陶瓷揚聲器系統的放大器設計

驅動陶瓷揚聲器對放大器的要求

　　陶瓷揚聲器制造商規定電壓取最大值，即14VP-P~15VP-P時聲壓最大。這樣一來，問題就轉換成如何在單電源供電時產生這些電壓。解決方法之一是用開關穩壓器將電池電壓升至5V。借助于5V電壓，系統設計師可以選擇橋接負載(BTL)的單電源放大器。橋接負載能夠在揚聲器上產生倍壓效果。然而，用5V單電源為BTL放大器供電時，輸出電壓在理論上只有10VP-P擺幅。在該電壓下陶瓷揚聲器無法輸出最高的SPL。為了得到更高的SPL，必須采用更高的電源電壓。

　　另一種做法是采用升壓轉換器將電池電壓調節至5V或更高，這種方案本身也存在問題 —— 即所需器件的尺寸。根據電感電流峰值可以判斷總體方案的尺寸，為了保證磁芯不會飽和，電感尺寸必須足夠大。市場上也可以找到大電流、小尺寸的電感。但這類電感的磁芯飽和電流額定值可能不足以滿足要求，在高頻條件下不能提供驅動揚聲器所需的高壓和大負載電流。驅動陶瓷元件需要大電流，同時還要避免出現限流。這是由于高頻時陶瓷揚聲器阻抗非常低。用來驅動陶瓷揚聲器的放大器必須有足夠大的驅動電流，當大量高頻成分進入揚聲器時器件不會進入限流模式。

圖2  采用MAX9788的典型陶瓷揚聲器應用電路

　　圖2為采用MAX9788 G類放大器的應用電路。G類放大器有兩個電源電壓幅度，高壓和低壓。當輸出信號較小時采用低壓供電；當輸出信號需要較高的電壓擺幅時，將高壓切換到輸出級供電。由于G類放大器具有低壓電源，因此，當輸出信號較小時，效率比AB類放大器高。由于具有高壓電源，G類放大器可承受瞬態峰值電壓。圖2中的MAX9788采用一個片上電荷泵產生與VDD相反的負電源電壓。當輸出信號需要高壓驅動時，負電源電壓作用于輸出級。MAX9788提供了一種驅動陶瓷揚聲器的優化方案，比采用AB類放大器和升壓轉換器的傳統方案更高效。揚聲器制造商通常推薦給陶瓷揚聲器串聯一個固定電阻(RL)，如圖2所示。當信號包含大量高頻成分時，用該電阻限制放大器的電流輸出。在某些應用中，如果傳輸到揚聲器的音頻信號的頻率響應帶寬受到限制，也可以不使用這個固定電阻。對于放大器來說，使用電阻可確保揚聲器不發生短路。

　　現有的陶瓷揚聲器電容約為1mF。圖2中揚聲器的阻抗在8kHz時為20W，在16kHz時為10W。未來的陶瓷揚聲器可能具有更大電容，使放大器在相同頻率能夠提供更大的電流。