本文针对相控阵列声源的非接触操控及其在医学超声中的实际应用,为解决大阵列声源相控驱动电路的功率、效率、体积和散热问题,基于PWM调制原理和频谱优化技术,设计了一种中低频D类超声功率放大器。首先,理论分析了PWM型D类功率放大器的工作原理,通过理论计算和数值模拟探究了经过三角波调制后的PWM信号的频谱和谐波分布规律以及输出功率的频率响应,从频谱优化角度证明了调制系数的取值范围为[0.9 1.2],正弦波和三角波频率关系满足s（27）0.3c,低通滤波器截止频率范围为[s0.3c],确定电路输出MOS管带宽大于10c,为D类超声功率放大器的设计提供了理论依据。然后,针对超声功率放大器的实际应用需求,设计了D类超声功率放大器的硬件电路,对PWM波形成电路、死区时间控制电路、功率放大电路、低通滤波电路性能测试,并利用50Ω阻性负载对放大器整体测试,获得了MOS管温度与信号频率及死区时间的关系,功放效率与信号频率及负载电阻的关系,非线性失真（THD）和相位保持性能。最后,为了增强阵列相控超声的应用同步性,提高功率放大器的工作效率和稳定性,采用FPGA的ROM表来产生数字化PWM信号直接驱动MOS管,设计了基于FPGA的D类超声功率放大器,通过低通滤波和阻抗匹配驱动变幅杆换能器,获得了输出电压和功率以及表面振速随电源电压的变化关系。结果表明,所设计的D类超声功率放大器能够对20kHz-400kHz的中低频超声信号进行功率放大,其最大输出功率达到45W,效率超过79%,具有结构简单,输出内阻小,阻抗匹配简单,相位保持度高,功率损耗低和发热小的优点。本设计为超声技术在生物医学中的应用提供了电路基础,可以实现大规模相控阵列的精确驱动,在超声探测、无损检测、医学超声等领域具有良好的应用前景。