驻极体话筒工作原理及性能参数电路图

2017-03-15 17:51分类：电子元器件阅读：

驻极体话筒也称驻极体传声器，它是利用驻极体材料制成的一种特殊电容式“声一电”转换器件。其主要特点是体积小、结构简单、频响宽、灵敏度高、耐震动、价格便宜。

驻极体话筒是目前最常用的传声器之一，在各种传声、声控和通信设备（如无线话筒、盒式录音机、声控电灯开关、电话机、手机、多媒体电脑等）中应用得非常普遍。

结构及特点

驻极体话筒的内部结构如图22-1 (a)所示，它主要由“声一电”转换和阻抗变换两部分组成。“声一电”转换的关键元件是驻极体振动膜片，它以一片极薄的塑料膜片作为基片，在其中一面蒸发上一层纯金属薄膜，然后再经过高压电场“驻极”处理后，在两面形成可长期保持的异性电荷——这就是“驻极体”（也称“永久电荷体”）一词的来历。振动膜片的金属薄膜面向外（正对音孔），并与话筒金属外壳相连；另一面靠近带有气孔的金属极板，其间用很薄的塑料绝缘垫圈隔离开。这样，振动膜片与金属极板之间就形成了一个本身具有静电场的电容——可见驻极体话筒实际上是一种特殊的、无需外接极化电压的电容式话筒。金属极板与专用场效应晶体管的栅极G相接，场效应晶体管的源极S和漏极D作为话筒的引出电极。这样，加上金属外壳．驻极体话筒一共有3个引出电极，其内部电路如图22-1( b)所示。如果将场效应晶体管的源极S（或漏极D）与金属外壳接通，就使得话筒只剩下了两个引出电极。

驻极体话筒的工作原理是这样的：当驻极体膜片遇到声波振动时，就会引起与金属极板间距离的变化，也就是驻极体振动膜片与金属极板之间的电容随着声波变化，进而引起电容两端固有的电场发生变化（U-Q/C），从而产生随声波变化而变化的交变电压。由于驻极体膜片与金属极板之间所形成的“电容”容量比较小（一般为几十皮法），因而它的输出阻抗值（Xc=1／2πfC）很高，约在几十兆欧以上。这样高的阻抗是不能直接与一般音频放大器的输入端相匹配的，所以在话筒内接入了一只结型场效应晶体管来进行阻抗变换。通过输入阻抗非常高的场效应晶体管将“电容”两端的电压取出来，并同时进行放大，就得到了和声波相对应的输出电压信号。

驻极体话筒内部的场效应晶体管为低噪声专用管，它的栅极G和源极S之间复合有二极管VD，参见图22-1 (b)，主要起“抗阻塞”作用。由于场效应晶体管必须工作在合适的外加直流电压下，所以驻极体话筒属于有源器件，即在使用时必须给驻极体话筒加上合适

的直流偏置电压，才能保证它正常工作，这是有别于一般普通动圈式、压电陶瓷式话筒的不同之处。

外形和种类

常用驻极体话筒的外形分机装型（即内置式）和外置型两种。机装型驻极体话筒适合于在各种电子设备内部安装使用，其外形如图22-2( a)所示。常见的机装型驻极体话筒形状多为圆柱形，其直径有Φ6mm、Φ9.7mm、Φ10mm、Φ10.5mm、Φ11.5mm、Φ12mm、Φ13mm……多种规格；引脚电极数分两端式和三端式两种，引脚形式有可直接在电路板上插焊的直插式、带软屏蔽电线的引线式和不带引线的焊脚式3种。如按体积大小分类，有普通型和微型两种，微型驻极体话筒已被广泛应用于各种微型录音机、微型数码摄像机、手机等电子产品中。
除了机装型驻极体话筒外，将机装型驻极体话筒装入各式各样的带有座架或夹子的外壳里，并接上带有二芯或三芯插头的屏蔽电线（有的还接了开关），就做成了我们经常见到的形形色色、可方便移动的外置型驻极体话筒，其外形如图22-2( b)所示。

主要参数

表征驻极体话筒各项性能指标的参数主要有以下几种。

①工作电压( UDS)。这是指驻极体话筒正常工作时，所必须施加在话筒两端的最小直流工作电压。该参数视型号不同而有所不同，即使是同一种型号也有较大的离散性，通常厂家给出的典型值有1.5V、3V和4.5V这3种。

②工作电流(/DS)。这是指驻极体话筒静态时所通过的直流电流，它实际上就是内部场效应管的静态电流。与工作电压类似，工作电流的离散性也较大，通常在0.1 ~1 mA。

③最大工作电压( UMDS)。这是指驻极体话筒内部场效应管漏、源极两端所能够承受的最大直流电压。超过该极限电压时，场效应管就会被击穿损坏。

④灵敏度。这是指话筒在一定的外部声压作用下所能产生音频信号电压的大小，其单位通常用mV/Pa（毫伏/帕）或dB( 0dB=l000mV/Pa)。一般驻极体话筒的灵敏度多在0.5 - 10mV/Pa或-66 - -40dB范围内。话筒灵敏度越高，在相同大小的声音下所输出的音频信号幅度也越大。

