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【分享】驻极体传声器小型前置放大器的设计
midiqi
2009/12/21
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其他仪器综合讨论
0 引言 随着我国通讯事业的迅猛发展,对驻极体传声器的需求也越来越大。目前,一些小型的驻极体传声器虽然可以将场效应管集成于传声器内部,但由于高端产品的售价高昂,低端产品传声器的精度和灵敏度又无法保证,再加上传统的前置放大器体积又过于庞大。因此,设计一种体积尽可能小,成本低廉而性能优良的前置放大器具有十分重要的意义。
1 驻极体传声器的原理概述 传声器是一种将声信号转变为相应的电信号的电声换能器。驻极体传声器是一种用驻极体材料制造的新型传声器。它具有结构简单、灵敏度高等优点,被广泛应用于语言拾音、声信号检测等方面。 驻极体传声器内部主要包括声电转换和阻抗变换两部分。声电转换部分包括振膜、极板、空隙三部分。声电转换的关键元件是振动膜,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。当声音传入时,振膜随声波的运动发生振动,此时振膜与固定电极间的电容量也随声音而发生变化。从而产生了随声波变化而变化的交变电压信号,如此就完成了声音转换为电信号的过程。电压变化的大小,反映了外界声压的强弱,这种电压变化频率反映了外界声音的频率。驻极体传声器振膜与极板之间的电容量比较小,一般为几十pF。因而这个电信号输出阻抗很高,而且很弱。因此,不能将驻极体传声器的输出直接与音频放大器相接。而场效应晶体管具有输入阻抗极高、噪声系数低的特点,因此,一般是在传声器内部接入一只输入阻抗极高的结型场效应晶体
三极管
三极管
用来放大驻极体电容产生的电压信号,同时以比较低的阻抗在源极S或者漏极G输出信号,实现阻抗变换,如图1所示。
图1可以看出UOUT1或UOUT2为传声器的输出信号,由于UOUT1不会受到电源噪声VDD的影响,具有较强抗电源噪声干扰能力,所以将UOUT1接到前置放大器进行放大。
2 前置放大电路的设计分析 前置放大器的作用一方面是对电容传声头输出的信号进行预放大,另一方面主要是将电容头的高输出阻抗转换为低阻抗输出。小型前置放大器的电路主要包括两部分,其中一部分是场效应管组成的阻抗变换电路,另一部分就是下面将详细分析的放大电路。
2.1 放大电路的简化模型 传声器的前置放大电路如图2所示。图中运放采用了美国美信公司的麦克风前置放大器MAX4465,MAX4465为5脚SC70封装,低成本,微功耗。下面对这一电路的原理进行简化分析和说明。为便于电路的分析,令Z1=R1+1/(jωC1),Z2=R2//1/(jωC2)=R2/(1+jωR2C2),根据理想运放所具有的虚短和虚断的特点,可以得到电路的传递函数为:
从式(1)可以看出。当ω→∞或ω→0时,电路的传递函数Au→1。
2.2 中频段通带增益的估算 在语音信号的频段(20 Hz~20 kHz)内,选择合适的R2、C2值,使R2C2≈O,则1+jωR2C2≈1,若1+jωR1C1≈jωR1C1则带入式(1)传递函数中,可得Au≈1+R2/R1。若取R2=10R1,则Au=1+R2/R1≈R2/R1。
2.3 上限截止频率的估算 当信号的频率较高时,即在通频带内ω值较大,且R2=10R1时,式(1)可变为: 从上式可以看出,ω=1/(R2C2),即f=1/(2πR2C2)是电路对应的上限截止频率。
2.4 下限截止频率的估算 当信号的频率较低时,即在通频带内ω值较小且R2=10R1时,则1+jωR2 C2≈1,式(1)可变为: 从上式可以看出,ω=1/(R1C1)时,即f=1/(2πR1C1)是电路对应的下限截止频率。
2.5 前置放大电路的仿真结果 在电路的设计过程中,我们用电路仿真软件进行了仿真验证,仿真结果如图3所示。
从图3中可见,上述估算结果和仿真结果基本一致,同时,前置放大电路的实际调试结果也与上述分析基本吻合。
3 小型前置放大器结构特点 根据上述原理设计的前置放大器电路板直径约为10 mm(1/2inch),其本身具有的微小体积,与高灵敏度的1/2inch驻极体传声器配合后可以大大缩小整个传声器系统的总体积,从而可以更好地满足复杂情况下对传声器体积的严格要求。
4 总结 本文中所设计的传声器前置放大电路具有体积小,成本低廉,输入阻抗高,抗干扰性能强等优点。在电路加工过程中,使用高精度数字
万用表
绝缘万用表UT531
,对元器件进行了精细的筛选,确保了同一批次不同前置放大器之间的一致性。此外,前置电路还可根据需要选用3~18 V电压源供电,以满足不同条件下的工程需求。目前1/2英寸驻极体传声器前置电路器在工程实践中已经得到了很好的应用。
更多技术论文请详见:
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私聊
wccd1
第1楼
2015/07/22
驻极体传声器基本被电容式传声器替代了。
0
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