水声功放设计及换能器匹配技术研究

• 作 者: 张洪欣
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 水声功率放大器 匹配 TDA7294

水声功率放大器是声呐发射机不可或缺的一部分，它的主要作用是对音频信号进行电压和电流放大，提高输出功率。由波形产生器所产生信号的功率很小，无法直接驱动换能器向水中辐射足够能量的声波，因此必须使用功率放大器对信号进行功率放大。水声功放和换能器之间的匹配网络的主要作用是完成功率放大器和换能器之间的阻抗匹配，主要包括调谐匹配和变阻匹配两部分，以便以足够高的效率向水中辐射足够能量的声波信号。变阻匹配一般采用变压器来实现，将换能器的阻值通过变压器变换为一个合适的值，使得功放输出的电压和电流利用系数最高。在宽带系统中，常采用宽带变压器实现变阻匹配，但由于宽带换能器的阻值在其带内不是一个恒定值，因此其辐射功率随频率变化而变化。调谐匹配最常用的是谐振法，分为单一频率上的单调谐匹配和两个谐振点上的双调谐匹配。谐振法在窄带系统中的应用较为广泛，它利用电感或电容元件去匹配容抗换能器和感抗换能器，当在工作频率点处达到谐振时，虚功最小，功率因数最大，发射机和换能器处于最佳工作状态。宽带系统中的调谐匹配技术比较复杂，由于电抗值不是线性，很难用解析式表示，无线通信中常用实频数据法解决宽带匹配问题，此方法也可以为水声领域所借鉴。本论文首先论述了功率放大器的基本工作原理，研究了水声功率放大器设计过程中的几个关键问题，然后论述了水声换能器的阻抗匹配方法，包括单频点的匹配和宽带匹配。最后，为满足实际需要，设计制作了一个AB类水声功率放大器，完成了原理图及PCB的设计及电路板的焊接，最后完成了功放与换能器的阻抗匹配。设计完成了两块D类功放板，完成了原理图及PCB的设计。