駐極體電容式麥克風結構如上圖,從上到下包括:PCB,FET,栅極導電環,栅極絕緣環,駐駐極闆,絕緣片,振膜,外殼共8個部分,各部分功能如下。
1、PCB與FET組件:在PCB的表面貼裝有FET,電容,電阻等器件,FET的作用主要是阻抗匹配的轉換,阻容提供合适的直流偏置,交流信号輸出,及濾波抗幹擾屏蔽作用,同時也起到固定、防異物的作用。
2、栅極導電環:連接駐駐極闆與FET的栅極(G極),将膜片探測到的微小振動轉換成的微弱電信号輸送到G極,并且起到機械支撐作用。
3、栅極絕緣環:固定駐駐極闆和栅極導電環,從而防止駐駐極闆和栅極導電環對外殼短路(FET的源極S,栅極G短路)。
4、駐極闆:表面附着一層特氟窿塑料薄膜,膜上充有靜電荷,與振膜相對構成電容的另一個電極,無膜面通過栅極導電環連接到FET的G極上。
5、絕緣片:支撐電容兩駐極闆之間的距離,留有間隙,為振膜振動提供一個空間,從而改變電容量。
6、振膜:是一個繃緊的PET/PPS塑料薄膜粘在一個金屬圓環上,薄膜與金屬環接觸的一面鍍有一層很薄的金屬層,與駐駐極闆組成可變電容器的一個電駐極闆,而且是可以振動的駐極闆。
7、外殼:整個傳聲器的支撐件,其它件封裝在外殼中,是傳聲器的接地點,起到電磁、光學屏蔽,與防塵、防異物的作用。
駐極體是一些相當于永磁體的絕緣材料,在較高溫度時以強電場處理,如在直流負高壓(-10Kv~-15Kv)下電離空氣,電離出的負電荷在高壓電場作用下,永久性存儲在特氟龍材料内,存儲有電荷的特氟龍材料,就是一類非常優異的工業駐極體材料。在電容傳聲器的後駐極闆上塗上一薄層特氟龍材料,極化後即永久性存儲有一特定水平的靜電荷,這樣不再需要給麥克風另外提供直流偏置極化電壓,所以這種結構的麥克風,稱為駐極體電容式麥克風。
二、駐極體電容式麥克風工作原理
1、傳聲器的工作原理圖如下:
FET(場效應管)MIC的主要器件,起到阻抗變換的作用;
C是一個可以通過膜片震動而改變電容量的電容,聲電轉換的主要部件;
C1,C2是為了防止射頻幹擾而設置的,可以分别對兩個射頻頻段的幹擾起到抑制作用;
RL:負載電阻,它的大小決定靈敏度的高低;
VS:工作電壓,MIC提供工作電壓;
C0:隔直電容,信号輸出端;
2、駐極體電容傳聲器的工作原理:麥克風振膜一面電鍍有一層薄金屬,與駐駐極闆金屬隔一層絕緣片平行相對放置,兩個相對平行放置并隔有絕緣介質的金屬闆構成電容器。
由靜電學可知,對于平行闆電容器,有如下的關系式:
C=ε•S/L ……①
ε為介質介電常數,S為膜與駐極闆面積,L為膜與駐極闆距離。即電容的容量與介質的介電常數ε成正比,與膜、駐極闆的面積S成正比,與膜、駐極闆之間的距離L成反比。
另外,電容器的電容與電容器的電荷量Q,兩個極闆間的電壓V,有如下關系式;
C=Q/V ……②
從上面兩個公式①②可以得到:
C=ε•S/L= Q/V……③
對于一個特定的駐極體傳聲器,其面積,電荷量(取決于充電過程),介電常數都是不變的。當聲壓作用在2um厚的振膜上時引起膜片振動,改變了膜片與駐極闆之間的距離L,産生了一個Δd的變化,因此由公式③可知,必然要産生一個ΔV的變化。
這樣就完成了一個由聲信号到電信号的轉換。
由于這個信号非常微弱,内阻非常高,不能直接使用,因此還要進行阻抗變換。
FET場效應管是一個電壓控制元件,漏極的輸出電流受源極與栅極電壓的控制。
由于電容器的兩個極是接到FET的源極S和栅極G的,因此相當于FET的S極與G極之間加了一個Δv的變化量,FET的漏極電流I就産生一個ΔID的變化量,因此這個電流的變化量就在電阻RL上産生一個ΔVD的變化量,這個電壓的變化量就可以通過電容C0輸出,這個電壓的變化量是由聲壓引起的,因此整個傳聲器就完成了一個聲電的轉換過程。
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