這篇博文由Bharath Vasan和我共同撰寫。

當我們打算為頭戴式耳機應用創(chuàng)建一個運算放大器時（最后選用的是OPA1622運算放大器），我們需要解決的第一個問題就是確定頭戴式耳機需要的功率。

將頭戴式耳機和揚聲器想象為把輸入電氣功率轉換為可聞輸出功率的變換器。與所有處理相類似，這個將電聲轉換過程具有一個與之相關的效率問題。正如你有可能已經(jīng)想到的那樣，不同頭戴式耳機類型的效率也是不一樣的。總的說來，包耳式耳機的效率要低于入耳式耳機。

頭戴式耳機廠商通常以特定輸入功率下（通常為1mW）的聲壓級（[SPL]，單位為分貝）來表示他們產(chǎn)品的效率。例如，一個耳機廠商也許將他們耳機的效率標明為100dB/wM，你應該將這個值讀為“1mW時為100dB”。通過使用廠商給出的基準效率，你能夠用方程式1計算出其它功率級別下產(chǎn)生的SPL：

在方程式1中，P_IN 代表到耳機的輸入功率，而η為1mW基準功率級別下的效率。圖1顯示的是，對于一定范圍內的常見耳機效率，在輸入功率不斷增加時，提供的輸出SPL。

圖1：對于不同耳機效率，產(chǎn)生的SPL與輸入功率之間的關系

方程式1和圖1中的曲線還包括一個假設，那就是耳機內驅動器的運行方式是線性的。當然，你不能一直增加耳機的輸入功率，并且希望輸出SPL不斷地增加（可千萬不要這么干）。在高輸入功率下，驅動器本身內的非線性效應將會限制最大SPL。

一旦你已經(jīng)建立起來了一個SPL目標，確定信號電平就只需要某些基本電氣工程方程式了（方程式2和方程式3）：

這兩個方程式均包含標稱耳機阻抗，R_HP，它也由耳機廠商指定。為便攜式電子設備設計的耳機具有低阻抗（低至16Ω），這是因為耳機上的低壓信號將仍能提供足夠的功率。對于那些非便攜式應用中使用的耳機，比如說專業(yè)錄音工作室中用到的耳機，它們的阻抗最高有可能達到600Ω。

讓我們將所有這些信息應用于一個設計示例，針對一對常見的平板磁性包耳式耳機，計算出達到一個特定SPL所需要的信號電壓和電流。

表2：針對設計示例的技術規(guī)格目標值

使用方程式1或圖1，首先確定達到SPL目標值所需的輸入功率：

下一步，計算將這個功率量提供給耳機所需要的電壓和電流：

在這個示例中，低阻抗耳機與低效率和非常響亮的最大SPL目標值之間的組合使我們的設計團隊認識到了OPA1622設計中所面臨的挑戰(zhàn)。很明顯，我們的放大器需要給某些耳機傳送的電流量將是十分巨大的（以運算放大器標準來衡量的話）。在這一前提下，我們將注意力轉向了OPA1622的輸出電路。在不產(chǎn)生失真的情況下，這個電路需要能夠傳送大量電流。

在這個系列的后三篇文章中，我們將仔細看一看在耳機應用設計中遇到的其它難題，以及我們是如何在OPA1622的設計中克服它們的。

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