【实用】驻极体话筒的结构与工作原理1

【实用】驻极体话筒的结构与工作原理1 驻极体话筒 1、概述 驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等 电路 模拟电路李宁答案12数字电路仿真实验电路与电子学第1章单片机复位电路图组合逻辑电路课后答案 中。属于最常用的电容话筒。由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。 2、构造与原理 驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两部分组成。 声电转换的关键元件是驻极体振动膜。它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜。然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开。这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。当驻极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的电场发生变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压。驻极体膜片与金属极板之间的电容量比较小，一般为几十pF。因而它的输出阻抗值很高(Xc,1,2~tfc)，约几十兆欧以上。这样高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。所以在话筒内接入一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。场效应管的特点是输入阻抗极高、噪声系数低。普通场效应管有源极(S)、栅极(G)和漏极(D)三个极。这里使用的是在内部源极和栅极间再复合一只二极管的专用场效应管。接二极管的目的是在场效应管受强信号冲击时起保护作用。场效应管的栅极接金属极板。这样，驻极体话筒的输出线便有三根。即源极S，一般用蓝色塑线，漏极D，一般用红色塑料线和连接金属外壳的编织屏蔽线。 3、驻极体话筒与电路的接法有两种: 源极输出与漏极输出。源极输出类似晶体三极管的射极输出。需用三根引出线。漏极D接电源正极。源极S与地之间接一电阻Rs来提供源极电压，信号由源极经电容C输出。编织线接地起屏蔽作用。源极输出的输出阻抗小于2k，电路比较稳定，动态范围大。但输出信号比漏极输出小。漏极输出类似晶体三极管的共发射极放入。只需两根引出线。漏极D与电源正极间接一漏极电阻RD，信 号由漏极D经电容C输出。源极S与编织线一起接地。漏极输出有电压增益，因而话筒灵敏度比源极输出时要高，但电路动态范围略小。 Rs和RD的大小要根据电源电压大小来决定。一般可在2(2,5(1k间选用。例如电源电压为6V时，Rs为4(7k，RD为2。2k。图3输出电路中，若电源为正极接地时，只须将D、S对换一下，仍可成为源、漏极输出。一声控电路前置放大级中驻极体话筒的源极输出和漏极输出的两种不同的接法，最后要说明一点，不管是源极输出或漏极输出，驻极体话筒必须提供直流电压才能工作，因为它内部装有场效应管。 4、驻极体话筒极性的判别 关于驻极体电容式话筒的检测方法是:首先检查引脚有无断线情况，然后检测驻极体电容式话筒。驻极体话筒体积小，结构简单，电声性能好，价格低廉，应用非常广泛。驻极体话筒的内部结构如图所示。由声电转换系统和场效应管两部分组成。它的电路的接法有两种:源极输出和漏极输出。源极输出有三根引出线，漏极D接电源正极，源极S经电阻接地，再经一电容作信号输出;漏极输出有两根引出线，漏极D经一电阻接至电源正极，再经一电容作信号输出，源极S直接接地。所以，在使用驻极体话筒之前首先要对其进行极性的判别。 在场效应管的栅极与源极之间接有一只二极管，因而可利用二极管的正反向电阻特性来判别驻极体话筒的漏极D和源极S。 将万用表拨至R×1kΩ档，黑表笔接任一极，红表笔接另一极。再对调两表笔，比较两次测量结果，阻值较小时，黑表笔接的是源极，红表笔接的是漏极。 驻极体话筒灵敏度检测 在收录机、电话机等电器中广泛应用的驻极体话筒，其灵敏度直接影响送话和录放效果。