陶瓷扬声器系统的放大器设计

陶瓷扬声器与动圈式扬声器的效率

　　传统动圈式扬声器的效率很容易计算。音频线圈绕组可以近似为固定电阻与一个大电感串联。如果已知扬声器电阻，可用欧姆定律计算负载功率(P)： P = I2R，或P = V×I。扬声器的大部分功率被转变成线圈的热量。由于陶瓷扬声器具有电容特性，因此消耗功率时产生的热量不高。陶瓷扬声器消耗的是“无功”功率。无功功率非常小，与陶瓷器件的损耗因子有关。无功功率产生的热量很少。计算无功功率时不应直接采用公式P = V x I；应采用以下公式计算：

p=(pfCV2)×(cosj+DF)其中：C=扬声器的容值，V=RMS驱动电压，f=驱动电压频率，cosj=扬声器电流与电压间的相角，DF = 扬声器损耗因子，DF值很低，取决于信号频率及扬声器的ESR。

　　由于理想的电容器电压和电流之间的相角为90°，并且陶瓷扬声器基本呈容性，cosj等于零，因此，陶瓷扬声器模型中的电容部分不会产生任何功耗。陶瓷材料和电介质的自身缺点造成扬声器电压落后于扬声器电流一个相位角，该相位角并非精确等于90o。理想相移(90o)与实际相移之间的微小差别定义为损耗因子(DF)。陶瓷扬声器的DF可以等效为一个小的等效串联电阻(ESR)与理想电容器串联。不要将串联电阻与放大器和扬声器之间的隔离电阻混淆。DF是所需频率下ESR和容抗的比值：DF=RESR/XC
举例来说，电容为1.6mF，ESR为1的陶瓷扬声器，由5VRMS、5kHz信号驱动时，无功功率为：
p=(p×5000×1.6e-6×52)×(0+0.05)=31.4mW

有功功率

　　与动圈式扬声器不同的是，虽然陶瓷扬声器本身不消耗有功功率，但是，在驱动放大器输出级以及功放和扬声器之间的外部电阻(RL) (图2)上会产生热量。外部电阻值越大，为放大器分担的耗散功率越大，它以牺牲低频响应特性为代价。驱动10W串联电阻的陶瓷扬声器时，总负载功率中无功功率占的比重并不大。大部分功率耗散在外部电阻上。