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驻极话筒

驻极体话筒的结构特点、外形和种类、主要参数、型号与引脚识别

驻极体话筒也称驻极体传声器，它是利用驻极体材料制成的一种特殊电容式“声—电”转换器件。

其主要特点是体积小、结构简单、频响宽、灵敏度高、耐震动、价格便宜。

驻极体话筒是目前最常用的传声器之一，在各种传声、声控和通信设备（如无线话筒、盒式录音机、声控电灯开关、电话机、手机、多媒体电脑等）中应用非常普遍。

电子爱好者在制作或维修各种具有“声—电”转换功能的电路时，不可避免地要跟驻极体话筒打交道，掌握驻极体话筒的识别与正确使用方法是很有必要的。

如何识别驻极体话筒

1.结构及特点

驻极体话筒的内部结构如图1（a）所示，它主要由“声—电”转换和阻抗变换两部分组成。

“声—电”转换的关键元件是驻极体振动膜片，它以一片极薄的塑料膜片作为基片，在其中一面蒸发上一层纯金属薄膜，然后再经过高压电场“驻极”处理后，在两面形成可长期保持的异性电荷——这就是“驻极体”（也称“永久电荷体”）一词的来历。

振动膜片的金属薄膜面向外（正对音孔），并与话筒金属外壳相连；另一面靠近带有气孔的金属极板，其间用很薄的塑料绝缘垫圈隔离开。

这样，振动膜片与金属极板之间就形成了一个本身具有静电场的电容——可见驻极体话筒实际上是一种特殊的、无需外接极化电压的电容式话筒。

金属极板与专用场效应管的栅极G相接，场效应管的源极S和漏极D作为话筒的引出电极。

这样，加上金属外壳，驻极体话筒一共有3个引出电极，其内部电路如图1（b）所示。

如果将场效应管的源极S（或漏极D）与金属外壳接通，就使得话筒只剩下了2个引出电极。

（a）内部结构

（b）内部电路

图1驻极体话筒构成图

驻极体话筒的工作原理是这样的：

当驻极体膜片遇到声波振动时，就会引起与金属极板间距离的变化，也就是驻极体振动膜片与金属极板之间的电容随着声波变化，进而引起电容两端固有的电场发生变化（U＝Q/C），从而产生随声波变化而变化的交变电压。

由于驻极体膜片与金属极板之间所形成的“电容”容量比较小（一般为几十波法），因而它的输出阻抗值（XC=1/2πfC）很高，约在几十兆欧以上。

这样高的阻抗是不能直接与一般音频放大器的输入端相匹配的，所以在话筒内接入了一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。

通过输入阻抗非常高的场效应管将“电容”两端的电压取出来，并同时进行放大，就得到了和声波相对应的输出电压信号。

驻极体话筒内部的场效应管为低噪声专用管，它的栅极G和源极S之间复合有二极管VD，参见图1（b）所示，主要起“抗阻塞”作用。

由于场效应管必须工作在合适的外加直流电压下，所以驻极体话筒属于有源器件，即在使用时必须给驻极体话筒加上合适的直流偏置电压，才能保证它正常工作，这是有别于一般普通动圈式、压电陶瓷式话筒之处。

（a）机装型

（b）外置型

图2驻极体话筒实物外形图

2.外形和种类

常用驻极体话筒的外形分机装型（即内置式）和外置型两种。

机装型驻极体话筒适合于在各种电子设备内部安装使用，其外形如图2（a）所示。

常见的机装型驻极体话筒形状多为圆柱形，其直径有φ6mm、φ9.7mm、φ10mm、φ10.5mm、φ11.5mm、φ12mm、φ13mm……多种规格；引脚电极数分两端式和三端式两种，引脚形式有可直接在电路板上插焊的直插式、带软屏蔽电线的引线式和不带引线的焊脚式3种。

如按体积大小分类，有普通型和微型两种，微型驻极体话筒已被广泛应用于各种微型录音机、微型数码摄像机、手机等电子产品中。

除了机装型驻极体话筒外，将机装型驻极体话筒装入各式各样的带有座架或夹子的外壳里，并接上带有2芯或3芯插头的屏蔽电线（有的还接了开关），就做成了我们经常见到的形形色色、可方便移动的外置型驻极体话筒，其外形如图2（b）所示。