这类话筒灵敏度的高低可用万用表进行简单测试。 将万用表拨至R×100档，两表笔分别接话筒两电极(注意不能错接到话筒的接地极)，待万用表显示一定读数后，用嘴对准话筒轻轻吹气(吹气速度慢而均匀)，边吹气边观察表针的摆动幅度。吹气瞬间表针摆动幅度越大，话筒灵敏度就越高，送话、录音效果就越好。若摆动幅度不大(微动)或根本不摆动，说明此话筒性能差，不宜应用。对于三根引脚驻极体电容式话筒检测方法同上，只是黑表棒接输出引脚2脚，红表棒接引脚3脚。 5、驻极体话筒原理(图) 驻极体话筒体积小，结构简单，电声性能好，价格低廉，应用非常广泛。 原理图(图1) 结构图(图2) 高分子极化膜上生产时就注入了一定的永久电荷(Q)，由于没有放电回路，这个电荷量是不变的，在声波的作用下，极化膜随着声音震动，因此和背极的距离也跟着变化，也就是锁极化膜和背极间的电容是随声波变化。 我们知道电容上电荷的公式是Q,C×V，反之V,Q/C也是成立的。驻极体总的电荷量是不变，当极板在声波压力下后退时，电容量减小，电容两极间的电压就会成反比的升高，反之电容量增加时电容两极间的电压就会成反比的降低。最 后再通过阻抗非常高的场效应将电容两端的电压取出来，同时进行放大，我们就可以得到和声音对应的电压了。由于场效应管时有源器件，需要一定的偏置和电流才可以工作在放大状态，因此，驻极体话筒都要加一个直流偏置才能工作。 6、驻极体话筒选配 驻极体话筒价格很低，损坏后做更换处理，关于驻极体话筒选配要注意以下几点: (1)、两根和三根引脚的驻极体话筒之间不能直接替代，一般情况下也不做改动电路的代替。 (2)、这种话筒没有型号之分，相同引脚数的话筒可以代替，只是存在性能上的差别。 驻极体话筒的四种连接方式 动圈式麦克风与电容式麦克风音头的简要比较 比较项目 动圈式麦克风 电容式麦克风 利用电磁发电原理，将音圈搭载利用电容器充放电原理，由超轻 于振动膜上，再置于磁铁的磁场薄的振动膜感应的音压，直接改 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 原理 间，将振动膜感应的声音，经由变极间电压，转换成电能讯号。 音圈间接转换为电能讯号。 因振动膜必须负载比本身重达百采用厚度约动圈式的十分之一以 倍以上的音圈，不能用得太轻薄，下，总重量约千分之一以下的超振动膜 所以振动膜的总重量比电容式大轻薄振动膜直接感应音压，展现 千倍以上。 极优越的物理特性。 使用音圈负载于振动膜上，将感完全不需要音圈。 音圈 应的音压转换成电能讯号。 由音圈直接输出或经由耦合变压由场强晶体管(FET)或真空管耦讯号输出 器输出。 合输出。 因厚重的振动膜及音圈，高音域因超轻薄的振动膜，直接感应音 无法延伸;因音圈的阻抗及磁场压转换电能讯号，所以频率响应频率响应 的转换效率随频率的下降而衰可以由超低频延伸到超音波。 减，低音域响应亦随之劣化。 由于振动膜的厚重及音圈的极振动膜极为轻薄，又没有音圈的灵敏度 限，对微弱的声音感应迟钝，转负载，对极微弱的声音感应非常 换电能的灵敏度低。 灵敏，转换电能的灵敏度高。 因厚重的振动膜及音圈，对触摸振动膜极为轻薄，对触摸杂音的触摸杂音 杂音难以克服，严重影响正常音消除具有绝佳的特性。 质。 音头体积大、重量重，不慎碰撞音头的材质轻巧，重量约只有动坚固耐摔 或掉落地面的故障率高。 圈式的数十分之一，掉落地面的 故障率极低。 体积大、重量重的缺点。 具有体积超小型、重量轻巧的优体积重量 点。 偏压 不需要 需要极间电压及耦合电路的电源 振动膜及负载的音圈，总重量比因振动膜极为轻薄，对音压的反 电容式大千倍以上，对音压的反应快速，就像空载的跑车，起跑瞬时响应特应迟钝，有如满载的货车，起跑及煞车的动作展现灵活，瞬时响性 及煞车的动作迟钝，瞬时响应时应时间快速。 间较长。 因瞬时响应特性较慢，音色展现因瞬时响应特性较快，音色展现 比较柔润、朦胧，会让演唱的歌极为清晰、亮丽，有实力的演唱 声，好像在一层薄雾之下的朦胧者选用电容式麦克风，可以展现音色 景色一般，展现原音的分辨率比天生优美的声喉，让演唱的歌声， 较柔化的音色。 好像在阳光普照之下的景色一 般，展露清晰明媚，令人陶醉在 那高分辨率、犀利优美的音色。 较适合在摇滚乐人声歌唱之类及除了适合各种场合的人声演唱应用 背景杂音较大而音响较剧烈之室外，在语音扩音的应用，更能达 外环境使用。 