安泰功率放大器在超声电机正反向运动中的应用

实验名称：功率放大器ATA-4051在单信号激励的弯弯复合超声电机的正反向运动实验中的应用

研究方向：超声电机

测试目的：验证基于8字形振动轨迹的超声电机的工作原理的可行性

测试设备：函数信号发生器，ATA-4051功率放大器，激光位移传感器，激光转速计。

实验内容：用单路特殊激励信号（由频率比为1:2两个正弦波形叠加而成）驱动弯弯复合超声电机，测试其驱动足的运动轨迹和样机基本输出特性

实验过程:

（1）测试驱动足轨迹。用两个激光位移传感器分别对准驱动足的上表面和右表面，用函数信号放大器产生信号，经过功率放大器（ATA4051）放大后施加到超声电机上，打开传感器采集功能，完成振动轨迹采集。改变激励信号中两种信号的相位差，从0~360度范围内，每15度测试一次，共测24次。

实验装置

（2）测试输出特性。驱动足处放置一个小滑轮，侧面贴放光纸，拨动滑轮每转一周，观察转速计计数是否正常。之后用信号发生器和功放产生激励信号并施加到超声电机上，测试电机在不同波形（两种频率成分正弦的相位差）下的输出速度。

测试结果:

1. 驱动足处在波形相位差为165度和-15度时都可以获得8字型轨迹，轨迹的运动方向相反；

2. 所提出的基于8字型轨迹的超声电机，的正反向输出特性差异小于4%，推动直径为22mm转子运动时ZD输出速度为1373rpm；

3. 所提出的基于8字型轨迹的超声电机只需单向激励信号就能实现双向输出运动，压电元件无闲置，摩擦耦合效率高，在航空航天等高可靠性应用领域具有潜在应用价值。

轨迹运动测试结果

机械输出特性测试结果

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实验名称: 功率放大器基于超磁致伸缩换能器的CFRP板孔裂纹缺陷检测中的应用

研究方向：无损检测

测试目的：验证磁致伸缩换能器在CFRP板孔缺陷识别的有效性

测试设备: ATA-2021H功率放大器，信号源，示波器，换能器等

实验内容:对换能器施加扫频信号确定换能器的Z佳工作频段，对换能器施加激励信号，利用超声导波检测CFRP孔缺陷，并进行信号处理，确定缺陷位置。

实验过程：

实验板材为CFRP材质，边长500mm,厚度2mm，通过信号发生器产生激励波形，通过功率放大器放大，磁致伸缩换能器产生高能超声信号，将PZT-5方形贴片用于信号采集，通过分析信号来判断导波信号中包含的缺陷信息。

实验结果：

（1）扫频可快速测试元件的频率特性， 通过产生不间断频率连续变化的信号，作用于换能器，获得不同频率下换能器的响应特性。由于超磁致伸缩材料其工作频率不超过100KHz,因此扫频范围为40-100kHz.激励端响应信号幅度随频率逐渐提升呈线性增大。扫频信号通过复合板传播后到达接收端，由图中课件在频率70,80,92kHz处，信号幅值为局部峰值，为换能器的相对优选激励频率。

（2）通过对信号进行短时傅里叶变换的得到的Z终的缺陷云图。

放大器在该实验中发挥的效能:驱动换能器、激励超声导波信号

选择功率放大器ATA-2021H的原因:放大器可以很好的驱动电感线圈，给电感线圈施加稳态和瞬态电流。

实验中用到的功率放大器ATA-2021H参数指标：

Z大输出电压200Vp-p（±100Vp，输出电流 500mAp，带宽（-3dB）高达DC~1MHz

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高频MEMS测试

近期，某实验室咨询高频MEMS测试，需要实现正弦波和方波驱动，信号带宽高达7MHz，驱动电平需要达到50Vp-p，需要具备扫频功能和DC+AC工作模式，目前市面上的标准信号发生器输出电压低，电压小于10Vp-p带负载能力弱，输出电流是mA级别，无法解决高压大功率驱动问题。

