水声功率放大器与水声宽带换能器如何匹配的研究

　　低频宽带的水声发射声源是现代水声发展的方向中的一个难点问题。如果想让水声信号能够保持高保真、宽带、大功率发射，那就需要使用好的线性功率放大器和换能器，而且必须让水声功率放大器和换能器相互匹配。水声功率放大器与水声宽带换能器如何匹配呢，我们一起来看看。

　　水声功率放大器和宽带水声换能器在宽频带内很难实现良好的匹配。这是因为功率放大器的功率是确定的，当确定输出电压以后，也就确定了输出阻抗。当负载阻抗和输出阻抗不同的时候，都会影响到功率放大器的效率和输出功率。宽带水声换能器随着频率改变阻抗，如果功率放大器不能和换能器匹配，就会造成阻抗失配，影响功率放大器的输出功率，而且造成功率放大器无法工作。

　　想要提高发声系统的匹配效率，就要让换能器当作负载通过匹配网络以后对功率放大器的阻抗接近恒定值。

　　功率放大器和宽带换能器之间接入匹配网络，能够改善负载阻抗的特性，利用网络的传输特性，可以对换能器发射电压峰值点和谷点进行适当补偿，从而改善电压响应特性。

图：匹配网络的电原理图

　　功率放大器和换能器之间的匹配网络一般由R、L、C和宽带变压器组成。上面是一种匹配网络，它的目的是对宽带换能器的低频端和高频端进行阻抗匹配和电压补偿。Cs、Lp在低频端补偿换能器，它们数值大；用Ls和换能器自身的Cz对高频端补偿，Ls的值很小；电阻R和换能器并联从而减小负载电阻的变化范围。

　　Ls和Cz的值很小，作用可以忽略，换能器和R并联后其电阻值在低频端的范围内可以看作定值。网络低频端简化后的电路图见下图。

图：匹配网络低频端等效电路图

　　匹配网络工作在大功率的时候，元器件需要满足功率要求，电容要用无极性电容，耐压大于网络可能的最大电压，电感元件要有足够的电流容量，同时在最大工作电压下不产生磁饱和。

　　在宽带大功率水声发射器材中，通过匹配网络能够实现功率放大器推动宽带水声换能器。而发射能够覆盖声纳工作频带的低频大功率声信号，降低器材重量，并且改善匹配状态，从而提高器材的工作效率。

图：低频宽带匹配网络等效电路图

　　水声换能器的阻抗特性比扬声器复杂很多，所以网络元器件参数要仔细选取，通过实验调整，从而实现预定效果。

图：ATA-L系列水声功率放大器

　　ATA-L系列是一款宽频带能输出较大功率的单通道放大器，最大输出1200Vrms电压，6500VA功率，可驱动0~100%的阻性或非阻性负载，客户可根据测试需求灵活调节。