驻极体电容式麦克风结构如上图,从上到下包括:PCB,FET,栅极导电环,栅极绝缘环,驻驻极板,绝缘片,振膜,外壳共8个部分,各部分功能如下。
1、PCB与FET组件:在PCB的表面贴装有FET,电容,电阻等器件,FET的作用主要是阻抗匹配的转换,阻容提供合适的直流偏置,交流信号输出,及滤波抗干扰屏蔽作用,同时也起到固定、防异物的作用。
2、栅极导电环:连接驻驻极板与FET的栅极(G极),将膜片探测到的微小振动转换成的微弱电信号输送到G极,并且起到机械支撑作用。
3、栅极绝缘环:固定驻驻极板和栅极导电环,从而防止驻驻极板和栅极导电环对外壳短路(FET的源极S,栅极G短路)。
4、驻极板:表面附着一层特氟窿塑料薄膜,膜上充有静电荷,与振膜相对构成电容的另一个电极,无膜面通过栅极导电环连接到FET的G极上。
5、绝缘片:支撑电容两驻极板之间的距离,留有间隙,为振膜振动提供一个空间,从而改变电容量。
6、振膜:是一个绷紧的PET/PPS塑料薄膜粘在一个金属圆环上,薄膜与金属环接触的一面镀有一层很薄的金属层,与驻驻极板组成可变电容器的一个电驻极板,而且是可以振动的驻极板。
7、外壳:整个传声器的支撑件,其它件封装在外壳中,是传声器的接地点,起到电磁、光学屏蔽,与防尘、防异物的作用。
驻极体是一些相当于永磁体的绝缘材料,在较高温度时以强电场处理,如在直流负高压(-10Kv~-15Kv)下电离空气,电离出的负电荷在高压电场作用下,永久性存储在特氟龙材料内,存储有电荷的特氟龙材料,就是一类非常优异的工业驻极体材料。在电容传声器的后驻极板上涂上一薄层特氟龙材料,极化后即永久性存储有一特定水平的静电荷,这样不再需要给麦克风另外提供直流偏置极化电压,所以这种结构的麦克风,称为驻极体电容式麦克风。
二、驻极体电容式麦克风工作原理
1、传声器的工作原理图如下:
FET(场效应管)MIC的主要器件,起到阻抗变换的作用;
C是一个可以通过膜片震动而改变电容量的电容,声电转换的主要部件;
C1,C2是为了防止射频干扰而设置的,可以分别对两个射频频段的干扰起到抑制作用;
RL:负载电阻,它的大小决定灵敏度的高低;
VS:工作电压,MIC提供工作电压;
C0:隔直电容,信号输出端;
2、驻极体电容传声器的工作原理:麦克风振膜一面电镀有一层薄金属,与驻驻极板金属隔一层绝缘片平行相对放置,两个相对平行放置并隔有绝缘介质的金属板构成电容器。
由静电学可知,对于平行板电容器,有如下的关系式:
C=ε•S/L ……①
ε为介质介电常数,S为膜与驻极板面积,L为膜与驻极板距离。即电容的容量与介质的介电常数ε成正比,与膜、驻极板的面积S成正比,与膜、驻极板之间的距离L成反比。
另外,电容器的电容与电容器的电荷量Q,两个极板间的电压V,有如下关系式;
C=Q/V ……②
从上面两个公式①②可以得到:
C=ε•S/L= Q/V……③
对于一个特定的驻极体传声器,其面积,电荷量(取决于充电过程),介电常数都是不变的。当声压作用在2um厚的振膜上时引起膜片振动,改变了膜片与驻极板之间的距离L,产生了一个Δd的变化,因此由公式③可知,必然要产生一个ΔV的变化。
这样就完成了一个由声信号到电信号的转换。
由于这个信号非常微弱,内阻非常高,不能直接使用,因此还要进行阻抗变换。
FET场效应管是一个电压控制元件,漏极的输出电流受源极与栅极电压的控制。
由于电容器的两个极是接到FET的源极S和栅极G的,因此相当于FET的S极与G极之间加了一个Δv的变化量,FET的漏极电流I就产生一个ΔID的变化量,因此这个电流的变化量就在电阻RL上产生一个ΔVD的变化量,这个电压的变化量就可以通过电容C0输出,这个电压的变化量是由声压引起的,因此整个传声器就完成了一个声电的转换过程。
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