3.主要参数

表征驻极体话筒各项性能指标的参数主要有以下几项：

（1）工作电压（UDS）。

这是指驻极体话筒正常工作时，所必须施加在话筒两端的最小直流工作电压。

该参数视型号不同而有所不同，即使是同一种型号也有较大的离散性，通常厂家给出的典型值有1.5V、3V和4.5V这3种。

（2）工作电流（IDS）。

这是指驻极体话筒静态时所通过的直流电流，它实际上就是内部场效应管的静态电流。

与工作电压类似，工作电流的离散性也较大，通常在0.1～1mA。

（3）最大工作电压（UMDS）。

这是指驻极体话筒内部场效应管漏、源极两端所能够承受的最大直流电压。

超过该极限电压时，场效应管就会被击穿损坏。

（4）灵敏度。

这是指话筒在一定的外部声压作用下所能产生音频信号电压的大小，其单位通常用mV/Pa（毫伏/帕）或dB（0dB=1000mV/Pa）。

一般驻极体话筒的灵敏度多在0.5～10mV/Pa或-66～-40dB范围内。

话筒灵敏度越高，在相同大小的声音下所输出的音频信号幅度也越大。

（5）频率响应。

也称频率特性，是指话筒的灵敏度随声音频率变化而变化的特性，常用曲线来表示。

一般说来，当声音频率超出厂家给出的上、下限频率时，话筒的灵敏度会明显下降。

驻极体话筒的频率响应一般较为平坦，其普通产品频率响应较好（即灵敏度比较均衡）的范围在100Hz～10kHz，质量较好的话筒为40Hz～15kHz，优质话筒可达20Hz～20kHz。

（6）输出阻抗。

这是指话筒在一定的频率（1kHz）下输出端所具有的交流阻抗。

驻极体话筒经过内部场效应管的阻抗变换，其输出阻抗一般小于3kΩ。

（7）固有噪声。

这是指在没有外界声音时话筒所输出的噪声信号电压。

话筒的固有噪声越大，工作时输出信号中混有的噪声就越大。

一般驻极体话筒的固有噪声都很小，为微伏级电压。

（8）指向性。

也叫方向性，是指话筒灵敏度随声波入射方向变化而变化的特性。

话筒的指向性分单向性、双向性和全向性3种。

单向性话筒的正面对声波的灵敏度明显高于其他方向，并且根据指向特性曲线形状，可细分为心形、超心形和超指向形3种；双向性话筒在前、后方向的灵敏度均高于其他方向；全向性话筒对来自四面八方的声波都有基本相同的灵敏度。

常用的机装型驻极体话筒绝大多数是全向性话筒。

4.型号与引脚识别

由于驻极体话筒的型号命名各厂家不统一，可谓各行其事，无规律可循。

要想知道某一型号产品的性能和有关参数等，一般只能查看厂家说明书或相关的参数手册。

业余条件下，对于不同型号的驻极体话筒，只要体积和引脚数相同、灵敏度等参数相近，一般均可以直接代换使用。

附表列出了部分常用驻极体话筒的主要参数，供参考。

驻极体话筒的引脚识别方法很简单，无论是直插式、引线式或焊脚式，其底面一般均是印制电路板，如图3所示。

对于印制电路板上面有2部分敷铜的驻极体话筒，与金属外壳相通的敷铜应为“接地端”，另一敷铜则为“电源/信号输出端”（有“漏极D输出”和“源极S输出”之分）。

对于印制电路板上面有3部分敷铜的驻极体话筒，除了与金属外壳相通的敷铜仍然为“接地端”外，其余2部分敷铜分别为“S端”和“D端”。

有时引线式话筒的印制电路板被封装在外壳内部，无法看到（如国产CRZ2-9B型），这时可通过引线来识别：

屏蔽线为“接地端”，屏蔽线中间的2根芯线分别为“D端”（红色线）和“S端”（蓝色线）。

如果只有1根芯线（如国产CRZ2-9型），则该引线肯定为“电源/信号输出端”。

图3驻极体话筒的引脚识别

驻极体话筒的结构与工作原理

　　驻极体话筒具有体积小，频率范围宽，高保真和成本低的特点，目前，已在通讯设备，家用电器等电子产品中广泛应用。

　　一：

驻极体话筒的结构与工作原理

　　驻极体话筒的工作原理可以用图

（1）来表示。

　　话筒的基本结构由一片单面涂有金属的驻极体薄膜与一个上面有若干小孔的金属电极（背称为背电极）构成。

驻极体面与背电极相对，中间有一个极小的空气隙，形成一个以空气隙和驻极体作绝缘介质，以背电极和驻极体上的金属层作为两个电极构成一个平板电容器。

电容的两极之间有输出电极。

　　由于驻极体薄膜上分布有自由电荷。

当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时；改变了电容两极版之间的距离，从而引起电容的容量发生变化，由于驻极体上的电荷数始终保持恒定，根据公式：

