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摘要：新型蜂窩電話設計在要求小外形尺寸的同時還需要保持良好的音質，揚聲器是制約超薄設計的主要因素。陶瓷揚聲器或壓阻揚聲器為新一代手機設計打開了方便之門，考慮到陶瓷揚聲器的電容特性，在選擇驅動揚聲器的放大器時需要注意一些事項。
如今的便攜式設備需要更小、更薄、更省電的電子元器件。對于設計小巧的手機，動圈式揚聲器成為了制造商能否生產出超薄手機的制約因素。在這一需求的推動下，陶瓷或壓電揚聲器迅速興起，成為動圈式揚聲器的替代方案。陶瓷揚聲器能以超薄、緊湊的封裝提供極具競爭力的聲壓電平(SPL)，具有取代傳統的動圈式揚聲器的巨大潛力。動圈式揚聲器和陶瓷揚聲器的區別如表1所示。 表1. 陶瓷揚聲器和動圈式揚聲器的優點和缺點
驅動陶瓷揚聲器的放大器電路具有與驅動傳統動圈式揚聲器不同的輸出驅動要求。陶瓷揚聲器的結構要求放大器驅動大電容負載，并在較高的頻率下輸出更大的電流，同時保持高輸出電壓。 陶瓷揚聲器的特性陶瓷揚聲器的生產工藝與多層陶瓷電容器類似，與動圈式揚聲器相比，這種制造技術可以使揚聲器廠商更加嚴格地控制揚聲器的容差。嚴格的容差控制對于權衡揚聲器的選擇非常重要，也影響著不同生產批次產品音頻特性的可重復性。陶瓷揚聲器在驅動放大器端的等效阻抗可以近似為主要由一個大電容組成的RLC電路(圖1)。在音頻頻率范圍內，陶瓷揚聲器通常呈現容性。揚聲器的電容特性決定了其阻抗隨頻率的提高而降低。圖2為陶瓷揚聲器阻抗隨頻率的變化關系，與1μF電容相似。阻抗有一個諧振點，在這個頻點揚聲器的發聲效率最高。1kHz頻率附近阻抗曲線的下降表示揚聲器的諧振頻率。  圖1. 陶瓷揚聲器主要表現為一個大的容性負載  圖2. 陶瓷揚聲器阻抗與頻率的關系，與1μF電容非常相似 聲壓與頻率及振幅的關系陶瓷揚聲器兩端的交流電壓導致揚聲器內壓電薄膜變形和振動；位移量與輸入信號的幅度成正比。壓電薄膜的振動使周圍空氣流動，從而發出聲音。揚聲器電壓升高時，壓電元件變形加劇，形成更大的聲壓，從而增加了音量。陶瓷揚聲器制造商通常規定了揚聲器的最大驅動電壓，典型值15VP-P。電壓最大時陶瓷器件的偏移量達到極限。外加電壓大于額定電壓時不會導致聲壓升高，反而增加了輸出信號的失真度。圖3為電壓最大時，陶瓷揚聲器輸出聲壓(SPL)與頻率的關系曲線。通過對比SPL與頻率的關系曲線圖以及阻抗與頻率的關系曲線圖，可以明顯看出壓電揚聲器產生高SPL時，在自激頻率處效率最高。  圖3. 當電壓大于揚聲器額定電壓時輸出信號失真加劇 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至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4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4. 采用MAX9788的典型陶瓷揚聲器應用電路 圖4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4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1μF。圖4中揚聲器的阻抗在8kHz時為20Ω，在16kHz時為10Ω。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。 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 × I;1應采用以下公式計算： P = (πfCV2) × (cosΦ + DF) 其中： C = 揚聲器的容值 V = RMS驅動電壓 f = 驅動電壓頻率 cosΦ = 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，cosΦ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90°。