選擇合適放大器提高便攜電子產(chǎn)品揚聲器效率分析

　　便攜式電子產(chǎn)品中的揚聲器放大器（用于免提和揚聲器話(huà)機工作等近場(chǎng)應用）通常需要驅動(dòng)8Ω或4Ω的揚聲器。典型的收聽(tīng)電平落在100至300mW范圍，但IC放大器通常能夠提供1至2.7W的平均輸出功率，峰值輸出則接近該電平的兩倍。

　　為了在8Ω負載上產(chǎn)生1.7W功率，揚聲器放大器必須向揚聲器負載提供5.2V峰值或約3.7V有效值的電壓?？紤]到IR壓降方面的余量，一個(gè)1.7W的揚聲器放大器一般使用5.5V的電壓軌。如果用更大的開(kāi)關(guān)可以實(shí)現更低的IR壓降，那么稍高于1.8W也有可能。這些輸出功率值具有1%的總諧波失真。在總諧波失真為10%時(shí)，可以產(chǎn)生更大的輸出功率。

　　一般來(lái)說(shuō)，在便攜式音頻產(chǎn)品中，近場(chǎng)揚聲器不會(huì )再現高質(zhì)量音頻。因此，揚聲器放大器通常無(wú)需達到耳機放大器的音頻性能。典型的音頻性能是全功率時(shí)1%的總諧波失真，10kHz帶寬和94dB信噪比。

　　與耳機放大器相比，效率對揚聲器放大器來(lái)說(shuō)是一個(gè)更加重要的因素，因為揚聲器放大器的功率電平要高得多。耳機放大器的效率一般低于50%--這并不算高，但與具有4.7Wh容量的電池相比卻是很小的功耗（對正常收聽(tīng)電平來(lái)說(shuō)約為電池容量的0.01%）。然而，工作在1W的揚聲器放大器同樣50%的功耗卻等于0.5W，或約為電池容量的10%.

　　D類(lèi)揚聲器放大器

　　耳機放大器和揚聲器放大器工作效率對比的重要性，是在一個(gè)或另一個(gè)收聽(tīng)模式中所花時(shí)間的函數。比方說(shuō)，蜂窩話(huà)機在揚聲器模式時(shí)會(huì )消耗更多的功率，因此效率就變得非常重要?？梢允褂镁€(xiàn)性放大器（如A/B類(lèi)）來(lái)驅動(dòng)揚聲器（過(guò)去經(jīng)常如此），但今天首選的揚聲器驅動(dòng)器卻是D類(lèi)放大器。D類(lèi)揚聲器放大器可以在很寬的輸出功率電平內保持高效率，而只有在功率電平低于全功率的1%至2%時(shí)，效率才開(kāi)始下降。

　　D類(lèi)放大器不是線(xiàn)性的，而是一種開(kāi)關(guān)放大器。在開(kāi)關(guān)放大器中，高頻載波（相對于音頻頻帶）會(huì )對音頻輸入信號進(jìn)行調制，一般從100kHz至1MHz.因此，輸出級可以被“數字”切換（軌到軌），從而將輸出功率器件置于開(kāi)（on）或關(guān)（off）狀態(tài)，這正是最高效率點(diǎn)。

　　開(kāi)關(guān)放大器通常配置在電橋模式，以差分方式驅動(dòng)揚聲器負載，這樣可以避免使用輸出交流耦合電容。因為電橋模式的放大器每個(gè)通道使用4個(gè)功率開(kāi)關(guān)，所以體積是單端輸出級放大器的兩倍。然而，在給定電壓軌條件下，電橋模式輸出級的輸出功率卻是單端放大器的4倍。

　　D類(lèi)放大器可以實(shí)現很高的效率，一般超過(guò)90%.但是使用這類(lèi)放大器也有缺點(diǎn)。因為音頻內容現在是調制過(guò)的信號，所以必須通過(guò)某種低通濾波器（LPF）解調后，才能驅動(dòng)揚聲器負載。不會(huì )造成效率損失或失真問(wèn)題的大功率LPF不僅體積大，而且價(jià)格昂貴，因此，在便攜式設備中無(wú)法使用。

　　然而，便攜式設備中的揚聲器本身就是一個(gè)LPF，它可以向典型的載頻提供高阻抗。在像蜂窩話(huà)機這樣的便攜式設備中，經(jīng)常將揚聲器用作LPF，并用它解調開(kāi)關(guān)放大器的輸出信號。有時(shí)，在D類(lèi)的輸出端串聯(lián)一些鐵氧體磁珠來(lái)減少大功率開(kāi)關(guān)輸出所產(chǎn)生的電磁干擾（EMI）。由于揚聲器具有高阻抗，其調制信號僅耗散非常小的能量，因此能夠保持很好的效率。

　　但是當揚聲器放大器輸出和揚聲器負載之間使用長(cháng)線(xiàn)，并且沒(méi)有獨立的低通濾波器時(shí)，使用開(kāi)關(guān)放大器會(huì )帶來(lái)嚴重的EMI問(wèn)題?；谶@個(gè)原因，如果耳機位于長(cháng)線(xiàn)的末端，耳機放大器就不會(huì )使用D類(lèi)放大器。因此，D類(lèi)放大器應靠近揚聲器負載，以避免產(chǎn)生過(guò)多的電磁干擾輻射。

　　業(yè)界也經(jīng)常使用其它類(lèi)型的揚聲器放大器，但大多數是本文所述的線(xiàn)性和開(kāi)關(guān)模式放大器設計的變體。在現代便攜式電子產(chǎn)品中，對更高電池能量的需求與日俱增。用于視頻內容的高分辨率大型彩色顯示器，高分辨率相機和閃存，以及大功率音頻輸出都會(huì )影響電池壽命。為了延長(cháng)電池運行時(shí)間，提高音頻揚聲器放大器的效率隨即成為了重要的設計考慮因素。