低噪声电流转电压前置放大器

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[URL=http://www.midiqi.com/Shop/Product.asp?ClassId=376]三极管[/URL] [URL=http://www.midiqi.com/Shop/ShowProduct.asp?ProductId=47891]三极管[/URL] 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[URL=http://www.midiqi.com/Shop/Product.asp?ClassId=277]万用表[/URL] [URL=http://www.midiqi.com/Shop/ShowProduct.asp?ProductId=17373]绝缘万用表UT531[/URL] ，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：[URL=http://www.midiqi.com/]买电器网[/URL]（MIDIQI.COM） [URL=http://www.midiqi.com/Knowledge/Index.asp]知识库[/URL]

【题名】：离子计的前置放大器【全文链接】: https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HXCH198401001.htm

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