理想相移(90°)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：2,3 DF = RESR/XC 舉例來說，電容為1.6μF，ESR為1Ω的陶瓷揚聲器，由5VRMS、5kHz信號驅動時，無功功率為： P = (π × 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4)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10Ω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，圖5為放大器功率與頻率的關系曲線。  圖5. 無功功率在陶瓷揚聲器總負載功率中占的比重很小，主要功率耗散在外部電阻上 為了獲得較好的低頻響應，應選擇小的外部電阻，但會要求放大器輸出級耗散更大的功率。放大器的效率決定了放大器輸出級功率。為獲得大功率放大器，需要采用高效解決方案，如D類和G類放大器。負載端串聯一個電阻，可以使功率消耗在負載網絡，而不是揚聲器。即使放大器效率為100%，功率也會消耗在串聯電阻上，而非揚聲器上。 以圖5為例，5kHz時，提供給負載的總功率為629mW。效率為53%的放大器功耗為558mW。放大器功耗決定了實際器件的封裝尺寸，如果必須用高頻正弦波驅動陶瓷揚聲器，則會消耗大量功率。 結束語便攜式設備的小巧、輕薄設計是推動小型陶瓷揚聲器應用需求的主要動力。陶瓷揚聲器不同于傳統動圈式揚聲器，應考慮采用新的設計方案。陶瓷揚聲器的電容特性要求放大器具有高輸出電壓和大輸出電流，從而在工作頻率范圍內保持高壓驅動。選擇驅動陶瓷揚聲器的放大器時，必須能夠為復雜負載提供無功功率和有功功率。為了支持小尺寸、低成本方案，要求放大器具有較高的工作效率。為滿足以上要求，需要采用與傳統AB類放大器不同的拓撲結構。更有效的解決方案，如G類或D類放大器，成為極具吸引力的方案，綜合考慮成本、元件數量等指標，G類放大器是能夠獲得最佳折衷的解決方案。參考文獻
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1339什么是d類放大器
什么是d類放大器
D類放大器就是指的D類功放。通過控制開關單元的ON/OFF，驅動揚聲器的放大器稱D類放大器。D類放大器首次提出于1958年，近些年已逐漸流行起來。
2009-09-29 09:30:211928
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D類放大器,D類放大器是什么意思
D類放大器,D類放大器是什么意思
D類放大器的定義 通過控制開關單元的ON/OFF，驅動揚聲器的放大器稱D類放大器。D類放大器首次提出于1958年，近些年已逐漸
2010-03-09 16:57:453165
3165MAX97002 帶有單聲道D類揚聲器和H類耳機放大器的音頻
MAX97002單聲道音頻子系統集成了單聲道揚聲器放大器、立體聲耳機放大器以及一路模擬DPST開關。耳機放大器和揚聲器放大器具有獨立的音量控制和開/關控制。4個輸入端可以配置成
2010-08-08 10:47:19846
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MAX97001 帶有單聲道D類揚聲器和H類耳機放大器的音頻
MAX97001 帶有單聲道D類揚聲器和H類耳機放大器的音頻子系統
概述
MAX97001單聲道音頻子系統集成了單聲道揚聲器放大器、立體聲耳機放大
2010-08-21 21:20:44920
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MAX97003高效率H類耳機放大器的音頻子系統
MAX97003音頻子系統結合一個單聲道揚聲器放大器，立體聲耳機放大器 。耳機和揚聲器放大器具有獨立的音量和開/關控制
2011-10-26 11:43:341307
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新型陶瓷壓電揚聲器驅動的設計
本文對比傳統動圈型揚聲器，分析了新型陶瓷壓電揚聲器的特點及對所需音頻功率放大器的要求,得出使用Boost升壓結構，配合D類音頻功率放大器驅動新型陶瓷壓電揚聲器是能夠獲得最折
2011-12-19 10:17:2115716
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看一款糟糕的20W放大器設計如何毀掉整個揚聲器系統
與揚聲器和放大器打交道的許多工程師都會告訴您同樣一件事情。如果過度操作放大器，便會或多或少地損壞揚聲器的驅動器