Q=CU所以当C变化时必然引起电容器两端电压U的变化，从而输出电信号，实现声—电的变换。

实际上驻极体话筒的内部结构如图

（2）。

　　由于实际电容器的电容量很小，输出的电信号极为微弱，输出阻抗极高，可达数百兆欧以上。

因此，它不能直接与放大电路相连接，必须连接阻抗变换器。

通常用一个专用的场效应管和一个二极管复合组成阻抗变换器。

内部电气原理如图（3）

　　电容器的两个电极接在栅源极之间，电容两端电压既为栅源极偏置电压Ucs，Ucs变化时，引起场效应管的源漏极之间Idc的电流变化，实现了阻抗变换。

一般话筒经变换后输出电阻小于2千欧。

　　二：

驻极体话筒的正确使用

　　机内型驻极体话筒有四种连接方式，如图（4）所示。

　　对应的话筒引出端分为两端式和三端式两种，图中R是场效应管的负载电阻，它的取值直接关系到话筒的直流偏置，对话筒的灵敏度等工作参数有较大的影响。

　　二端输出方式是将场效应管接成漏极输出电路，类似晶体三极管的共发射极放大电路。

只需两根引出线，漏极D与电源正极之间接一漏极电阻R，信号由漏极输出有一定的电压增益，因而话筒的灵敏度比较高，但动态范围比较小。

目前市售的驻极体话筒大多是这种方式连接。

（SONY用在MD上的话筒也是这类）

　　三端输出方式是将场效应管接成源极输出方式，类似晶体三极管的射极输出电路，需要用三根引线。

漏极D接电源正极，源极S与地之间接一电阻R来提供源极电压，信号由源极经电容C输出。

源极输出的输出阻抗小于2K，电路比较稳定，动态范围大，但输出信号比漏极输出小。

三端输出式话筒目前市场上比较少见。

　　无论何种接法，驻极体话筒必须满足一定的偏置条件才能正常工作。

（实际上就是保证内置场效应管始终处于放大状态）

　　三：

驻极体话筒的特性参数

　　工作电压Uds1.5~12V，常用的有1.5V，3V，4.5V三种

　　工作电流Ids0.1~1mA之间

　　输出阻抗一般小于2K（欧姆）

　　灵敏度单位：

伏/帕，国产的分为4档，红点（灵敏度最高）黄点，蓝点，白点（灵敏度最低）

　　频率响应一般较为平坦

　　指向性全向

　　等效噪声级小于35分贝

USB接口针脚定义，插口针脚识别

　　USB接口通常只有4根线，两根电源线和两根数据信号线，故信号是串行传输的。

USB接口也称为串行口，usb2.0的速度可以达到480Mbps。

可以满足各种工业和民用需要。

　　USB接口的输出电压和电流是：

+5V500mA实际上有误差，最大不能超过+/-0.2V也就是4.8-5.2V。

usb接口的4根线一般是下面这样分配的，需要注意的是千万不要把正负极弄反了，否则会烧坏USB设备或者电脑的南桥芯片。

USB接口定义如下：

USB引脚定义：

针脚

名称

说明

接线颜色

1

VCC

+5V电压

红色

2

D-

数据线负极

白色

3

D+

数据线正极

绿色

4

GND

接地

黑色

--------------------------------------------------------

USB接口定义颜色

一般的排列方式是：

红白绿黑从左到右

定义：

红色－USB电源：

标有－VCC、Power、5V、5VSB字样

绿色－USB数据线：

（正）－DATA+、USBD+、PD+、USBDT+

白色－USB数据线：

（负）－DATA-、USBD-、PD-、USBDT+

黑色－地线：

GND、Ground

---------------------------------------------------------

关于MINIUSB

一般MINIUSB是5芯的：

1——VCC

2——D-

3——D+

4——ID

5——GND

从1.5MB/s到600MB/s谈USB3.0前世今生

　　提到USB大家肯定都再熟悉不过了，我们基本上每天都会和它打交道，随身携带的U盘硬盘，电脑上插的鼠标，MP3/MP4等等都是通过USB接口来进行数据的传输。

从最早的1.0开始发展到最新的3.0版本，速度的不断提升是最明显的特征，在数据文件越来越大，硬盘都论TB计算的前提下，USB传输速度的提升问题显得尤为重要。

在USB发展了十几年之后，让我们来先来回顾一下USB的发展历程。

●USB背景介绍

　　随着计算机硬件飞速发展，外围设备日益增多，键盘、鼠标、调制解调器、打印机、扫描仪早已为人所共知，数码相机、MP3随身听接踵而至，这么多的设备，如何接入个人计算机？

