陶瓷揚聲器系統(tǒng)的放大器設計

陶瓷揚聲器與動圈式揚聲器的效率

　　傳統(tǒng)動圈式揚聲器的效率很容易計算。音頻線圈繞組可以近似為固定電阻與一個大電感串聯(lián)。如果已知揚聲器電阻，可用歐姆定律計算負載功率(P)： P = I2R，或P = V×I。揚聲器的大部分功率被轉(zhuǎn)變成線圈的熱量。由于陶瓷揚聲器具有電容特性，因此消耗功率時產(chǎn)生的熱量不高。陶瓷揚聲器消耗的是“無功”功率。無功功率非常小，與陶瓷器件的損耗因子有關(guān)。無功功率產(chǎn)生的熱量很少。計算無功功率時不應直接采用公式P = V x I；應采用以下公式計算：

p=(pfCV2)×(cosj+DF)其中：C=揚聲器的容值，V=RMS驅(qū)動電壓，f=驅(qū)動電壓頻率，cosj=揚聲器電流與電壓間的相角，DF = 揚聲器損耗因子，DF值很低，取決于信號頻率及揚聲器的ESR。

　　由于理想的電容器電壓和電流之間的相角為90°，并且陶瓷揚聲器基本呈容性，cosj等于零，因此，陶瓷揚聲器模型中的電容部分不會產(chǎn)生任何功耗。陶瓷材料和電介質(zhì)的自身缺點造成揚聲器電壓落后于揚聲器電流一個相位角，該相位角并非精確等于90o。理想相移(90o)與實際相移之間的微小差別定義為損耗因子(DF)。陶瓷揚聲器的DF可以等效為一個小的等效串聯(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：DF=RESR/XC
舉例來說，電容為1.6mF，ESR為1的陶瓷揚聲器，由5VRMS、5kHz信號驅(qū)動時，無功功率為：
p=(p×5000×1.6e-6×52)×(0+0.05)=31.4mW

有功功率

　　與動圈式揚聲器不同的是，雖然陶瓷揚聲器本身不消耗有功功率，但是，在驅(qū)動放大器輸出級以及功放和揚聲器之間的外部電阻(RL) (圖2)上會產(chǎn)生熱量。外部電阻值越大，為放大器分擔的耗散功率越大，它以犧牲低頻響應特性為代價。驅(qū)動10W串聯(lián)電阻的陶瓷揚聲器時，總負載功率中無功功率占的比重并不大。大部分功率耗散在外部電阻上。