小巧靈敏的駐極體話筒

2021-06-07 03:39:36 字數 3252 閱讀 2671

駐極體話筒也稱駐極體傳聲器,它是利用駐極體材料製成的一種特殊電容式「聲—電」轉換器件。其主要特點是體積小、結構簡單、頻響寬、靈敏度高、耐震動、**便宜。

駐極體話筒是目前最常用的傳聲器之一,在各種傳聲、聲控和通訊裝置(如無線話筒、盒式錄音機、聲控電燈開關、**機、手機、多**電腦等)中應用非常普遍。電子愛好者在製作或維修各種具有「聲—電」轉換功能的電路時,不可避免地要跟駐極體話筒打交道,掌握駐極體話筒的識別與正確使用方法是很有必要的。

如何識別駐極體話筒

1.結構及特點

駐極體話筒的內部結構如圖1(a)所示,它主要由「聲—電」轉換和阻抗變換兩部分組成。「聲—電」轉換的關鍵元件是駐極體振動膜片,它以一片極薄的塑料膜片作為基片,在其中一面蒸發上一層純金屬薄膜,然後再經過高壓電場「駐極」處理後,在兩面形成可長期保持的異性電荷——這就是「駐極體」(也稱「永久電荷體」)一詞的來歷。振動膜片的金屬薄膜面向外(正對音孔),並與話筒金屬外殼相連;另一面靠近帶有氣孔的金屬極板,其間用很薄的塑料絕緣墊圈隔離開。這樣,振動膜片與金屬極板之間就形成了乙個本身具有靜電場的電容——可見駐極體話筒實際上是一種特殊的、無需外接極化電壓的電容式話筒。金屬極板與專用場效電晶體的柵極g相接,場效電晶體的源極s和漏極d作為話筒的引出電極。這樣,加上金屬外殼,駐極體話筒一共有3個引出電極,其內部電路如圖1(b)所示。如果將場效電晶體的源極s(或漏極d)與金屬外殼接通,就使得話筒只剩下了2個引出電極。

圖1  駐極體話筒構成圖

(a) 內部結構                                 (b) 內部電路

駐極體話筒的工作原理是這樣的:當駐極體膜片遇到聲波振動時,就會引起與金屬極板間距離的變化,也就是駐極體振動膜片與金屬極板之間的電容隨著聲波變化,進而引起電容兩端固有的電場發生變化(u=q/c),從而產生隨聲波變化而變化的交變電壓。由於駐極體膜片與金屬極板之間所形成的「電容」容量比較小(一般為幾十波法),因而它的輸出阻抗值(xc=1/2πfc)很高,約在幾十兆歐以上。這樣高的阻抗是不能直接與一般音訊放大器的輸入端相匹配的,所以在話筒內接入了乙隻結型場效應晶體三極體來進行阻抗變換。通過輸入阻抗非常高的場效電晶體將「電容」兩端的電壓取出來,並同時進行放大,就得到了和聲波相對應的輸出電壓訊號。

駐極體話筒內部的場效電晶體為低雜訊專用管,它的柵極g和源極s之間復合有二極體vd,參見圖1(b)所示,主要起「抗阻塞」作用。由於場效電晶體必須工作在合適的外加直流電壓下,所以駐極體話筒屬於有源器件,即在使用時必須給駐極體話筒加上合適的直流偏置電壓,才能保證它正常工作,這是有別於一般普通動圈式、壓電陶瓷式話筒之處。

圖2  駐極體話筒實物外形圖

(a) 機裝型                                  (b) 外接型   

2.外形和種類

常用駐極體話筒的外形分機裝型(即內建式)和外接型兩種。機裝型駐極體話筒適合於在各種電子裝置內部安裝使用,其外形如圖2(a)所示。常見的機裝型駐極體話筒形狀多為圓柱形,其直徑有φ6mm、φ9.7mm、φ10mm、φ10.5mm、φ11.5mm、φ12mm、φ13mm……多種規格;引腳電極數分兩端式和三端式兩種,引腳形式有可直接在電路板上插焊的直插式、帶軟遮蔽電線的引線式和不帶引線的焊腳式3種。如按體積大小分類,有普通型和微型兩種,微型駐極體話筒已被廣泛應用於各種微型錄音機、微型數碼攝像機、手機等電子產品中。