USB就是基于这个目的产生的。

USB是一个使计算机周边设备连接标准化、单一化的接口。

　　USB英文缩写为UniversalSerialBUS，中文含义是“通用串行总线”。

1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出了USB这个概念，历经14年的发展，USB接口已经成为电脑上最常见的扩展接口，热拔插的特点给用户带来了极大的方便，即插即用是对USB接口最好的概括。

上面是USB1.0标准/下面是USB2.0标准

　　USB从1994年开始提出以来，到目前为止共有三个版本：

USB1.0、USB1.1和USB2.0。

USB1.0只有低速（lowspeed，1.5Mbps）一种传输模式，USB1.1增加了全速（fullspeed，12Mbps）模式，USB2.0又增加了高速（highspeed，480Mbps）模式。

●USB1.0/1.1发展至USB2.0

　　早期的USB1.0/1.1规范速度只有12Mbps，相当于1.5MB/s的速度，相对于今天的应用来说简直是无法忍受，但是对于早期的设备来说这个速度已经完全足够了，但是需要拷贝十几GB的文件时，这个速度将让你干等好几个小时无法操作电脑，迫于这种极端的情况，USB2.0应运而生。

　　USB2.0规范是由USB1.1规范演变而来的，它最初的目标是将USB1.1的传输数率提高10-20倍，而实际上却提高了40倍达到了480Mbps，约为60MB/s。

USB2.0相对于USB1.1速度的提升简直是质的飞跃，更合人意的地方是USB2.0与USB1.1可以互相兼容，但是速度不会因为USB1.1接口安装在USB2.0接口上而有任何提高，今后不管是USB4.0还是5.0都会向下提供对老接口的兼容，所以不用担心接口的更新而让老设备派不上用场。

USB2.0接口（大口接电脑，小口接设备）

　　USB接口发展到2.0可以算是进入了鼎盛时期，是什么让它扩散的如此迅速呢？

是市场的需求，用户迫切需要一种统一、快速、方便的接口来替代各式各样的老接口。

　　传输速度快：

USB2.0传输速率已经高达480Mbps，折合约60MB/s的峰值传输速率，虽然从目前看来，这个速度已经足够应付绝大多数应用。

但是随着大型游戏和高清视频不断的涌现，TB级别的硬盘越来越普及，USB2.0也开始显出"老态"。

速度的提升永远没有极限，尤其是对与存储设备来说更是如此。

由此可见，达到4.8Gbps带宽的USB3.0离我们也不远了。

　　使用方便简单：

USB设备最大的特点即插即用设计非常便于用户操作，无论何时，只要你想使用，你就可以将设备插入接口，使用完毕就可以拔下，大大提高了电脑的使用效率。

但是人们会期待更可靠、方便的USB设备规范，人们会期待USB可以提供更高的电流（USB2.0为500mA），这样移动刻录机可以不再需要外接电源，人们会期待USB的热插拔技术会更加可靠，这样在实际使用中我们不必担心数据会意外丢失。

　　保持向下兼容：

作为一种通用的串行接口规范，它最大的优点就在于接口的结构和形状都没有改变，人们会越来越依赖它作为标准的外设接口，所以，在今后的USB规范中，我们可以相信它的外形和结构将不会改变，无论是USB3.0还是4.0，都应该与1.1和2.0兼容，毕竟一个并非新生的规范最重要的就是向前兼容性，用户可以放心的使用USB设备而不用担心会被淘汰。

miniUSB接口

●USB2.0鼎盛时期应用

　　USB2.0的特点决定了应用上可以无限扩展，各种新奇的想法也是层出不穷，原来USB接口除了扩展设备，还能做这么多的事情。

USB香薰随身带

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●IT发展迅猛催生USB3.0

　　曾几何时我们还在因为DVD的清晰画质而着迷，而现在1080p高清视频瞬间把我们带进一个更加真实的世界，甚至连脸上的毛孔都清晰可见，这就是高清带来的高级画质体验，同样你需要为这样的一部影片付出将近25GB的硬盘空间，而普通DVD画质的影片仅几百MB。

