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驻极体传声器稳定性分析

时间:2008-12-10  作者:  来源:慧聪网

1引言

近年来,国内驻极体传声器(以下简称传声器)发展速度很快,不仅生产厂逐年增多,产品的总产量更是大幅度增加,而且由原来单一品种,现已发展成多型号、多规格、多品种。在产品整体质量水平上,也有一定的进步和提高。但是,整机对之质量要求更为严苛,因此,对于传声器的灵敏度的变化或串档,以及不稳定,即所谓的“飘”等问题,也引起传声器生产厂的重视。为了提高传声器性能和稳定性,必须研究探讨产生这些现象的根本原因。

2传声器稳定性初步探讨

在1986年以前,使用日本三洋公司生产的2SK156管的传声器厂,曾经强烈反映生产的传声器不稳定,灵敏度易串档。有关技术人员在对其进行测试时,发现其工作电流(IDS)慢慢变化,很不稳定。有人把这种变化叫做电流“爬动”。同时还有人认为该管的输入阻抗太高,引起传声器不稳定。从此,这两种现象被误认为是引起传声器不稳定的根本原因。随之就有些国内、外传声器管生产厂,依据上述结论,对自己的产品在结构设计上,采用各种不同的改进方案,以稳定管子的工作电流和降低输入阻抗。现在才认识清楚,这是把两个不同领域又完全不同的两种现象和概念硬是往一块撮合。事实上,这两种情况根本与传声器的不稳定没有任何关系。这样做只不过是提高传声器管的电学性能的另外一条思路。最近,也有的传声器厂在使用国产管生产传声器,也发现一定比例的传声器不稳定,灵敏度变化,尤其传声器不能受力。这次对此更加重视了,比以前的研究更深入了。通过更深入的研究发现,凡是不稳定的传声器,基本上都是灵敏度较高的,测试仪指示灵敏度的表针会产生摆动。如果对传声器在不同方向施加外力后,指示灵敏度和工作电流的表针摆动幅度会加大。刚开始也以为是传声器管的质量问题所致,并没有摆脱原来的旧观点和错误的结论。后来通过了解、研究传声器的结构和生产工艺,同时分析能直接影响传声器灵敏度的那些电参数,经过反复多次对不稳定的传声器观察、测试、解剖、测量、分析,并跟进口管比较,结合场效应管的基本电路原理和传声器管实用电路进行研究分析,最后找到影响传声器不稳定的主要原因。

3传声器稳定性分析

结型场效应晶体管,一般分为共源和共漏组态两种实用电路。共漏组态属于源极输出电路。类似于源极跟随器电路,具有电压负反馈,输出电压增益(GV)小于1。共源组态的漏极输出电路,是一种放大电路。无论是传声器管的测试电路,还是传声器测试和应用电路,都采用漏极输出电路。漏极输出简化电路如图1。它的等效电路如图2所示。

结型场效应管与MOS管不仅生产工艺不同,而且结构更不一样。在结型场效应管电路中,不存在rDS>>RL。因为在低频时,rDS=1/g。假若g=1000μS因此rDS=1000Ω。对于传声器管实际测得的rDS也是1kΩ左右。目前,传声器和传声器管的测试电路中的负载电阻RL,一般也选为1kΩ。所以rDS≈RL。在低频时,漏极输出电压增益GV如下式:

所以

实际传声器管的漏极输出电压增益也是模拟传声器灵敏度测试方法和测试条件。GV是gfs,RL,RD,RS,等参数的函数。每个传声器管生产单位,不仅生产工艺不同,而且结构尺寸设计更不一样。如顶栅宽(W),顶栅长(L),源和漏到顶栅的距离(d)等都不同。因而gfs,RS以及RD等必然表现出差异。gfs又是决定传声器灵敏度大小的主要因素之一。gfs相当于电路的放大倍数,它的数值大小对于电路的稳定会产生一定的影响。RS在电路中是一负反馈电阻,也不能忽视它对电路的影响。在生产传声器的工艺中,最重要是控制灵敏度。在正常情况下,灵敏度由传声器管的g大小,振膜极化电压高低,振膜到极板距离,以及振膜的振幅所决定。

4稳定性试验

一般认为日本松下公司生产的传声器质量好,生产的2SK65传声器管也好。现将其与日本三洋公司早期生产的2SK156进行比较。首先分别测出这两种管子的有关电参数,选用同样极化电压的振膜,测出传声器的参数,并观察其稳定性和受力的变化。如表1所示。

表1四种传声器的性能比较

 gfsIDS振膜电压灵敏度稳定性能否受力K65-1#800μS0.31200mV6.2mV稳能K65-2#800μS0.3200mV10.5mV稳能K165-1#2000μS0.52200mV32mV不稳不能K165-2#2000μS0.54200mV36mV不稳不能

从试验结果来看,2SK156灵敏度不稳定、又不能经受外力的作用,主要是因为gfs太大引起。下面从传声器管的测试电路的输入回路(见图3)和传声器测试电路的输入回路(见图4)之间的差别,说明2SK156工作电流不稳定并不是引起灵敏度不稳的根本原因。

(1)传声器管输入端加的是交流电压信号。而传声器输入的是声音信号。

(2)传声器管输入回路中的电容Ci,对输入交流电压起分压和耦合作用。而传声器的极头是把声音转换为交流电压信号。

(3)传声器管输入回路中的Ci是固定值,它决定回路中过剩电荷的充放电时间常数τ的长短,并会使IDS变化。传声极头虽然组成一个电容器,由于声信号的直接加入电容不固定,既使传声器管的IDS不稳定,存在一些过剩电荷,也建立不起充放电过程,因此IDS不会变化。这就足以说明传声器管的工作电流不稳,并不是引起传声器不稳的原因。归根结底还是gfs大才引起传声器灵敏度不稳定。有的国产管做成的传声器灵敏度不稳定也是因为gfs太大。从中也总结出如何选配极化电压能才保证传声器稳定的规律,如表2。

表2传声器的极化电压与稳定性的关系

新乡CSK596三洋2SK596三星2SK596松下2SK65三洋25K156gfs(平均)1400μS1200μS1100μS800μS2000μS对应Gv(平均)0.7以上0.60.50.40.8最高极化电压200V250V300V350V150V稳定性稳定稳定稳定稳定稳定

除上述之外,因在生产传声器过程中还可能存在一些不正常的情况,如所用的零部件不规范(比如极板冲制后有毛刺,又没进行细加工研磨;冲制时的自然面凸出变形严重等),都会影响振膜与极板的正常间隙。当极板和振膜在某个局部位置上接触在一块时,将引起传声器的灵敏度不稳定。

5结束语

漏极输出电路本身就没有源极输出电路稳定。从应用电路基本原理到各种试验的结果,都说明了采用漏极输出的传声器的灵敏度和稳定性与传声器管的gfs大小有着密切关系。在生产Φ9.6mm的传声器的工艺中,如果几个决定灵敏度高低的因素组合搭配不合理,就会造成传声器的不稳定,也表现出不能受外力作用。实际上,振膜与极板距离只有50μm左右,当灵敏度较高时,这个距离会更小一些。在对传声器稍微施加点外力,也会改变原来的间距,当有局部位置接触时,灵敏度和工作电流的指针会大幅度摆动,更难测试它们的数值。

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