CN105241963B - 非线性电磁超声激励信号的功率放大装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种非线性电磁超声激励信号的功率放大装置，涉及非线性电磁超声无损检测技术领域。该装置包括：一函数发生器、第一直流偏置电路、第二直流偏置电路、三绕组输入变压器、第一交流直流叠加电路、第二交流直流叠加电路、第一线性功率放大模块电路、第二线性功率放大模块电路、第三线性功率放大模块电路、第四线性功率放大模块电路、高压直流电源、三绕组输出变压器和交流耦合电路。该装置的输出信号不仅可以驱动电磁超声换能器在基频处产生具有足够大声功率的超声波，而且还可以抑制驱动信号中的偶次谐波，减小激励电路的非线性对检测结果的影响。

Description

非线性电磁超声激励信号的功率放大装置

技术领域

本发明涉及非线性电磁超声无损检测技术领域，尤其涉及一种非线性电磁超声激励信号的功率放大装置。

背景技术

目前，非线性超声检测技术对金属材料和结构内部的微裂纹、微缺陷及界面脱粘、分层等缺陷的检测具有独特的优势，也是对金属材料和结构的疲劳、蠕变等力学性能的退化进行早期预测的有效技术手段，是一门近年来正在快速兴起的无损检测技术。在常规非线性超声检测技术中，采用压电换能器对待检金属材料和结构进行非线性检测时，在换能器与构件之间需要采用耦合剂以提高入射进构件的超声能量。压电换能器中存在对超声波起阻尼作用的背衬层、实现声阻抗变换的匹配层、保护层及外壳，还可能用到改变入射角度的楔形块，这些因素都会引起非线性效应。特别是通常采用的耦合剂都具有较强的非线性效应。这些因素引起的非线性通常要比材料和缺陷本身引起的非线性大很多，从而使得非线性超声检测技术对检测条件的要求十分苛刻，给该技术在工程中的推广和应用带来极大限制。

非线性电磁超声检测技术克服了压电换能器需要耦合剂的缺点，可实现对金属导体材料和结构的非接触测量。无需耦合剂可消除耦合剂的非线性效应对检测结果带来的影响，同时没有耦合剂的挥发也使得电磁超声检测结果的重复性更好，更适用于定量检测的场合。电磁超声换能器通常是基于洛伦兹力效应和磁致伸缩效应实现能量转化的，换能器本身不需要采用背衬层、匹配层等部件，可有效减小换能器本身结构带来的非线性。但对于整个非线性电磁超声检测系统的发射通道而言，用于激励电磁超声换能器的功率放大器还可能引起非线性，因此，若能消除大功率激励信号引起的非线性即可有效增强非线性超声检测技术的鲁棒性。

目前，电磁超声检测技术中常用的激励信号为时域很窄的高功率尖脉冲信号，其对应的频谱为宽带，不适用于作为非线性电磁超声检测系统中的激励装置。采用常规的线性放大方式实现电磁超声导波功率放大电路时，由于电路中元器件的非线性，输出信号的高次谐波分量总是无法避免的，且二阶谐波分量对非线性检测结果影响很大。常规线性功率放大电路输出信号所引起的二阶谐波分量对线性超声检测结果影响不大，但对于非线性超声检测结果而言，激励装置输出信号引起的二次谐波会与材料和缺陷本身引起的非线性超声信号中的二阶谐波叠加，从而导致对基于二次谐波幅值的超声非线性系数的检测结果的误判。

发明内容

本发明的实施例提供一种非线性电磁超声激励信号的功率放大装置，在基频处能够产生能量足够大的驱动信号，有效激发电磁超声换能器在基频处产生具有足够大声功率的超声波，并且还可以抑制驱动信号中的二次谐波，以减小激励电路的非线性对检测结果的影响。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种非线性电磁超声激励信号的功率放大装置，包括：

一函数发生器、第一直流偏置电路、第二直流偏置电路、三绕组输入变压器、第一交流直流叠加电路、第二交流直流叠加电路、第一线性功率放大模块电路、第二线性功率放大模块电路、第三线性功率放大模块电路、第四线性功率放大模块电路、高压直流电源、三绕组输出变压器和交流耦合电路；

所述函数发生器与一三绕组输入变压器的第一绕组的一端连接；所述第一直流偏置电路与一第一交流直流叠加电路连接；所述第一交流直流叠加电路还分别连接三绕组输入变压器的第二绕组的一端以及互为并联关系的第一线性功率放大模块电路和第二线性功率放大模块电路；

所述第二直流偏置电路与第二交流直流叠加电路连接；所述第二交流直流叠加电路还分别连接三绕组输入变压器的第三绕组的一端以及互为并联关系的第三线性功率放大模块电路和第四线性功率放大模块电路；

所述第一线性功率放大模块电路和第二线性功率放大模块电路还连接有三绕组输出变压器的第一绕组的一端；所述三绕组输出变压器的第一绕组的另一端连接有高压直流电源；

所述第三线性功率放大模块电路和第四线性功率放大模块电路还连接有三绕组输出变压器的第二绕组的一端；所述三绕组输出变压器的第二绕组的另一端连接所述高压直流电源；

所述三绕组输出变压器的第三绕组的一端连接有交流耦合电路的一端；所述交流耦合电路的另一端连接电磁超声换能器。

具体的，所述第一直流偏置电路、第二直流偏置电路、三绕组输入变压器、第一交流直流叠加电路和第二交流直流叠加电路构成一交流直流耦合电路；所述交流直流耦合电路包括：第一直流电压源VCC1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、三绕组输入变压器TX1、输入信号端Vin；

所述第一直流电压源VCC1连接第二电阻R2的一端；第二电阻R2的另一端同时接第一电阻R1的一端及第一二极管D1的阳极；所述第一电阻R1的另一端接地；所述第一二极管D1的阴极同时连接第三电容C3和第三电阻R3的一端，所述第三电容C3的另一端接地，所述第三电阻R3的另一端同时连接第一电容C1、第四电阻R4、第九电阻R9、第十电阻R10的一端；所述第一电容C1的另一端连接三绕组输入变压器TX1的第二绕组LS1的同名端；所述第四电阻R4的另一端接地；所述第一直流电压源VCC1还连接第五电阻R5的一端，所述第五电阻R5的另一端同时连接第六电阻R6的一端及第二二极管D2的阳极；所述第六电阻R6的另一端接地，第二二极管D2的阴极同时连接一第四电容C4和第七电阻R7的一端；所述第四电容C4的另一端接地，所述第七电阻R7的另一端同时连接一第二电容C2、第八电阻R8、第十一电阻R11、第十二电阻R12的一端；所述第二电容C2的另一端连接所述三绕组输入变压器TX1的第三绕组LS2的异名端；所述第八电阻R8的另一端接地；所述三绕组输入变压器TX1的第二绕组LS1的异名端和第三绕组LS2的同名端均接地，所述三绕组输入变压器TX1的第一绕组Lp的同名端连接输入信号端Vin，且所述三绕组输入变压器TX1的第一绕组Lp的异名端接地。

具体的，所述第一线性功率放大模块电路、第二线性功率放大模块电路、第三线性功率放大模块电路、第四线性功率放大模块电路、所述三绕组输出变压器、高压直流电源以及交流耦合电路构成的电路，包括：