到最清晰强劲及没有『箱音』的 语音效果;特别在收录敲击乐器 或频率较高的管弦乐器及在背景 杂音较低的音乐厅、剧院、录音 室或需要最佳音质的场所，电容 式麦克风是最能发挥特点。 如何使用驻极体话筒 本文以MF50型指针式万用表为例，介绍在业余条件下使用万用表快速判断驻极体话筒的极性、检测驻极体话筒的好坏及性能的具体方法。 驻极体话筒的检测 图1 (a)判断极性与好坏 (b)检测两端式话筒灵敏度 (c)检测三端式话筒灵敏度 判断极性 由于驻极体话筒内部场效应管的漏极D和源极S直接作为话筒的引出电极，所以只要判断出漏极D和源极S，也就不难确定出驻极体话筒的电极。如图1(a)所示，将万用表拨至“R×100”或“R×1k”电阻挡，黑表笔接任意一极，红表笔接另外一极，读出电阻值数;对调两表笔后，再次读出电阻值数，并比较两次测量结果，阻值较小的一次中，黑表笔所接应为源极S，红表笔所接应为漏极D。进一步判断:如果驻极体话筒的金属外壳与所检测出的源极S电极相连，则被测话筒应为两端式驻极体话筒，其漏极D电极应为“正电源/信号输出脚”，源极S电极为“接地引脚”;如果话筒的金属外壳与漏极D相连，则源极S电极应为 “负电源/信号输出脚”，漏极D电极为“接地引脚”。如果被测话筒的金属外壳与源极S、漏极D电极均不相通，则为三端式驻极体话筒，其漏极D和源极S电极可分别作为“正电源引脚”和“信号输出脚”(或“信号输出脚”和“负电源引脚”)，金属外壳则为“接地引脚”。 检测好坏 在上面的测量中，驻极体话筒正常测得的电阻值应该是一大一小。如果正、反向电阻值均为?，则说明被测话筒内部的场效应管已经开路;如果正、反向电阻值均接近或等于0Ω，则说明被测话筒内部的场效应管已被击穿或发生了短路;如果正、反向电阻值相等，则说明被测话筒内部场效应管栅极G与源极S之间 的晶体二极管已经开路。由于驻极体话筒是一次性压封而成，所以内部发生故障时一般不能维修，弃旧换新即可。 检测灵敏度 将万用表拨至“R×100”或“R×1k”电阻挡，按照图1(b)所示，黑表笔(万用表内部接电池正极)接被测两端式驻极体话筒的漏极D，红表笔接接地端(或红表笔接源极S，黑表笔接接地端)，此时万用表指针指示在某一刻度上，再用嘴对着话筒正面的入声孔吹一口气，万用表指针应有较大摆动。指针摆动范围越大，说明被测话筒的灵敏度越高。如果没有反应或反应不明显，则说明被测话筒已经损坏或性能下降。对于三端式驻极体话筒，按照图1(c)所示，黑表笔仍接被测话筒的漏极D，红表笔同时接通源极S和接地端(金属外壳)，然后按相同方法吹气检测即可。 以上检测方法是针对机装型驻极体话筒而言，对于带有引线插头的外置型驻极体话筒，可按照图2所示直接在插头上进行测量。但要注意，有的话筒上装有开关，测试时要将此开关拨至“ON”(接通)位置，而不能将开关拨至“OFF”(断开)的位置。否则，将无法进行正常测试。 图2 通过插头检测驻极体话筒 使用常识 1.驻极体话筒虽然品种多、型号不一，但其主要特性一般相差都不太大，差别常在于灵敏度高低的不同。尤其是常用机装型驻极体话筒的外形尺寸绝大多数也很接近，故其通用互换性较好。在电子制作或维修时，如果找不到所需的型号，可用相似尺寸和特性的任何驻极体话筒来代换。但要注意的是，有些型号的驻极体话筒采用色点标记对其灵敏度进行分挡，例如英伦牌CM-18W型驻极体话筒的灵敏度划分成5个挡，每挡差别约4dB，依次是:红色为-66dB，小黄为-62dB，大黄为-58dB，蓝色为-54dB，白色,-52dB。代换时，即使型号相同还不够，必须要求两者色点相同或灵敏度接近才行。如果是非色标产品，最好查产品手册或 说明书 房屋状态说明书下载罗氏说明书下载焊机说明书下载罗氏说明书下载GGD说明书下载 ，弄清具体特性和主要参数后，再确定能否代换。 2.驻极体话筒的灵敏度选择是使用中一个比较关键的问题，究竟选择灵敏度高好还是低好，应根据实际情况而定。在要求动态范围较大的场合应选用灵敏度低一些的产品，这样录制节目背景噪声较小、信噪比较高，声音听起来比较干净、清晰，但对电路的增益相对就要求高一些;在简易系统中可选用灵敏度高一点的产品，以减轻对后级放大电路增益的要求。另外要注意的是，普通驻极体话筒的离散性较大，即使是同一型号和色点的话筒有时灵敏度也存在较大差异。 