　　临近年末游戏大作频繁发布，包括像《极品飞车12》《使命召唤5》等以画面质感惊人的游戏，这些游戏动辄数十GB的大身材，让还在使用80GB硬盘的老玩家心惊肉跳，要知道早期的游戏才几十MB到几百MB而已啊。

　　XP系统下的辉煌目前看来Vista还远达不到，除了更快的执行效率外，更小的资源占用和更小的硬盘安装体积都让XP系统风光无限好。

要知道臃肿的Vista需要至少20GB以上空间来容纳它，而XP系统只需要2-3GB而已。

　以上只是IT迅速发展中的的几个例子，其实还有很多，就不一一说明了。

可以看出在IT发展的同时，我们需要处理的文件体积已经越来越大，硬盘的容量也已经到了TB级别，回头再看那区区只有60MB每秒的传输速度，可以肯定USB2.0已经和IT的发展脱节了，于是在2008CES大展上我们见到了USB3.0的真身。

USB3.0线缆实物

　　USB3.0将提供达到4.8Gbps的理论传输速度相当于600MB每秒，意味着一部27GB的高清视频仅需要不到一分钟就能传输完毕，相比USB2.0提升了10倍的传输速度，实在非常惊人。

新的USB3.0标准能够让更多机器设备不靠外接电源即可运行使用，也使其传输速度更快。

正是因为新接口的供电有所提高，供应电流提高到了100毫安至900毫安之间。

但是由于各方面的原因，要到2010年才能有支持USB3.0的产品出现。

USB3.0实物接口部分

　　现在的USB1.0/1.1/2.0均采用4-pin线路，而USB3.0则采用9-pin线路。

对于兼容问题用户大可放心，USB3.0中同样有4-pin线路，针脚信号定义完全向前兼容USB1.0/1.1/2.0，其余5-pin才由USB3.0独享。

可以肯定的是，USB3.0将采用低电压差动模式进行信号传输，以减少内部干扰，并适合进行长距离传输。

和网线一般粗壮的USB3.0线缆

　　USB2.0的别名是“Hi-SpeedUSB”，理论传输速度极限为480Mbps，而USB3.0则冠名为“SuperSpeedUSB”，其目标是把传输速度提高到以前的10倍，达到4.8Gbps之高。

USB3.0的带宽之所以有明显的增长，其实在于拥有独立的上传和下载通道。

此外，USB3.0将引进电源管理功能，各个周边设备能够独立进入省电模式，此优点对于移动平台（如笔记本电脑）尤其重要。

　　“回顾一下USB3.0标准制定的时间表，不难看出，这是非常漫长的三年，这三年充满了艰辛和挑战。

”这是微软的拉斯-吉斯蒂在Windows硬件工程大会上说的一句话，我们可以深深的感受到每一次技术上的飞跃都非常困难，USB作为PC改革创新中最成功的技术之一，我们深信今后的USB3.0技术会继续像2.0一样给用户带来更快更好的使用体验。

●USB接口展望

　　随着高速USB在个人计算、消费电子以及移动等各种细分市场内的普及，USB3.0将迅速取代USB2.0端口成为高带宽应用领域的最新标准，其卓越的性能将再更多的领域得到应用。

　　比如利用USB3.0接口进行HDTV传输，对于未压缩的1080p高清信号，如果要达到30fps的帧速至少需要传输速度达到450MB/s，而USB3.0高达600MB/s的传输速度将让这项应用得以实现。

USB无限传输标准

　　越来越多的应用也同样证明今后用户将摆脱线缆的束缚，无线应用将渗透到生活中的方方面面。

2005年就完成了无线USB（WirelessUSB）的1.0版本的设计标准，这个传输协议注定要和Wi-Fi一较高低，而且暂时还不能与Wi-Fi正面碰撞。

　　2008IDF大会上，Intel发布了更多有关新一代WirelessUSB1.1规格的信息，例如支持Ultra-wideband（UWB），发射的无线信号运行在3GHz的频率上，UWB最高提供6GHz或更高的频率，传输速率在3米内达480Mbps而在10米内达110Mbps。

　　凭借全面超越IEEE1394和eSATA的速度，USB3.0绝对可以傲视其他所有非主流的接口。

究竟哪种接口更具优势还需要看用户的选择情况，USB能否成为日后的王者，接口会不会统一起来都将在USB3.0的产品出现之后才见分晓。

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别