第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、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、第十九电阻R19、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、第二十五电阻R25、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、第五十二电阻R52、第五十三电阻R53、第五十四电阻R54、第一N沟道功率MOS场效应晶体管M1、第二N沟道功率MOS场效应晶体管M2、第三N沟道功率MOS场效应晶体管M3、第四N沟道功率MOS场效应晶体管M4、第五N沟道功率MOS场效应晶体管M5、第六N沟道功率MOS场效应晶体管M6、第七N沟道功率MOS场效应晶体管M7、第八N沟道功率MOS场效应晶体管M8、第九N沟道功率MOS场效应晶体管M9、第十N沟道功率MOS场效应晶体管M10、第十一N沟道功率MOS场效应晶体管M11、第十二N沟道功率MOS场效应晶体管M12、第十三N沟道功率MOS场效应晶体管M13、第十四N沟道功率MOS场效应晶体管M14、第十五N沟道功率MOS场效应晶体管M15、第十六N沟道功率MOS场效应晶体管M16、第十七N沟道功率MOS场效应晶体管M17、第十八N沟道功率MOS场效应晶体管M18、第十九N沟道功率MOS场效应晶体管M19、第二十N沟道功率MOS场效应晶体管M20、第一直流电压源VCC1、第二直流电压源VCC2、第五电容C5、第六电容C6和第七电容C7。

其中，所述第一线性功率放大模块电路，包括：

第九电阻R9、第十三电阻R13、第一N沟道功率MOS场效应晶体管M1、第十七电阻R17、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、第五N沟道功率MOS场效应晶体管M5、第六N沟道功率MOS场效应晶体管M6、第七N沟道功率MOS场效应晶体管M7、第八N沟道功率MOS场效应晶体管M8、第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第三十九电阻R39、第四十电阻R40；

所述第九电阻R9的另一端连接一第一N沟道功率MOS场效应晶体管M1的栅极；所述第一N沟道功率MOS场效应晶体管M1的漏极连接一第十三电阻R13的一端；所述第十三电阻R13的另一端连接第一直流电压源VCC1；

所述第一N沟道功率MOS场效应晶体管M1的源极同时连接第十七电阻R17、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的一端；所述第十七电阻R17的另一端接地；

所述第二十一电阻R21的另一端连接一第五N沟道功率MOS场效应晶体管M5的栅极；所述第二十二电阻R22的另一端连接一第六N沟道功率MOS场效应晶体管M6的栅极；所述第二十三电阻R23的另一端连接一第七N沟道功率MOS场效应晶体管M7的栅极；所述第二十四电阻R24的另一端连接一第八N沟道功率MOS场效应晶体管M8的栅极；

所述第五N沟道功率MOS场效应晶体管M5的源极连接一第三十七电阻R37的一端；所述第六N沟道功率MOS场效应晶体管M6的源极连接一第三十八电阻R38的一端；所述第七N沟道功率MOS场效应晶体管M7的源极连接一第三十九电阻R39的一端；所述第八N沟道功率MOS场效应晶体管M8的源极连接一第四十电阻R40的一端；

所述第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第三十九电阻R39、第四十电阻R40的另一端同时接地；

所述第五N沟道功率MOS场效应晶体管M5、第六N沟道功率MOS场效应晶体管M6、第七N沟道功率MOS场效应晶体管M7、第八N沟道功率MOS场效应晶体管M8的漏极均与一第五十三电阻R53的一端连接。

其中，所述第二线性功率放大模块电路，包括：

第十电阻R10、第十四电阻R14、第二N沟道功率MOS场效应晶体管M2、第十八电阻R18、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第九N沟道功率MOS场效应晶体管M9、第十N沟道功率MOS场效应晶体管M10、第十一N沟道功率MOS场效应晶体管M11、第十二N沟道功率MOS场效应晶体管M12、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；

所述第十电阻R10的另一端连接一第二N沟道功率MOS场效应晶体管M2的栅极；所述第二N沟道功率MOS场效应晶体管M2的漏极连接一第十四电阻R14的一端；所述第十四电阻R14的另一端连接第一直流电压源VCC1；

所述第二N沟道功率MOS场效应晶体管M2的源极同时连接第十八电阻R18、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28的一端；所述第十八电阻R18的另一端接地；

所述第二十五电阻R25的另一端连接一第九N沟道功率MOS场效应晶体管M9的栅极；所述第二十六电阻R26的另一端连接一第十N沟道功率MOS场效应晶体管M10的栅极；所述第二十七电阻R27的另一端连接一第十一N沟道功率MOS场效应晶体管M11的栅极；所述第二十八电阻R28的另一端连接一第十二N沟道功率MOS场效应晶体管M12的栅极；

所述第九N沟道功率MOS场效应晶体管M9的源极连接一第四十一电阻R41的一端；所述第十N沟道功率MOS场效应晶体管M10的源极连接一第四十二电阻R42的一端；所述第十一N沟道功率MOS场效应晶体管M11的源极连接一第四十三电阻R43的一端；所述第十二N沟道功率MOS场效应晶体管M12的源极连接一第四十四电阻R44的一端；

所述第四十一电阻R41、第四十二电阻R42、第四十三电阻R43、第四十四电阻R44的另一端同时接地；

所述第九N沟道功率MOS场效应晶体管M9、第十N沟道功率MOS场效应晶体管M10、第十一N沟道功率MOS场效应晶体管M11、第十二N沟道功率MOS场效应晶体管M12的漏极均与一第五十三电阻R53的一端连接。

其中，所述第三线性功率放大模块电路，包括：

第十一电阻R11、第十五电阻R15、第三N沟道功率MOS场效应晶体管M3、第十九电阻R19、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、第十三N沟道功率MOS场效应晶体管M13、第十四N沟道功率MOS场效应晶体管M14、第十五N沟道功率MOS场效应晶体管M15、第十六N沟道功率MOS场效应晶体管M16、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；

所述第十一电阻R11的另一端连接一第三N沟道功率MOS场效应晶体管M3的栅极；所述第三N沟道功率MOS场效应晶体管M3的漏极连接一第十五电阻R15的一端；所述第十五电阻R15的另一端连接第一直流电压源VCC1；

所述第三N沟道功率MOS场效应晶体管M3的源极同时连接第十九电阻R19、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的一端；所述第十九电阻R19的另一端接地；

所述第二十九电阻R29的另一端连接一第十三N沟道功率MOS场效应晶体管M13的栅极；所述第三十电阻R30的另一端连接一第十四N沟道功率MOS场效应晶体管M14的栅极；所述第三十一电阻R31的另一端连接一第十五N沟道功率MOS场效应晶体管M15的栅极；所述第三十二电阻R32的另一端连接一第十六N沟道功率MOS场效应晶体管M16的栅极；

所述第十三N沟道功率MOS场效应晶体管M13的源极连接一第四十五电阻R45的一端；所述第十四N沟道功率MOS场效应晶体管M14的源极连接一第四十六电阻R46的一端；所述第十五N沟道功率MOS场效应晶体管M15的源极连接一第四十七电阻R47的一端；所述第十六N沟道功率MOS场效应晶体管M16的源极连接一第四十八电阻R48的一端；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的另一端同时接地；

