驻极体话筒结构原理及应用电路设计
驻极体话筒原理知识
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。
MIC应用指南
Pascal & ubar的换算关系如下：
例如:-60dB(0dB=1V/ubar)=-40dB (0dB=1V/pa)
2、输出阻抗
麦克风有一项最重要的特性是输出阻抗，这是一种回流至麦克风的AC阻抗的计算。 一般来说，麦克风可分为低阻抗(50～1,000ohms)，中阻抗(5,000～15,000ohms)及高阻抗(20,000ohms以上)。
对于一个驻极体传声器内部存在一个由振膜垫片和极板组成的电容器因为膜片上充有电荷并且是一个塑料膜因此当膜片受到声压强的作用膜片要产生振动从而改变了膜片与极板之间的距离从而改变了电容器两个极板之间的距离产生了一个的变化因此由公式可知必然要产生一个的变化充电电荷又是固定不变的因此必然产生一个的变化
手机MIC应用指南
C）从极化方式上分：振膜式、背极式、前极式。
D）从结构上分：栅极点焊式、栅极压接式、极环连接式等
2、驻极体MIC的结构：
以全向MIC，振膜式极环连接式为例
1、防尘网：保护传声器，防止灰尘落到振膜上，防止外部物体刺破振膜，还有短时间的防水作用。
2、外壳：整个传声器的支撑件，其它件封装在外壳之中，是传声器的接地点，还可以起到电磁屏蔽的作用。
VSD,即FET的S与D之间的电压降
VS为标准工作电压
总的要求100μA〈ID〈500μA
4、频范围：
全向：50~12000Hz 20~16000Hz
单向：100~12000Hz 100~16000Hz
双向：100~10000Hz
5、S/N信噪比：信号与麦克风本体所产生的杂音之比
6、最大声压级：是指MIC的失真在3%时的声压级，声压级定义：20μpa=0dBSPL
驻极体话筒驱动电路设计
1.驻极体话筒驱动电路设计上图为一驻极体话筒驱动电路，当有声音时，LED会亮。
1）认识图中向关元器件。
2）分析其工作原理。
3）在万能板上搭建该电路。
4）用示波器观察测试有声音和无声音时该电路A，B，C，D，E五点的波形，记录下来。
5）比较一下电路的灵敏性，怎样提高电路的灵敏度？2.DC-DC电源模块1）认识图中相关元器件。
2）阅读芯片LM2576的文档，分析其工作原理。
3）在万能板上搭建该电路。
4）输入9V时，调整电位器R2，测量输出电压范围，并记录。
5）测试电压调整率：查阅模拟电路相关书籍和资料，了解电压调整率的概念输入电压设为9V，输出空载，调电位器，使输出为5V增大输入电压，测量输出电压，记录数据6）测试负载调整率：查阅模拟电路相关书籍和资料，了解负载调整率的概念输入电压设为9V，输出空载，调电位器，使输出为5V。
然后输出负载接一100W 0~300欧姆的功率电位器(先把阻值调至最大)。
调整功率电位器，减小负载电阻，测量输出电压，记录数据（注意，电阻值不可过小）7）测试纹波电压：查阅模拟电路相关书籍和资料，了解纹波电压的概念输入电压设为9V，输出空载，调电位器，使输出为5V。
然后输出负载接一100W 0~300欧姆的功率电位器(先把阻值调至2欧姆)。
用示波器AC/5mV测量输出电压，记录波形最大值,可以调节功率电位器，观察输出波形8）效率测试：查阅模拟电路相关书籍和资料，了解效率的概念输入电压设为9V，输出空载，调电位器，使输出为5V。
然后输出负载接一100W 0~300欧姆的功率电位器(先把阻值调至2欧姆)。
测量输如电压和电流。
计算效率。
3.线性电源模块D21）认识图中相关元器件。
2）阅读芯片LM317的文档，分析其工作原理。
3）在万能板上搭建该电路。
4）输入9V时，调整电位器R2，测量输出电压范围，并记录。
5）测试电压调整率：查阅模拟电路相关书籍和资料，了解电压调整率的概念输入电压设为9V，输出空载，调电位器，使输出为5V增大输入电压，测量输出电压，记录数据6）测试负载调整率：查阅模拟电路相关书籍和资料，了解负载调整率的概念输入电压设为9V，输出空载，调电位器，使输出为5V。
驻极体话筒
驻极体话筒1. 简介驻极体话筒（Electret Microphone），也称为电容式话筒，是一种常见的音频传感器。
它利用了驻极体元件的特性，将声音转化为电信号，然后经过放大和处理后输出给音频设备。
驻极体话筒具有体积小、重量轻、价格低廉等优点，广泛应用于通信、音频采集、语音识别等领域。
在本文中，我们将介绍驻极体话筒的原理、结构和工作原理，并介绍一些常见的应用场景。
2. 原理驻极体话筒的原理基于电容器的原理。
它由驻极体电容器和放大电路组成。
2.1 驻极体电容器驻极体电容器是驻极体话筒的核心组件，它由两个金属片组成，中间被一层电介质隔开。
其中一个金属片固定不动，称为固定极板；另一个金属片可以振动，称为振动极板。
当振动极板受到声波震动时，驻极体电容器的电容值也会随之发生变化。
驻极体电容器内部有一个永久的静电荷，在生产过程中被注入进去，这就是所谓的驻极体。
这个静电荷会在电容器的两个极板之间形成电场，并与外界的电荷相互作用。
由于驻极体电容器的驻极体是永久性的，所以驻极体电容器不需要外界电源来维持电荷。
驻极体电容器的输出信号非常微弱，需要经过放大电路进行放大。
放大电路一般由一个FET（场效应晶体管）和其他电子组件构成。
