陶瓷揚(yáng)聲器系統(tǒng)的放大器設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)陶瓷揚(yáng)聲器對放大器的要求

　　陶瓷揚(yáng)聲器制造商規(guī)定電壓取最大值，即14VP-P~15VP-P時(shí)聲壓最大。這樣一來，問題就轉(zhuǎn)換成如何在單電源供電時(shí)產(chǎn)生這些電壓。解決方法之一是用開關(guān)穩(wěn)壓器將電池電壓升至5V。借助于5V電壓，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以選擇橋接負(fù)載(BTL)的單電源放大器。橋接負(fù)載能夠在揚(yáng)聲器上產(chǎn)生倍壓效果。然而，用5V單電源為BTL放大器供電時(shí)，輸出電壓在理論上只有10VP-P擺幅。在該電壓下陶瓷揚(yáng)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(zhuǎn)換器將電池電壓調(diào)節(jié)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(jù)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(huì)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(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器所需的高壓和大負(fù)載電流。驅(qū)動(dòng)陶瓷元件需要大電流，同時(shí)還要避免出現(xiàn)限流。這是由于高頻時(shí)陶瓷揚(yáng)聲器阻抗非常低。用來驅(qū)動(dòng)陶瓷揚(yáng)聲器的放大器必須有足夠大的驅(qū)動(dòng)電流，當(dāng)大量高頻成分進(jìn)入揚(yáng)聲器時(shí)器件不會(huì)進(jìn)入限流模式。

圖2  采用MAX9788的典型陶瓷揚(yáng)聲器應(yīng)用電路

　　圖2為采用MAX9788 G類放大器的應(yīng)用電路。G類放大器有兩個(gè)電源電壓幅度，高壓和低壓。當(dāng)輸出信號(hào)較小時(shí)采用低壓供電；當(dāng)輸出信號(hào)需要較高的電壓擺幅時(shí)，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(dāng)輸出信號(hào)較小時(shí)，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(tài)峰值電壓。圖2中的MAX9788采用一個(gè)片上電荷泵產(chǎn)生與VDD相反的負(fù)電源電壓。當(dāng)輸出信號(hào)需要高壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，負(fù)電源電壓作用于輸出級。MAX9788提供了一種驅(qū)動(dòng)陶瓷揚(yáng)聲器的優(yōu)化方案，比采用AB類放大器和升壓轉(zhuǎn)換器的傳統(tǒng)方案更高效。揚(yáng)聲器制造商通常推薦給陶瓷揚(yáng)聲器串聯(lián)一個(gè)固定電阻(RL)，如圖2所示。當(dāng)信號(hào)包含大量高頻成分時(shí)，用該電阻限制放大器的電流輸出。在某些應(yīng)用中，如果傳輸?shù)綋P(yáng)聲器的音頻信號(hào)的頻率響應(yīng)帶寬受到限制，也可以不使用這個(gè)固定電阻。對于放大器來說，使用電阻可確保揚(yáng)聲器不發(fā)生短路。

　　現(xiàn)有的陶瓷揚(yáng)聲器電容約為1mF。圖2中揚(yáng)聲器的阻抗在8kHz時(shí)為20W，在16kHz時(shí)為10W。未來的陶瓷揚(yáng)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。