所述第十三N沟道功率MOS场效应晶体管M13、第十四N沟道功率MOS场效应晶体管M14、第十五N沟道功率MOS场效应晶体管M15、第十六N沟道功率MOS场效应晶体管M16的漏极均与一第五十四电阻R54的一端连接。

其中，所述第四线性功率放大模块电路，包括：

第十二电阻R12、第十六电阻R16、第四N沟道功率MOS场效应晶体管M4、第二十电阻R20、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、第十七N沟道功率MOS场效应晶体管M17、第十八N沟道功率MOS场效应晶体管M18、第十九N沟道功率MOS场效应晶体管M19、第二十N沟道功率MOS场效应晶体管M20、第四十九电阻R49、第五十电阻R50、第五十一电阻R51、第五十二电阻R52；

所述第十二电阻R12的另一端连接一第四N沟道功率MOS场效应晶体管M4的栅极；所述第四N沟道功率MOS场效应晶体管M4的漏极连接一第十六电阻R16的一端；所述第十六电阻R16的另一端连接第一直流电压源VCC1；

所述第四N沟道功率MOS场效应晶体管M4的源极同时连接第二十电阻R20、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的一端；所述第二十电阻R20的另一端接地；

所述第三十三电阻R33的另一端连接一第十七N沟道功率MOS场效应晶体管M17的栅极；所述第三十四电阻R34的另一端连接一第十八N沟道功率MOS场效应晶体管M18的栅极；所述第三十五电阻R35的另一端连接一第十九N沟道功率MOS场效应晶体管M19的栅极；所述第三十六电阻R36的另一端连接一第二十N沟道功率MOS场效应晶体管M20的栅极；

所述第十七N沟道功率MOS场效应晶体管M17的源极连接一第四十九电阻R49的一端；所述第十八N沟道功率MOS场效应晶体管M18的源极连接一第五十电阻R50的一端；所述第十九N沟道功率MOS场效应晶体管M19的源极连接一第五十一电阻R51的一端；所述第二十N沟道功率MOS场效应晶体管M20的源极连接一第五十二电阻R52的一端；所述第四十九电阻R49、第五十电阻R50、第五十一电阻R51、第五十二电阻R52的另一端同时接地；

所述第十七N沟道功率MOS场效应晶体管M17、第十八N沟道功率MOS场效应晶体管M18、第十九N沟道功率MOS场效应晶体管M19、第二十N沟道功率MOS场效应晶体管M20的漏极均与一第五十四电阻R54的一端连接。

此外，所述三绕组输出变压器、高压直流电源以及交流耦合电路构成的电路，包括：

第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第五十三电阻R53、第五十四电阻R54、第二直流电压源VCC2；

所述第五十三电阻R53的另一端与三绕组输出变压器TX2的第一绕组LS1的同名端连接；

所述第五十四电阻R54的另一端与三绕组输出变压器TX2的第二绕组LS2的异名端连接；

所述三绕组输出变压器TX2的第一绕组LS1的异名端和第二绕组LS2的同名端同时接第二直流电源VCC2及第六电容C6和第七电容C7的一端；所述第六电容C6和第七电容C7的另一端接地；

所述三绕组输出变压器TX2的第三绕组Lp的同名端连接一第五电容C5的一端，所述第五电容C5的另一端作为输出信号端，与所述电磁超声换能器连接；所述三绕组输出变压器TX2的第三绕组Lp的异名端接地。

本发明实施例提供的一种非线性电磁超声激励信号的功率放大装置，通过该装置，可以将待放大频率窄带的小功率信号送入三绕组输入变压器变换为幅值相等、相位相反的两路信号，分别送入两路由多个相同线性功率放大模块电路构成的功率放大电路，经功率放大后的两路幅值相等、相位相反的大功率信号分别送入三绕组输出变压器的两输入端，在三绕组输出变压器的两输入端对两路大功率信号进行相减后交流耦合至其输出端，以驱动电磁超声换能器产生超声波。该装置不仅实现了输出功率的成倍增加，而且由于两路信号同样经过两个并联的线性功率放大模块进行放大，既消除了元器件的离散性带来的各支路输出信号的偏差，也可抑制输出信号中的偶次谐波。该装置的输出信号不仅可以驱动电磁超声换能器在基频处产生具有足够大声功率的超声波，而且还可以抑制驱动信号中的二次谐波，减小激励电路的非线性对检测结果的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例提供的一种非线性电磁超声激励信号的功率放大装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种非线性电磁超声激励信号的功率放大装置的电路图；

图3为本发明实施例提供的非线性电磁超声激励信号的功率放大装置的某一输出信号对应的时域波形和频谱图。

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做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。

如图1所示，本发明实施例提供的一种非线性电磁超声激励信号的功率放大装置，包括：

一函数发生器101、第一直流偏置电路102、第二直流偏置电路103、三绕组输入变压器104、第一交流直流叠加电路105、第二交流直流叠加电路106、第一线性功率放大模块电路107、第二线性功率放大模块电路108、第三线性功率放大模块电路109、第四线性功率放大模块电路110、高压直流电源111、三绕组输出变压器112和交流耦合电路114。

函数发生器101与一三绕组输入变压器104的第一绕组1041的一端连接；第一直流偏置电路102与一第一交流直流叠加电路105连接；第一交流直流叠加电路105还分别连接三绕组输入变压器104的第二绕组1042的一端以及互为并联关系的第一线性功率放大模块电路107和第二线性功率放大模块电路108。

第二直流偏置电路103与第二交流直流叠加电路106连接。第二交流直流叠加电路106还分别连接三绕组输入变压器104的第三绕组1043的一端以及互为并联关系的第三线性功率放大模块电路109和第四线性功率放大模块电路110。

第一线性功率放大模块电路107和第二线性功率放大模块电路108还连接有三绕组输出变压器112的第一绕组1121的一端；三绕组输出变压器112的第一绕组1121的另一端连接有高压直流电源111。

第三线性功率放大模块电路109和第四线性功率放大模块电路110还连接有三绕组输出变压器112的第二绕组1122的一端；三绕组输出变压器112的第二绕组1122的另一端连接高压直流电源111。

三绕组输出变压器112的第三绕组1123的一端连接有交流耦合电路114的一端；该交流耦合电路114的另一端连接电磁超声换能器113。

具体的，如图2所示，第一直流偏置电路102、第二直流偏置电路103、三绕组输入变压器104、第一交流直流叠加电路105和第二交流直流叠加电路106构成一交流直流耦合电路图2左侧A部分；交流直流耦合电路图2左侧A部分包括：第一直流电压源VCC1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、三绕组输入变压器TX1、输入信号端Vin。

