利用压电晶体的压电效应可制成压电声波传感器，其结构如图2所示，其中压电晶体的一个极面与膜片相连接。当声压作用在膜片上使其振动时，膜片带动压电晶体产生机械振动，使得压电晶体产生随声压大小变化而变化的电压, 从而完成声-电的转换。这种传感器用在空气中测量声音时称为话筒，大多限制在可听频带范围(20Hz~20KHz);进而拓展研制成水声器件、微音器和噪声计等。
图2 压电传感器的结构图
3.1.1 压电水听器
在水中声音的传播速度快、传输衰减小，且水中各种噪声的声压分贝一般比空气中的分贝值约高20dB。水中的音响技术涉及深度检测、鱼群探测、海流检测及各种噪声检测等。图3为水听器的头部断面，其中压电片用压电陶瓷元件，常用半径方向上被极化了的薄壁圆筒形振子;由于压电元件呈电容性，加长输出电缆效果不理想，因此在水听器的元件之后配置场效应管，进行阻抗变换以便得到电压输出。由于使用于海中等特殊环境，因此，要求具有防水性和耐压性。目前生产有SQ52、SQ42、SQ31等型号的宽带水听器，SQ48、SQ01、SQ03等型号的一般性水听器，SQ05、SQ06、SQ34等型号的地震及拖拽线列阵水听器以及SQ09、SQ13发送/接收水听器。其中SQ48水听器的探头结构采用了小型球体，能提供很宽的频率范围和全向性的反应特性，使得它在水下100kHz的声音测量和校准都非常理想，还带有一个集成的低噪音前置放大器，在没有扭曲的情况下，能驱动很长的线缆。其电压灵敏度为-165.0±1.0dBV，工作深度为水下3500m，频率范围为25Hz~100000Hz。
图3 水听器头部断面
3.1.2 微音器
压电元件用作压电微音器，属于低频微音器，下限频率取决于元件内部的电容和电阻，在理论上可达到0.001Hz，但由于微音器的漏泄通路，一般仅达到1Hz，可测量油井井下液面的深度。图4为压电微音器的典型电路，这种微音器的前置放大器为电荷式放大。但是，压电型传感器受温度变化影响时热电效应会产生噪声，故电荷放大器中应内装高通滤波器。图5为压电微音器在噪声计上的应用电路。噪声计用压电微音器是一种使用20Hz~10kHz特殊频率特性的例子，前置放大器用电压型互补源跟随器电路。在成对的FET中外加共同的门/源间电压，FET的对称特性使放大器失真小。增大门电阻R4可获得高输入阻抗，有利于低噪声放大器。
图4 压电微音器电路图 图5 压电微音器的噪声应用
3.2.1 电容式送话器
图6为电容式送话器的结构示意图，由金属膜片、外壳及固定电极等组成。膜片作为一片质轻且弹性好的电极，与固定电极组成一个间距很小的可变电容器。当膜片在声波作用下振动时，与固定电极间的距离发生变化，从而引起电容量的变化。如果在传感器的两极间串接负载电阻RL和直流电流极化电压E，在电容量随声波的振动变化时， RL的两端就会产生交变电压。电容式声波传感器的输出阻抗呈容性，由于其容量小，在低频情况下容抗很大，为保证低频时的灵敏度必须有一个输入阻抗很大的变换器与其相连，经阻抗变换后，再由放大器进行放大。
图6 电容式送话器结构示意图
3.2.2 驻极体电容话筒(ECM)
图7为驻极体话筒结构示意图。由一片单面涂有金属的驻极体薄膜与一个上面有若干个小孔的金属固定电极(称为背电极)构成一个平板电容器。驻极体电极与背电极之间有一个厚度d0的空气隙和厚度d1的驻极体作绝缘介质。此驻极体是以聚酯、聚碳酸酯或氟化乙烯树脂为介质薄膜，且使其内部极化膜上分布有自由电荷σ(电荷面密度(C/m))并将电荷(总电量为Q)固定在薄膜的表面。于是在电容器的两极板上就有了感应电荷，在驻极体的电极表面上所感应的电荷σ1为: (1)
在金属电极上的感应电荷σ2为: (2)
式中，、分别为空气和驻极体的电介系数。
图7 驻极体话筒的结构示意图
当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时，改变了电容器两极板之间的距离，从而引起电容器的容量发生变化，而驻极体上的电荷数始终保持恒定(Q=CU，C(F)为图7中系统的合成电容)，则必然引起电容器两端电压的变化，从而输出电信号实现声-电的变换。由于驻极式话筒体积小、重量轻，实际电容器的电容量很小，输出电信号极为微小，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，通常用一个场效应管和一个二极管复合组成专用的FET即阻抗变换器，如图8中虚框所示，变换后输出阻抗小于2K，多用于电视讲话节目方面。图8为摄像机内型驻极体话筒的4种连接方式，对应的话筒引出端有3端式与2端式两种，图 (a)、(c)为两端式话筒的连接线路图，(b)、(d)为三端式话筒的连接线路图。图中R是场效应管的负载电阻，其取值直接关系到话筒的直流偏一置，对话筒的灵敏度等工作参数有较大的影响。图(a)为二端式测试示意图，只需两根引出线;将FET场效应管接成源极S输出电路，S与电源正极间接一漏极电阻R，信号由源极输出有一定的电压增益，因而话筒灵敏度比较高。图(b)为三端输出式是将场效应管接成源极输出式，类似晶体三极管的射极输出电路，需用三根引出线;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;源极输出的电路比较稳定、动态范围大，但输出信号比漏极输出小;这种目前市场上较为少见。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，即要保证内置场效应管始终处于放大状态。工作电压为1.5~12V 之间，工作电流为0.1~1mA。在要求动态范围较大的场合应选用灵敏度(单位是伏/帕)低一些(即红点、黄点)，这样录制的节目背景噪声较小、信噪比较高，声音听起来比较干净、清晰，但对电路的增益相对就要求高的些;在简易系统中可选用灵敏度高一点的产品，以减轻后级放大电路增益的压力。索尼推出的ECM-670、ECM-672、ECM-674系列驻极体话筒，外部供电(直流48V) ，可安装在摄像机及摄录一体机上使用。
图8 驻极体话筒的测试图
