新型陶瓷壓電揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)

　　本文對(duì)比傳統(tǒng)動(dòng)圈型揚(yáng)聲器，分析了新型陶瓷壓電揚(yáng)聲器的特點(diǎn)及對(duì)所需音頻功率放大器的要求，對(duì)各種常用升壓結(jié)構(gòu)及音頻功率放大器進(jìn)行對(duì)比、分析，并測(cè)試了多種升壓結(jié)構(gòu)及音頻功率放大器配合陶瓷壓電揚(yáng)聲器的相關(guān)數(shù)據(jù)及使用效果，從音壓、效率、總諧波失真等各方面考慮。得出使用Boost升壓結(jié)構(gòu)，配合D類音頻功率放大器驅(qū)動(dòng)新型陶瓷壓電揚(yáng)聲器是能夠獲得最折衷的解決方案。

　　1 便攜式產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)

　　便攜式產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)如圖1所示。

　　隨著便攜式消費(fèi)電子的發(fā)展，人們對(duì)便攜式電子設(shè)備小型輕薄的要求越來(lái)越高，陶瓷壓電揚(yáng)聲器以其超輕，超薄，高效，無(wú)需大音腔等特點(diǎn)逐漸被眾多便攜式消費(fèi)類電子產(chǎn)品所青睞。便攜式消費(fèi)產(chǎn)品向著超薄輕小的方向發(fā)展，怎樣做到外形纖薄，并且延長(zhǎng)單次充電電池使用時(shí)間已成為各類消費(fèi)產(chǎn)品的主要設(shè)計(jì)考慮。這樣的系統(tǒng)需求對(duì)單個(gè)電子元器件提出了更薄、更小、更省電的要求。

　　2 陶瓷壓電揚(yáng)聲器的基本特點(diǎn)

　　與動(dòng)圈式揚(yáng)聲器相比，壓電揚(yáng)聲器的振膜是被粘接在它上面的壓電材料帶動(dòng)產(chǎn)生彎曲的，因此振膜的外形幾乎沒(méi)有限制，而動(dòng)圈式揚(yáng)聲器的振膜或紙盆通常都是圓形或者橢圓形的，這樣常會(huì)限制產(chǎn)品的外形設(shè)計(jì)。所有的動(dòng)圈式揚(yáng)聲器都必須有一個(gè)磁鐵以驅(qū)動(dòng)音圈，這樣就增加了揚(yáng)聲器的總體高度及重量，但是陶瓷壓電揚(yáng)聲器卻無(wú)需磁鐵驅(qū)動(dòng)，這樣就可以達(dá)到一種很薄的外形從而降低終端產(chǎn)品的高度。

　　面對(duì)設(shè)計(jì)小巧的手機(jī)和越來(lái)越薄的電腦，動(dòng)圈式揚(yáng)聲器成為制造商能否生產(chǎn)出超薄產(chǎn)品的制約因素。陶瓷壓電揚(yáng)聲器能以超薄、緊湊的封裝提供極具競(jìng)爭(zhēng)力的聲壓電平(SPL)，具有取代傳統(tǒng)的動(dòng)圈式揚(yáng)聲器的巨大潛力。陶瓷壓電和動(dòng)圈式揚(yáng)聲器的主要區(qū)別如表1所示。

　　驅(qū)動(dòng)陶瓷壓電揚(yáng)聲器的放大器電路有與驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)動(dòng)圈式揚(yáng)聲器不同的輸出驅(qū)動(dòng)要求。陶瓷壓電揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)要求放大器驅(qū)動(dòng)大電容負(fù)載，并在較高的頻率下輸出更大的電流，同時(shí)保持高輸出電壓。傳統(tǒng)動(dòng)圈式揚(yáng)聲器的效率很容易計(jì)算。音頻線圈繞組可以近似為固定電阻與一個(gè)大電感串聯(lián)。如果已知揚(yáng)聲器電阻，可用歐姆定律計(jì)算負(fù)載功率：P=I2R，或P=VI。揚(yáng)聲器的大部分功率被轉(zhuǎn)變成線圈的熱量。由于陶瓷壓電揚(yáng)聲器具有電容特性，因此消耗功率時(shí)產(chǎn)生的熱量不高。

　　圖2為一陶瓷壓電揚(yáng)聲器在1 kHz，90 dB(測(cè)定距離10 cm)聲壓下的波形圖，電壓為8 V、電流為15.6 mA，電壓和電流之間的相位差是79.2°，所以功耗就是8&TImes;15.6&TImes;cos79.2°=23mW。它相當(dāng)于一個(gè)直徑20mm的動(dòng)圈式揚(yáng)聲器在90dB(測(cè)定距離10cm)聲壓下功耗的18%。