第一直流电压源VCC1连接第二电阻R2的一端；第二电阻R2的另一端同时接第一电阻R1的一端及第一二极管D1的阳极；第一电阻R1的另一端接地；第一二极管D1的阴极同时连接第三电容C3和第三电阻R3的一端，第三电容C3的另一端接地，第三电阻R3的另一端同时连接第一电容C1、第四电阻R4、第九电阻R9、第十电阻R10的一端；第一电容C1的另一端连接三绕组输入变压器TX1的第二绕组LS1的同名端；第四电阻R4的另一端接地；所述第一直流电压源VCC1还连接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端同时连接第六电阻R6的一端及第二二极管D2的阳极；第六电阻R6的另一端接地，第二二极管D2的阴极同时连接第四电容C4和第七电阻R7的一端；第四电容C4的另一端接地，第七电阻R7的另一端同时连接一第二电容C2、第八电阻R8、第十一电阻R11、第十二电阻R12的一端；第二电容C2的另一端连接三绕组输入变压器TX1的第三绕组LS2的异名端，第八电阻R8的另一端接地；三绕组输入变压器TX1的第二绕组LS1的异名端和第三绕组LS2的同名端均接地，三绕组输入变压器TX1的第一绕组Lp的同名端接输入信号端Vin，且三绕组输入变压器TX1的第一绕组Lp的异名端接地。

该交流直流耦合电路图2左侧A部分可以分别为两组线性功率放大模块提供直流偏置电压和幅值相等相位相反的两路交流信号。直流偏置电压的形成过程为：第一电阻R1和第二电阻R2将直流电源VCC1提供的直流信号分压后提供给第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极输出的直流信号经第三电阻R3和第四电阻R4串接至地平面，并将第四电阻R4分得的直流电压提供给两个线性功放模块第一线性功率放大模块电路和第二线性功率放大模块电路作为一路直流偏置电压；第五电阻R5和第六电阻R6将直流电源VCC1提供的直流信号分压后提供给第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极输出的直流信号经第七电阻R7和第八电阻R8串接至地平面，并将第八电阻R8分得的直流电压提供给另两个线性功放模块第三线性功率放大模块电路和第四线性功率放大模块电路作为另一路直流偏置电压。交流输入信号经三绕组输入变压器TX1变换为幅值相等相位相反的两路交流信号，分别经过第一电容C1和第二电容C2交流耦合到采用两个相同的线性功放模块并联的电路的输入端。第三电阻R3和第三电容C3、第七电阻R7和第四电容C4构成回路将泄露至直流电源VCC1的交流信号引入地平面，以减小交流信号对直流电源的干扰。

此外，如图2所示，第一线性功率放大模块电路107、第二线性功率放大模块电路108、第三线性功率放大模块电路109、第四线性功率放大模块电路110、三绕组输出变压器112、高压直流电源111以及交流耦合电路114构成的电路，可以包括如图2右侧B部分所示：

第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、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、第十九电阻R19、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、第二十五电阻R25、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、第五十二电阻R52、第五十三电阻R53、第五十四电阻R54、第一N沟道功率MOS场效应晶体管M1、第二N沟道功率MOS场效应晶体管M2、第三N沟道功率MOS场效应晶体管M3、第四N沟道功率MOS场效应晶体管M4、第五N沟道功率MOS场效应晶体管M5、第六N沟道功率MOS场效应晶体管M6、第七N沟道功率MOS场效应晶体管M7、第八N沟道功率MOS场效应晶体管M8、第九N沟道功率MOS场效应晶体管M9、第十N沟道功率MOS场效应晶体管M10、第十一N沟道功率MOS场效应晶体管M11、第十二N沟道功率MOS场效应晶体管M12、第十三N沟道功率MOS场效应晶体管M13、第十四N沟道功率MOS场效应晶体管M14、第十五N沟道功率MOS场效应晶体管M15、第十六N沟道功率MOS场效应晶体管M16、第十七N沟道功率MOS场效应晶体管M17、第十八N沟道功率MOS场效应晶体管M18、第十九N沟道功率MOS场效应晶体管M19、第二十N沟道功率MOS场效应晶体管M20、第一直流电压源VCC1、第二直流电压源VCC2、第五电容C5、第六电容C6和第七电容C7。

进一步的，该第一线性功率放大模块电路107如图2右侧B部分所示：可以包括上述的第九电阻R9、第十三电阻R13、第一N沟道功率MOS场效应晶体管M1、第十七电阻R17、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、第五N沟道功率MOS场效应晶体管M5、第六N沟道功率MOS场效应晶体管M6、第七N沟道功率MOS场效应晶体管M7、第八N沟道功率MOS场效应晶体管M8、第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第三十九电阻R39、第四十电阻R40；

所述第九电阻R9的另一端连接一第一N沟道功率MOS场效应晶体管M1的栅极；所述第一N沟道功率MOS场效应晶体管M1的漏极连接一第十三电阻R13的一端；所述第十三电阻R13的另一端连接第一直流电压源VCC1；

所述第一N沟道功率MOS场效应晶体管M1的源极同时连接第十七电阻R17、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的一端；所述第十七电阻R17的另一端接地；

所述第二十一电阻R21的另一端连接一第五N沟道功率MOS场效应晶体管M5的栅极；所述第二十二电阻R22的另一端连接一第六N沟道功率MOS场效应晶体管M6的栅极；所述第二十三电阻R23的另一端连接一第七N沟道功率MOS场效应晶体管M7的栅极；所述第二十四电阻R24的另一端连接一第八N沟道功率MOS场效应晶体管M8的栅极；

所述第五N沟道功率MOS场效应晶体管M5的源极连接一第三十七电阻R37的一端；所述第六N沟道功率MOS场效应晶体管M6的源极连接一第三十八电阻R38的一端；所述第七N沟道功率MOS场效应晶体管M7的源极连接一第三十九电阻R39的一端；所述第八N沟道功率MOS场效应晶体管M8的源极连接一第四十电阻R40的一端；

所述第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第三十九电阻R39、第四十电阻R40的另一端同时接地；

所述第五N沟道功率MOS场效应晶体管M5、第六N沟道功率MOS场效应晶体管M6、第七N沟道功率MOS场效应晶体管M7、第八N沟道功率MOS场效应晶体管M8的漏极均与一第五十三电阻R53的一端连接。

进一步的，该第二线性功率放大模块电路108如图2右侧B部分所示：可以包括上述的第十电阻R10、第十四电阻R14、第二N沟道功率MOS场效应晶体管M2、第十八电阻R18、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第九N沟道功率MOS场效应晶体管M9、第十N沟道功率MOS场效应晶体管M10、第十一N沟道功率MOS场效应晶体管M11、第十二N沟道功率MOS场效应晶体管M12、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。

所述第十电阻R10的另一端连接一第二N沟道功率MOS场效应晶体管M2的栅极；所述第二N沟道功率MOS场效应晶体管M2的漏极连接一第十四电阻R14的一端；所述第十四电阻R14的另一端连接第一直流电压源VCC1。

所述第二N沟道功率MOS场效应晶体管M2的源极同时连接第十八电阻R18、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28的一端；所述第十八电阻R18的另一端接地。

所述第二十五电阻R25的另一端连接一第九N沟道功率MOS场效应晶体管M9的栅极；所述第二十六电阻R26的另一端连接一第十N沟道功率MOS场效应晶体管M10的栅极；所述第二十七电阻R27的另一端连接一第十一N沟道功率MOS场效应晶体管M11的栅极；所述第二十八电阻R28的另一端连接一第十二N沟道功率MOS场效应晶体管M12的栅极。