如何解决高频MEMS测试问题

通过和客户技术交流，了解到高频MEMS核心器件主要是一种压电控制器件，主要是利用其压电效应和逆压电效应能够实现机械能与电能的转换,可以通过将压电控制器件在高频电信号的激励下产生高频振动,激发出超声波,可以通过压电控制器件接收超声波转换成电信号,从而实现超声信号转换。

高频MEMS驱动方式一般为激振荡式驱动，利用方波（或脉冲）振荡器来激励发声。高频MEMS主要工作在1MHz以上的频率上，电压需要30Vp-p左右，要求大输出功率，市场上常规的信号发生器输出电压低，带负载能力弱，功率放大器和信号发生器都需要具有高性能和高品质的输出波形：一方面是良好的稳定性能，输出波形失真小，并且信号发生器还需要能产生多种波形信号；另一方面是良好的动态性能，调幅调频方便，负载适应性好，此外有些测试除了需要信号发生器提供输出电压外，还需要功率输出。

针对以上测试问题，提供信号发生器+功率放大器+泰克示波器的测试方案，并为他们提供了现场演示。

测试方案

客户做测试实验需要的是高电压信号，方波，频率在7MHz左右，电压在70Vp-p左右。信号发生器和放大器推荐的是泰克的AFG3000系列加功率放大器，信号发生器输出电压幅度只有5Vp-p，接上功率放大器，输出电压达到了50Vpp，功率大10W，频率范围是DC-20MHz，具备扫频功能和DC+AC工作模式，具备单端输出和差分输出信号，输出阻抗可调整，可驱动各种阻性、容性、感性负载，完全满足驱动测试需求，功放输出信号直接加载到高频MEMS器件上面，同时使用泰克示波器进行整个链路信号分析测试。

扩展应用

信号发生器+功率放大器+泰克示波器测试方案还可以应用在压电陶瓷驱动、传感器测试、超声波换能器驱动和无损检测、电磁阀和继电器驱动、MEMS控制驱动、无线充电测试等。

总结

高频MEMS驱动测试要求

· 高电压、高带宽功率信息驱动各种高频MEMS器件。

· 多种功率和激励波形选择，可跟进应用需求进行定制。

· 具备扫频功能，AC+DC差分信号输出模式等驱动要求。

· 多通道组合，可以开展不同的测试选择。

· 精密数控增益，以及良好的幅频及相频特性要求。

· 输入输出阻抗匹配可调，配合用户信号源及负载（阻性、容性、感性负载）。

系统配置参考

西安安泰测试为西安本地客户提供免费样机支持及上门演示服务，为全国客户提供功率放大器样机SY服务，如需了解更多应用，欢迎咨询安泰测试网。

超声导波检测技术与常规的无损检测方法相比，具有检测距离长，检测速度快等突出优点。超声波所用的激励源采用大功率信号源驱动激励的方法，放大并传播在管道中接收到的超声导波回波信号，利于缺陷检测的分析和处理。针对市场上常规信号源输出电压低,带负载能力弱,无法驱动超声波探头、换能器等大功率容性负载的实际问题，Aigtek推出了一种可输出大功率437W，频率DC-500KHz的功率放大器。

超声波是声波的一部分，是人耳听不见、频率高于20KHZ的声波，它和声波有共同之处，即都是由物质振动而产生的，并且只能在介质中传播。功率放大器是为超声换能器提供电能的关键部分，它主要用来激励压电超声换能器将功率放大器提供的电能转化为机械能。

超声激励源主要原理：

超声激励源实质上就是一个功率信号发生器，它产生一个与探头、换能器、压电陶瓷谐振频率一致的正弦波信号，经过功率放大器放大后，使得大功率电信号激励探头等产生机械振动，从而产生超声波。

ATA-4052功率放大器介绍：

ATA-4052是一款理想的可放大交、直流信号的单通道高压功率放大器。输出310Vp-p（±155V）电压，437W功率，可以驱动高压功率负载。电压增益数控可调，一键保存常用设置，为您提供了方便简洁的操作选择，可与主流的信号发生器配套使用，实现信号的放大。

