适合的压力控制器时，必须考虑系统的需求、工作环境及精度要求等多个因素。只有了解不同类别的压力控制器，并合理选择，才能在各个领域中大限度地提升系统的稳定性与安全性。