咪頭

咪頭

将聲音信号轉換為電信号的能量轉換器件
麥克風,學名為傳聲器,由英語microphone(送話器)翻譯而來,也稱話筒,微音器。麥克風是将聲音信号轉換為電信号的能量轉換器件。分類有動圈式、電容式、駐極體和最近新興的矽微傳聲器,此外還有液體傳聲器和激光傳聲器。[1]大多數麥克風都是駐極體電容器麥克風,其的工作原理是利用具有永久電荷隔離的聚合材料振動膜
  • 中文名:咪頭
  • 外文名:Microphone
  • 别名:麥克風
  • 功能:轉換器
  • 分類:器件
  • 注音:ㄇㄞˋ ㄎㄜˋ ㄈㄥ
  • 拼音:mài kè fēng
  • 學名:傳聲器

分類

1、從工作原理上分:炭精粒式、電磁式、電容式、駐極體電容式(以下介紹以駐極體式為主)、壓電晶體式、壓電陶瓷式、二氧化矽式等

2、從尺寸大小分,駐極體式又可分為若幹種

Φ9.7系列産品、Φ8系列産品、Φ6系列産品

Φ4.5系列産品、Φ4系列産品、Φ3系列産品

每個系列中又有不同的高度

3、從咪頭的方向性,可分為全向,單向,雙向(又稱為消噪式)

4、從極化方式上分,振膜式,背極式,前極式

從結構上分又可以分為栅極點焊式,栅極壓接式,極環連接式等

5、從對外連接方式分

普通焊點式:L型

帶PIN腳式:P型

同心圓式:S型

結構

以全向MIC,振膜式極環連接式為例

1、防塵網:

保護咪頭,防止灰塵落到振膜上,防止外部物體刺破振膜,還有短時間的防水作用。

2、外殼:

整個咪頭的支撐件,其它件封裝在外殼之中,是傳聲器的接地點,還可以起到電磁屏蔽的作用。

3、振膜:是一個聲-電轉換的主要零件,是一個繃緊的特氟窿塑料薄膜粘在一個金屬薄圓環上,薄膜與金屬環接觸的一面鍍有一層很薄的金屬層,薄膜可以充有電荷,也是組成一個可變電容的一個電極闆,而且是可以振動的極闆。

4、墊片:

支撐電容兩極闆之間的距離,留有間隙,為振膜振動提供一個空間,從而改變電容量。

5、背極闆:

電容的另一個電極,并且連接到了FET(場效應管)的G(栅)極上。

6、銅環:

連接極闆與FET(場效應管)的G(栅)極,并且起到支撐作用。

7、腔體:

固定極闆和極環,從而防止極闆和極環對外殼短路(FET(場效應管)的S(源極),G(栅)極短路)。

8、PCB組件:

裝有FET,電容等器件,同時也起到固定其它件的作用。

9、PIN:有的傳聲器在PCB上帶有PIN(腳),可以通過PIN與其他PCB焊接在一起,起連接另外前極式,背極式在結構上也略有不同。

電原理圖

FET(場效應管)MIC的主要器件,起到阻抗變換或放大的作用,

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

CO:隔直電容,信号輸出端.

工作原理

由靜電學可知,對于平行闆電容器,有如下的關系式:C=εS/4πkd…①即電容的容量與介質的介電常數成正比,與兩個極闆的面積成正比,與兩個極闆之間的距離成反比。

另外,當一個電容器充有Q量的電荷,那麼電容器兩個極闆要形成一定的電壓,有如下關系式:C=Q/V……②

對于一個駐極體咪頭,内部存在一個由振膜,墊片和極闆組成的電容器,因為膜片上充有電荷,并且是一個塑料膜,因此當膜片受到聲壓強的作用,膜片要産生振動,從而改變了膜片與極闆之間的距離,從而改變了電容器兩個極闆之間的距離,産生了一個Δd的變化,因此由公式①可知,必然要産生一個ΔC的變化,由公式②又知,由于ΔC的變化,充電電荷又是固定不變的,因此必然産生一個ΔV的變化。

這樣初步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和放大。

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S極和G極的,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,因此整個咪頭就完成了一個聲電的轉換過程。

技術指标

咪頭的測試條件;MIC的使用應規定其工作電壓和負載電阻,不同的使用條件,其靈敏度的大小有很大的影響。

電壓、電阻

1、消耗電流:即咪頭的工作電流

主要是FET在VSG=0時的電流,根據FET的分檔,可以做成不同工作電流的傳聲器。但是對于工作電壓低、負載電阻大的情況下,對于工作電流就有嚴格的要求,由電原理圖可知

VS=VSD+ID×RL ID = (VS- VSD)/ RL

式中 ID FET 在VSG等于零時的電流

RL為負載電阻

VSD,即FET的S與D之間的電壓降

VS為标準工作電壓

總的要求100μA〈IDS〈500μA

2、靈敏度:單位聲壓強下所能産生電壓大小的能力。

單位:V/Pa或dBV/Pa有的公司使用是dBV/μBar

-40 dBV/Pa=-60dBV/μBar

0 dBV/Pa=1V/Pa

聲壓強Pa=1N/m2

3、輸出阻抗:基本相當于負載電阻RL(1-70%)之間。

4、方向性及頻響特性曲線:

a、全向:MIC的靈敏度是在相同的距離下在任何方向上相等,全向MIC的結構是PCB上全部密封,因此,聲壓隻有從MIC的音孔進入,因此是屬于壓強型傳聲器。

頻率特性圖:

b、單向:單向MIC具有方向性,如果MIC的音孔正對聲源時為0度,那麼在0度時靈敏度最高,180度時靈敏度最低,在全方位上呈心型圖,單向MIC的結構與全向MIC不同,它是在PCB上開有一些孔,聲音可以從音孔和PCB的開孔進入,而且MIC的内部還裝有吸音材料,因此是介于壓強和壓差之間的MIC。

頻率特性圖:

c、消噪型:是屬于壓差式MIC,它與單向MIC不同之處在于内部沒有吸音材料,它的方向型圖是一個8字型

頻率特性:

5、頻率範圍:

全向:50~12000Hz 20~16000Hz

單向:100~12000Hz 100~16000Hz

消噪:100~10000Hz

6、最大聲壓級:是指MIC的失真在3%時的聲壓級,聲壓級定義:20μpa=0dBSPL

MaxSPL為115dBSPLA SPL聲壓級 A為A計權

7、S/N信噪比:即MIC的靈敏度與在相同條件下傳聲器本身的噪聲之比,詳見産品手冊,噪聲主要是FET本身的噪聲。

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