(潘正源)某些介电体受电场或振动、摩擦作用,表面会产生电荷,电荷多少与电场强度、振动力、摩擦力的大小有关,与介电体的性质有关。这种介电体起名为驻极体。聚乙烯薄膜(如食品袋材料)、聚酯薄膜(如磁带的带基)都属于这种介电体。目前发现的驻极体除以上两种外,还有聚丙烯(PP)、聚硫酸酯(PC)、聚四氟乙烯(F\(_{4}\))、聚全氟乙丙烯(FEP)等。聚丙烯虽有较高的电荷密度,但耐潮性差。聚全氟乙丙烯不但具有较高的电荷密度而且稳定性好,耐高温,广泛用于电声器件,如传声器、耳机、静电扬声器等。
驻极体电容传声器(话筒)的结构与一般电容传声器大致相同,工作原理也相同。图1是驻极体电容传声器极头的结构。驻极体电容传声器与一般电容传声器不同之处是它不需加极化电压,而是由驻极体膜片或带驻极体薄层的极板表面电位来代替,前者称“振膜式驻极体电容传声器”,后者称“背极式驻极体电容传声器”。图2是振膜式驻极体膜片及等效电压示意图。图3是背极式驻极体及等效电压示意图。图2中振膜受振动时应有高电荷密度且应稳定性好。从声性能要求,膜片应薄,拉伸强度应大,热变形应小。但从驻极体电荷密度和稳定性方面考虑,膜片的厚度不应太薄。有些驻极体材料(如聚全氟乙丙烯),虽有良好的稳定性、耐潮性、及较高的电荷密度。但这种材料做成的薄膜拉伸强度小,热变形大,难以满足声性能要求。因此振膜式驻极体电容传声器的声性能和稳定性,目前尚不能与电容传声器相比。背极式驻极体电容传声器的膜片用4~6微米的聚酯薄膜作成,金属膜与外壳连接,极板的一面贴驻极体材料(聚全氟乙丙烯)。这种结构的驻极体电容传声器,膜片比“振膜式”轻3~4倍,瞬态特性较“振膜式”好。由于膜片与驻极体材料各发挥自己的特长,就比用驻极体材料作膜片好得多。由于背极驻极体与膜片之间留有一定空隙,且有金属膜屏蔽,这样就提高了驻极体电容传声器的稳定性、工作温度、湿度及使用寿命。



图4是驻极体电容传声器极头的等效信号源示意图。其内阻抗 Z\(_{0}\)=\(\frac{1}{ωC}\)0, C\(_{0}\)为传声器极头的静态电容,一般为10~18pF,所以它的输出阻抗很高,约在300MΩ以上,不能直接与音频放大器前置级连接,必须在极头后面紧接阻抗变换器,场效应管就是起阻抗变换器作用的,电路见图5。这种场效应管是由一只二极管和一只场效应管组合在一起的。二极管起“抗阻塞”作用。声信号较弱时,极头输出的电信号远小于二极管的正向导通电压(0.6V),二极管呈现的阻抗很大(10\(^{9}\)Ω以上)。使得G、S极之间的阻抗不致降低,因而不致影响传输系数。当声信号较大时,极头输出的电压接近或超过二极管正向导通电压,二极管两极之间阻值降低,也即场效应管输入阻抗下降,与信号源内阻分压所得的输入电压小于场效应管的夹断电压,从而不致造成IDS截止,起到了“抗阻塞”作用。


驻极体电容传声器不需要极化电压,较一般电容传声器简化了电路,但作为阻抗变换器用的场效应管仍需外部供电。目前大多数机内用的驻极体传声器,场效应管的源极电阻R\(_{S}\)或漏极电阻RD均接在外部电路中,一般外部电路由用户设计选用,外部电路设计得好坏直接影响传声器的灵敏度和动态范围。常见的接法有四种,请参考图6和表1。


场效应管的传输系数(输出电压/输入电压)与R\(_{D}\)或RS有关,故传声器的灵敏度也与R\(_{D}\)、RS有关。当采用源极输出时,如供电电压取得较高(如6V以上),则传声器灵敏度与R\(_{S}\)大小关系不大。一般RS两端电压为 1/2~2/3漏极电压时,传声器的灵敏度最高,动态范围最大。
理论上讲传声器输出阻抗随 R\(_{S}\)或RD增大而增大。但源极输出时,传声器输出阻抗与R\(_{S}\)大小关系不大。漏极输出时传声器输出阻抗随RD增大而增大,如选用R\(_{D}\)=RS,输出阻抗为源极输出时的2~4倍。
使用时,放大器输入阻抗至少应大于传声器输出阻抗3倍,否则将降低传声器的灵敏度和最高声压级。
表2是上海无线电十四厂专为驻极体传声器作阻抗变换用的组合件场效应管的测试数据,可作为采用上述1、2、3种使用方法时参考。

表3是上海飞乐电声总厂三分厂生产的CRZ2型系列驻极体电容传声器的技术指标,供读者选用时参考。其中1、2、3、4各项的测试条件为:6V供电,R\(_{S}\)=4.7kΩ,源极输出,负接地。CRZ2-9型引出芯线加S极,CRZ2- 9B型引出线红色为D极,兰色为S极。CRZ2— 9A、 CRZ2-15型无引出线,由印板焊点输出,见图7。


图8为几种不同结构的驻极体电容传声器的灵敏度随温度变化的关系。
