CN105119575B - 一种门控式电磁超声导波功率放大装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种门控式电磁超声导波功率放大装置，包括：第一直流电源、门控开关电路、门控信号源、任意波形发生器、单端‑差分转换电路、1号门控与交流信号合成电路、2号门控与交流信号合成电路、1号第一级驱动电路、2号第一级驱动电路、1号第二级驱动电路、2号第二级驱动电路、第二直流电源、1号功率放大电路、2号功率放大电路、差分‑单端转换电路、隔离电路及电磁超声换能器，通过该门控信号源和门控开关电路的协同控制，可使得门控式电磁超声导波功率放大装置在输出瞬态功率不降低的情况下，有效减小组装体积和运行功耗。

Description

一种门控式电磁超声导波功率放大装置

技术领域

本发明是关于电磁超声导波无损检测技术，具体地，是关于一种门控式电磁超声导波功率放大装置。

背景技术

金属板、杆和管等结构广泛应用于航空航天、船舶、石油化工和特种设备等行业，在使用过程中，这些结构常会受到应力、冲击、热疲劳等因素的影响，容易产生腐蚀、裂纹和穿孔等损伤。因此，对这些结构的定期无损检测对于维护它们的安全运行具有重要意义。电磁超声导波检测技术既克服了传统的压电超声检测需要耦合剂的缺点，同时又便于实现结构的长距离、大范围和全结构检测，是实现导体类波导结构定期无损检测的有效方法。为实现电磁超声导波检测，需要检测装置能输出时域和频带均较窄的激励信号，且其输出信号的功率应能达到千瓦以上。

现有能输出时域和频带均较窄的激励信号的超声检测装置，大都是采用连续功放的原理实现的。这类超声检测装置中的功率放大模块可用于放大一定频率范围内的时域和带宽均较窄的信号以驱动压电换能器产生超声导波，但其输出信号的功率较小，难以激励电磁超声换能器产生超声导波。且由于上述装置中功率放大模块为连续工作方式，使得功率放大模块一直处于耗能状态，对于只需要较高激励电压即可有效驱动的压电换能器而言，由于压电换能器对激励信号的输出功率要求不高，采用连续工作方式实现的功率放大模块的功耗和发热量都不大。但由于电磁超声换能器需要的激励信号的功率很大，如采用连续工作方式实现的功率放大模块，会导致仪器系统的功耗和发热量都较大。因此，在功率放大装置输出瞬态功率不降低的情况下，如何有效减小其体积和功耗，对于电磁超声导波检测技术的现场便携式应用及构建电磁超声导波阵列检测系统都具有重大的意义，也是目前该领域的研究难点。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明实施例的目的是提供一种小体积、低功耗、且能放大时域较短且频率窄带的小功率脉冲信号至足以驱动电磁超声换能器产生超声导波的门控式电磁超声导波功率放大装置。

为实现上述目的，本发明实施例提供一种门控式电磁超声导波功率放大装置，所述的门控式电磁超声导波功率放大装置包括：第一直流电源、第二直流电源、门控开关电路、门控信号源、任意波形发生器、单端-差分转换电路、1号门控与交流信号合成电路、2号门控与交流信号合成电路、1号第一级驱动电路、2号第一级驱动电路、1号第二级驱动电路、2号第二级驱动电路、1号功率放大电路、2号功率放大电路、差分-单端转换电路、隔离电路及电磁超声换能器，其中，所述门控信号源向所述门控开关电路输出TTL控制信号，控制所述门控开关电路导通；在所述门控开关电路导通时间内，所述第一直流电源经所述门控开关电路分别为所述的1号门控与交流信号合成电路及2号门控与交流信号合成电路提供直流电压，形成具有导通时间宽度的门控控制信号；所述任意波形发生器向所述单端-差分转换电路发送时域较短且频率窄带的小功率脉冲信号；所述单端-差分转换电路将所述脉冲信号转换为幅值相等、相差180°的同向脉冲信号及反向脉冲信号，并将所述同向脉冲信号传送至所述的1号门控与交流信号合成电路，将所述反向脉冲信号传送至所述的2号门控与交流信号合成电路；所述1号门控与交流信号合成电路将所述门控控制信号与所述同向脉冲信号叠加生成具有门控直流偏置的同向交流输入信号，并将所述具有门控直流偏置的同向交流输入信号传送至所述的1号第一级驱动电路；所述2号门控与交流信号合成电路将所述门控控制信号与所述反向脉冲信号叠加生成具有门控直流偏置的反向交流输入信号，并将所述具有门控直流偏置的反向交流输入信号传送至所述的2号第一级驱动电路；所述1号第一级驱动电路、1号第二级驱动电路及1号功率放大电路在导通时间内将所述具有门控直流偏置的同向交流输入信号中的交流信号进行逐级放大，生成放大后的同向交流信号，并将所述放大后的同向交流信号传送至所述差分-单端转换电路的一个差分输入端；所述2号第一级驱动电路、2号第二级驱动电路及2号功率放大电路在导通时间内将所述具有门控直流偏置的反向交流输入信号中的交流信号进行逐级放大，生成放大后的反向交流信号，并将所述放大后的反向交流信号传送至所述差分-单端转换电路的另一个差分输入端；所述差分-单端转换电路将所述放大后的同向交流信号及放大后的反向交流信号进行合成，生成与所述脉冲信号同向的功率放大后的脉冲信号，并将所述功率放大后的脉冲信号传送至所述的隔离电路；所述隔离电路连接于所述的差分-单端转换电路与电磁超声换能器之间，以隔离所述功率放大后的脉冲信号中的噪声对所述电磁超声换能器的影响，并向所述电磁超声换能器传送隔离噪声后的激励信号。

在一实施例中，上述的门控开关电路包括：P沟道场效应管M1、NPN型双极性晶体管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2及第三电阻R3，其中，所述第二电阻R2的第1端作为所述TTL控制信号的输入端，第二电阻R2的第2端同时连接所述NPN型双极性晶体管Q1的基极及第三电阻R3的第1端，所述第三电阻R3的第2端接地；所述NPN型双极性晶体管Q1的发射极接地，集电极同时连接所述P沟道场效应管M1的栅极及第一电阻R1的第2端；所述P沟道场效应管M1的源极与第一电阻R1的第1端同时接至所述第一直流电源的输出端，所述P沟道场效应管(M1)的漏极作为所述门控开关电路的输出端。

在一实施例中，上述的单端-差分转换电路主要由传输线变压器TX1构成，所述传输线变压器TX1包括：同向输入端、反向输入端、同向输出端及反向输出端，其中，所述同向输入端与所述任意波形发生器连接，所述反向输入端接地，所述同向输出端与所述的1号门控与交流信号合成电路连接，所述反向输出端与所述2号门控与交流信号合成电路连接。

在一实施例中，上述的1号门控与交流信号合成电路包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、第二电容C2、第四电阻R4、第五电阻R5及第六电阻R6，其中，所述门控开关电路的输出端经正向导通的所述的第一二极管D1、第二二极管D2后同时与所述第四电阻R4的第1端及第一电容C1的第1端连接，所述第一电容C1的第2端接地；所述第四电阻R4的第2端同时接所述第二电容C2的第1端和第五电阻R5的第1端，所述第二电容C2的第2端作为所述同向脉冲信号的输入端口，所述第五电阻R5的第2端接所述第六电阻R6的第1端，此连接点作为1号门控与交流信号合成电路的输出端口，第六电阻R6的第2端接地。