所述第九N沟道功率MOS场效应晶体管M9的源极连接一第四十一电阻R41的一端；所述第十N沟道功率MOS场效应晶体管M10的源极连接一第四十二电阻R42的一端；所述第十一N沟道功率MOS场效应晶体管M11的源极连接一第四十三电阻R43的一端；所述第十二N沟道功率MOS场效应晶体管M12的源极连接一第四十四电阻R44的一端。

所述第四十一电阻R41、第四十二电阻R42、第四十三电阻R43、第四十四电阻R44的另一端同时接地。

所述第九N沟道功率MOS场效应晶体管M9、第十N沟道功率MOS场效应晶体管M10、第十一N沟道功率MOS场效应晶体管M11、第十二N沟道功率MOS场效应晶体管M12的漏极均与一第五十三电阻R53的一端连接。

进一步的，该第三线性功率放大模块电路109如图2右侧B部分所示：可以包括上述的第十一电阻R11、第十五电阻R15、第三N沟道功率MOS场效应晶体管M3、第十九电阻R19、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、第十三N沟道功率MOS场效应晶体管M13、第十四N沟道功率MOS场效应晶体管M14、第十五N沟道功率MOS场效应晶体管M15、第十六N沟道功率MOS场效应晶体管M16、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。

所述第十一电阻R11的另一端连接一第三N沟道功率MOS场效应晶体管M3的栅极；所述第三N沟道功率MOS场效应晶体管M3的漏极连接一第十五电阻R15的一端；所述第十五电阻R15的另一端连接第一直流电压源VCC1；

所述第三N沟道功率MOS场效应晶体管M3的源极同时连接第十九电阻R19、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的一端；所述第十九电阻R19的另一端接地。

所述第二十九电阻R29的另一端连接一第十三N沟道功率MOS场效应晶体管M13的栅极；所述第三十电阻R30的另一端连接一第十四N沟道功率MOS场效应晶体管M14的栅极；所述第三十一电阻R31的另一端连接一第十五N沟道功率MOS场效应晶体管M15的栅极；所述第三十二电阻R32的另一端连接一第十六N沟道功率MOS场效应晶体管M16的栅极。

所述第十三N沟道功率MOS场效应晶体管M13的源极连接一第四十五电阻R45的一端；所述第十四N沟道功率MOS场效应晶体管M14的源极连接一第四十六电阻R46的一端；所述第十五N沟道功率MOS场效应晶体管M15的源极连接一第四十七电阻R47的一端；所述第十六N沟道功率MOS场效应晶体管M16的源极连接一第四十八电阻R48的一端；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的另一端同时接地。

所述第十三N沟道功率MOS场效应晶体管M13、第十四N沟道功率MOS场效应晶体管M14、第十五N沟道功率MOS场效应晶体管M15、第十六N沟道功率MOS场效应晶体管M16的漏极均与一第五十四电阻R54的一端连接。

进一步的，该第四线性功率放大模块电路110如图2右侧B部分所示：可以包括上述的第十二电阻R12、第十六电阻R16、第四N沟道功率MOS场效应晶体管M4、第二十电阻R20、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、第十七N沟道功率MOS场效应晶体管M17、第十八N沟道功率MOS场效应晶体管M18、第十九N沟道功率MOS场效应晶体管M19、第二十N沟道功率MOS场效应晶体管M20、第四十九电阻R49、第五十电阻R50、第五十一电阻R51、第五十二电阻R52。

所述第十二电阻R12的另一端连接一第四N沟道功率MOS场效应晶体管M4的栅极；所述第四N沟道功率MOS场效应晶体管M4的漏极连接一第十六电阻R16的一端；所述第十六电阻R16的另一端连接第一直流电压源VCC1。

所述第四N沟道功率MOS场效应晶体管M4的源极同时连接第二十电阻R20、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的一端；所述第二十电阻R20的另一端接地。

所述第三十三电阻R33的另一端连接一第十七N沟道功率MOS场效应晶体管M17的栅极；所述第三十四电阻R34的另一端连接一第十八N沟道功率MOS场效应晶体管M18的栅极；所述第三十五电阻R35的另一端连接一第十九N沟道功率MOS场效应晶体管M19的栅极；所述第三十六电阻R36的另一端连接一第二十N沟道功率MOS场效应晶体管M20的栅极。

所述第十七N沟道功率MOS场效应晶体管M17的源极连接一第四十九电阻R49的一端；所述第十八N沟道功率MOS场效应晶体管M18的源极连接一第五十电阻R50的一端；所述第十九N沟道功率MOS场效应晶体管M19的源极连接一第五十一电阻R51的一端；所述第二十N沟道功率MOS场效应晶体管M20的源极连接一第五十二电阻R52的一端；所述第四十九电阻R49、第五十电阻R50、第五十一电阻R51、第五十二电阻R52的另一端同时接地。

所述第十七N沟道功率MOS场效应晶体管M17、第十八N沟道功率MOS场效应晶体管M18、第十九N沟道功率MOS场效应晶体管M19、第二十N沟道功率MOS场效应晶体管M20的漏极均与一第五十四电阻R54的一端连接。

另外，该三绕组输出变压器112、高压直流电源111以及交流耦合电路114构成的电路部分，可以包括上述的第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第五十三电阻R53、第五十四电阻R54、第二直流电压源VCC2。

所述第五十三电阻R53的另一端与三绕组输出变压器TX2的第一绕组LS1的同名端连接。

所述第五十四电阻R54的另一端与三绕组输出变压器TX2的第二绕组LS2的异名端连接。

所述三绕组输出变压器TX2的第一绕组LS1的异名端和第二绕组LS2的同名端同时接第二直流电源VCC2及第六电容C6和第七电容C7的一端；所述第六电容C6和第七电容C7的另一端接地。

所述三绕组输出变压器TX2的第三绕组Lp的同名端连接一第五电容C5的一端，所述第五电容C5的另一端作为输出信号端，与所述电磁超声换能器连接；所述三绕组输出变压器TX2的第三绕组Lp的异名端接地。

