陶瓷揚聲器系統的放大器設計

陶瓷揚聲器與動圈式揚聲器的效率

　　傳統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。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。無功功率產生的熱量很少。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驅動電壓，f=驅動電壓頻率，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生任何功耗。陶瓷材料和電介質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電阻(ESR)與理想電容器串聯。不要將串聯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。驅動10W串聯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。