在一实施例中，上述的1号第一级驱动电路包括：N沟道场效应管M2、第七电阻R7及第八电阻R8，其中，所述N沟道场效应管M2的栅极作为1号第一级驱动电路的输入端口，直接连接1号门控与交流信号合成电路的输出端口；所述第七电阻R7串接于所述N沟道场效应管M2的漏极及第一直流电源之间；所述N沟道场效应管M2的源极通过所述第八电阻R8串联至地。

在一实施例中，上述的1号第二级驱动电路包括：第一N沟道功率场效应管M4、第二N沟道功率场效应管M5，第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18及第十九电阻R19，其中，所述N沟道场效应管M2的源极分别经所述第十四电阻R14及第十五电阻R15串联至所述第一N沟道功率场效应管M4及第二N沟道功率场效应管M5的栅极；所述第十六电阻R16串接在所述第一N沟道功率场效应管M4的漏极与所述第一直流电源之间；所述第十七电阻R17串接在所述第二N沟道功率场效应管M5的漏极与所述第一直流电源之间；所述第十八电阻R18串接在所述第一N沟道功率场效应管M4的源极与地之间；所述第十九电阻R19串接在所述第二N沟道功率场效应管M5的源极与地之间。

在一实施例中，上述的1号功率放大电路包括：第五N沟道功率场效应管M8、第六N沟道功率场效应管M9、第七N沟道功率场效应管M10、第八N沟道功率场效应管M11、第九N沟道功率场效应管M12、第十N沟道功率场效应管M13、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第三十五电阻R35、第三十六电阻R36、第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第五十二电阻R52、第五十三电阻R53、第五十四电阻R54、第五十五电阻R55、第五十六电阻R56、第五十七电阻R57、第五电容C5、第六电容C6、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14、第一电解电容CP1及第一电感L1，其中，所述第五N沟道功率场效应管M8、第六N沟道功率场效应管M9、第七N沟道功率场效应管M10、第八N沟道功率场效应管M11、第九N沟道功率场效应管M12及第十N沟道功率场效应管M13的漏极并联后作为所述1号功率放大电路的输出端口，并接至所述第三十八电阻R38的第1端，所述第三十八电阻38的第2端同时接所述第五电容C5的第1端和第一电感L1的第1端，所述第一电感L1的第2端与第六电容C6的第1端、第一电解电容CP1的正端同时接至所述的第二直流电源，所述第五电容C5的第2端、第六电容C6的第2端及第一电解电容CP1的负端同时接地；所述第一N沟道功率场效应管M4的源极分别经所述第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28串接至所述第五N沟道功率场效应管M8、第六N沟道功率场效应管M9、第七N沟道功率场效应管M10的栅极；所述第二N沟道功率场效应管M5的源极分别经所述第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三十一电阻R31串接至所述第八N沟道功率场效应管M11、第九N沟道功率场效应管M12、第十N沟道功率场效应管M13的栅极；第九电容C9和第五十二电阻R52串联后接在所述第五N沟道功率场效应管M8的漏极和栅极之间；第十电容C10和第五十三电阻R53串联后接在所述第六N沟道功率场效应管M9的漏极和栅极之间；第十一电容C11和第五十四电阻R54串联后接在所述第七N沟道功率场效应管M10的漏极和栅极之间；第十二电容C12和第五十五电阻R55串联后接在所述第八N沟道功率场效应管M11的漏极和栅极之间；第十三电容C13和第五十六电阻R56串联后接在所述第九N沟道功率场效应管M12的漏极和栅极之间；第十四电容C14和第五十七电阻R57串联后接在所述第十N沟道功率场效应管M13的漏极和栅极之间；所述第五N沟道功率场效应管M8、第六N沟道功率场效应管M9、第七N沟道功率场效应管M10、第八N沟道功率场效应管M11、第九N沟道功率场效应管M12及第十N沟道功率场效应管M13的源极分别经所述第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第三十五电阻R35、第三十六电阻R36、第三十七电阻R37串联至地。

在一实施例中，上述的2号门控与交流信号合成电路包括：第三二极管D3、第四二极管D4、第三电容C3、第四电容C4、第九电阻R9、第十电阻R10及第十一电阻R11，其中，所述门控开关电路的输出端经正向导通的所述的第三二极管D3、第四二极管D4后同时与所述第九电阻R9的第1端及第三电容C3的第1端连接，所述第三电容C3的第2端接地；所述第九电阻R9的第2端同时接第四电容C4的第1端和第十电阻R10的第1端，所述第四电容C4的第2端作为所述反向脉冲信号的输入端口，所述第十电阻R10的第2端接所述第十一电阻R11的第1端，此连接点作为2号门控与交流信号合成电路的输出端口，所述第十一电阻R11的第2端接地。

在一实施例中，上述的2号第一级驱动电路包括：N沟道场效应管M3、第十二电阻R12及第十三电阻R13，其中，所述N沟道场效应管M3的栅极作为2号第一级驱动电路的输入端口，直接连接2号门控与交流信号合成电路的输出端口；所述第十二电阻R12串接于所述N沟道场效应管M3的漏极及第一直流电源之间；所述N沟道场效应管M3的源极通过所述第十三电阻R13串联至地。

在一实施例中，上述的2号第二级驱动电路包括：第三N沟道功率场效应管M6、第四N沟道功率场效应管M7，第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24及第二十五电阻R25，其中，所述N沟道场效应管M3的源极分别经所述第二十电阻R20及第二十一电阻R21串联至所述第三N沟道功率场效应管M6及第四N沟道功率场效应管M7的栅极；所述第二十二电阻R22串接在所述第三N沟道功率场效应管M6的漏极与所述第一直流电源之间；所述第二十三电阻R23串接在所述第四N沟道功率场效应管M7的漏极与所述第一直流电源之间；所述第二十四电阻R24串接在所述第三N沟道功率场效应管M6的源极与地之间；所述第二十五电阻R25串接在所述第四N沟道功率场效应管M7的源极与地之间。