2012-06-21 12:16:372782
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an-1440/4962芯片立體陶瓷揚聲器驅動器
本應用筆記提供的4962芯片績效信息，立體該LM4951應用。 介紹4962芯片集成了開關升壓轉換器的音頻功率放大器，可用于無論是單聲道或立體聲陶瓷揚聲器應用。對于立體聲應用，外部音頻功率放大器
2017-05-26 08:56:536
6揚聲器主要性能參數測試的方法
本標準適用于聲系統中的揚聲器單元本身 也包括帶有障板 揚聲器箱體或號筒的一個或多個揚聲器單元和有關器件如內附分頻器 變壓器和其他無源元件組成的揚聲器系統。本標準不適用于裝有放大器的揚聲器及有線廣播用號筒式揚聲器。
2017-08-31 09:55:3812
12TAS2557 5.7W D類單聲道音頻放大器，具有H類升壓和揚聲器檢測功能
TAS2557器件是一款先進的 D 類音頻放大器，也是一套功能完備的片上系統 (SoC)。該器件 具有 超低噪聲音頻 DAC 以及具備揚聲器電壓和電流感測反饋的 D 類功率放大器。片上低延遲 DSP
2018-04-19 13:08:082754
2754驅動陶瓷揚聲器的放大器電路的設計及因素考慮
今天的便攜式設備推動了對更小、更薄以及更高功效電子器件的需求?，F在蜂窩電話的外形已經變得相當纖薄，以至于傳統的電動式揚聲器已經成為制造商將手機能制造成多薄的限制因素。陶瓷或壓電揚聲器正在迅速成為電動
2019-07-18 08:09:002509
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國內首款手機多功能揚聲器音頻功率放大器（北京東微）
關鍵詞：北京 , 東微 , 功率放大器 , 手機 , 揚聲器 北京東微世紀科技有限公司今天宣布成功開發出國內首款手機多功能揚聲器音頻功率放大器EMT9023，通過該產品驅動的手機多功能揚聲器可以取代
2018-09-10 00:09:02557
557通過利用DSM智能放大器提升揚聲器的音量和低音響應
由于微型揚聲器的體積很小，所以其音量（聲壓級）和整體低音響應也非常有限。音箱越小，其諧振頻率就越高，從而導致低音衰減，聲音低。但如果放大器能夠持續監測和保護揚聲器，使其免受故障條件的影響，就可以顯著提升揚聲器的音量和低音響應。
2019-12-02 08:02:002918
2918可自動關斷的揚聲器放大器電路
Maxim可自動關斷的揚聲器放大器，有效節省手機功耗。該電路在檢測到沒有音頻信號輸入時將自動關閉揚聲器驅動器，以節省手機的電池能量。
2019-02-16 10:47:162738
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陶瓷揚聲器系統的放大器設計的解決方案
關鍵詞：放大器 , 解決方案 , 陶瓷 , 揚聲器 如今的便攜式設備需要更小、更薄、更省電的電子元器件。對于設計小巧的手機，動圈式揚聲器成為了制造商能否生產出超薄手機的制約因素。在這一需求的推動
2018-12-17 14:49:02408
408G類耳機和D類無濾波器單聲道揚聲器放大器FAB2210（飛兆）
音頻子系統，助力智能手機和便攜媒體播放器等移動產品的設計人員實現更好音質。 FAB2210 在單一IC封裝內結合一個無電容器立體聲Class-G耳機放大器和一個Class-D無濾波器單聲道揚聲器放大器
2018-12-21 14:01:01330
330淺談音頻放大器背景及D類放大器優勢
音頻放大器的目標是在產生聲音的輸出元件上再現輸入音頻信號，并具有所需的音量和功率水平 - 忠實，高效，低失真。音頻頻率范圍從大約20 Hz到20 kHz，因此放大器必須在此范圍內具有良好的頻率響應（驅動帶限揚聲器時較少，例如低音揚聲器或高音揚聲器《 / em》的）。
2019-04-11 10:10:396675
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提供1.5W功率的揚聲器放大器介紹
ADI音頻放大器組的SSM2211揚聲器放大器是一款可操作的功率放大器，設計用于通過+ 5V單電源供電時，可為4Ω揚聲器提供高達1.5 W的功率。與早期的集成揚聲器放大器相比，它的電流驅動，音質
2019-04-06 09:40:005414
