1．概述
传统的A类、B类、C类拓宽器是把有源器材(例如晶体管为谈论政策)作为电流源工作。在这些拓宽器中，晶体管工作在伏安特性曲线的有源区。集电极电流受基极鼓动信号操控造相应改动，而集电极电压是正弦波或正弦波的一有些。因而集电极在信号一星期内一同存在颇大的电流和电压。要耗费恰当一有些功率，这便是传统拓宽器的能量改换功率受束缚的首要要素。开关办法拓宽器内行进拓宽器功率方面做了质的革新，它把有源器材作为接通／断开的开关运用。晶体管工作在伏安特性曲线的丰满区或截止区。当晶体管被鼓动而接通时进入丰满区，断开时进入截止区。因为晶体管丰满压降很低，集电极功耗降到最低极限，行进了拓宽器的能量改换功率。通常在抱负的晶体管条件下(丰满压降为零，丰满电阻为零．断开电阻为无量大，开关时刻为零)，归于开关办法工作的D类拓宽器，理论功率为100％，实习功率可达90％以上。而通常的A类拓宽器功率只需 50％，B类功率为78．5％。从中看出开关办法功率拓宽器在功率超声的运用中具有恰当大的实习意义。
实习运用中大大都的超声波发作器都是b,c类拓宽器，c类居多，有些分外用处的计划为b类。
2．D类功率拓宽器
推挽式D类功率拓宽器如图1．35所示，输入鼓动信号使一管导通时另一管截止，导通截止时 间各占沟通半周期。这种拓宽器有两种组态，一种是电压开关拓宽器图1，35(a)；另一种是电流开关拓宽器(图1．35(b))。在电压开关组态中，晶体管作为电压开关工作，集电极电压为方波，串联调谐电路只让基波电流转过。因而输出电压为集电极电压的基波重量，集电极电流为半个正弦波。在电流开关组态中，晶体管起电流开关效果。扼流圈L、，坚持安稳的直流馈电电流，集电极电流为方波，而集电极电压为半个正弦波。


图1．35 D类功率拓宽器
(a)为电压开关拓宽器，(b)为电流开关拓宽器．
这儿偏重介绍电压开关型拓宽器。在功率超声中电压型开关拓宽器用得较多，其要素：
一是从丰满损耗来看．电压开关拓宽器通常比电流开关拓宽器小，因为电压开关拓宽器中晶体管电流仅在180。丰满时期是大的，而在电流开关拓宽器中，悉数导通角内坚持峰值集电极电流；其他方波电流时的丰满电压通常要大于正弦电流下的丰满电压；
二是电流开关型的功率比电压开关型拓宽器低。但电流开关拓宽器获得功率的才干要强些；
三是在电流开关电路中，当负载R俄然断开时所呈现的瞬态效应，会使开关承受较高的浪涌电压，因而下降了开关元件伏安容量的运用率。一同给计划者带来必定的费事。
四是用一样开关元件，电流开关电路比电压开关电路的选用电源电压要低n倍，电源供出的电流大x倍。
五是负载失调时，经过电压开关的电流变小，经过电流开关的电流变大。假计划划恳求发作器能在必定的失调计划内工作，则电流开关电路对晶体管伏安容量的运用率又要下降很多。
可是以上两种开关拓宽器其底子办法的输出特性都是恒压源性质，一同在固定负载下，伏安容量运用率持平。用一样的开关元件能够得到一样的输出功率。
电压型开关拓宽器还可分红并联型电压开关拓宽器，如图1-35(a)所示和串联型电压开关拓宽器，如图1．36所示。

图1．36 串联电压开关拓宽器
有必要留神的是，不论开关怎样联接，只需它们“开关出来的”是电压源，即只需它们是用作 电压开关的，那么，它们的负载只能是一个串联谐振电路。这是因为电容在这儿不容许作为“开关出来的”方波电压源的负载。不然，因为电容对高次谐波的短路效果．会给开关带来损害。
串联开关电路和并联开关电路的原理是彻底一样的。因而计划也是类同的，仅有的差异在于电源电压的挑选方面。假定开关元件所能承受的电流和电压是必定的，那么并联接法比串联接法所选 用的电源电压应低一倍，而电源供出的电流应大一倍，举例来说，假定用串联开关选220V电压耗费4A电流，那么改用并联开关时应选110V电压耗费8A电流。
3．串联电压开关型D类功率拓宽器的剖析与计划
咱们以串联电压开关型D类功率拓宽器为例，如图1. 37所示，该图与图1．36实习是等效的，所纷歧样的是图1．36中的负载Rl可看作变压器次级换能器在谐振时的纯阻反映到变压器初级的电阻。BG1与BG2为两个参数底子一样的晶体管，LC串联回路对工作频率fo谐振。

假定鼓动信号是频率为fo的正弦波，在正半周时，BG1丰满导通，BG2截止；负半周时BG1截止，BG2丰满导通。图1．38为其电压、电流波形。


当BG1丰满导通时，p点电压为电源电压vcc减去BG1的丰满压降vcs。当BG2丰满导通时，p点电压则为BG2的丰满压降vcs,两管参数底子一样，故vcs1=vcs2=vcs且Up为矩形波。
经过LC串联谐振回路选频滤波后．在负载电阻Rl．上就可得到频率为fo的正弦波电压ul，结束其拓宽功用。
因为两管轮番导通处于开关工作状况，up为矩形波，故称为电压开关型，且输出的最低谐波是三次，所以输出波形较好。
如将图1．38中UP的座标轴上移如图1．39所示。依据周期性对称方波谐波标明式：

