陶瓷扬声器系统的放大器设计

驱动陶瓷扬声器对放大器的要求

　　陶瓷扬声器制造商规定电压取最大值，即14VP-P~15VP-P时声压最大。这样一来，问题就转换成如何在单电源供电时产生这些电压。解决方法之一是用开关稳压器将电池电压升至5V。借助于5V电压，系统设计师可以选择桥接负载(BTL)的单电源放大器。桥接负载能够在扬声器上产生倍压效果。然而，用5V单电源为BTL放大器供电时，输出电压在理论上只有10VP-P摆幅。在该电压下陶瓷扬声器无法输出最高的SPL。为了得到更高的SPL，必须采用更高的电源电压。

　　另一种做法是采用升压转换器将电池电压调节至5V或更高，这种方案本身也存在问题 —— 即所需器件的尺寸。根据电感电流峰值可以判断总体方案的尺寸，为了保证磁芯不会饱和，电感尺寸必须足够大。市场上也可以找到大电流、小尺寸的电感。但这类电感的磁芯饱和电流额定值可能不足以满足要求，在高频条件下不能提供驱动扬声器所需的高压和大负载电流。驱动陶瓷元件需要大电流，同时还要避免出现限流。这是由于高频时陶瓷扬声器阻抗非常低。用来驱动陶瓷扬声器的放大器必须有足够大的驱动电流，当大量高频成分进入扬声器时器件不会进入限流模式。

图2  采用MAX9788的典型陶瓷扬声器应用电路

　　图2为采用MAX9788 G类放大器的应用电路。G类放大器有两个电源电压幅度，高压和低压。当输出信号较小时采用低压供电；当输出信号需要较高的电压摆幅时，将高压切换到输出级供电。由于G类放大器具有低压电源，因此，当输出信号较小时，效率比AB类放大器高。由于具有高压电源，G类放大器可承受瞬态峰值电压。图2中的MAX9788采用一个片上电荷泵产生与VDD相反的负电源电压。当输出信号需要高压驱动时，负电源电压作用于输出级。MAX9788提供了一种驱动陶瓷扬声器的优化方案，比采用AB类放大器和升压转换器的传统方案更高效。扬声器制造商通常推荐给陶瓷扬声器串联一个固定电阻(RL)，如图2所示。当信号包含大量高频成分时，用该电阻限制放大器的电流输出。在某些应用中，如果传输到扬声器的音频信号的频率响应带宽受到限制，也可以不使用这个固定电阻。对于放大器来说，使用电阻可确保扬声器不发生短路。

　　现有的陶瓷扬声器电容约为1mF。图2中扬声器的阻抗在8kHz时为20W，在16kHz时为10W。未来的陶瓷扬声器可能具有更大电容，使放大器在相同频率能够提供更大的电流。