5. 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；應采用以下公式計算：

　　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函數；

　　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：

　　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：

　　6. 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。

　　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。

　　圖5. 驅動陶瓷揚聲器時所需功率與頻率的關系

　　7. 結論

　　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。

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