陶瓷揚(yáng)聲器系統(tǒng)的放大器設(shè)計(jì)

摘要： 給出了陶瓷揚(yáng)聲器系統(tǒng)的放大器解決方案。
關(guān)鍵詞： 音頻；陶瓷揚(yáng)聲器；放大器；G類

　　如今的便攜式設(shè)備需要更小、更薄、更省電的電子元器件。對(duì)于設(shè)計(jì)小巧的手機(jī)，動(dòng)圈式揚(yáng)聲器成為了制造商能否生產(chǎn)出超薄手機(jī)的制約因素。在這一需求的推動(dòng)下，陶瓷或壓電揚(yáng)聲器迅速興起，成為動(dòng)圈式揚(yáng)聲器的替代方案。陶瓷揚(yáng)聲器能以超薄、緊湊的封裝提供極具競(jìng)爭(zhēng)力的聲壓電平(SPL)，具有取代傳統(tǒng)的動(dòng)圈式揚(yáng)聲器的巨大潛力。動(dòng)圈式揚(yáng)聲器和陶瓷揚(yáng)聲器的區(qū)別如表1所示。

　　驅(qū)動(dòng)陶瓷揚(yáng)聲器的放大器電路具有與驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)動(dòng)圈式揚(yáng)聲器不同的輸出驅(qū)動(dòng)要求。陶瓷揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)要求放大器驅(qū)動(dòng)大電容負(fù)載，并在較高的頻率下輸出更大的電流，同時(shí)保持高輸出電壓。

陶瓷揚(yáng)聲器的特性

　　陶瓷揚(yáng)聲器的生產(chǎn)工藝與多層陶瓷電容器類似，與動(dòng)圈式揚(yáng)聲器相比，這種制造技術(shù)可以使揚(yáng)聲器廠商更加嚴(yán)格地控制揚(yáng)聲器的容差。嚴(yán)格的容差控制對(duì)于權(quán)衡揚(yáng)聲器的選擇非常重要，也影響著不同生產(chǎn)批次產(chǎn)品音頻特性的可重復(fù)性。陶瓷揚(yáng)聲器在驅(qū)動(dòng)放大器端的等效阻抗可以近似為主要由一個(gè)大電容組成的RLC電路(圖1)。在音頻頻率范圍內(nèi)，陶瓷揚(yáng)聲器通常呈現(xiàn)容性。揚(yáng)聲器的電容特性決定了其阻抗隨頻率的提高而降低。阻抗有一個(gè)諧振點(diǎn)，在這個(gè)頻點(diǎn)揚(yáng)聲器的發(fā)聲效率最高。

圖1  陶瓷揚(yáng)聲器主要表現(xiàn)為一個(gè)大的容性負(fù)載

聲壓與頻率及振幅的關(guān)系

　　陶瓷揚(yáng)聲器兩端的交流電壓導(dǎo)致?lián)P聲器內(nèi)壓電薄膜變形和振動(dòng)；位移量與輸入信號(hào)的幅度成正比。壓電薄膜的振動(dòng)使周圍空氣流動(dòng)，從而發(fā)出聲音。揚(yáng)聲器電壓升高時(shí)，壓電元件變形加劇，形成更大的聲壓，從而增加了音量。陶瓷揚(yáng)聲器制造商通常規(guī)定了揚(yáng)聲器的最大驅(qū)動(dòng)電壓，典型值15VP-P。電壓最大時(shí)陶瓷器件的偏移量達(dá)到極限。外加電壓大于額定電壓時(shí)不會(huì)導(dǎo)致聲壓升高，反而增加了輸出信號(hào)的失真度。