用于声致发光的大功率超声驱动功率放大器的设计

摘要

由于目前太赫兹辐射源的产生方法普遍存在成本高、技术要求高以及设备昂贵等问题，而限制了太赫兹辐射源的应用和发展。因此，本文以开发一种基于固体声致发光现象和液体声致发光现象的新型太赫兹辐射源为出发点，设计了一款大功率的D类超声功率放大器，用以驱动超声换能器来进行固体声致发光现象和液体声致发光现象产生太赫兹辐射的相关实验研究。
　　本文首先介绍了各类线性功率放大器和开关功率放大器并分析其优缺点，比较了D类功放中所常用到三种调制方式，并在此基础上提出了本文所使用的基于自激振荡技术和Δ-Σ调制原理相结合的系统方案。采用这种结构不仅节约了成本，更重要的是减小了失真。该结构主要包括：运放构成的二阶积分器、反相器构成的 A/D、栅极驱动电路、桥式放大电路、反馈回路以及低通滤波电路。本论文对其中的各个子模块进行了详细的设计和仿真,并在功率输出级采用了全桥输出的结构，大大的提高了输出功率。此外，还设计了过压、过流保护电路以及使用AVR单片机对输入功率和输出功率进行采样和显示。通过对电路的调试和实验，最终实现了在频率为40kHz时的峰值功率超过1000W的超声功率驱动源的设计目标。

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第一章 绪论

1.1 选题的背景及依据

1.2 功率超声驱动的国内外现状

1.3 本论文的结构安排

第二章 功率放大器的介绍及选取

2.1 几类常用功率放大器的比较

2.2 D类功率放大器的调制方式

2.3 本章小结

第三章 D类功率放大器的系统设计

3.1 系统框图介绍

3.2 系统关键技术研究

3.3 全桥输出的效率计算

3.4 本章小结

第四章 D类功率放大器各单元电路的设计与仿真

4.1 系统供电电路

4.2 二阶积分器电路

4.3 电平移位电路

4.4 比较器与逻辑电路

4.5 栅极驱动电路

4.6 滤波器电路

4.7 起振脉冲发生电路

4.8 保护电路

4.9 电流电压信号的采样调理电路

4.10 本章小结

第五章 功率显示电路的硬件和软件设计

5.1 ATmega16L简介

5.2 AVR单片机的最小系统

5.3 LED显示及按键模块

5.4 软件设计

5.5 数据采集实验

5.6 本章小结

第六章 PCB设计、调试和实验

6.1 PCB版图设计

6.2 硬件电路调试总结

6.3 实验结果及分析

第七章 总结与展望

致谢

参考文献

附录