5. 陶瓷揚(yáng)聲器與動(dòng)圈式揚(yáng)聲器的效率

　　傳統(tǒng)動(dòng)圈式揚(yáng)聲器的效率很容易計(jì)算。音頻線圈繞組可以近似為固定電阻與一個(gè)大電感串聯(lián)。如果已知揚(yáng)聲器電阻，可用歐姆定律計(jì)算負(fù)載功率（P）： P = I2R，或 P=V×I。揚(yáng)聲器的大部分功率被轉(zhuǎn)變成線圈的熱量。

　　由于陶瓷揚(yáng)聲器具有電容特性，因此消耗功率時(shí)產(chǎn)生的熱量不高。陶瓷揚(yáng)聲器消耗的是“無(wú)功”功率。無(wú)功功率非常小，與陶瓷器件的損耗因子有關(guān)。無(wú)功功率產(chǎn)生的熱量很少。計(jì)算無(wú)功功率時(shí)不應(yīng)直接采用公式 P = V×I；應(yīng)采用以下公式計(jì)算：

　　其中：

　　C - 揚(yáng)聲器的容值；

　　V - RMS驅(qū)動(dòng)電壓；

　　f - 驅(qū)動(dòng)電壓頻率；

　　cosφ - 揚(yáng)聲器電流與電壓間的相角函數(shù)；

　　DF - 揚(yáng)聲器損耗因子。DF 值很低，取決于信號(hào)頻率及揚(yáng)聲器的 ESR。

　　由于理想的電容器電壓和電流之間的相角為 90°，并且陶瓷揚(yáng)聲器基本呈容性，cosφ 等于零，因此，陶瓷揚(yáng)聲器模型中的電容部分不會(huì)產(chǎn)生任何功耗。陶瓷材料和電介質(zhì)的自身缺點(diǎn)造成揚(yáng)聲器電壓落后于揚(yáng)聲器電流一個(gè)相位角，該相位角并非精確等于 90°。理想相移（90°）與實(shí)際相移之間的微小差別定義為損耗因子（DF）。

　　陶瓷揚(yáng)聲器的 DF 可以等效為一個(gè)小的等效串聯(lián)電阻（ESR）與理想電容器串聯(lián)。不要將串聯(lián)電阻與放大器和揚(yáng)聲器之間的隔離電阻混淆。DF 是所需頻率下 ESR 和容抗的比值：

　　舉例來(lái)說(shuō)，電容為 1.6μF，ESR 為 1Ω 的陶瓷揚(yáng)聲器，由 5VRMS、5kHz 信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)，無(wú)功功率為：

　　6. 有功功率

　　與動(dòng)圈式揚(yáng)聲器不同的是，雖然陶瓷揚(yáng)聲器本身不消耗有功功率，但是，在驅(qū)動(dòng)放大器輸出級(jí)以及功放和揚(yáng)聲器之間的外部電阻RL（圖 4）上會(huì)產(chǎn)生熱量。外部電阻值越大，為放大器分擔(dān)的耗散功率越大，它以犧牲低頻響應(yīng)特性為代價(jià)。

　　驅(qū)動(dòng) 10Ω 串聯(lián)電阻的陶瓷揚(yáng)聲器時(shí)，總負(fù)載功率中無(wú)功功率占的比重并不大。大部分功率耗散在外部電阻上，圖 5 為放大器功率與頻率的關(guān)系曲線。

　　為了獲得較好的低頻響應(yīng)，應(yīng)選擇小的外部電阻，但會(huì)要求放大器輸出級(jí)耗散更大的功率。放大器的效率決定了放大器輸出級(jí)功率。為獲得大功率放大器，需要采用高效解決方案，如 D 類和 G 類放大器。負(fù)載端串聯(lián)一個(gè)電阻，可以使功率消耗在負(fù)載網(wǎng)絡(luò)，而不是揚(yáng)聲器。即使放大器效率為 100%，功率也會(huì)消耗在串聯(lián)電阻上，而非揚(yáng)聲器上。

　　以圖 5 為例，5kHz 時(shí)，提供給負(fù)載的總功率為 629mW。效率為 53% 的放大器功耗為 558mW。放大器功耗決定了實(shí)際器件的封裝尺寸，如果必須用高頻正弦波驅(qū)動(dòng)陶瓷揚(yáng)聲器，則會(huì)消耗大量功率。

　　圖5. 驅(qū)動(dòng)陶瓷揚(yáng)聲器時(shí)所需功率與頻率的關(guān)系

　　7. 結(jié)論

　　便攜式設(shè)備的小巧、輕薄設(shè)計(jì)是推動(dòng)小型陶瓷揚(yáng)聲器應(yīng)用需求的主要?jiǎng)恿?。陶瓷揚(yáng)聲器不同于傳統(tǒng)動(dòng)圈式揚(yáng)聲器，應(yīng)考慮采用新的設(shè)計(jì)方案。陶瓷揚(yáng)聲器的電容特性要求放大器具有高輸出電壓和大輸出電流，從而在工作頻率范圍內(nèi)保持高壓驅(qū)動(dòng)。選擇驅(qū)動(dòng)陶瓷揚(yáng)聲器的放大器時(shí)，必須能夠?yàn)閺?fù)雜負(fù)載提供無(wú)功功率和有功功率。為了支持小尺寸、低成本方案。要求放大器具有較高的工作效率。為滿足以上要求，需要采用與傳統(tǒng) AB 類放大器不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。更有效的解決方案，如 G 類或 D 類放大器，成為極具吸引力的方案，綜合考慮成本、元件數(shù)量等指標(biāo)，G 類放大器是能夠獲得最佳折衷的解決方案。

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