当声波作用在驻极体电容器上时，驻极体电容器的电容值发生变化，改变了与其连接的FET的栅极电势，从而使FET的通道电阻也发生变化。
这个变化通过放大电路进行放大，最终输出一个可以被音频设备接受并处理的电信号。
3. 结构驻极体话筒的结构相对简单，一般由以下几个主要组件组成：3.1 振动极板振动极板是驻极体话筒中可以振动的部分，它的振动受到外界声波的影响。
当声波作用于振动极板时，振动极板会产生微小的位移。
3.2 固定极板固定极板是驻极体话筒中的固定部分，它不会移动。
固定极板与振动极板之间的距离决定了驻极体电容器的电容值。
3.3 驻极体电容器驻极体电容器由振动极板和固定极板组成，它们之间的空气间隙形成一个电容器。
驻极体话筒的基本原理
驻极体话筒的基本原理驻极体话筒是一种常见的麦克风类型，它利用了电磁感应的原理来将声音转换成电信号。
它的基本原理可以概括为声音震动引起电磁感应，进而产生电信号。
下面将详细介绍驻极体话筒的基本原理和工作过程。
驻极体话筒由震动系统和电磁感应系统两部分组成。
震动系统包括膜片、振动线圈和磁体，而电磁感应系统则包括磁体和感应线圈。
当声音波传播到驻极体话筒时，声音的震动会使得膜片产生相应的震动。
膜片与振动线圈连接在一起，振动线圈则位于磁体的磁场中。
当膜片振动时，振动线圈也会随之振动。
这样，膜片和振动线圈的振动就会相互作用，进而改变磁体的磁场强度。
磁体和感应线圈也相互作用。
由于磁体的磁场强度发生变化，感应线圈中就会产生感应电流。
这个感应电流的大小和方向与膜片和振动线圈的振动有关。
感应线圈将这个感应电流转换成电信号输出。
这样，驻极体话筒就实现了将声音转换成电信号的功能。
电信号可以通过连接到话筒的电缆传输到其他设备中进行处理，比如放大、录制或实时传输。
驻极体话筒的工作过程可以用以下步骤来描述：1. 声音波传播到话筒时，声音的震动使得膜片产生相应的振动。
2. 膜片与振动线圈连接在一起，振动线圈位于磁体的磁场中。
3. 膜片和振动线圈的振动相互作用，改变磁体的磁场强度。
4. 磁体和感应线圈相互作用，感应线圈中产生感应电流。
5. 感应线圈将感应电流转换成电信号输出。
6. 电信号可以传输到其他设备中进行处理或记录。
驻极体话筒的基本原理是利用声音的振动引起磁体的磁场强度变化，从而产生感应电流。
这个原理不仅适用于驻极体话筒，也广泛应用于其他类型的麦克风。
这些麦克风通过不同的结构和技术来实现声音到电信号的转换，但基本原理都是利用声音的振动引起电磁感应。
总结一下，驻极体话筒的基本原理是利用声音的振动引起磁体的磁场强度变化，从而产生感应电流。
这个原理使得驻极体话筒可以将声音转换成电信号，并实现音频的录制、放大和传输等功能。
驻极体话筒在音频行业中有着广泛的应用，成为人们进行音频处理和传输的重要工具。
驻极体麦克风
声音传感器的应用
2、工作原理
耳机麦克风里面有一个对声音敏感的驻极体。
声波使驻极体薄膜振动，导致电容发生变化，而产生与之对应变化的微小电压。
这个电压随后被转化成0-5V的电压，经过A/D转换再被数据采集器接收，最后传送给计算机。
工作原理如下图所示：
3、工作过程
驻极体式耳机麦克风的主要元件是驻极体振动膜，它的作用相当于一个电容。
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。
由于交变电压的值太小，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，变成了相对较大的电信号。
最后经过A/D 转换被数据采集器接收，形成可传输的数字，并传送给计算机。
4、驻极体式耳机麦克风的简单展示
视频链接: /v_show/id_XMTM2NTc2NTc2.html
给话筒串联4.7k欧姆的电阻，并接上电源。
这是对着话筒讲话时，示波器接收到的输出波形。
驻极体话筒放大电路要点
驻极体话筒放大电路要点一．设计思路1、语音放大器的基本构成根据要求，输出功率P=2W，电阻R=4Ω，由功率公式可得U=2.8V，对TDA2030输入100mv电压时，可达到设计要求。
另外，由于语音通过话筒输入信号为5mv，放大后要求达到100mv，放大倍数需在20倍以上，由电路设计要求得知，该放大器由三级组成，其总的电压增益AUf=AUf1AUf2AUf3。
应根据放大器所需的总增益AU，来合理分配各级电压增益（AUf1.AUf3）。
为了提高信噪比S/N，前置放大器的增益要适当取大。
为了使输出波形不致产生饱和失真，输出信号的幅值应小于电源电压。
2、性能指标（1）集成直流稳压电源①同时输出12V的电压②输出纹波电压小于5mV(2) 前置放大器①输入信号：Uid.10mV②输入阻抗：Ri=100k.③设定增益Auf1=30(3) 有源带通滤波器①带通频率范围：300Hz～3kHz②增益：Au=1(4) 功率放大器①最大不失真输出功率：Pmax>=2W②负载阻抗：RL=4Ω③电源电压：+12V，-12V(5) 输出功率连续可调①直流输出电压：.50mV（输出开路时）②静态电源电流：.100mA（输出短路时）3、要求（1）选取单元电路及元件根据设计要求和已知条件，确定集成直流稳压电源、前置放大电路、有源带通滤波器电路、功率放大电路的方案，计算和选取单元电路的元件参数。