本发明实施例中，叠加直流偏置电压的同向交流信号分别经第九电阻R9、第十电阻R10提供给第一N沟道功率MOS场效应晶体管M1和第二N沟道功率MOS场效应晶体管M2的栅极，第十三电阻R13、第十四电阻R14分别串接于第一N沟道功率MOS场效应晶体管M1和第二N沟道功率MOS场效应晶体管M2的漏极与第一直流电压源VCC1之间，第十七电阻R17、第十八电阻R18分别串接于第一N沟道功率MOS场效应晶体管M1和第二N沟道功率MOS场效应晶体管M2的源极与地平面之间，共同为第一N沟道功率MOS场效应晶体管M1和第二N沟道功率MOS场效应晶体管M2设置合适的静态工作点并对输入的同向交流信号进行线性放大。第一N沟道功率MOS场效应晶体管M1和第二N沟道功率MOS场效应晶体管M2的源极输出包含直流信号和同向交流信号叠加的信号，经第二十一电阻至第二十四电阻R21～R24、第二十五电阻至第二十八电阻R25～R28串接至第五N沟道功率MOS场效应晶体管至第八N沟道功率MOS场效应晶体管M5～M8、第九N沟道功率MOS场效应晶体管至第十二N沟道功率MOS场效应晶体管M9～M12的栅极，第五N沟道功率MOS场效应晶体管至第十二N沟道功率MOS场效应晶体管M5～M12分别经第三十七电阻至第四十四电阻R37～R44串接至地平面，第五N沟道功率MOS场效应晶体管至第十二N沟道功率MOS场效应晶体管M5～M12的漏极并联后经第五十三电阻R53串接至三绕组输出变压器TX2的第一绕组LS1一端，第一绕组LS1的另一端接第二直流电压源VCC2，共同为第五N沟道功率MOS场效应晶体管至第十二N沟道功率MOS场效应晶体管M5～M12设置稳定的静态工作点，以分别同时对输入的同向交流信号进行线性放大，放大后的多路同向信号从第五N沟道功率MOS场效应晶体管至第十二N沟道功率MOS场效应晶体管M5～M12的漏极并联输出大功率的同向信号。叠加直流偏置电压的反向交流信号分别经第十一电阻R11、第十二电阻R12提供给第三N沟道功率MOS场效应晶体管M3、第四N沟道功率MOS场效应晶体管M4的栅极，第十五电阻R15、第十六电阻R16分别串接于第三N沟道功率MOS场效应晶体管M3、第四N沟道功率MOS场效应晶体管M4的漏极与第一直流电压源VCC1之间，第十九电阻R19、第二十电阻R20分别串接于第三N沟道功率MOS场效应晶体管M3、第四N沟道功率MOS场效应晶体管M4的源极与地平面之间，共同为第三N沟道功率MOS场效应晶体管M3、第四N沟道功率MOS场效应晶体管M4设置合适的静态工作点并对输入的反向交流信号进行线性放大。第三N沟道功率MOS场效应晶体管M3、第四N沟道功率MOS场效应晶体管M4的源极输出的包含直流信号和反向交流信号的叠加信号经第二十九电阻至第三十二电阻R29～R32、第三十三电阻至第三十六电阻R33～R36串接至第十三N沟道功率MOS场效应晶体管至第十六N沟道功率MOS场效应晶体管M13～M16、第十七N沟道功率MOS场效应晶体管至第二十N沟道功率MOS场效应晶体管M17～M20的栅极，第十三N沟道功率MOS场效应晶体管至第二十N沟道功率MOS场效应晶体管M13～M20分别经第四十五电阻至第五十二电阻R45～R52串接至地平面，第十三N沟道功率MOS场效应晶体管至第二十N沟道功率MOS场效应晶体管M13～M20的漏极并联后经第五十四电阻R54串接至三绕组输出变压器TX2的第二绕组LS2的一端，第二绕组LS2的另一端接第二直流电压源VCC2，共同为第十三N沟道功率MOS场效应晶体管至第二十N沟道功率MOS场效应晶体管M13～M20设置稳定的静态工作点，以分别同时对输入的反向交流信号进行线性放大，放大后的多路反向信号从第十三N沟道功率MOS场效应晶体管至第二十N沟道功率MOS场效应晶体管M13～M20的漏极并联输出大功率的反向信号。三绕组输出变压器TX2的第一绕组LS1和第二绕组LS2将大功率同向和反向交流信号进行相减，并耦合至三绕组输出变压器TX2的第三绕组Lp，三绕组输出变压器TX2的第三绕组Lp的一端接地，另一端串接第五电容C5以驱动电磁超声换能器。第二直流电压源VCC2经高耐压大容值电解第六电容C6及高耐压小容值第七电容C7并联后接至地平面以滤除交流信号对电源干扰，增强电路的稳定性。

本发明实施例提供的一种非线性电磁超声激励信号的功率放大装置，通过该装置，可以将待放大频率窄带的小功率信号送入三绕组输入变压器变换为幅值相等、相位相反的两路信号，分别送入两路由多个相同线性功率放大模块电路构成的功率放大电路，经功率放大后的两路幅值相等、相位相反的大功率信号分别送入三绕组输出变压器的两输入端，在三绕组输出变压器的两输入端对两路大功率信号进行相减后交流耦合至其输出端，以驱动电磁超声换能器产生超声波。该装置不仅实现了输出功率的成倍增加，而且由于两路信号同样经过两个并联的线性功率放大模块进行放大，即消除了元器件的离散性带来的各支路输出信号的偏差，也可抑制输出信号中的偶次谐波。该装置的输出信号不仅可以驱动电磁超声换能器在基频处产生具有足够大声功率的超声波，而且还可以抑制驱动信号中的二次谐波，减小激励电路的非线性对检测结果的影响。

为说明本实施例中的非线性电磁超声激励信号的功率放大装置的输出信号对偶次谐波的抑制，采用本实施例中的装置输出频率为400kHz、幅值为330V的加汉宁窗调制的20周期正弦波信号，如图3所示。图3中实线为本实施例的输出信号，虚线为理想信号。从图3的a部分中的时域波形可知，本实施例中装置输出信号与理想信号差异较小，从图3的b部分中的频谱图可知，在二次谐波频率800kHz处，本实施例中装置输出信号的谐波幅值与理想信号的谐波幅值几乎相同，说明本实施例装置的输出信号中的偶次谐波得到了有效抑制。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备系统、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种非线性电磁超声激励信号的功率放大装置，其特征在于，包括：

一函数发生器、第一直流偏置电路、第二直流偏置电路、三绕组输入变压器、第一交流直流叠加电路、第二交流直流叠加电路、第一线性功率放大模块电路、第二线性功率放大模块电路、第三线性功率放大模块电路、第四线性功率放大模块电路、高压直流电源、三绕组输出变压器和交流耦合电路；

所述函数发生器与一三绕组输入变压器的第一绕组的一端连接；所述第一直流偏置电路与一第一交流直流叠加电路连接；所述第一交流直流叠加电路还分别连接三绕组输入变压器的第二绕组的一端以及互为并联关系的第一线性功率放大模块电路和第二线性功率放大模块电路；

所述第二直流偏置电路与第二交流直流叠加电路连接；所述第二交流直流叠加电路还分别连接三绕组输入变压器的第三绕组的一端以及互为并联关系的第三线性功率放大模块电路和第四线性功率放大模块电路；

所述第一线性功率放大模块电路和第二线性功率放大模块电路还连接有三绕组输出变压器的第一绕组的一端；所述三绕组输出变压器的第一绕组的另一端连接有高压直流电源；

所述第三线性功率放大模块电路和第四线性功率放大模块电路还连接有三绕组输出变压器的第二绕组的一端；所述三绕组输出变压器的第二绕组的另一端连接所述高压直流电源；

所述三绕组输出变压器的第三绕组的一端连接有交流耦合电路的一端；所述交流耦合电路的另一端连接电磁超声换能器；

所述第一直流偏置电路、第二直流偏置电路、三绕组输入变压器、第一交流直流叠加电路和所述第二交流直流叠加电路构成一交流直流耦合电路；所述交流直流耦合电路包括：第一直流电压源(VCC1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、三绕组输入变压器(TX1)、输入信号端(Vin)；