在一实施例中，上述的2号功率放大电路包括：第十一N沟道功率场效应管M14、第十二N沟道功率场效应管M15、第十三N沟道功率场效应管M16、第十四N沟道功率场效应管M17、第十五N沟道功率场效应管M18、第十六N沟道功率场效应管M19、第三十九电阻R39、第四十电阻R40、第四十一电阻R41、第四十二电阻R42、第四十三电阻R43、第四十四电阻R44、第四十五电阻R45、第四十六电阻R46、第四十七电阻R47、第四十八电阻R48、第四十九电阻R49、第五十电阻R50、第五十一电阻R51、第五十八电阻R58、第五十九电阻R59、第六十电阻R60、第六十一电阻R61、第六十二电阻R62、第六十三电阻R63、第七电容C7、第八电容C8、第十五电容C15、第十六电容C16、第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电容C19、第二十电容C20、第二电解电容CP2及第二电感L2，其中，所述第十一N沟道功率场效应管M14、第十二N沟道功率场效应管M15、第十三N沟道功率场效应管M16、第十四N沟道功率场效应管M17、第十五N沟道功率场效应管M18、第十六N沟道功率场效应管M19的漏极并联后作为所述2号功率放大电路的输出端口，并接至所述第五十一电阻R51的第1端，所述第五十一电阻R51的第2端同时接所述第七电容C7的第1端和第二电感L2的第1端，所述第二电感L2的第2端与所述第八电容C8的第1端、第二电解电容CP2的正端同时接至所述的第二直流电源，所述第七电容C7的第2端、第八电容C8的第2端及第二电解电容CP2的负端同时接地；所述第三N沟道功率场效应管M6的源极分别经所述第三十九电阻R39、第四十电阻R40、第四十一电阻R41串接至所述第十一N沟道功率场效应管M14、第十二N沟道功率场效应管M15、第十三N沟道功率场效应管M16的栅极；所述第四N沟道功率场效应管M7的源极分别经所述第四十二电阻R42、第四十三电阻R43、第四十四电阻R44串接至所述第十四N沟道功率场效应管M17、第十五N沟道功率场效应管M18、第十六N沟道功率场效应管M19的栅极；第十五电容C15和第五十八电阻R58串联后接在所述第十一N沟道功率场效应管M14的漏极和栅极之间；第十六电容C16和第五十九电阻R59串联后接在所述第十二N沟道功率场效应管M15的漏极和栅极之间；第十七电容C17和第六十电阻R60串联后接在所述第十三N沟道功率场效应管M16的漏极和栅极之间；第十八电容C18和第六十一电阻R61串联后接在所述第十四N沟道功率场效应管M17的漏极和栅极之间；第十九电容C19和第六十二电阻R62串联后接在所述第十五N沟道功率场效应管M18的漏极和栅极之间；第二十电容C20和第六十三电阻R63串联后接在所述第十六N沟道功率场效应管M19的漏极和栅极之间；所述第十一N沟道功率场效应管M14、第十二N沟道功率场效应管M15、第十三N沟道功率场效应管M16、第十四N沟道功率场效应管M17、第十五N沟道功率场效应管M18、第十六N沟道功率场效应管M19的源极分别经所述第四十五电阻R45、第四十六电阻R46、第四十七电阻R47、第四十八电阻R48、第四十九电阻R49、第五十电阻R50串联至地。

在一实施例中，上述的差分-单端转换电路主要由三绕组变压器TX2构成，所述三绕组变压器TX2的第1端接所述1号功率放大电路的输出端口，所述三绕组变压器TX2的第3端接所述2号功率放大电路的输出端口，所述三绕组变压器TX2的第2端及第5端接地，所述三绕组变压器TX2的第4端作为所述差分-单端转换电路的输出端口。

在一实施例中，上述的隔离电路包括：第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第九二极管D9、第十二极管D10、第十一二极管D11、第十二二极管D12、第十三二极管D13、第十四二极管D14、第十五二极管D15及第十六二极管D16，所述差分-单端转换电路的输出端口同时接所述第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第九二极管D9、第十二极管D10的阳极和所述第十一二极管D11、第十二二极管D12、第十三二极管D13、第十四二极管D14、第十五二极管D15、第十六二极管D16的阴极，所述第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第九二极管D9、第十二极管D10的阴极和所述第十一二极管D11、第十二二极管D12、第十三二极管D13、第十四二极管D14、第十五二极管D15、第十六二极管D16的阳极并联后作为所述门控式电磁超声导波功率放大装置的输出端口，为所述电磁超声换能器提供所述激励信号。

本发明实施例的有益效果在于，通过该门控信号源和门控开关电路的协同控制，实现功率放大电路的在信号发射瞬间处于正常工作状态，而在其它时间处于关闭状态，可使得门控式电磁超声导波功率放大装置在输出瞬态功率不降低的情况下，有效减小组装体积和运行功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例的门控式电磁超声导波功率放大装置的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的门控式电磁超声导波功率放大装置的电路原理结构示意图；

图3A和图3B分别为根据本发明实施例的1#第一级驱动电路输出端口和2#第一级驱动电路输出端口的波形示意图；

图3C为根据本发明实施例的电磁超声换能器17上的激励信号的波形示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种门控式电磁超声导波功率放大装置。以下结合附图对本发明进行详细说明。

本发明实施例提供一种门控式电磁超声导波功率放大装置，如图1所示，包括直流电源1(VCC1)，门控开关电路2，门控信号源3，任意波形发生器4，单端-差分转换电路5，1#门控与交流信号合成电路6和2#门控与交流信号合成电路7，1#第一级驱动电路8和2#第一级驱动电路9，1#第二级驱动电路10和2#第二级驱动电路11，直流电源12(VCC2)，1#大功率放大电路13和2#大功率放大电路14，差分-单端转换电路15，隔离电路16和电磁超声换能器(EMAT)17等部分。

其中，门控信号源3向门控开关电路2输出一门控控制信号，该门控控制信号是一定宽度的TTL高电平，通过该门控控制信号控制门控开关电路2导通，第一直流电源1(VCC1)在导通时间内同时为1#门控与交流信号合成电路6及2#门控与交流信号合成电路7提供直流偏置电压；在与TTL高电平同步的时间内，任意波形发生器4向单端-差分转换电路5发送时域较短且频率窄带的小功率脉冲信号。

单端-差分转换电路5将脉冲信号转换为幅值相等、相差180°的同向脉冲信号及反向脉冲信号，并将同向脉冲信号传送至1#门控与交流信号合成电路6，将反向脉冲信号传送至2#门控与交流信号合成电路7。

1#门控与交流信号合成电路6及2#门控与交流信号合成电路7在各自内部分别将导通时间内输入的直流偏置电压进行合适的处理，分别形成具有相同宽度和相同幅值的直流偏置信号；1#门控与交流信号合成电路6将门控宽度的直流偏置信号与同向脉冲信号叠加生成具有门控直流偏置的同向交流输入信号，并将其传送至1#第一级驱动电路8；2#门控与交流信号合成电路7将门控宽度的直流偏置信号与反向脉冲信号叠加生成具有门控直流偏置的反向交流输入信号，并将其传送至2#第一级驱动电路9。

1#第一级驱动电路8、1#第二级驱动电路10及1#功率放大电路13在导通时间内将具有门控直流偏置的同向交流输入信号中的交流部分进行逐级放大，生成放大后的同向交流信号，并将放大后的同向交流信号传送至差分-单端转换电路15；2#第一级驱动电路9、2#第二级驱动电路11及2#功率放大电路14在导通时间内将具有门控直流偏置的反向交流输入信号中的交流部分进行逐级放大，生成放大后的反向交流信号，并将放大后的反向交流信号传送至差分-单端转换电路15。

差分-单端转换电路15将放大后的同向交流信号及放大后的反向交流信号进行合成，生成与脉冲信号同向的功率放大后的脉冲信号，并将功率放大后的脉冲信号经隔离电路16后传送电磁超声换能器17。如图1所示，该隔离电路16连接于差分-单端转换电路15与电磁超声换能器17之间，用以隔离功率放大后的脉冲信号中的噪声。