基于Aigtek对功率放大器多年的测试研究，其主要产品优势：宽频带·高速·高电压、双极性、大功率。

ATA-1000的频带宽度为DC∼24MHz、上升速率为2000V/µs，即使对于上升迅速的脉冲信号和复杂波形信号也能够实现。

ATA-2000的频带宽度为DC∼1MHz、输出电压为1600Vp-p，即使对于有高压需求的压电元件和显示元器件，也能够富富有余地进行驱动。

ATA-3000的功率为810W，提供大功率的电磁场线圈驱动，同时所有的都能从直流开始输出的, 所以能够轻松实现信号发生器提供的任意波形的放大。

ATA-4000高压功率放大器输出功率为437W，频率宽度为DC-1MHz，可同时满足驱动高压大功率型负载，可双极性输出，匹配任意型号品牌的信号发生器并放大各种波形。

实验名称：垂向动磁式压电振动能量收集器建模及实验研究

研究方向：为了改善单悬臂梁压电能量收集器的性能

实验内容：

为了改善单悬臂梁压电能量收集器的性能，设计了一种垂向动磁式压电振动能量收集结构。针对该结构建立了集总参数压电耦合模型并进行数值仿真，同时搭建实验平台对结构性能进行评价。

测试设备：示波器、能量收集电路、信号发生器、功率放大器、电磁激振器、加速度计等。

实验过程：

实验平台的激励部分是由函数发生器、功率放大器和电磁激振器组成，实验中通过函数发生器调节频率进行向上扫频测试。测量部分由加速度测量及能量测量功能组成，加速度测量由加速度计及附加的信号调理器完成，加速度计固定在亚克力底座上，以对激励的加速度进行标定与测量。

压电材料通过导线与能量收集电路连接，电路中加入电阻作为负载，以方便对能量收集装置的性能进行测试。负载两端及IEPE加速度传感器的输出均直接接入示波器，直接记录系统输出电压及加速度情况。

实验结果：

（1）低频排斥与咼频吸引模式呈现咼峰宽频带特性，高频排斥与低频吸引呈现了双峰值特性，低频排斥模式更易于应用。

不同负载下的电压和功率曲线

（2）集总参数模型在可接受误差范围以内可以有效预测结构性质，幅值的预测误差小于7%,可以用于VMM-PVEH的设计与参数优化。

（3）在不同的磁感应强度下均存在zui优的磁铁距离值，随着磁感应强度的增大，zui优距离值变大，各zui优值下的峰值近似。

（4）在本文所述的zui优化参数条件下,系统峰值功率可提高42.7%，带宽可提高40. 6%。

如需了解功率放大器更多应用案例欢迎咨询安泰测试。

实验名称: 基于压电陶瓷的声光模式转换实验

研究方向：光纤模式

实验内容: 用高频高压信号驱动压电陶瓷振动光纤产生模式转换

测试目的：利用功率放大器对驱动电压的放大实现压电陶瓷的GX率振动

测试设备: 压电陶瓷

放大器型号: Aigtek: ATA-2022H

实验过程:

信号发生器产生的高频正弦信号（1 MHz 附近）通过高频电压放大器后，幅值（峰峰值）被放大到百伏左右，能够很好地驱动压电陶瓷片振动，产生我们所需要的高频有效振动实现模式转换实验。

测试结果：

信号发生器输出的信号电压幅值很低，对于压电陶瓷片的驱动能力弱，其振动效率很低，无法满足我们对于模式转换所需要的高频GX率振动。而加了高压功率放大器之后，驱动电压大幅增加，使得压电陶瓷片振动强度大，其产生的声光作用强，模式耦合实验结果理想。

安泰的功率放大器广泛应用于MEMS 实验、压电陶瓷、水声（换能器）磁性材料的磁化特性（B-H 曲线）测量以及YL领域（磁场生物效应）等众多领域。安泰免费为西安本地客户提供上门演示服务，为全国客户提供样机演示服务，如需了解更多，欢迎访问安泰测试网。