所述第一直流电压源(VCC1)连接第二电阻(R2)的一端；第二电阻(R2)的另一端同时接第一电阻(R1)的一端及第一二极管(D1)的阳极；所述第一电阻(R1)的另一端接地；所述第一二极管(D1)的阴极同时连接第三电容(C3)和第三电阻(R3)的一端，所述第三电容(C3)的另一端接地，所述第三电阻(R3)的另一端同时连接第一电容(C1)、第四电阻(R4)、第九电阻(R9)、第十电阻(R10)的一端；所述第一电容(C1)的另一端连接三绕组输入变压器(TX1)的第二绕组(LS1)的同名端；所述第四电阻(R4)的另一端接地；所述第一直流电压源(VCC1)还连接第五电阻(R5)的一端，所述第五电阻(R5)的另一端同时连接第六电阻(R6)的一端及第二二极管(D2)的阳极；所述第六电阻(R6)的另一端接地；第二二极管(D2)的阴极同时连接第四电容(C4)和第七电阻(R7)的一端；所述第四电容(C4)的另一端接地，所述第七电阻(R7)的另一端同时连接一第二电容(C2)、第八电阻(R8)、第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)的一端；所述第二电容(C2)的另一端连接所述三绕组输入变压器(TX1)的第三绕组(LS2)的异名端，所述第八电阻(R8)的另一端接地；所述三绕组输入变压器(TX1)的第二绕组(LS1)的异名端和第三绕组(LS2)的同名端均接地，所述三绕组输入变压器(TX1)的第一绕组(Lp)的同名端连接输入信号端(Vin)，且所述三绕组输入变压器(TX1)的第一绕组(Lp)的异名端接地；

所述第一线性功率放大模块电路、第二线性功率放大模块电路、第三线性功率放大模块电路、第四线性功率放大模块电路、所述三绕组输出变压器、高压直流电源以及交流耦合电路构成的电路，包括：

第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)、第十三电阻(R13)、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)、第十九电阻(R19)、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)、第二十五电阻(R25)、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)、第五十二电阻(R52)、第五十三电阻(R53)、第五十四电阻(R54)、第一N沟道功率MOS场效应晶体管(M1)、第二N沟道功率MOS场效应晶体管(M2)、第三N沟道功率MOS场效应晶体管(M3)、第四N沟道功率MOS场效应晶体管(M4)、第五N沟道功率MOS场效应晶体管(M5)、第六N沟道功率MOS场效应晶体管(M6)、第七N沟道功率MOS场效应晶体管(M7)、第八N沟道功率MOS场效应晶体管(M8)、第九N沟道功率MOS场效应晶体管(M9)、第十N沟道功率MOS场效应晶体管(M10)、第十一N沟道功率MOS场效应晶体管(M11)、第十二N沟道功率MOS场效应晶体管(M12)、第十三N沟道功率MOS场效应晶体管(M13)、第十四N沟道功率MOS场效应晶体管(M14)、第十五N沟道功率MOS场效应晶体管(M15)、第十六N沟道功率MOS场效应晶体管(M16)、第十七N沟道功率MOS场效应晶体管(M17)、第十八N沟道功率MOS场效应晶体管(M18)、第十九N沟道功率MOS场效应晶体管(M19)、第二十N沟道功率MOS场效应晶体管(M20)、第一直流电压源(VCC1)、第二直流电压源(VCC2)、第五电容(C5)、第六电容(C6)和第七电容(C7)；

所述三绕组输出变压器、高压直流电源以及交流耦合电路构成的电路，包括：

第五电容(C5)、第六电容(C6)、第七电容(C7)、第五十三电阻(R53)、第五十四电阻(R54)、第二直流电压源(VCC2)；

所述第五十三电阻(R53)的另一端与三绕组输出变压器(TX2)的第一绕组(LS1)的同名端连接；

所述第五十四电阻(R54)的另一端与三绕组输出变压器(TX2)的第二绕组(LS2)的异名端连接；

所述三绕组输出变压器(TX2)的第一绕组(LS1)的异名端和第二绕组(LS2)的同名端同时接第二直流电源(VCC2)及第六电容(C6)和第七电容(C7)的一端；所述第六电容(C6)和第七电容(C7)的另一端接地；

所述三绕组输出变压器(TX2)的第三绕组(Lp)的同名端连接一第五电容(C5)的一端，所述第五电容(C5)的另一端作为输出信号端，与所述电磁超声换能器连接；所述三绕组输出变压器(TX2)的第三绕组(Lp)的异名端接地。

2.根据权利要求1所述的非线性电磁超声激励信号的功率放大装置，其特征在于，所述第一线性功率放大模块电路，包括：

第九电阻(R9)、第十三电阻(R13)、第一N沟道功率MOS场效应晶体管(M1)、第十七电阻(R17)、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)、第五N沟道功率MOS场效应晶体管(M5)、第六N沟道功率MOS场效应晶体管(M6)、第七N沟道功率MOS场效应晶体管(M7)、第八N沟道功率MOS场效应晶体管(M8)、第三十七电阻(R37)、第三十八电阻(R38)、第三十九电阻(R39)、第四十电阻(R40)；

所述第九电阻(R9)的另一端连接一第一N沟道功率MOS场效应晶体管(M1)的栅极；所述第一N沟道功率MOS场效应晶体管(M1)的漏极连接一第十三电阻(R13)的一端；所述第十三电阻(R13)的另一端连接第一直流电压源(VCC1)；

所述第一N沟道功率MOS场效应晶体管(M1)的源极同时连接第十七电阻(R17)、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)的一端；所述第十七电阻(R17)的另一端接地；

所述第二十一电阻(R21)的另一端连接一第五N沟道功率MOS场效应晶体管(M5)的栅极；所述第二十二电阻(R22)的另一端连接一第六N沟道功率MOS场效应晶体管(M6)的栅极；所述第二十三电阻(R23)的另一端连接一第七N沟道功率MOS场效应晶体管(M7)的栅极；所述第二十四电阻(R24)的另一端连接一第八N沟道功率MOS场效应晶体管(M8)的栅极；

所述第五N沟道功率MOS场效应晶体管(M5)的源极连接一第三十七电阻(R37)的一端；所述第六N沟道功率MOS场效应晶体管(M6)的源极连接一第三十八电阻(R38)的一端；所述第七N沟道功率MOS场效应晶体管(M7)的源极连接一第三十九电阻(R39)的一端；所述第八N沟道功率MOS场效应晶体管(M8)的源极连接一第四十电阻(R40)的一端；

所述第三十七电阻(R37)、第三十八电阻(R38)、第三十九电阻(R39)、第四十电阻(R40)的另一端同时接地；

所述第五N沟道功率MOS场效应晶体管(M5)、第六N沟道功率MOS场效应晶体管(M6)、第七N沟道功率MOS场效应晶体管(M7)、第八N沟道功率MOS场效应晶体管(M8)的漏极均与一第五十三电阻(R53)的一端连接。

