【硬件小科普】麦克风电子元件(咪头)是否有极性

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常见的PCB上的咪头（麦克风）都是驻极体麦克风，是有极性的，一般链接外外壳的接地，另一端接输出。

 

麦克风电子原件的分类和极性

以下是麦克风电子元件极性分类的整理表格：

麦克风类型	是否有极性	正极（+）定义	负极（-）定义	注意事项
驻极体麦克风（ECM）	有	连接偏置电压（通常1.5-10V）	接地（GND）	接反可能导致不工作或损坏。
动圈麦克风	无	无固定极性（输出为交流信号）	无固定极性	屏蔽层需接地，信号线无需区分极性。
电容麦克风	有	XLR引脚2（信号+）或幻象供电（48V）	XLR引脚1（接地）或引脚3（信号-）	接反会导致相位反转，但通常不损坏设备。
MEMS麦克风	有	VDD（供电1.8-3.3V）	GND（接地）	接反可能烧毁元件。

平时PCB上最常用的是驻极体麦克风。

补充说明：

1. 极性判断方法：

   • 查看规格书（Datasheet）或PCB标识（如“+”/“-”）。

   • 驻极体麦克风外壳通常为负极。

2. 接反后果：

   • 驻极体/MEMS麦克风可能损坏；动圈麦克风仅相位反转；专业电容麦克风通过XLR防呆设计。

咪头(驻极体麦克风)的工作原理、结构及使用方法

咪头（又名咪芯，麦克风，话筒，传声器），是将声音信号转换为电信号的能量转换器件，是和喇叭正好相反的一个器件（电→声）（是声音设备的两个终端，咪头是输入，喇叭是输出）

　　驻极体话筒原理如下图：

基本原理

  高分子极化膜上生产时就注入了一定的永久电荷（Q），由于没有放电回路，这个电荷量是不变的。

  在声波的作用下，极化膜随着声音震动，因此和背极的距离也跟着变化，也就是锁极化膜和背极间的电容是随声波变化。

　　我们知道电容上电荷的公式是Q=C×U，反之U=Q/C也是成立的。

  驻极体总的电荷量是不变，当极板在声波压力下后退时，电容量减小，电容两极间的电压就会成反比的升高，反之电容量增加时电容两极间的电压就会成反比的降低。

  最后再通过阻抗非常高的场效应将电容两端的电压取出来，同时进行放大，我们就可以得到和声音对应的电压了。

  由于场效应管时有源器件，需要一定的偏置和电流才可以工作在放大状态，因此，驻极体话筒都要加一个直流偏置才能工作。

  综上所述：驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两部分组成。

声电转化部分

　　声电转换的关键元件是驻极体振动膜。它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜。然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开。这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。当驻极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的电场发生变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压。

阻抗变换部分

  驻极体膜片与金属极板之间的电容量比较小，一般为几十pF。因而它的输出阻抗值很高（Xc=1/2~tfc），约几十兆欧以上。这样高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。所以在话筒内接入一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。

  场效应管的特点是输入阻抗极高、噪声系数低。普通场效应管有源极（S）、栅极（G）和漏极（D）三个极。这里使用的是在内部源极和栅极间再复合一只二极管的专用场效应管。接二极管的目的是在场效应管受强信号冲击时起保护作用。

  场效应管的栅极接金属极板。

这样，驻极体话筒的输出线便有三根。即

•   源极S，一般用蓝色塑线，
•   漏极D，一般用红色塑料线
•   连接金属外壳的编织屏蔽线。

实物咪头的结构

　　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。

　　实际上驻极体话筒的内部结构如图2、3。

　　

 

驻极体话筒的特性参数

• 工作电压Uds 1.5~12V，常用的有1.5V，3V，4.5V三种
• 工作电流Ids 0.1~1mA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

驻极体话筒正确使用方法（电路接法）：

　　内部电气原理如图4。

　　

　　图4

　　驻极体话筒有四种接线方式，如图5所示。

　　