而当门控信号源3输出电平为低时，门控开关电路2处于断开状态，不能为后续电路提供直流偏置电压，使其均处于不工作状态。

采用本发明实施例的门控式电磁超声导波功率放大装置，可实现在门控开关电路2开启时，该门控式电磁超声导波功率放大装置工作在正常状态，能将在该时间段内输入至门控式电磁超声导波功率放大装置的时域较短且频率窄带的小功率脉冲信号放大至上千瓦，而在其它时间，关闭整个门控式电磁超声导波功率放大装置。并且，由于同向和反向放大电路结构相同，开关特性在两支路上引起的输出抖动也应相同，经差分-单端转换可在输出端消除抖动的影响。

具体实施时，如图2所示，上述的门控式电磁超声导波功率放大装置的具体的原理结构以及工作过程如下：

上述的门控开关电路2根据门控控制信号的输入电平值决定整个门控式电磁超声导波功率放大装置的工作状态，该门控开关电路2由P沟道场效应管M1、NPN型双极性晶体管Q1、电阻R1、R2和R3组成。该门控开关电路2内部的连接关系如下：门控触发信号Vg接电阻R2的第1端，电阻R2的第2端同时接NPN型双极性晶体管Q1的基极和电阻R3的第1端，NPN型双极性晶体管Q1的发射极和电阻R3的第2端均接地，NPN型双极性晶体管Q1的集电极同时接P沟道场效应管M1的栅极和电阻R1的第2端，P沟道场效应管M1的源极同时接电阻R1的第1端和电压源VCC1，P沟道场效应管M1的漏极作为门控开关电路2的输出端。

当门控触发信号Vg为高电平时，经电阻R2和R3分压后提供给NPN型双极性晶体管Q1基极的电平也为高，使得NPN型双极性晶体管Q1的集电极与发射极导通，将P沟道场效应管M1的栅极电压拉为低电平，从而使得P沟道场效应管M1的漏极和源极导通，可将电压源VCC1的输出电压提供给1#门控与交流信号合成电路6和2#门控与交流信号合成电路7，为后续电路提供控制信号，使整个门控式电磁超声导波功率放大装置处于线性放大状态；反之，当门控触发信号Vg为低电平时，电压源VCC1的输出电压无法提供给1#门控与交流信号合成电路6和2#门控与交流信号合成电路7，不能为后续电路提供控制信号，使得整个门控式电磁超声导波功率放大装置处于关闭状态。

该单端-差分转换电路5由传输线变压器TX1构成。传输线变压器TX1的同向输入端(第1端)接任意波形发生器4，反向输入端(第3端)接地，同向输出端(第2端)作为单端-差分转换电路5生成的同向脉冲信号的输出端口，直接与1#门控与交流信号合成电路6连接，反向输出端(第4端)作为单端-差分转换电路5生成的反向脉冲信号的输出端口，直接与2#门控与交流信号合成电路7连接。为实现信号的有效放大，任意波形发生器4应在门控触发信号Vg有效(即门控触发信号Vg为高电平)期间发射需要放大的时域较短且频率窄带的小功率脉冲信号，而在其它时刻，任意波形发生器4发射的任何信号均无法被有效放大。

上述的两个门控与交流信号合成电路主要实现在门控开关电路2导通的瞬间合成由一定直流偏置电压分别叠加两个反向脉冲构成的控制信号，为两个第一级驱动电路提供直流偏置及交流输入信号。其中，1#门控与交流信号合成电路6由二极管D1、D2，电容C1、C2，电阻R4、R5、R6组成。门控开关电路2的输出端接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极同时接电容C1的第1端和电阻R4的第1端，电容C1的第2端接地，电阻R4的第2端接电容C2的第1端和电阻R5的第1端，电容C2的第2端为同向脉冲信号的输入端口，电阻R5的第2端接电阻R6的第1端，并将该连接点作为1#门控与交流信号合成电路6的输出端口，电阻R6的第2端接地。

当门控触发信号Vg有效时，电容C2将传输线变压器TX1转换而成的同向脉冲信号交流耦合至电阻R4和电阻R5的连接处，并在门控触发信号Vg有效期间与该点的直流电压共同叠加成具有门控偏置的同向交流输入信号，经分压后由1#门控与交流信号合成电路6的输出端口为1#第一级驱动电路8提供叠加直流偏置的同向交流输入信号。

2#门控与交流信号合成电路7由二极管D3、D4，电容C3、C4，电阻R9、R10、R11组成。门控开关电路2的输出端接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极同时接电容C3的第1端和电阻R9的第1端，电容C3的第2端接地，电阻R9的第2端接电容C4的第1端和电阻R10的第1端，电容C4的第2端为反向脉冲信号的输入端口，电阻R10的第2端接电阻R11的第1端，并将该连接点作为2#门控与交流信号合成电路7的输出端口，电阻R11的第2端接地。

当门控触发信号Vg有效时，电容C4将传输线变压器TX1转换而成的反向脉冲信号交流耦合至电阻R9和电阻R10的连接处，并在门控触发信号Vg有效期间与该点的直流电压共同叠加成具有门控偏置的反向交流输入信号，经分压后由2#门控与交流信号合成电路7的输出端口为2#第一级驱动电路9提供叠加直流偏置的反向交流输入信号。

两个第一级驱动电路分别为两个第二级驱动电路提供具有足够驱动能力的直流偏置和脉冲信号叠加而成的信号。1#第一级驱动电路8由N沟道场效应管M2，电阻R7、R8组成。N沟道场效应管M2的栅极接1#门控与交流信号合成电路6的输出端口，N沟道场效应管M2的漏极经电阻R7串接至直流电源1(VCC1)，N沟道场效应管M2的源极经电阻R8串接至地平面，并将其作为1#第一级驱动电路8的输出端口。在门控开关电路2输入TTL高电平的瞬间，串接N沟道场效应管M2的漏极与直流电源1(VCC1)之间的电阻R7，串接在N沟道场效应管M2的源极与地平面之间的电阻R8，与控制信号中的直流偏置电压共同为N沟道场效应管M2设置合适的静态工作点，并同时放大控制信号中的同向交流信号。由N沟道场效应管M2的源极输出门控宽度的直流偏置电压叠加同向交流信号作为1#第二级驱动电路10的控制信号。

2#第一级驱动电路9由N沟道场效应管M3，电阻R12、R13组成。N沟道场效应管M3的栅极接2#门控与交流信号合成电路7的输出端口，N沟道场效应管M3的漏极经电阻R12串接至直流电源1(VCC1)，N沟道场效应管M3的源极经电阻R13串接至地平面，并将其作为2#第一级驱动电路9的输出端口。在门控开关电路2输入TTL高电平的瞬间，串接N沟道场效应管M3的漏极与直流电源1(VCC1)之间的电阻R12，串接在N沟道场效应管M3的源极与地平面之间的电阻R13，与控制信号中的直流偏置电压共同为N沟道场效应管M3设置合适的静态工作点，并同时放大控制信号中的反向交流信号。由N沟道场效应管M3的源极输出门控宽度的直流信号叠加反向交流信号作为2#第二级驱动电路11的控制信号。