3.根据权利要求1所述的非线性电磁超声激励信号的功率放大装置，其特征在于，所述第二线性功率放大模块电路，包括：

第十电阻(R10)、第十四电阻(R14)、第二N沟道功率MOS场效应晶体管(M2)、第十八电阻(R18)、第二十五电阻(R25)、第二十六电阻(R26)、第二十七电阻(R27)、第二十八电阻(R28)、第九N沟道功率MOS场效应晶体管(M9)、第十N沟道功率MOS场效应晶体管(M10)、第十一N沟道功率MOS场效应晶体管(M11)、第十二N沟道功率MOS场效应晶体管(M12)、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)；

所述第十电阻(R10)的另一端连接一第二N沟道功率MOS场效应晶体管(M2)的栅极；所述第二N沟道功率MOS场效应晶体管(M2)的漏极连接一第十四电阻(R14)的一端；所述第十四电阻(R14)的另一端连接第一直流电压源(VCC1)；

所述第二N沟道功率MOS场效应晶体管(M2)的源极同时连接第十八电阻(R18)、第二十五电阻(R25)、第二十六电阻(R26)、第二十七电阻(R27)、第二十八电阻(R28)的一端；所述第十八电阻(R18)的另一端接地；

所述第二十五电阻(R25)的另一端连接一第九N沟道功率MOS场效应晶体管(M9)的栅极；所述第二十六电阻(R26)的另一端连接一第十N沟道功率MOS场效应晶体管(M10)的栅极；所述第二十七电阻(R27)的另一端连接一第十一N沟道功率MOS场效应晶体管(M11)的栅极；所述第二十八电阻(R28)的另一端连接一第十二N沟道功率MOS场效应晶体管(M12)的栅极；

所述第九N沟道功率MOS场效应晶体管(M9)的源极连接一第四十一电阻(R41)的一端；所述第十N沟道功率MOS场效应晶体管(M10)的源极连接一第四十二电阻(R42)的一端；所述第十一N沟道功率MOS场效应晶体管(M11)的源极连接一第四十三电阻(R43)的一端；所述第十二N沟道功率MOS场效应晶体管(M12)的源极连接一第四十四电阻(R44)的一端；

所述第四十一电阻(R41)、第四十二电阻(R42)、第四十三电阻(R43)、第四十四电阻(R44)的另一端同时接地；

所述第九N沟道功率MOS场效应晶体管(M9)、第十N沟道功率MOS场效应晶体管(M10)、第十一N沟道功率MOS场效应晶体管(M11)、第十二N沟道功率MOS场效应晶体管(M12)的漏极均与一第五十三电阻(R53)的一端连接。

4.根据权利要求1所述的非线性电磁超声激励信号的功率放大装置，其特征在于，所述第三线性功率放大模块电路，包括：

第十一电阻(R11)、第十五电阻(R15)、第三N沟道功率MOS场效应晶体管(M3)、第十九电阻(R19)、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)、第十三N沟道功率MOS场效应晶体管(M13)、第十四N沟道功率MOS场效应晶体管(M14)、第十五N沟道功率MOS场效应晶体管(M15)、第十六N沟道功率MOS场效应晶体管(M16)、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)；

所述第十一电阻(R11)的另一端连接一第三N沟道功率MOS场效应晶体管(M3)的栅极；所述第三N沟道功率MOS场效应晶体管(M3)的漏极连接一第十五电阻(R15)的一端；所述第十五电阻(R15)的另一端连接第一直流电压源(VCC1)；

所述第三N沟道功率MOS场效应晶体管(M3)的源极同时连接第十九电阻(R19)、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)的一端；所述第十九电阻(R19)的另一端接地；

所述第二十九电阻(R29)的另一端连接一第十三N沟道功率MOS场效应晶体管(M13)的栅极；所述第三十电阻(R30)的另一端连接一第十四N沟道功率MOS场效应晶体管(M14)的栅极；所述第三十一电阻(R31)的另一端连接一第十五N沟道功率MOS场效应晶体管(M15)的栅极；所述第三十二电阻(R32)的另一端连接一第十六N沟道功率MOS场效应晶体管(M16)的栅极；

所述第十三N沟道功率MOS场效应晶体管(M13)的源极连接一第四十五电阻(R45)的一端；所述第十四N沟道功率MOS场效应晶体管(M14)的源极连接一第四十六电阻(R46)的一端；所述第十五N沟道功率MOS场效应晶体管(M15)的源极连接一第四十七电阻(R47)的一端；所述第十六N沟道功率MOS场效应晶体管(M16)的源极连接一第四十八电阻(R48)的一端；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)的另一端同时接地；

所述第十三N沟道功率MOS场效应晶体管(M13)、第十四N沟道功率MOS场效应晶体管(M14)、第十五N沟道功率MOS场效应晶体管(M15)、第十六N沟道功率MOS场效应晶体管(M16)的漏极均与一第五十四电阻(R54)的一端连接。

5.根据权利要求1所述的非线性电磁超声激励信号的功率放大装置，其特征在于，所述第四线性功率放大模块电路，包括：

第十二电阻(R12)、第十六电阻(R16)、第四N沟道功率MOS场效应晶体管(M4)、第二十电阻(R20)、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)、第十七N沟道功率MOS场效应晶体管(M17)、第十八N沟道功率MOS场效应晶体管(M18)、第十九N沟道功率MOS场效应晶体管(M19)、第二十N沟道功率MOS场效应晶体管(M20)、第四十九电阻(R49)、第五十电阻(R50)、第五十一电阻(R51)、第五十二电阻(R52)；

所述第十二电阻(R12)的另一端连接一第四N沟道功率MOS场效应晶体管(M4)的栅极；所述第四N沟道功率MOS场效应晶体管(M4)的漏极连接一第十六电阻(R16)的一端；所述第十六电阻(R16)的另一端连接第一直流电压源(VCC1)；

所述第四N沟道功率MOS场效应晶体管(M4)的源极同时连接第二十电阻(R20)、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)的一端；所述第二十电阻(R20)的另一端接地；

所述第三十三电阻(R33)的另一端连接一第十七N沟道功率MOS场效应晶体管(M17)的栅极；所述第三十四电阻(R34)的另一端连接一第十八N沟道功率MOS场效应晶体管(M18)的栅极；所述第三十五电阻(R35)的另一端连接一第十九N沟道功率MOS场效应晶体管(M19)的栅极；所述第三十六电阻(R36)的另一端连接一第二十N沟道功率MOS场效应晶体管(M20)的栅极；

所述第十七N沟道功率MOS场效应晶体管(M17)的源极连接一第四十九电阻(R49)的一端；所述第十八N沟道功率MOS场效应晶体管(M18)的源极连接一第五十电阻(R50)的一端；所述第十九N沟道功率MOS场效应晶体管(M19)的源极连接一第五十一电阻(R51)的一端；所述第二十N沟道功率MOS场效应晶体管(M20)的源极连接一第五十二电阻(R52)的一端；所述第四十九电阻(R49)、第五十电阻(R50)、第五十一电阻(R51)、第五十二电阻(R52)的另一端同时接地；

所述第十七N沟道功率MOS场效应晶体管(M17)、第十八N沟道功率MOS场效应晶体管(M18)、第十九N沟道功率MOS场效应晶体管(M19)、第二十N沟道功率MOS场效应晶体管(M20)的漏极均与一第五十四电阻(R54)的一端连接。