       功率放大器（VoltageAmplifier）是提高电压信号的装置。对弱信号，常用多级放大，级联方式分直接耦合、阻容耦合和变压器耦合，要求放大倍数高、频率响应平坦、失真小。当负载为谐振电路或耦合回路时，要求在指定频率范围内有较好幅频和相频特性以及较高的选择性。

功率放大器的特点：

      （1）信号发生器输入的信号最大是20Vpp，通过功率放大器可以提升电压和功率；

      （2）是具有可增益调节的放大器，实质是一个电压放大器；

      （3）不容易引入现场干扰信号，电路受连接电缆长度变化的影响不大，几乎可忽略不计，可用于压电式传感器远距离传输放大；

      （4）D创的数控增益系统可以快速调节需要的输出电压，兼容市面所有主流的任意波形函数信号发生器，实现信号完美放大；

      （5）频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻。

功率放大器（VoltageAmplifier）是提高电压信号的装置。对弱信号，常用多级放大，级联方式分直接耦合、阻容耦合和变压器耦合，要求放大倍数高、频率响应平坦、失真小。当负载为谐振电路或耦合回路时，要求在指定频率范围内有较好幅频和相频特性以及较高的选择性。

功率放大器的特点：

（1）信号发生器输入的信号最大是20Vpp，通过功率放大器可以提升电压和功率；

（2）是具有可增益调节的放大器，实质是一个电压放大器；

（3）不容易引入现场干扰信号，电路受连接电缆长度变化的影响不大，几乎可忽略不计，可用于压电式传感器远距离传输放大；

（4）数控增益系统可以快速调节需要的输出电压，兼容市面所有主流的任意波形函数信号发生器，实现信号放大；

（5）频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻。

功率放大器（VoltageAmplifier）是提高电压信号的装置。对弱信号，常用多级放大，级联方式分直接耦合、阻容耦合和变压器耦合，要求放大倍数高、频率响应平坦、失真小。当负载为谐振电路或耦合回路时，要求在指定频率范围内有较好幅频和相频特性以及较高的选择性。

功率放大器的特点：

（1）信号发生器输入的信号最大是20Vpp，通过功率放大器可以提升电压和功率；

（2）是具有可增益调节的放大器，实质是一个电压放大器；

（3）不容易引入现场干扰信号，电路受连接电缆长度变化的影响不大，几乎可忽略不计，可用于压电式传感器远距离传输放大；

（4）数控增益系统可以快速调节需要的输出电压，兼容市面所有主流的任意波形函数信号发生器，实现信号放大；

（5）频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻。

功率放大器与超声波发生器：

功率放大器是用来放大超声波发生器产生的信号，超声波发生器来产生一个特定频率的信号，这个信号可以是正弦信号，也可以是脉冲信号，这个特定频率是换能器工作的频率。

超声波发生器的输出功率调节：

当超声波发生器接入电压的发生变化时，发生器的输出功率也随着发生变化。会使超声波换能器的机械振动不稳定，导致工作效果不佳。因此需要稳定输出功率，通过调节放大倍数，具体分为粗调（1step）和细调（0.1 step）两种，通过功率反馈信号相应调整功率放大器，使得功率放大稳定。

本文素材由西安安泰测试整理发布，如果想了解更多，请持续关注安泰测试网www.agitek.com.cn。安泰功率放大器广泛应用于压电陶瓷驱动、超声波测试、声呐系统应用和MEMS测试等，可提供免费样机S用服务。

半导体激光器是光纤通讯，激光显示，气体探测等领域中的核心部件，受到全世界科技人员的广泛关注。在半导体激光器的生产、研发过程中，对激光器的光电特性的测量尤为重要，是控制激光器制备工艺的稳定性，激光器性能可靠性的关键环节。