两个第二级驱动电路分别为两个大功率放大电路提供具有足够驱动能力的直流偏置和交流信号叠加而成的信号。1#第二级驱动电路10由N沟道功率场效应管M4、M5，电阻R14～R19组成。1#第一级驱动电路8的输出端口分别经电阻R14、R15串接至N沟道功率场效应管M4、M5的栅极，N沟道功率场效应管M4、M5的漏极分别经电阻R16、R17串接至直流电源1(VCC1)，N沟道功率场效应管M4、M5的源极分别经电阻R18、R19串接至地平面。将N沟道功率场效应管M4、M5的源极分别作为1#第二级驱动电路10的第1、2输出端口。在与门控输入TTL高电平同步的时间内，N沟道场效应管M2的源极输出的门控宽度的直流偏置为N沟道功率场效应管M4、M5设置静态工作点，N沟道场效应管M2的源极输出的同向交流信号分别经N沟道功率场效应管M4、M5放大后为1#大功率放大电路提供同向驱动信号。

2#第二级驱动电路11由N沟道功率场效应管M6、M7，电阻R20～R25组成。2#第一级驱动电路9的输出端口分别经电阻R20、R21串接至N沟道功率场效应管M6、M7的栅极，N沟道功率场效应管M6、M7的漏极分别经电阻R22、R23串接至直流电源1(VCC1)，N沟道功率场效应管M6、M7的源极分别经电阻R24、R25串接至地平面。将N沟道功率场效应管M6、M7的源极分别作为2#第二级驱动电路11的第1、2输出端口。在与门控输入TTL高电平同步的时间内，N沟道场效应管M3的源极输出的门控宽度的直流信号为N沟道功率场效应管M6、M7设置静态工作点，N沟道场效应管M3的源极输出的反向交流信号分别经N沟道功率场效应管M6、M7放大后为2#大功率放大电路提供反向驱动信号。

两路大功率放大电路分别用于将N沟道功率场效应管M4、M5输出的同向交流信号和N沟道功率场效应管M6、M7输出的反向交流进行线性放大，以分别得到同向大功率交流信号和反向大功率交流信号。

1#大功率放大电路13由N沟道功率场效应管M8～M13，电阻R26～R38、R52～R57，电容C5～C6、C9～C14，电解电容CP1和电感L1组成。1#第二级驱动电路10的第1输出端口分别经电阻R26、R27、R28串接至N沟道功率场效应管M8、M9、M10的栅极，1#第二级驱动电路10的第2输出端口分别经电阻R29、R30、R31串接至N沟道功率场效应管M11、M12、M13的栅极；电阻R52的第1端和电容C9的第2端分别接在N沟道功率场效应管M8的栅极和漏极，电阻R52的第2端和电容C9的第1端连接在一起；电阻R53的第1端和电容C10的第2端分别接在N沟道功率场效应管M9的栅极和漏极，电阻R53的第2端和电容C10的第1端连接在一起；电阻R54的第1端和电容C11的第2端分别接在N沟道功率场效应管M10的栅极和漏极，电阻R54的第2端和电容C11的第1端连接在一起；电阻R55的第1端和电容C12的第2端分别接在N沟道功率场效应管M11的栅极和漏极，电阻R55的第2端和电容C12的第1端连接在一起；电阻R56的第1端和电容C13的第2端分别接在N沟道功率场效应管M12的栅极和漏极，电阻R56的第2端和电容C13的第1端连接在一起；电阻R57的第1端和电容C14的第2端分别接在N沟道功率场效应管M13的栅极和漏极，电阻R57的第2端和电容C14的第1端连接在一起；N沟道功率场效应管M8～M13的漏极并联后作为1#大功率放大电路13的输出端口，并接至电阻R38的第1端，电阻R38的第2端接电容C5的第1端和电感L1的第1端，电感L1的第2端与电容C6的第1端、电解电容CP1的正端同时接至电压源VCC2，电容C5的第2端、电容C6的第2端和电解电容CP1的负端同时接地；N沟道功率场效应管M8～M13的源极分别经电阻R32～R37接至地平面。

N沟道功率场效应管M4的源极输出的门控宽度的直流偏置电压为N沟道功率场效应管M8、M9、M10设置静态工作点，N沟道功率场效应管M5的源极输出的门控宽度的直流偏置电压为N沟道功率场效应管M11、M12、M13设置静态工作点；N沟道功率场效应管M4的源极输出的交流信号经N沟道功率场效应管M8、M9、M10线性放大，N沟道功率场效应管M5的源极输出的交流信号经N沟道功率场效应管M11、M12、M13线性放大，放大后的信号同时由N沟道功率场效应管M8～M13的漏极提供给差分-单端转换电路15的同向输入端。在N沟道功率场效应管M8～M13各自的栅极与漏极之间串接的电阻和电容为反馈通道，用于拓展整个功率放大装置的带宽。

2#大功率放大电路14由N沟道功率场效应管M14～M19，电阻R39～R51、R58～R63，电容C7～C8、C15～C20，电解电容CP2和电感L2组成。2#第二级驱动电路11的第1输出端口分别经电阻R39、R40、R41串接至N沟道功率场效应管M14、M15、M16的栅极，2#第二级驱动电路11的第2输出端口分别经电阻R42、R43、R44串接至N沟道功率场效应管M17、M18、M19的栅极；电阻R58的第1端和电容C15的第2端分别接在N沟道功率场效应管M14的栅极和漏极，电阻R58的第2端和电容C15的第1端连接在一起；电阻R59的第1端和电容C16的第2端分别接在N沟道功率场效应管M15的栅极和漏极，电阻R59的第2端和电容C16的第1端连接在一起；电阻R60的第1端和电容C17的第2端分别接在N沟道功率场效应管M16的栅极和漏极，电阻R60的第2端和电容C17的第1端连接在一起；电阻R61的第1端和电容C18的第2端分别接在N沟道功率场效应管M17的栅极和漏极，电阻R61的第2端和电容C18的第1端连接在一起；电阻R62的第1端和电容C19的第2端分别接在N沟道功率场效应管M18的栅极和漏极，电阻R62的第2端和电容C19的第1端连接在一起；电阻R63的第1端和电容C20的第2端分别接在N沟道功率场效应管M19的栅极和漏极，电阻R63的第2端和电容C20的第1端连接在一起；N沟道功率场效应管M14～M19的漏极并联后作为2#大功率放大电路14的输出端口，并接至电阻R51的第1端，电阻R51的第2端同时接电容C7的第1端和电感L2的第1端，电感L2的第2端与电容C8的第1端、电解电容CP2的正端同时接至电压源VCC2，电容C7的第2端、电容C8的第2端和电解电容CP2的负端同时接地；N沟道功率场效应管M14～M19的源极分别经电阻R45～R50接至地平面。

N沟道功率场效应管M6的源极输出的门控宽度的直流偏置电压为N沟道功率场效应管M14、M15、M16设置静态工作点，N沟道功率场效应管M7的源极输出的门控宽度的直流信号为N沟道功率场效应管M17、M18、M19设置静态工作点；N沟道功率场效应管M6的源极输出的交流信号经N沟道功率场效应管M14、M15、M16线性放大，N沟道功率场效应管M7的源极输出的交流信号经N沟道功率场效应管M17、M18、M19线性放大，放大后的信号同时由N沟道功率场效应管M14～M19的漏极提供给差分-单端转换电路15的反向输入端。在N沟道功率场效应管M14～M19各自的栅极与漏极之间串接的电阻和电容为反馈通道，用于拓展整个功率放大装置的带宽。

