一种传声器极化电压测量装置的设计

传声器是将声信号转换成电信号的声电换能器，它有多种类型。其中电容传声器是指利用电容的变化工作的传声器，它具有接近理想传声器所要求的各种特性，因此，在精确的声学测量领域，大多采用电容传声器。传声器极化电压是指加在电容式传声器振膜和极板之间的直流电压，是影响电容传声器的声压灵敏度的主要因素之一，电压值一般为28 V、200 V。极化电压经过一个20 MΩ~100 MΩ的高阻值电阻从声学测量仪器输出到传声器的前置放大器上，因此具有很高的输出阻抗，无法用普通的电压表去进行精确测量。

        在国家相关校准规范中，推荐采用一种间接的方法—补偿法，其主要步骤为：将一个可调直流稳压电源的输出和待测极化电压的输出分别接至直流检流计的两端，直流稳压电源的输出同时还接入电压表的输入端，调节可调直流稳压电源的输出电压使其接近于极化电压的标称值，然后仔细调节可调直流稳压电源的输出电压，使直流检流计的读数为零，此时电压表的示值即为极化电压的值。可以看出该测量方法需要多种仪器配合使用，操作也比较繁琐，对操作人员的要求较高。针对上述问题，杭州爱华仪器有限公司设计了一种专用测量装置，以降低测量操作难度和设备复杂度，提高测量精度。

     系统主要包括阻抗变换模块、直流电压表、MCU采样控制模块、隔离电源模块、高压直流电源模块等。阻抗变换模块的核心电路是一个由普通的JFET-Input运放组成的电压跟随电路，具有近似无穷大的输入阻抗。隔离电源模块为阻抗变换模块的运放电路提供正负电源，并在其0 V输出端接入高压直流电源模块输出的参考电压VREF，能够相应的提高运放的共模工作电压而不改变其正负电源端的差模电压。MCU采样控制模块用于监测直流电压表输入端的电压范围，并根据电压范围控制高压直流电源模块的工作状态和电压输出。

     阻抗变换电路其核心元件是一个JFET-Input运放，采用双电源供电，最大供电电压为±15 V，该芯片由于采用JFET输入结构，因此具有很高的输入阻抗，可达1000 GΩ。运放的输入端串联一个高阻值的电阻R10，当输入信号的电压超过运放的输入电压范围时，可保护运放的输入端。运放的输出与负输入端相连，组成一个电压跟随电路，进一步增大了运放电路的输入阻抗，因此，该电路的输入阻抗可视为无穷大，消除了极化电压的高输出阻抗的影响。由于电压跟随电路的输出阻抗很低，其输出端接普通的直流电压表即可。