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功率放大器原理
功率放大器，簡稱功放，是對音頻信號進行電壓電流綜合放大，以得到功率放大的。功率放大器在系統圖中的位置是揚聲器系統前面，它的輸出直接送到揚聲器系統，用于驅動揚聲器系統，由于功率放大器的輸出靈敏度一般在0db左右，所以加到功率放大器的輸入信號一般取自調音臺或周邊設備的0db輸出信號。
2019-07-04 14:15:3311429
11429揚聲器系統上冊PDF電子書免費下載
全書分為16章，包括聲音重放的物理過程，聽覺心理，節目聲的性質，高保真揚聲器應有的性能，紙盆揚聲器、球頂形揚聲器、號筒揚聲器，揚聲器箱、揚聲器系統，監聽揚聲器，其他類型揚聲器，放大器與揚聲器，重放
2019-09-23 08:00:0053
53依工作特性分類放大器
世界中，放大器始終在這些不同特性之間進行權衡。 通常，在音頻放大器系統的輸出級中使用大信號或功率放大器來驅動揚聲器負載。典型的揚聲器的阻抗在4Ω至8Ω之間，因此功率放大器必須能夠提供驅動低阻抗揚聲器所需的高峰值電
2022-11-30 15:49:35361
361揚聲器和智能放大器：什么使放大器變得智能？
作者：Russell Crane和Matthew Kucic 與標準D類放大器相比，智能放大器可以改善您的音頻解決方案 還記得您將兩個錫罐串在一起打個電話的日子嗎？不幸的是，由于設備（包括揚聲器
2021-05-20 17:50:472196
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一個簡單的有源揚聲器保護電路分享
這是一個簡單的有源揚聲器保護電路，具有非常重要的用途，特別是保護音頻系統的揚聲器。當我們打開功率放大器時，它可以防止揚聲器發出噪音。
2022-06-01 15:32:063383
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使用基于TIP35C的12V音頻功率放大器來驅動揚聲器
在這個項目中，我們將使用一個簡單且低成本的功率放大器來驅動揚聲器，對于功率放大電路，我們將使用TIP35C 功率晶體管。
2022-08-19 15:50:184326
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優化音頻橋接并接負載放大器
驅動揚聲器的低壓系統通常采用橋接放大器配置，可有效地使換能器（揚聲器）的電壓擺幅加倍。在典型的橋式放大器電路（圖1）中，具有增益的交流耦合反相級驅動揚聲器的一側。它還驅動第二個單位增益反相放大器，該放大器驅動揚聲器的另一側。
2023-01-13 10:49:02664
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15W耳機橋接放大器電路的工作原理
該放大器電路的工作原理是橋式放大器，其中兩個放大器用作一個放大器，沒有任何接地連接到揚聲器。與通常的放大器電路相比，橋式放大器可以放大雙倍的增益。
2023-05-13 16:54:38550
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安泰ATA-304B功率放大器在揚聲器測試中的應用有哪些？
功率放大器在揚聲器測試中扮演著關鍵的角色。揚聲器測試是確保揚聲器性能和品質的重要過程，而功率放大器則為測試提供了必要的能量。安泰測試將詳細介紹功率放大器在揚聲器測試中的應用，重點介紹其在聲音質量評估、頻率響應測試、功率輸出測量和耐久性測試等方面的作用。
2023-11-20 16:23:28165
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音頻放大器電路圖分享
音頻放大器是一種電子設備，用于放大音頻信號的功率，以便驅動揚聲器或其他音頻輸出設備，從而產生更清晰、更響亮的聲音。音頻放大器通常將微弱的音頻信號輸入到其內部電路中，通過電子放大過程將信號的幅度增大，然后輸出到揚聲器中，使揚聲器能夠產生更大的聲音。
2024-02-12 17:09:00560
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工商網監
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