差分-单端转换电路15主要去除同向和反向大功率任意波形信号中叠加的直流偏置，并将同向和反向交流信号同时耦合至输出端进行叠加，得到幅值增大的同向交流信号。差分-单端转换电路15由三绕组变压器TX2实现。三绕组变压器TX2的第1端接1#大功率放大电路13的输出端口，三绕组变压器TX2的第3端接2#大功率放大电路14的输出端口，三绕组变压器TX2的第2、5端接地，三绕组变压器TX2的第4端作为差分-单端转换电路15的输出端口。

上述的隔离电路16由二极管D5～D16构成。差分-单端转换电路15的输出端口同时接二极管D5～D10的阳极和二极管D11～D16的阴极，二极管D5～D10的阴极和二极管D11～D16的阳极并联后作为整个门控式电磁超声导波功率放大装置的输出端口，为电磁超声换能器17提供激励信号。

为说明本实施例中的门控式电磁超声导波功率放大装置能采用门控方式工作，且能消除开关特性带来的抖动。在实验中是以200ms为间隔发射中心频率360kHz、峰值为380V的加汉宁窗调制的5周期正弦波，为观察清楚门控信号的上升和下降时间将门控信号的宽度设置50us。采用示波器观察1#第一级驱动电路8输出端口、2#第一级驱动电路9输出端口的波形如图3A及图3B所示，采用示波器观察加载在电磁超声换能器17上的激励信号的波形如图3C所示。从图3A及图3B可知，提供给两个分支的门控信号能实现较快的上升和下降时间，说明门控信号具有足够的驱动能力，能实现门控工作方式。从如图3C可知，功放不仅实现任意波形脉冲信号的有效放大，提供足以驱动电磁超声换能器的激励信号，且该实施例的结果能有效抑制开关特性带来的抖动。

由于超声导波检测具有如下特点：在检测过程中功率放大电路需要放大的信号宽度通常较窄(低于100us)，待缺陷回波被接收电路检测到之后，功率放大模块才需要再次发射宽度较窄的激励信号，而该检测过程通常要花较长时间(可达100ms)。功率放大模块在一定的重复周期内只需要激发一次，而重复周期远大于激发信号的时长。依照上述特点，可采用门控工作的方式，只在脉冲发射的瞬间让功放模块工作，而在其它时间则让功放模块停止工作。采用门控工作方式，可在瞬时输出功率不下降的情况下，使得整个功放电路的功耗和散热都得到有效的降低，更便于构建便携式、多通道电磁超声导波系统。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种门控式电磁超声导波功率放大装置，其特征在于，所述的门控式电磁超声导波功率放大装置包括：第一直流电源(1)、门控开关电路(2)、门控信号源(3)、任意波形发生器(4)、单端-差分转换电路(5)、1号门控与交流信号合成电路(6)、2号门控与交流信号合成电路(7)、1号第一级驱动电路(8)、2号第一级驱动电路(9)、1号第二级驱动电路(10)、2号第二级驱动电路(11)、第二直流电源(12)、1号功率放大电路(13)、2号功率放大电路(14)、差分-单端转换电路(15)、隔离电路(16)及电磁超声换能器(17)，其中，

所述门控信号源(3)向所述门控开关电路(2)输出TTL控制信号，控制所述门控开关电路(2)导通；

在所述门控开关电路(2)导通时间内，所述第一直流电源(1)经所述门控开关电路(2)分别向所述的1号门控与交流信号合成电路(6)及2号门控与交流信号合成电路(7)输出直流电压，形成具有导通时间宽度的门控控制信号；

所述任意波形发生器(4)向所述单端-差分转换电路(5)发送脉冲信号；

所述单端-差分转换电路(5)将所述脉冲信号转换为幅值相等、相差180°的同向脉冲信号及反向脉冲信号，并将所述同向脉冲信号传送至所述的1号门控与交流信号合成电路(6)，将所述反向脉冲信号传送至所述的2号门控与交流信号合成电路(7)；

所述1号门控与交流信号合成电路(6)将所述门控控制信号与所述同向脉冲信号叠加生成具有门控直流偏置的同向交流输入信号，并将所述具有门控直流偏置的同向交流输入信号传送至所述的1号第一级驱动电路(8)；所述2号门控与交流信号合成电路(7)将所述门控控制信号与所述反向脉冲信号叠加生成具有门控直流偏置的反向交流输入信号，并将所述具有门控直流偏置的反向交流输入信号传送至所述的2号第一级驱动电路(9)；

1号第一级驱动电路(8)、1号第二级驱动电路(10)及1号功率放大电路(13)在导通时间内将所述具有门控直流偏置的同向交流输入信号中的交流信号进行逐级放大，生成放大后的同向交流信号，并将所述放大后的同向交流信号传送至所述的差分-单端转换电路(15)的一个差分输入端；2号第一级驱动电路(9)、2号第二级驱动电路(11)及2号功率放大电路(14)在导通时间内将所述具有门控直流偏置的反向交流输入信号中的交流信号进行逐级放大，生成放大后的反向交流信号，并将所述放大后的反向交流信号传送至所述的差分-单端转换电路(15)的另一个差分输入端；

所述差分-单端转换电路(15)将所述放大后的同向交流信号及放大后的反向交流信号进行合成，生成与所述脉冲信号同向的功率放大后的脉冲信号，并将所述功率放大后的脉冲信号传送至所述的隔离电路(16)；

所述隔离电路(16)连接于所述的差分-单端转换电路(15)与电磁超声换能器(17)之间，以隔离所述功率放大后的脉冲信号中的噪声对所述电磁超声换能器(17)的影响，并向所述电磁超声换能器(17)传送隔离噪声后的激励信号。

2.根据权利要求1所述的门控式电磁超声导波功率放大装置，其特征在于，所述的门控开关电路(2)包括：P沟道场效应管(M1)、NPN型双极性晶体管(Q1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)及第三电阻(R3)，其中，

所述第二电阻(R2)的第1端作为所述TTL控制信号的输入端，第二电阻(R2)的第2端同时连接所述NPN型双极性晶体管(Q1)的基极及第三电阻(R3)的第1端，所述第三电阻(R3)的第2端接地；

所述NPN型双极性晶体管(Q1)的发射极接地，集电极同时连接所述P沟道场效应管(M1)的栅极及第一电阻(R1)的第2端；

所述P沟道场效应管(M1)的源极与第一电阻(R1)的第1端同时接至所述第一直流电源(1)的输出端，所述P沟道场效应管(M1)的漏极作为所述门控开关电路(2)的输出端。

3.根据权利要求1所述的门控式电磁超声导波功率放大装置，其特征在于，所述的单端-差分转换电路(5)主要由传输线变压器(TX1)构成，所述传输线变压器(TX1)包括：同向输入端、反向输入端、同向输出端及反向输出端，其中，所述同向输入端与所述任意波形发生器(4)连接，所述反向输入端接地，所述同向输出端与所述的1号门控与交流信号合成电路(6)连接，所述反向输出端与所述2号门控与交流信号合成电路(7)连接。

4.根据权利要求1所述的门控式电磁超声导波功率放大装置，其特征在于，所述的1号门控与交流信号合成电路(6)包括：第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)及第六电阻(R6)，其中，

所述门控开关电路(2)的输出端经正向导通的所述的第一二极管(D1)、第二二极管(D2)后同时与所述第四电阻(R4)的第1端及第一电容(C1)的第1端连接，所述第一电容(C1)的第2端接地；