（2）前置放大电路的组装与调试测量前置放大电路的电压增益AUd、输入电阻Ri等各项技术指标，并与设计要求值进行比较。
（3）有源带通滤波器的组装与调试测量有源带通滤波电路的电压增益AUd、带宽BW，并与设计要求值进行比较。
（4）功率放大电路的组装与调试测量功率放大电路的最大不失真输出功率Po,max、电源供给功率PDC、输出功率.、直流输出电压、静态电源电流等技术指标。
（5）整体电路的调试与试听（6）应用Multisim软件对电路进行仿真。
驻极体话筒结构原理及应用电路设计
（3） JFET旳特征曲线
转移特征 输出特征
iD f (u ) GS uDS const.
iD
IDSS (1
uGS UGS (off
)
)2
iD f (u ) DS uGS const.
饱和漏极电流： IDSS
(UGS(off ) uGS 0)
体现式
转移特 征曲线
预夹断 线
满足: uGD＝UGS(off)
驻极体话筒构造原理 及应用电路设计
一、驻极体话筒旳工作原理与构造
驻极体话筒具有体积小、构造简朴、电声性能好、价 格低旳特点，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构成。声电 转换旳关键元件是驻极体振动膜。
1、驻极体极头旳构造与工作原理
驻极体极头旳基本构造由一片单面涂有金属旳驻极体薄 膜与一种上面有若干小孔旳金属电极（称为背电极）构成 以及它们中间旳几十μm厚旳尼龙隔离垫构成，如图一所示。
2、简朴旳AGC电路
AGC环是闭环电子电路，它能够提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变化。
控制电压形成电路旳基本部件是AGC检波器和低通平滑滤 波器。
放大电路旳输出信号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旳电压uc 。 当输入信号ui增大时，u0和uc亦随之增大。 uc增大使放大 电路旳增益下降，从而使输出信号旳变化量明显不大于输入 信号旳变化量，到达自动增益控制旳目旳。
3、驻极体话筒旳接法
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,这种接法有一定旳电压增 益，话筒旳敏捷度比较高，但动态范围比较小。
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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。
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)。 u 2 I DSS (1 GS ) iD U GS(off) gm U DS gm U GS(off) uGS 0时） （当 uGS U GS(off)
二、驻极体话筒的特性参数
1、 工作电压U
U 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I
I 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。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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，
uDS 沟道 R I D恒流
uDS＝很高时，DG结击穿。
（3） JFET的特性曲线 iD f ( uGS ) uDS const. 转移特性
④ 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正常工作时，PN结必须反偏，如对N沟道JFET，要求uGS≤0。 JFET通过uGS来控制iD，是电压控制电流器件； 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
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、 结型场效应管(JFET)
（1）结构与符号
N沟道
P沟道
（2）工作原理 (以N沟道为例)
A. uDS＝0， uGS变化 (见p35) 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。 UGS(off) ：夹断电压 ,(<0)
四、自动增益控制放大电路
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
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。
饱和漏极电流： IDSS
iD I DSS (1
uGS U GS ( off )
)2
(U GS ( off ) uGS 0)
输出特性
iD f ( uDS ) uGS const.
表达式 转移特 性曲线
预夹断 线
满足: uGD＝UGS(off)
UGS(off)
夹断区
（4） 主要参数 ① 夹断电压UGS(off)：漏极电流约为零时的UGS值 。
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。