水声换能器功放与匹配电路的设计与实现.pdf

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1、第２７卷第８期传感技术学报Ｖｏｌ.２７Ｎｏ.８２０１４年８月ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＥＮＳＯＲＳＡＮＤＡＣＴＵＡＴＯＲＳＡｕｇ.２０１４∗ＴｈｅＤｅｓｉｇｎｏｆＤ￣ＣｌａｓｓＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒａｎｄＭａｔｃｈｉｎｇＣｉｒｃｕｉｔＣＨＥＮＳｈｉｇｕａｎｇꎬＣＨＥＮＨｕａｂｉｎꎬＣＨＥＮＧＥｎꎬＹＵＡＮＦｅｉ(ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＡｃｏｕｓｔｉｃＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄＭａｒｉｎｅＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄ

2、ｕｃａｔｉｏｎꎬＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｏｌｏｇｙꎬＸｉａｍｅｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＸｉａｍｅｎＦｕｊｉａｎ３６１００５ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＴｈｅａｒｔｉｃｌｅｉｓａｂｏｕｔＤ￣ｃｌａｓｓｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒａｎｄｍａｔｃｈｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒ２０~３０ｋｓｐｅｃｔｒｕｍｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｓｏｕｎｄｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ.ＰＷＭｃｉｒｃｕｉｔｉｓｍｏｒｅｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｓｍａｌｌｅｒｔｈａｎｌｉｎｅａｒｃｉｒ

3、ｃｕｉｔꎬｓｏｗｅｃｈｏｏｓｅＰＷＭｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｉｎＤ￣ｃｌａｓｓｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒ.Ｄ￣ｃｌａｓｓｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｔｒｉａｎｇｌｅｗａｖｅｇｅｎｅｒａｔｏｒꎬｃｏｍｐａｒａｔｏｒꎬｐｏｗｅｒｔｕｂｅａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅꎬｒｅａｌｉｚｅｓｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｌｏｗｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ.ＴｈｅｏｕｔｐｕｔｏｆＤ￣ｃｌａｓｓｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒｔｙｐｉｃａｌｌｙｆｉｌ￣ｔｅｒｓ

4、ｏｕｔｈｉｇｈ￣ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｉｇｎａｌｓｔｈｒｏｕｇｈａｌｏｗ￣ｐａｓｓｆｉｌｔｅｒꎬｒｅｓｔｏｒｅｓｌｏｗ￣ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｉｇｎａｌｓ.Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｓｏｕｎｄｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｉｓｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｏａｄꎬａｎｄｉｔｗｉｌｌｐｒｏｄｕｃｅｌａｒｇｅｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒ.Ｙｏｕｓｈｏｕｌｄｄｅｓｉｇｎｔｈｅｍａｔｃｈｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔꎬｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｕｎｉｎｇａｎｄｉｍ￣ｐｅｄａｎｃｅｍａｔｃｈｉｎｇ.Ｔｈｅｍａｔｃｈｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｇｒｅａｔｌｙｒｅｄｕ

5、ｃｅｓｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｓｏｕｎｄｔｒａｎｓｄｕｃｅｒꎬａｎｄｅｎｈａｎｃｅｓｅｆｆｉ￣ｃｉｅｎｃｙｏｆｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒꎬｅｎｓｕｒｉｎｇｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｓｏｕｎｄｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｉｎｇｏｏｄｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒꎻＤ￣ｃｌａｓｓｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒꎻｍａｔｃｈｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔꎻｒｅｓｏｎａｎｔＥＥＡＣＣ:７２３０ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００４－１６９９.２０１４.０８.０

6、１２∗水声换能器功放与匹配电路的设计与实现∗陈士广ꎬ陈华宾ꎬ程恩ꎬ袁飞(厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室ꎬ福建厦门３６１００５)摘要:是针对２０ｋ~３０ｋ频段的水声换能器设计Ｄ类功率放大器和匹配电路ꎬＰＷＭ电路相对线性电路具有效率高、尺寸小等优点ꎬ所以Ｄ类功放一般选用ＰＷＭ调制ꎬＤ类功放由三角波发生器、比较器、功率管以及保护模块组成ꎬ实现高效率、低失真的功率放大ꎮＤ类功放的输出一般都要通过一个低通滤波器来滤除高频信号ꎬ来还原低频信号ꎮ由于水声换能器是容性负载ꎬ会产生很大的无功功率ꎬ因此需

7、要设计匹配电路ꎬ匹配包括调谐和阻抗匹配ꎮ匹配电路的加入能大大减少水声换能器的无功功率ꎬ进而提高功放的效率ꎬ使水声换能器在工作频段内能稳定工作ꎮ关键词:换能器ꎻＤ类功放ꎻ匹配电路ꎻ谐振中图分类号:ＴＰ３９１文献标识码:Ａ文章编号:１００４－１６９９(２０１４)０８－１０６５－０５[１]随着水声通信技术的发展ꎬ水下通信设备开始过巴特沃斯滤波器来等效的匹配网络ꎻ文献[２]逐步走向实用化ꎬ为了满足其实际的使用要求ꎬ功放提出一种通过串并联２个电感来对电压特性的峰点[２]电路需要具有小体积、高效率特性ꎬ并能在水下

8、长时和谷点补偿ꎻ最简单的匹配网络是通过串联一个[３]间连续可靠工作ꎮ压电陶瓷换能器主要负责在电信电感来抵消换能器的大部分容性ꎮ在很多实际号与声信号之间进行转换ꎬ换能器拥有最佳的匹配应用中ꎬ需要换能器具有满足使用要求的带宽ꎬ追求网络ꎬ能输出最大的发射功率ꎬ从而得到最高的功放高效率、小体积、低失真的Ｄ类功放ꎬ以及如何更好功率ꎮ当换能器需要在一个较宽的频带范围内工作的对压电陶瓷换能器进行匹配ꎬ来获得更大的功率时ꎬ假设换能器本身的－３ｄＢ带宽较窄ꎬ这时我们需增益