⑤频率响应。也称频率特性，是指话筒的灵敏度随声音频率变化而变化的特性，常用曲线来表示。一般说来，当声音频率超出厂家给出的上、下限频率时，话筒的灵敏度会明显下降。驻极体话筒的频率响应一般较为平坦，其普通产品频率响应较好（即灵敏度

比较均衡）的范围在100Hz - 10kHz内，质量较好的话筒为40Hz - 15kHz，优质话筒可达20Hz - 20kHz。

⑥输出阻抗。这是指话筒在一定的频率( 1kHz)下输出端所具有的交流阻抗。驻极体话筒经过内部场效应管的阻抗变换，其输出阻抗一般小于3kΩ。

⑦固有噪声。这是指在没有外界声音时话筒所输出的噪声信号电压，话筒的固有噪声越大，工作时输出信号中混有的噪声就越大。一般驻极体话筒的固有噪声都很小，为微伏(μV)级电压。

⑧指向性。也叫方向性，是指话筒灵敏度随声波入射方向变化而变化的特性。话筒的指向性分单向性、双向性和全向性3种。单向性话筒的正面对声波的灵敏度明显高于其他方向，并且根据指向特性曲线形状，可细分为心形、超心形和超指向形3种；双向性话筒在前、后方向的灵敏度均高于其他方向；全向性话筒对来自四面八方的声波都有基本相同的灵敏度，常用的机装型驻极体话筒绝大多数是全向性话筒。

型号与引脚识别

由于驻极体话筒的型号命名各厂家不统一，可谓各行其事，无规律可循。要想知道某一型号产品的性能和有关参数等，一股只能查看厂家说明书或相关的参数手册。业余条件下，对于不同型号的驻极体话筒，只要体积和引脚数相同、灵敏度等参数相近，一般均可以直接代换使用.表22-1列出了部分常用驻极体话筒的主要参数，仅供参考。驻极体话筒的引脚识别方法很简单，无论是直插式、引线式或焊脚式，其底面一股均是印制电路板，如图22-3所示。对于印制电路板上面有两部分覆铜的驻极体话筒，与金属外壳相通的覆铜应为“接地端”，另一覆铜则为“电源/55信号输出端”（有“漏极D输出”和“源极S输出”之分）。对于印制电路板上面有3部分覆铜的驻极体话筒，除了与金属外壳相通的覆铜仍然为“接地端”外，其余两部分覆铜分别为“S端”和“D端”。有时引线式话筒的印制电路板被封装在外壳内部，无法看到（如国产CR22-9B型），这时可通过引线来识别：屏蔽线为“接地端”，屏蔽线中间的两根芯线分别为“D端”（红色线）和“S 端”（蓝色线）。如果只有一根芯线（如国产CR22-9型），则该引线肯定为“电源/信号输出端”。

表22-1 部分常用驻极体话筒的性能参数
型号	工作电压范围（V）	输出阻抗（Ω）	频率响应（HZ）	固有噪音（μV）	灵敏度（dB）	尺寸（mm）	方向性
CR22-9	3~12	≤2000	50~10000	≤3	-54 - -66	Φ11 5×19	全向
CR22-15	3~12	≤3000	50~10000	≤5	-36 - -46	Φ10.5×7 8
CR22-15E	1.5~12	≤2000	50~10000	≤5	-36 - -46	Φ10.5×7 8
ZCH-12	4.5 ~10	1000	20~10000	≤3	-70	Φ13×23.5
czll -60	4.5~10	1500 - 2200	40~12000	≤3	-40 - -60	Φ9．7×6.7
DG09767CD	4.5~ 10	≤2200	20~16000		-48 - -66	Φ9.7 x 6.7	全向
DG06050CD	4.5 ~10	≤2200	20~16000		-42 -58	Φ6x5
WM -60A	2 ~ 10	2200	20~20000		-42 - -46	Φ6x5
XCM6050	1~10	680 - 3000	50~16000		-38 -44	Φ6x5
CM-1 8W	1.5~10	1000	20~18000		-52 - -66	Φ9.7 x 6.5
CM-27B	2 ~10	2200	2~18000		-58 -64	Φ6 x 2.7

电路符号

驻极体话筒在电路图中的表示符号如图22-4所示。需要说明的是：这种图形符号是所有话筒的通用符号，由于驻极体话筒属于特殊的电容式话筒，所以有时也采用电容式话筒的专用图形符号，即在表示通用话筒图形符号的圆圈内添画上一个电容器图形符号（注意：电容器两电极不与圆圈相交）。尽管驻极体话筒的引脚具有极性，但电路符号中一般都不特别注明，各引脚的功能只能通过看话筒在电路中的连接方式进行确定。