　　图5

　　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。

它的电路的接法有两种：源极输出和漏极输出。源极输出有三根引出线，漏极D接电源正极，源极S经电阻接地，再经一电容作信号输出;漏极输出有两根引出线，漏极D经一电阻接至电源正极，再经一电容作信号输出，源极S直接接地。　　

  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）

检测驻极体话筒灵敏度的方法和极性的判别

　　在收录机、电话机等电器中广泛应用的驻极体话筒，其灵敏度直接影响送话和录放效果。这类话筒灵敏度的高低可用万用表进行简单测试。将万用表拨至R×100档，两表笔分别接话筒两电极（注意不能错接到话筒的接地极），待万用表显示一定读数后，用嘴对准话筒轻轻吹气（吹气速度慢而均匀），边吹气边观察表针的摆动幅度。吹气瞬间表针摆动幅度越大，话筒灵敏度就越高，送话、录音效果就越好。若摆动幅度不大（微动）或根本不摆动，说明此话筒性能差，不宜应用。对于三根引脚驻极体电容式话所以，在使用驻极体话筒之前首先要对其进行极性的判别。

　　在场效应管的栅极与源极之间接有一只二极管，因而可利用二极管的正反向电阻特性来判别驻极体话筒的漏极D和源极S。

　　将万用表拨至R×1kΩ档，黑表笔接任一极，红表笔接另一极。再对调两表笔，比较两次测量结果，阻值较小时，黑表笔接的是源极，红表笔接的是漏极。

 

扩展：驻极体（Electret）简介

驻极体（Electret）是一种能够长期保持静电极化状态的电介质材料，类似于永磁体（永久磁铁），但它是电学而非磁学意义上的“永久带电体”。其名称来源于“Electr”（电）和“-et”（类似于“磁体”中的“-et”），意为“永久带电的材料”。

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1. 驻极体的原理

驻极体材料内部具有固定的偶极子排列或捕获的静电荷，即使没有外部电场，也能在材料表面或内部形成稳定的静电场。这种特性是通过特殊处理（如高温极化、电晕充电、电子束照射等）实现的。

关键特点：

• 永久带电：类似于永磁体，但储存的是电荷而非磁场。

• 高绝缘性：通常由高分子材料（如聚四氟乙烯PTFE、聚丙烯PP）或陶瓷材料制成。

• 稳定性：优质驻极体的电荷可保持数十年（但受湿度、温度影响）。

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2. 驻极体的应用

（1）驻极体麦克风（ECM，Electret Condenser Microphone）

• 原理：驻极体薄膜作为电容麦克风的振膜（或背极板），因其自带电荷，无需外部极化电压（传统电容麦需要48V幻象电源）。

• 优点：体积小、灵敏度高、功耗低，广泛用于手机、耳机、录音设备等。

（2）空气过滤器（驻极体滤材）

• 利用驻极体纤维的静电场吸附微小颗粒（如PM2.5），提高过滤效率（如N95口罩）。

（3）传感器与换能器

• 用于静电传感器、超声波换能器等。

（4）其他应用

• 静电复印、能量收集装置等。

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3. 常见问题

Q1：驻极体会失效吗？

• 会，但缓慢。高温（>80℃）、高湿、强紫外线或机械损伤可能导致电荷衰减。优质驻极体可保持电荷10年以上。

Q2：驻极体麦克风需要供电吗？

• 需要（但电压很低，通常2-10V）。供电用于驱动内部FET（场效应管），而非极化振膜（传统电容麦需要48V幻象电源）。

Q3：驻极体和压电材料的区别？

• 驻极体：依赖静电荷，无外力时也有电场。

• 压电材料：依赖机械形变产生电荷（如石英、压电陶瓷），外力消失时电荷消失。

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5. 总结

• 驻极体是永久带电的电介质材料，广泛应用于麦克风、过滤器、传感器等领域。

• 驻极体麦克风因其自带电荷，结构简单、体积小，成为消费电子主流方案。

• 电荷稳定性受环境因素影响，但优质驻极体寿命可达数十年。