3.驻极体话筒和电子设备连接时，要特别注意两者阻抗的匹配。无论使用何种话筒，都必须始终牢记这样的原则:高阻抗的话筒不可以直接接至低输入阻抗的电子设备，但低阻抗话筒接至高输入阻抗的电子设备是允许的。另外，高阻抗的话筒引线不宜过长，否则容易引起各种杂声并增加频率失真。在需要使用较长的话筒接线时，应尽可能地选用阻抗低一些的话筒。无论话筒的引出线或长或短，都应采用屏蔽线，以免外界杂波信号感应给引出线，对后级放大电路造成干扰。 驻极体话筒的4种接法 图3 (a) 负接地，D极输出 (b) 正接地，S极输出 (c) 负接地，S极输出 (d) 正接地，D极输出 4.驻极体话筒在接入电路时，共有4种不同的接线方式，其具体电路如图3所示。图中的R既是话筒内部场效应管的外接负载电阻，也是话筒的直流偏置电阻，它对话筒的工作状态和性能有较大影响。C为话筒输出信号耦合电容器。图3(a)和图3(b)所示为两端式话筒的接线方法，图3(c)和图3(d)为三端式驻极体话筒的接线方法。目前市售的驻极体话筒大多是两端式，几乎全部采用图3(a)所示的连接方法。这种接法是将场效应管接成漏极D输出电路，类似于晶体三极管的共发射极放大电路，其特点是输出信号具有一定的电压增益，使得话筒的灵敏度比较高，但动态范围相对要小些。三端式话筒目前市场上比较少见，使用时多接成图3(c)所示的源极S输出方式，这类似于晶体三极管的射极输出电路，其特点是输出阻抗小(一般?2kΩ)，电路比较稳定，动态范围大，但输出信号相对要小些。当然，也可将三端式话筒接成图3(a)或图3(b)所示的电路，直接作为两端式话筒来使用。但要注意，无论采用何种接法，驻极体话筒必须满足一定的直流偏置条件才能正常工作，这实际上就是为了保证内置场效应管始终处于良好的放大状态。 5.驻极体话筒内置场效应管的工作状态如何，不仅决定了话筒能否正常工作，而且直接影响话筒的灵敏度、动态范围和失真度。由于场效应管的直流工作电压UDS、工作电流IDS均通过外接负载电阻R从后级放大器的供电电路获得，所以电阻R的取值对话筒的实际使用效果至关重要。R的大小可由公式:R,(U-UDS)/IDS确定，式中U为电源电压。R不仅是场效应管的负载电阻，在电路中它还与后续放大电路的输入电阻并联后共同构成话筒的负载电阻RL。应保证RL的阻值始终大于话筒输出阻抗的3,5倍，这样才能使话筒处于良好的匹配状态。R阻值过小常常会引起放大电路输入阻抗的降低，从而破坏前后级之间的阻抗匹配，使放大器的效率降低。由于话筒的输出阻抗在2kΩ左右，因此RL至少要在10kΩ以上才能满足要求。 6.一般驻极体话筒均由厂家给出工作电压范围或典型工作电压值(多为1.5V、3V、4.5V这3种)以及最高工作电压(?12V)。使用时不要超过电压上限，否则会击穿内部场效应管。除了微型电子设备的驻极体话筒常使用1.5V电源外，绝大多数驻极体话筒的工作电压均在3,10V范围内。工作电压取得高一些，有利于扩大话筒的动态范围，避免在高声压级的场合产生严重的失真;工作电压过小时，不仅会影响话筒的动态范围，而且还会降低话筒的工作电流，影响到电路 的信噪比。如果条件允许，最好让话筒工作在厂家推荐的电压下，以获得最佳性能。 7.在电子制作或维修时，如果发现所用的三端式驻极体话筒已经损坏，而手头一时没有合适的替换品，可不妨用一个大小相同、灵敏度等主要参数相近的普通两端式驻极体话筒加工改造后代替，具体方法:按照图4所示，用刻刀划断两端式驻极体话筒背面与金属外壳相连的焊脚敷铜箔，给金属外壳焊接上独立的引线，则原有的两个焊脚加上金属外壳(接地端)，就构成了一个三端式驻极体话筒。 图4 获得三端式话筒 8.驻极体话筒在安装和使用时，必须尽可能地远离放音扬声器，更不要对准扬声器方向，以免引起啸叫。几个驻极体话筒同时使用时，不能将它们直接并联， 而应该将各个话筒分别接到相应的前置放大电路，放大后再根据需要进行“合并”。 9.使用驻极体话筒时，嘴和话筒应保持一定的距离，过近容易引起声音信号的阻塞和失真，过远则会使声音信号变小，噪声相对增大。另外，话筒正面的受音孔要指向声源，以获得较好的频率响应和灵敏度。不论使用还是存放话筒，均应保持干燥，防止受潮。对于外置型驻极体话筒，引出线要顺一个方向收放，切莫凌乱打扭，否则容易造成引出线断路或短路。