:電子管放大器
在早期上世紀(jì)80年代前,信號(hào)的功率放大還采用電子管。采用電子管的好處是它的動(dòng)態(tài)范圍較寬,這個(gè)好處對(duì)于音頻放大器致關(guān)重要,但對(duì)超聲波發(fā)生器沒(méi)有什么用處,因此一旦功率晶體管出現(xiàn)后即遭淘汰。電子管的缺點(diǎn)很多,例如:功耗大、體積大、壽命短、效率低。
第二:晶體管模擬放大器
上世紀(jì)80年代到90年代中旬,功率晶體管發(fā)展已經(jīng)非常成熟,各種OCL及OTL電路均使用于發(fā)生器,原理圖如下:
信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)特定頻率的正弦波,經(jīng)前置放大器進(jìn)行信號(hào)放大,推動(dòng)功率放大器進(jìn)行功率放大,再經(jīng)阻抗變換,提供給換能器,其中VCC、VEE是通過(guò)變壓、整流、濾波后的直流電源。
同時(shí),模擬功率放大器有一下幾個(gè)缺點(diǎn):
(1)功耗較大。由于OTL、OCL電路理論效率只有78%左右,實(shí)際效率更低,功耗大,導(dǎo)致功率管發(fā)熱嚴(yán)重。需要較大的散熱功率,功率管的發(fā)熱導(dǎo)致工作不太穩(wěn)定。
(2)體積大、重量重。由于功率管輸出的功率受到限制,要輸出較大的功率需要更多的功率管,況且發(fā)生器所需要的直流電源是通過(guò)變壓器降壓、整流,濾波后得到的,大功率的變壓器比較重,效率也比較底。
(3)不易使用現(xiàn)代的微處理器來(lái)處理,由于該電路呈現(xiàn)一個(gè)比較典型的模擬線路特征,用數(shù)字處理比較復(fù)雜,涉及到A/D(模擬轉(zhuǎn)數(shù)字)和D/A(數(shù)字轉(zhuǎn)模擬),成本比較高,可靠性底。
第三:晶體管開(kāi)關(guān)性放大器
隨著電力電子器件的發(fā)展,特別是VDMOS管(垂直溝道MOS管,也可稱(chēng)功率場(chǎng)效應(yīng)管)和IGBT(隔離柵雙極晶體管)的發(fā)展和成熟,使得采用開(kāi)關(guān)式發(fā)生器成為可能,實(shí)際上開(kāi)關(guān)型發(fā)生器的發(fā)展是開(kāi)關(guān)電源的成果之一,接下來(lái)著重討論晶體管開(kāi)關(guān)型發(fā)生器。
開(kāi)關(guān)型發(fā)生器的原理是通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管的占空比(或?qū)У琅c截止時(shí)間)來(lái)控制輸出的功率。由于晶體管在截止和飽和導(dǎo)通時(shí)的功耗很小,因此這種開(kāi)關(guān)型發(fā)生器的特點(diǎn)是:
(1)功耗底、效率高:開(kāi)關(guān)管在開(kāi)關(guān)瞬時(shí)的功耗較大,但時(shí)間很短,在截止或?qū)У罆r(shí)的功耗很小,時(shí)間較長(zhǎng),因此總的功耗較小,而且基本恒定,效率可以達(dá)到90%以上。
(2)體積小,重量輕:由于效率高,功耗底,使得散熱要求較低,而且各個(gè)開(kāi)關(guān)管可以推動(dòng)的功率較大,加上直流電源直接變換使用,不需電源變壓器降壓,因此它的體積較小,重量輕,單位功率所占的體積和重量值較小。
(3)可靠性好,與微處理器等配合較容易:電子器件在工作時(shí)的溫升較低,工作就可靠,加上全數(shù)字(開(kāi)關(guān))輸出,可用微處理器直接控制。
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