式中Upm是方波振幅，ωo是基波角频率，在D类开关电路中

当LC回路谐振于fo时，在RL上的基波电压崎岖为

所以RL上的有用值电压为

拓宽器的输出功率：

又因

这儿IA为基波电流的有用值，其峰值为

所以流过晶体管的直流重量ICO为

电源输入功率为：

拓宽器的功率η为：

可见，当晶体管的丰满压降vcS愈小，则拓宽器的功率愈高，若VCS→0则η→100％。以上是在 电感、电容、晶体管都不计损耗的抱负状况下得到的效果，实习上是有损耗的。其损耗首要存在着两类，在高频运用时，其晶体管内部损耗更不容疏忽的。
(1)闭态丰满损耗 、
由(1．101)式可知．晶体管丰满压降愈大则功率越低。理论和试验能够阐明，跟着频率的增加和功率加大，丰满压降将活络增大，为了减小丰满损耗，有必要选用fT高的晶体管。通常来说，对小功率管(10W) f ≥0.01fT时才需思考丰满压降的影响。
因为这时丰满压降随频率急剧增大，在大功率时因为电流的增加丰满压降也大大上升，因而D类拓宽器的功率在这些频率和电流下将急剧下降。
(2)开关进程致使的过渡损耗。
过渡损耗是由过渡瞬变进程的时刻来断定，它取决于晶体管电流或电压的上升和下降时刻及基极和集电极的电荷存储效应。在晶体管电流或电压上升和下降时刻内，晶体管处于有源状况，要耗费必定功率。此外接通推延时刻td（由晶体管基极电容和其他电路电容的充电时刻抉择）和晶体管开关从丰满进入有源状况时，从基区和集电极抽出过量电荷的存储时刻ts也要增大过渡损耗。推延时刻td和存储时刻ts，不只延伸晶体管的开关过渡进程，并且要发作电流和电压瞬变，会使晶体管因为二次击穿或雪崩效应而损坏。


图1．40是电压开关拓宽器的波形。假定晶体管存储时刻大于接通推延时刻，两个晶体管将一同处于闭态。大的霎时刻集电极电流将经过低阻通路从集电极电源到地。不只需下降拓宽器的功率，并且要使器材的牢靠性下降，因为在高的集一射电压下，过大的集电极电流要使器材因为二次击穿而损坏。这种瞬态的集电极电流尖峰能够用附加基一射间的电容，增大器材接通推延时刻，限止两个晶体管都处于“闭态”的时刻距离来削弱。
ib的负脉冲愈大，持续时刻愈长，ts愈长，td首要取决于集电极电荷的存储。跟着工作频率的上升，晶体管的电荷存储效应愈显着，严峻时可使两管一同导通，呈现风险的雪崩，使晶体管损坏。集电极电荷存储时刻是跟着集电极电流的增加而增大，集电极电流又随基极电流增加而增大，基极电流又随鼓动信号的加大而增大。因而挑选开关特性好，ft高且功率满意恳求的晶体管，计划最佳鼓动，关于行进D类功率拓宽器的功率是彻底必要的。
回路参数对p点电压有恰当影响程度，图1．41为鼓动信号对P点波 形的影响。
在图1．36 中基极加快电容CP对p点波形的影响，CP使p点电压 波形的上升沿更徒，波形有所改进,略有行进。LC串联谐振回路对p点电压波形的影响是扮演为电感上，它是拓宽器首要元件，恳求Q值愈高愈好，若LC回路调谐禁绝时，分外回路呈理性时，p点也会呈现鼓动过大那样的波形，对影响颇大。
图1-41鼓动信号对p点电压波形的影响
a信号小，功率小
b信号过大，功率大，功率低
c信号恰当，功率大，功率高
4．桥式功率拓宽器
’ 开关办法功率拓宽器除了上面讲到的串联，并联式开关拓宽器外，还有桥式功率拓宽器，下面咱们剖析这种电路。
桥式功率拓宽器可分红半桥功率拓宽和全桥功率拓宽两种办法。半桥式的原理图如图1．42所示
由图可知，R1,R2为桥平衡电阻；C1、C2为桥臂电容，R3，R4，C3、C4为桥开关管吸收电路元件，其值可经过试验调整。桥与负载两者，经过变压器B联接。
工作原理如下；当t1时刻，U1电平触发BG1导通，i1经过BG1至变压器初级1、2向电容C2充电，一同C1上的电荷向BG1和变压器B1初级放电。然后在输出变压器B1次级感应一个正半周脉冲电压；当在t2时刻．BG2，被触发导通，i2经过电容c1，变压器初级2，1向BG2充电，而C2的电荷也经由变压器初级2，1向BG2放电。在变压器次级感应一个负半周脉冲电压，然后结束一个工作频率的周期波形。


全桥功率拓宽器原理如图1．43所示，假定将图1．43与图1．42比照，图1.43中BG3，BG4，两只功放管替代了图1．42中的C1、C2。由BG1，、BG2＼BG3、BG4四只功率拓宽管构成了一个电桥，当BG1， BG4，一同被触发导通时，电流i1经BG1,→变压器的初级→BG4到地。这时在输出变压器次级感应出 一个正半周波形电压。当BG3，BG2一同被触发导通时，电流i2经由BG3→变压器初级→BG2到地， 这时在变压器次级感应出一个负半周波形电压．然后结束了一个周期波形的电压。
桥式开关功率拓宽器其计划原理同串联电压开关拓宽器，它首要合适在大功率的超声源中。
输出功率的调整
通常选用以下两种办法
1 改动鼓动信号导通角
一个电路运用的实例如图所示
2 改动电源电压
能够选用可控硅调整直流电源电压或许选用开关操控切换电源变压器绕组办法。
功率拓宽器的维护
首要触及过压，过流，负载开，短路维护等等，请参看有关资料.

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