陶瓷扬声器在手机设计中的应用

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陶瓷扬声器在手机设计中的应用

如今的便携式设备需要更小、更薄、更省电的电子元器件。对于设计小巧的手机，动圈式扬声器成为了制造商能否生产出超薄手机的制约因素。在这一需求的推动下，陶瓷或压电扬声器迅速兴起，成为动圈式扬声器的替代方案。陶瓷扬声器能以超薄、紧凑的封装提供极具竞争力的声压电平（SPL），具有取代传统的动圈式扬声器的巨大潜力。动圈式扬声器和陶瓷扬声器的区别如表1所示。

驱动陶瓷扬声器的放大器电路具有与驱动传统动圈式扬声器不同的输出驱动要求。陶瓷扬声器的结构要求放大器驱动大电容负载，并在较高的频率下输出更大的电流，同时保持高输出电压。

陶瓷扬声器的特性

陶瓷扬声器的生产工艺与多层陶瓷电容器类似，与动圈式扬声器相比，这种制造技术可以使扬声器厂商更加严格地控制扬声器的容差。严格的容差控制对于权衡扬声器的选择非常重要，也影响着不同生产批次产品音频特性的可重复性。

陶瓷扬声器在驱动放大器端的等效阻抗可以近似为主要由一个大电容组成的RLC电路（图1）。在音频频率范围内，陶瓷扬声器通常呈现容性。扬声器的电容特性决定了其阻抗随频率的提高而降低。图2为陶瓷扬声器阻抗随频率的变化关系，与1µF电容相似。阻抗有一个谐振点，在这个频点扬声器的发声效率最高。1kHz频率附近阻抗曲线的下降表示扬声器的谐振频率。

图1. 陶瓷扬声器主要表现为一个大的容性负载

图2. 陶瓷扬声器阻抗与频率的关系，与1µF电容非常相似

声压与频率及振幅的关系

陶瓷扬声器两端的交流电压导致扬声器内压电薄膜变形和振动；位移量与输入信号的幅度成正比。压电薄膜的振动使周围空气流动，从而发出声音。扬声器电压升高时，压电元件变形加剧，形成更大的声压，从而增加了音量。

陶瓷扬声器制造商通常规定了扬声器的最大驱动电压，典型值15VP-P。电压最大时陶瓷器件的偏移量达到极限。外加电压大于额定电压时不会导致声压升高，反而增加了输出信号的失真度。图3为电压最大时，陶瓷扬声器输出声压（SPL）与频率的关系曲线。通过对比SPL与频率的关系曲线图以及阻抗与频率的关系曲线图，可以明显看出压电扬声器产生高SPL时，在自激频率处效率最高。

图3. 当电压大于扬声器额定电压时输出信号失真加剧

驱动陶瓷扬声器对放大器的要求

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