所述第四电阻(R4)的第2端同时接所述第二电容(C2)的第1端和第五电阻(R5)的第1端，所述第二电容(C2)的第2端作为所述同向脉冲信号的输入端口，所述第五电阻(R5)的第2端接所述第六电阻(R6)的第1端，所述第五电阻(R5)的第2端与所述第六电阻(R6)的第1端的连接点作为所述1号门控与交流信号合成电路(6)的输出端口，所述第六电阻(R6)的第2端接地。

5.根据权利要求4所述的门控式电磁超声导波功率放大装置，其特征在于，所述的1号第一级驱动电路(8)包括：N沟道场效应管(M2)、第七电阻(R7)及第八电阻(R8)，其中，

所述N沟道场效应管(M2)的栅极作为所述1号第一级驱动电路(8)的输入端口，直接连接所述1号门控与交流信号合成电路(6)的输出端口；所述第七电阻(R7)串接于所述N沟道场效应管(M2)的漏极及第一直流电源(1)之间；

所述N沟道场效应管(M2)的源极通过所述第八电阻(R8)串联至地。

6.根据权利要求5所述的门控式电磁超声导波功率放大装置，其特征在于，所述的1号第二级驱动电路(10)包括：第一N沟道功率场效应管(M4)、第二N沟道功率场效应管(M5)，第十四电阻(R14)、第十五电阻(R15)、第十六电阻(R16)、第十七电阻(R17)、第十八电阻(R18)及第十九电阻(R19)，其中，

所述N沟道场效应管(M2)的源极分别经所述第十四电阻(R14)及第十五电阻(R15)串联至所述第一N沟道功率场效应管(M4)及第二N沟道功率场效应管(M5)的栅极；

所述第十六电阻(R16)串接在所述第一N沟道功率场效应管(M4)的漏极与所述第一直流电源(1)之间；

所述第十七电阻(R17)串接在所述第二N沟道功率场效应管(M5)的漏极与所述第一直流电源(1)之间；

所述第十八电阻(R18)串接在所述第一N沟道功率场效应管(M4)的源极与地之间；

所述第十九电阻(R19)串接在所述第二N沟道功率场效应管(M5)的源极与地之间。

7.根据权利要求6所述的门控式电磁超声导波功率放大装置，其特征在于，所述的1号功率放大电路(13)包括：第五N沟道功率场效应管(M8)、第六N沟道功率场效应管(M9)、第七N沟道功率场效应管(M10)、第八N沟道功率场效应管(M11)、第九N沟道功率场效应管(M12)、第十N沟道功率场效应管(M13)、第二十六电阻(R26)、第二十七电阻(R27)、第二十八电阻(R28)、第二十九电阻(R29)、第三十电阻(R30)、第三十一电阻(R31)、第三十二电阻(R32)、第三十三电阻(R33)、第三十四电阻(R34)、第三十五电阻(R35)、第三十六电阻(R36)、第三十七电阻(R37)、第三十八电阻(R38)、第五十二电阻(R52)、第五十三电阻(R53)、第五十四电阻(R54)、第五十五电阻(R55)、第五十六电阻(R56)、第五十七电阻(R57)、第五电容(C5)、第六电容(C6)、第九电容(C9)、第十电容(C10)、第十一电容(C11)、第十二电容(C12)、第十三电容(C13)、第十四电容(C14)、第一电解电容(CP1)及第一电感(L1)，其中，所述第五N沟道功率场效应管(M8)、第六N沟道功率场效应管(M9)、第七N沟道功率场效应管(M10)、第八N沟道功率场效应管(M11)、第九N沟道功率场效应管(M12)及第十N沟道功率场效应管(M13)的漏极并联后作为所述1号功率放大电路(13)的输出端口，并接至所述第三十八电阻(R38)的第1端，所述第三十八电阻(38)的第2端同时接所述第五电容(C5)的第1端和第一电感(L1)的第1端，所述第一电感(L1)的第2端与第六电容(C6)的第1端、第一电解电容(CP1)的正端同时接至所述的第二直流电源(12)，所述第五电容(C5)的第2端、第六电容(C6)的第2端及第一电解电容(CP1)的负端同时接地；

所述第一N沟道功率场效应管(M4)的源极分别经所述第二十六电阻(R26)、第二十七电阻(R27)、第二十八电阻(R28)串接至所述第五N沟道功率场效应管(M8)、第六N沟道功率场效应管(M9)、第七N沟道功率场效应管(M10)的栅极；

所述第二N沟道功率场效应管(M5)的源极分别经所述第二十九电阻(R29)、第三十电阻(R30)、第三十一电阻(R31)串接至所述第八N沟道功率场效应管(M11)、第九N沟道功率场效应管(M12)、第十N沟道功率场效应管(M13)的栅极；

所述第九电容(C9)和第五十二电阻(R52)串联后接在所述第五N沟道功率场效应管(M8)的漏极和栅极之间；第十电容(C10)和第五十三电阻(R53)串联后接在所述第六N沟道功率场效应管(M9)的漏极和栅极之间；第十一电容(C11)和第五十四电阻(R54)串联后接在所述第七N沟道功率场效应管(M10)的漏极和栅极之间；第十二电容(C12)和第五十五电阻(R55)串联后接在所述第八N沟道功率场效应管(M11)的漏极和栅极之间；第十三电容(C13)和第五十六电阻(R56)串联后接在所述第九N沟道功率场效应管(M12)的漏极和栅极之间；第十四电容(C14)和第五十七电阻(R57)串联后接在所述第十N沟道功率场效应管(M13)的漏极和栅极之间；

所述第五N沟道功率场效应管(M8)、第六N沟道功率场效应管(M9)、第七N沟道功率场效应管(M10)、第八N沟道功率场效应管(M11)、第九N沟道功率场效应管(M12)及第十N沟道功率场效应管(M13)的源极分别经所述第三十二电阻(R32)、第三十三电阻(R33)、第三十四电阻(R34)、第三十五电阻(R35)、第三十六电阻(R36)、第三十七电阻(R37)串联至地。

8.根据权利要求1所述的门控式电磁超声导波功率放大装置，其特征在于，所述的2号门控与交流信号合成电路(7)包括：第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第九电阻(R9)、第十电阻(R10)及第十一电阻(R11)，其中，

所述门控开关电路(2)的输出端经正向导通的所述的第三二极管(D3)、第四二极管(D4)后同时与所述第九电阻(R9)的第1端及第三电容(C3)的第1端连接，所述第三电容(C3)的第2端接地；

所述第九电阻(R9)的第2端同时接第四电容(C4)的第1端和第十电阻(R10)的第1端，所述第四电容(C4)的第2端作为所述反向脉冲信号的输入端口，所述第十电阻(R10)的第2端接所述第十一电阻(R11)的第1端，所述第十电阻(R10)的第2端与所述第十一电阻(R11)的第1端的连接点作为所述2号门控与交流信号合成电路(7)的输出端口，所述第十一电阻(R11)的第2端接地。

9.根据权利要求8所述的门控式电磁超声导波功率放大装置，其特征在于，所述的2号第一级驱动电路(9)包括：N沟道场效应管(M3)、第十二电阻(R12)及第十三电阻(R13)，其中，