除了機裝型駐極體話筒外,將機裝型駐極體話筒裝入各式各樣的帶有座架或夾子的外殼裡,並接上帶有2芯或3芯插頭的遮蔽電線(有的還接了開關),就做成了我們經常見到的形形色色、可方便移動的外接型駐極體話筒,其外形如圖2(b)所示。

3.主要引數

表徵駐極體話筒各項效能指標的引數主要有以下幾項:

(1)工作電壓(uds)。這是指駐極體話筒正常工作時,所必須施加在話筒兩端的最小直流工作電壓。該引數視型號不同而有所不同,即使是同一種型號也有較大的離散性,通常廠家給出的典型值有1.5v、3v和4.5v這3種。

(2)工作電流(ids)。這是指駐極體話筒靜態時所通過的直流電流,它實際上就是內部場效電晶體的靜態電流。與工作電壓類似,工作電流的離散性也較大,通常在0.1~1ma。

(3)最大工作電壓(umds)。這是指駐極體話筒內部場效電晶體漏、源極兩端所能夠承受的最大直流電壓。超過該極限電壓時,場效電晶體就會被擊穿損壞。

(4)靈敏度。這是指話筒在一定的外部聲壓作用下所能產生音訊訊號電壓的大小,其單位通常用mv/pa(毫伏/帕)或db(0db=1000mv/pa)。一般駐極體話筒的靈敏度多在0.5~10mv/pa或-66~-40db範圍內。話筒靈敏度越高,在相同大小的聲音下所輸出的音訊訊號幅度也越大。

(5)頻率響應。也稱頻率特性,是指話筒的靈敏度隨聲音頻率變化而變化的特性,常用曲線來表示。一般說來,當聲音頻率超出廠家給出的上、下限頻率時,話筒的靈敏度會明顯下降。駐極體話筒的頻率響應一般較為平坦,其普通產品頻率響應較好(即靈敏度比較均衡)的範圍在100hz~10khz,質量較好的話筒為40hz~15khz,優質話筒可達20hz~20khz。

(6)輸出阻抗。這是指話筒在一定的頻率(1khz)下輸出端所具有的交流阻抗。駐極體話筒經過內部場效電晶體的阻抗變換,其輸出阻抗一般小於3kω。

(7)固有雜訊。這是指在沒有外界聲音時話筒所輸出的雜訊訊號電壓。話筒的固有雜訊越大,工作時輸出訊號中混有的雜訊就越大。一般駐極體話筒的固有雜訊都很小,為微伏級電壓。

(8)指向性。也叫方向性,是指話筒靈敏度隨聲波入射方向變化而變化的特性。話筒的指向性分單向性、雙向性和全向性3種。單向性話筒的正面對聲波的靈敏度明顯高於其他方向,並且根據指向特性曲線形狀,可細分為心形、超心形和超指向形3種;雙向性話筒在前、後方向的靈敏度均高於其他方向;全向性話筒對來自四面八方的聲波都有基本相同的靈敏度。常用的機裝型駐極體話筒絕大多數是全向性話筒。

4.型號與引腳識別

由於駐極體話筒的型號命名各廠家不統一,可謂各行其事,無規律可循。要想知道某一型號產品的效能和有關引數等,一般只能檢視廠家說明書或相關的引數手冊。業餘條件下,對於不同型號的駐極體話筒,只要體積和引腳數相同、靈敏度等引數相近,一般均可以直接代換使用。附表列出了部分常用駐極體話筒的主要引數,供參考。

圖3  駐極體話筒的引腳識別

駐極體話筒的引腳識別方法很簡單,無論是直插式、引線式或焊腳式,其底面一般均是印製電路板,如圖3所示。對於印製電路板上面有2部分敷銅的駐極體話筒,與金屬外殼相通的敷銅應為「接地端」,另一敷銅則為「電源/訊號輸出端」(有「漏極d輸出」和「源極s輸出」之分)。對於印製電路板上面有3部分敷銅的駐極體話筒,除了與金屬外殼相通的敷銅仍然為「接地端」外,其餘2部分敷銅分別為「s端」和「d端」。有時引線式話筒的印製電路板被封裝在外殼內部,無法看到(如國產crz2-9b型),這時可通過引線來識別:遮蔽線為「接地端」,遮蔽線中間的2根芯線分別為「d端」(紅色線)和「s端」(藍色線)。如果只有1根芯線(如國產crz2-9型),則該引線肯定為「電源/訊號輸出端」。

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