[发明专利]麦克风放大器

说明书

技术领域

本发明公开了一种麦克风，本发明使用结型场效应晶体管(JFET)与双极型晶 体管元件实现了高输入阻抗、高放大增益及低电流消耗的麦克风放大器。

麦克风放大器适用于将语音信号转换成电信号的麦克风。

背景技术

图1是现有电容式麦克风放大器的电路图，麦克风放大器10包括单一结型 场效应晶体管(JFET、15)及可以提供所述JFET15的动作基准电位的偏压单元13。

所述放大器10的JFET15的栅极在一节点(ni)与可以根据语音信号的振动而 生成电信号的静电电容(Cmic)连接。所述静电电容(Cmic)的另一端则与所述 JFET15的源极一起连接到接地端(GND)。由于所述节点(ni)可以把所述静电电容 (Cmic)所生成的电信号传输到所述JFET15，因此可以视为所述放大器10的信号 输入端。

所述JFET15的漏极在一节点(no)分歧，其中一个通过负荷电阻(RL)连接到 外部电源(VDD)，其余一个则连接到可以提取输出信号后加以利用的输出端 (Vout)。

偏压单元13可以为所述JFET15的栅极提供基准电位，该偏压单元13的一 端连接到静电电容(Cmic)及JFET15互相结合的节点(ni)上，另一端连接到接地 端(GND)。所述偏压单元13由电阻(R)及两极真空管(D)并联连接构成。

所述静电电容(Cmic)由导电性薄膜与固定电极板按照一定间隔互相相对的 方式构成，在所述薄膜或固定电极板中一侧形成带电物质，所述带电物质带有 数百伏特的静电荷。此时，如果语音信号被传到所述薄膜，薄膜就会振动。所 述薄膜的振动将改变所述静电电容(Cmic)的容量而发生细微的电信号。所述电信 号被输入所述麦克风放大器10时，所述输出端(Vout)将出现电流变化现象。所 述电流变化在所述JFET15被放大后通过所述负荷电阻(RL)以电压方式分配后输 出。

所述放大器10所需条件如下：第一、所述静电电容(Cmic)的输出阻抗高达 数百mega欧姆以上，所述放大器10的输入阻抗也应该维持数百mega欧姆以上 以尽量减少输入损失；第二、因为把微弱的信号加以放大，因此需要较大的放 大增益，噪音则维持在-100dB以下，从而提高信噪比(SNR；signal to noise ratio)； 第三、主要适用于便携式装置，因此所耗电流维持在500uA以下，供电电压则 维持在3Volt以下，从而要求更低的电耗。因此，需要使用JFET元件来满足所 述条件。

然而，即使利用所述JFET制成放大器，单一JFET构成的放大电路为了在 音频频带(100Hz-10kHz)提升输入阻抗而需要尽量减小信号输入端的寄生电容， 偏压单元13的电阻(R)则维持在数百mega欧姆以上。然而，为了提升所述放大 器10的电压放大增益而增加所述JFET15的大小时，将促使寄生电容增加而输 入阻抗减小，因此无法大幅提升电压放大增益。而且，在一定大小的JFET上增 加动作电流而提升电压放大增益时，所耗电流与动作电压会增加。就算按照只 提升输入阻抗的方式提升放大增益时，反而会增加噪音。所述单一JFET元件所 制成的现有电容式麦克风放大电路虽然具有良好的低噪音特性，但是在实现高 放大增益、低电流及高输入阻抗特性时受到了限制。

作为另一应用例，MEMS(micro-electromechanical system)麦克风也使用所述 现有放大器，但与电容式麦克风不同的是，MEMS麦克风在图1中的静电电容 (Cmic)的一端不是连接到接地端(GND)而是连接到外部恒压源，另一端则连接到 放大电路的输入节点(ni)。所述现有电容式麦克风放大器的所述静电电容(Cmic) 内部带有静电荷，因此静电电容(Cmic)的一端连接到接地端(GND)而另一端则连 接到放大器的输入节点(ni)。然而，像MEMS麦克风一样不带静电荷时，可以在 外部代替接地端(GND)向静电电容(Cmic)的一端供应定电压，因此会随着语音信 号所造成的振动板颤动而发生电信号。此时可以从外部施加的定电压为数十伏 特左右，静电电容(Cmic)的输出信号非常小而需要使用放大增益较大的放大器， MEMS麦克风的振动板静电电容(Cmic)容量较小而使得振动板的输出阻抗较大， 因此放大器需要高输入阻抗。