半导体激光器是半导体光电转换器件。如图1所示，半导体激光器由多层材料构成。自下而上包括背电极，衬底，下光限制层，下波导层，有源层，上波导层，上限制层，上电极。不同层由不同的外延材料组成。如此层状结构是为了达到（1）载流子（电子，空穴）的注入复合发光，（2）光子横向限制，形成光波导的目的。外延完成的层状结构要经过刻蚀工艺，形成脊波导，在脊波导上制备接触电极。

如此脊波导的目的：（1）限制电流侧向扩散，（2）形成光子的侧向波导。制备完的圆片经过解理，镀膜，烧焊，压焊引线等工艺得到待测量的激光器，如同2所示。当向激光器电极注入电流时，激光器PN结两侧的电子和空穴大量的涌入有源区，在有源区电子空穴对复合，产生大量的光子，光子在波导的作用下沿轴方向传播，在激光器端面，反射光形成激射条件，透射光则为激光器输出的激光。

激光器工作特性主要体现在（1）PN结特性，串联电阻，（2）激光器的激射阈值，激光器斜率效率。这些特性决定了激光器的出光功率 ，功率转换效率，工作寿命等性质。生产和科研过程中经常采用PIV测量方法获得这些重要参数。

ATS-2000V系列是一款高精度、高稳定性电压输出的电压源。zui大输出200V的电压，最小电压分辨率可达2μV，输出精度高，噪声低。操作面板液晶显示，简洁易懂，易于操作。系统结构简单、精度高、可靠性好、速度快，提高生产效率的同时也增加了测试精度和可靠性，降低了大量测试的成本。集成PIV系统由系统主要由ATS-2000V双通道精密源测量单元SMU、积分球、夹具及软件组成。ATS-2000V的一个通道 作为激光器的电流源同时测量激光器的电压V。LD的激射出光耦合入积分球，由积分球探测器转化成光电流进入 ATS-2000V高精度电压源的另一个通道，用ATS-2000V测得的光电流乘以积分球探测器功率电流转换系数就得到了激光器的出光功率。B2900A由USB端口与PIV测量软件连接，完成测量控制和数据采集。

集成PIV系统的可扩充性也是其在半导体激光器研发领域应用中的突出的优点。集成PIV系统的硬件部分，包括ATS-2000V精密测量单元，测量平台，由GPIB或USB等端口与计算机连接。因此，集成PIV系统硬件部分可以配合用户通过 National Instrument 等软件平台编写的测试软件程序，完成用户需要的，更为复杂的测量任务。

在半导体激光器的生产和研发过程中，要对半导体激光器芯片进行大量的PIV测试。相比传统的分立复杂的PIV测试系统，ATS-2000V精密测量单元集成的PIV测试系统具有系统结构简单，操作方便，精度高，可靠性强，测量迅速等优势，大大降低了激光器芯片PIV性能测量的操作成本，时间成本，同时增加了PIV测量的灵活性。ATS-2000V高精度电压源将会在半导体激光器生产和科研等领域得到广泛的应用。

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实验名称:

场致润湿性梯度驱使液滴在超润滑表面上实现无损运输

实验内容:

在平坦的超润滑表面上引入场致润湿性梯度。通过打印径向交指电极阵列，可以对电场进行图案化，从而产生润湿性梯度实现液滴的定向运输。理论分析和实验结果表明，液滴的运输行为可以通过无量纲化的电邦德常数评价，超润滑表面能够无损运输各种类型的液滴。

测试目的：

实验中提及的液滴运输能够在传热，抗污染，微流控和生化分析等方面得到应用发展。

测试设备:

电极基板、信号发生器DG1032、高压放大器ATA-2161、光学测角仪、光学显微镜、PTFE薄膜、高速摄影机。

实验平台：

实验过程:

（1）在带有图案的电极基板覆盖上一层超润滑薄膜制备好实验样品（附图1中的(a-c)）；

（2）将信号发生器和高压放大器中输出的电压信号源接到正负电极上（附图1中的(d)）；

（3）电极基板施加直流或交流电压后，电极的径向交指设计可以产生电场强度梯度，从而引起润湿性梯度，实现液滴运输。

测试结果:

