驻极体话筒结构原理应用电路设计

驻极体话筒结构原理及应用电路设计一、驻极体话筒的工作原理与结构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中。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。1、驻极体极头的结构与工作原理驻极体极头的基本结构由一片单面涂有金属的驻极体薄膜与一个上面有若干小孔的金属电极（称为背电极）构成以及它们中间的几十μm厚的尼龙隔离垫组成，如图一所示。驻极体薄膜实际上是一种很薄的特氟隆膜。当此种膜经过高压极化处理之后，在其上面可以长期保留住一定数量的负电荷。因为在振膜的正面是负电荷，在其感应作用，在具有金属镀层的背面和金属极板上，同时感应出等量的正电荷。驻极体面与背电极相对，中间有一个极小的空气隙，形成一个以空气隙和驻极体作绝缘介质，以背电极和驻极体上的金属层作为两个电极构成一个平板电容器。电容的两极之间有输出电极。由于驻极体薄膜上分布有极化电荷。当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时；改变了电容两极版之间的距离，从而引起电容发生变化，由于驻极体上的电荷量恒定，根据公式Q=CU可知:当C变化时必然引起电容器两端电压U的变化，从而输出电信号，实现声--电的变换。2、阻抗变换电路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，约几十兆欧以上。因此，它不能直接与放大电路相连接，必须连接阻抗变换器。通常用一个专用的场效应管和一个二极管复合组成阻抗变换器。内部电气原理如图。3、驻极体话筒的接法话筒有两根引出线，漏极D与电源正极之间接一漏极电阻R，信号由漏极经一隔直电容输出,这种接法有一定的电压增益，话筒的灵敏度比较高，但动态范围比较小。目前市售的驻极体话筒大多是这种方式连接。1、工作电压UU是指话筒正常工作时，所加在话筒两端的最小电压。视型号不同而不同，即使同一种型号也有较大的离散性，通常在1.5～12V之间。2、工作电流II是指话筒静态时流过话筒的电流，它就等于场效应管的IDS.与工作电压类似，工作电流的离散性也较大，通常在0.1～1mA之间。3、最大工作电压U最大工作电压UMDS是指场效应管漏源极两端能够承受的最大电压。超过该电压时场效应管会被击穿造成永久损坏。二、驻极体话筒的特性参数4、输出阻抗话筒输出的交流负载阻抗。由于驻极体话筒经过场效应管的变换，输出阻抗较小，一般小于2k。5、灵敏度话筒在自由场中、在外界的声压作用下，输出端开路时所输出的电动势，单位是伏／帕，可用毫伏／帕表示。国产的驻极体话筒根据灵敏度不同分为4档，分别以红、黄、蓝、白四种不同色点标记，红点灵敏度最高，白点最低。6、频率响应一般指自由场频率响应，它是指话筒的灵敏度级和频率的关系，用曲线来表示。驻极体话筒的频率响应一般较为平坦。7、指向性话筒的灵敏度随声波入射方向而变化的特性。驻极体话筒通常为全向性话筒。8、等效噪声级由固有噪声引起的等效声压级。一般小于35分贝。三、驻极体话筒的使用要点驻极体话筒性能表现的好坏很大程度上取决于话筒在电路中的状态。话筒的状态又决定了内置场效应管的工作状态。因此场效应管在电路中的状态不仅决定了话筒能否正常工作，而且决定了话筒工作性能的好坏。1、负载电阻R的选择场效应管的电路状态取决于负载电阻R和电源电压U的大小。R的大小可由下式算得：UDS必须大于话筒的工作电压，小于最大工作电压。U太小时将影响话筒的动态范围。一般应取电源电压的1/2较为合适。应保证RL的阻值要始终大于话筒输出阻抗的3～5倍才能使话筒处于良好的匹配状态。由于话筒的输出阻抗在2k左右，因此RL至少要在10k以上才能满足要求。2、灵敏度的选择灵敏度的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，这样录制的节目背景噪声较小、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的些；在简易系统中可选用灵敏度高一点的产品，以减轻后级放大电路增益的压力。四、自动增益控制放大电路自动增益控制：使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制方法。实现这种功能的电路简称AGC环。AGC环是闭环电子电路，它可以分成增益受控放大电路和控制电压形成电路两部分。增益受控放大电路位于正向放大通路，其增益随控制电压而改变。AGC电路广泛用于各种接收机、录音机和测量仪器中，它常被用来使系统的输出电平保持在一定范围内，因而也称自动电平控制；用于话音放大器或收音机时，称为自动音量控制。1、AGC电路的基本概念放大电路增益的控制方法：①改变晶体管的直流工作状态，以改变晶体管的电流放大系数β。②在放大器各级间插入电控衰减器。③用电控可变电阻作放大器负载等。控制电压形成电路的基本部件是AGC检波器和低通平滑滤波器。放大电路的输出信号u0经检波并经滤波器滤除高频调制分量和噪声后，产生用以控制增益受控放大器的电压uc。当输入信号ui增大时，u0和uc亦随之增大。uc增大使放大电路的增益下降，从而使输出信号的变化量显著小于输入信号的变化量，达到自动增益控制的目的。2、结型场效应管(JFET)N沟道P沟道（1）结构与符号uGS＝0时，存在N型导电沟道（N型区）。uGS＜0时，耗尽层增厚，导电沟道变薄。当uGS=UGS(off)(0)时，沟道开始夹断。（2）工作原理(以N沟道为例)A.uDS＝0，uGS变化(见p35)B.uGS＝Const，uDS(0)变化(见p36)uDS＝小时，耗尽层变化不大，N型沟道＝R。uDS＝中等时，恒流沟道DIRDSuuDS＝很高时，DG结击穿。UGS(off)：夹断电压,(0)（3）JFET的特性曲线const.DSDGS)(uufi转移特性const.GSDDS)(uufi)0()1(GS)(2)(GSDSSDuUUuIioffGSoffGS输出特性UGS(off)表达式转移特性曲线预夹断线满足:uGD＝UGS(off)夹断区饱和漏极电流：IDSSJFET通过uGS来控制iD，是电压控制电流器件；JFET正常工作时，PN结必须反偏，如对N沟道JFET，要求uGS≤0。（4）主要参数①夹断电压UGS(off)：漏极电流约为零时的UGS值。②饱和漏极电流IDSS：UGS=0时对应的漏极电流。③低频跨导gm：低频跨导反映了uGS对iD的控制作用。gm可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子)。DSGSDmUuig时）（当0)1(2GSGS(off)GS(off)GS(off)GSDSSmuUUUuIg④直流输入电阻RGS：对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω。JFET的RGS有时还不够大、随温度变化，正偏时变得很小；2、简单的AGC电路