所述N沟道场效应管(M3)的栅极作为所述2号第一级驱动电路(9)的输入端口，直接连接所述2号门控与交流信号合成电路(7)的输出端口；所述第十二电阻(R12)串接于所述N沟道场效应管(M3)的漏极及第一直流电源(1)之间；

所述N沟道场效应管(M3)的源极通过所述第十三电阻(R13)串联至地。

10.根据权利要求9所述的门控式电磁超声导波功率放大装置，其特征在于，所述的2号第二级驱动电路(11)包括：第三N沟道功率场效应管(M6)、第四N沟道功率场效应管(M7)，第二十电阻(R20)、第二十一电阻(R21)、第二十二电阻(R22)、第二十三电阻(R23)、第二十四电阻(R24)及第二十五电阻(R25)，其中，

所述N沟道场效应管(M3)的源极分别经所述第二十电阻(R20)及第二十一电阻(R21)串接至所述第三N沟道功率场效应管(M6)及第四N沟道功率场效应管(M7)的栅极；

所述第二十二电阻(R22)串接在所述第三N沟道功率场效应管(M6)的漏极与所述第一直流电源(1)之间；

所述第二十三电阻(R23)串接在所述第四N沟道功率场效应管(M7)的漏极与所述第一直流电源(1)之间；

所述第二十四电阻(R24)串接在所述第三N沟道功率场效应管(M6)的源极与地之间；

所述第二十五电阻(R25)串接在所述第四N沟道功率场效应管(M7)的源极与地之间。

11.根据权利要求10所述的门控式电磁超声导波功率放大装置，其特征在于，所述的2号功率放大电路(14)包括：第十一N沟道功率场效应管(M14)、第十二N沟道功率场效应管(M15)、第十三N沟道功率场效应管(M16)、第十四N沟道功率场效应管(M17)、第十五N沟道功率场效应管(M18)、第十六N沟道功率场效应管(M19)、第三十九电阻(R39)、第四十电阻(R40)、第四十一电阻(R41)、第四十二电阻(R42)、第四十三电阻(R43)、第四十四电阻(R44)、第四十五电阻(R45)、第四十六电阻(R46)、第四十七电阻(R47)、第四十八电阻(R48)、第四十九电阻(R49)、第五十电阻(R50)、第五十一电阻(R51)、第五十八电阻(R58)、第五十九电阻(R59)、第六十电阻(R60)、第六十一电阻(R61)、第六十二电阻(R62)、第六十三电阻(R63)、第七电容(C7)、第八电容(C8)、第十五电容(C15)、第十六电容(C16)、第十七电容(C17)、第十八电容(C18)、第十九电容(C19)、第二十电容(C20)、第二电解电容(CP2)及第二电感(L2)，其中，

所述第十一N沟道功率场效应管(M14)、第十二N沟道功率场效应管(M15)、第十三N沟道功率场效应管(M16)、第十四N沟道功率场效应管(M17)、第十五N沟道功率场效应管(M18)、第十六N沟道功率场效应管(M19)的漏极并联后作为所述2号功率放大电路(14)的输出端口，并接至所述第五十一电阻(R51)的第1端，所述第五十一电阻(R51)的第2端同时接所述第七电容(C7)的第1端和第二电感(L2)的第1端，所述第二电感(L2)的第2端与所述第八电容(C8)的第1端、第二电解电容(CP2)的正端同时接至所述的第二直流电源(12)，所述第七电容(C7)的第2端、第八电容(C8)的第2端及第二电解电容(CP2)的负端同时接地；

所述第三N沟道功率场效应管(M6)的源极分别经所述第三十九电阻(R39)、第四十电阻(R40)、第四十一电阻(R41)串接至所述第十一N沟道功率场效应管(M14)、第十二N沟道功率场效应管(M15)、第十三N沟道功率场效应管(M16)的栅极；

所述第四N沟道功率场效应管(M7)的源极分别经所述第四十二电阻(R42)、第四十三电阻(R43)、第四十四电阻(R44)串接至所述第十四N沟道功率场效应管(M17)、第十五N沟道功率场效应管(M18)、第十六N沟道功率场效应管(M19)的栅极；

所述第十五电容(C15)和第五十八电阻(R58)串联后接在所述第十一N沟道功率场效应管(M14)的漏极和栅极之间；第十六电容(C16)和第五十九电阻(R59)串联后接在所述第十二N沟道功率场效应管(M15)的漏极和栅极之间；第十七电容(C17)和第六十电阻(R60)串联后接在所述第十三N沟道功率场效应管(M16)的漏极和栅极之间；第十八电容(C18)和第六十一电阻(R61)串联后接在所述第十四N沟道功率场效应管(M17)的漏极和栅极之间；第十九电容(C19)和第六十二电阻(R62)串联后接在所述第十五N沟道功率场效应管(M18)的漏极和栅极之间；第二十电容(C20)和第六十三电阻(R63)串联后接在所述第十六N沟道功率场效应管(M19)的漏极和栅极之间；

所述第十一N沟道功率场效应管(M14)、第十二N沟道功率场效应管(M15)、第十三N沟道功率场效应管(M16)、第十四N沟道功率场效应管(M17)、第十五N沟道功率场效应管(M18)、第十六N沟道功率场效应管(M19)的源极分别经所述第四十五电阻(R45)、第四十六电阻(R46)、第四十七电阻(R47)、第四十八电阻(R48)、第四十九电阻(R49)、第五十电阻(R50)串联至地。

12.根据权利要求1所述的门控式电磁超声导波功率放大装置，其特征在于，所述的差分-单端转换电路(15)主要由三绕组变压器(TX2)构成，所述三绕组变压器(TX2)的第1端接所述1号功率放大电路(13)的输出端口，所述三绕组变压器(TX2)的第3端接所述2号功率放大电路(14)的输出端口，所述三绕组变压器(TX2)的第2端及第5端接地，所述三绕组变压器(TX2)的第4端作为所述差分-单端转换电路(15)的输出端口。

13.根据权利要求12所述的门控式电磁超声导波功率放大装置，其特征在于，所述的隔离电路(16)包括：第五二极管(D5)、第六二极管(D6)、第七二极管(D7)、第八二极管(D8)、第九二极管(D9)、第十二极管(D10)、第十一二极管(D11)、第十二二极管(D12)、第十三二极管(D13)、第十四二极管(D14)、第十五二极管(D15)及第十六二极管(D16)，所述差分-单端转换电路(15)的输出端口同时接所述第五二极管(D5)、第六二极管(D6)、第七二极管(D7)、第八二极管(D8)、第九二极管(D9)、第十二极管(D10)的阳极和所述第十一二极管(D11)、第十二二极管(D12)、第十三二极管(D13)、第十四二极管(D14)、第十五二极管(D15)、第十六二极管(D16)的阴极，所述第五二极管(D5)、第六二极管(D6)、第七二极管(D7)、第八二极管(D8)、第九二极管(D9)、第十二极管(D10)的阴极和所述第十一二极管(D11)、第十二二极管(D12)、第十三二极管(D13)、第十四二极管(D14)、第十五二极管(D15)、第十六二极管(D16)的阳极并联后作为所述门控式电磁超声导波功率放大装置的输出端口，为所述电磁超声换能器(17)提供所述激励信号。