实现液滴的定向运输；进行液滴定向运输的相关应用，如有机微液滴的收集(附图2a)，液滴运输过程中进行灰尘清洁(附图2b)，在油相环境中运输液滴(附图2c)。

高压放大器在该实验中发挥的效能:为实验提供频率和幅值可调节的电压信号。

安泰高压放大器ATA2161主要指标：

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实验名称：基于MEMS工艺柔性基底磁通门传感器性能测试与分析

本文主要搭建了一套磁通门性能测试系统，主要测试设备有：信号发生器、功率放大器、磁强计、电流表、磁通门传感器、示波器等。

磁通门传感器测试系统：

激励信号由任意信号发生器33220A和功率放大器ATA-4011串联产生。任意信号发生器可产生正弦波、方波、三角波、锯齿波，也可以通过程序控制产生特殊形状的波形。功率放大器ATA-4011带宽可达到1MHz，ZD提供2.82App的电流值，满足测量需求。

为了测量激励电流有效值，在激励电路上串联一个电流表，当磁通门传感器作为磁场传感器时，被测磁场由直流电源激励一个螺线管产生，为了标定被测磁场的大小，在螺线管前串联一个电流表测试螺线管电流。

基于MEMS工艺的柔性基底磁通门磁场传感器

当磁通门作为电流传感器时，将柔性基底磁通门传感器粘贴在一个圆柱形的支撑骨架上，使柔性基底传感器铁芯两端紧挨以使磁路闭合，并将被测电流穿过支撑骨架ZX。被测电流用直流电源提供，并串联一个电流表用于标定被测电流值，在磁通门的感应线圈两端接示波器对输出信号进行分析。

基于MEMS工艺的柔性基底磁通门电流传感器

ATA-4011高压功率放大器产品介绍：

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实验名称: 功率放大器基于超磁致伸缩换能器的CFRP板孔裂纹缺陷检测中的应用

研究方向：无损检测

测试目的：验证磁致伸缩换能器在CFRP板孔缺陷识别的有效性

测试设备: ATA-2021H功率放大器，信号源，示波器，换能器等

实验内容:对换能器施加扫频信号确定换能器的最佳工作频段，对换能器施加激励信号，利用超声导波检测CFRP孔缺陷，并进行信号处理，确定缺陷位置。

实验过程：

实验板材为CFRP材质，边长500mm,厚度2mm，通过信号发生器产生激励波形，通过功率放大器放大，磁致伸缩换能器产生高能超声信号，将PZT-5方形贴片用于信号采集，通过分析信号来判断导波信号中包含的缺陷信息。

实验结果：

（1）扫频可快速测试元件的频率特性， 通过产生不间断频率连续变化的信号，作用于换能器，获得不同频率下换能器的响应特性。由于超磁致伸缩材料其工作频率不超过100KHz,因此扫频范围为40-100kHz.激励端响应信号幅度随频率逐渐提升呈线性增大。扫频信号通过复合板传播后到达接收端，由图中课件在频率70,80,92kHz处，信号幅值为局部峰值，为换能器的相对优选激励频率。

（2）通过对信号进行短时傅里叶变换的得到的最终的缺陷云图。

放大器在该实验中发挥的效能:驱动换能器、激励超声导波信号

选择功率放大器ATA-2021H的原因:放大器可以很好的驱动电感线圈，给电感线圈施加稳态和瞬态电流。

实验中用到的功率放大器ATA-2021H参数指标：

最大输出电压200Vp-p（±100Vp，输出电流 500mAp，带宽（-3dB）高达DC~1MHz

本文实验素材由西安安泰整理发布，安泰功率放大器广泛应用于压电陶瓷驱动、超声波测试、声呐系统应用和MEMS测试等，可提供免费样机试用服务，如果想了解功率放大器更多应用，欢迎访问安泰测试网www.agitek.com.cn。