1.3.4 Особенности преобразователей современных та

Угольные микрофоны пока еще наиболее широко распространены в мире. Основанием для такой популярности являются их очень высокая чувствительность (от 100 мВ/Па и более). Это единственные микрофоны, которые не требуют дополнительного усиле­ния. Особенно важным это обстоятельство было в «дотранзисторную» эпоху, однако в электронных ТА они не используются. Допускается их применение в комбинированных ТА.

Динамические преобразователи

Могут использоваться и как микрофоны, и как телефоны:

электродинамический, или преобразователь с движущейся катушкой (рис. 1.3.5.а); магнитодинамический, или преобразователь с движущимся магнитом (рис. 1.3.5.6).

Рисунок 1.3.5 Разновидности Рисунок 1.3.6 Схема включения преобразователей электродинамического микрофона

Они имеют катушку и магнит, которые могут двигаться относительно друг друга. В преобразователе электродинамического типа магнит закреплен. Катушка, подве­шенная в магнитном поле на мембране, может двигаться. Большинство громкогово­рителей работает именно таким образом. В преобразователях магнитодинамического типа катушка зафиксирована, а маг­нит может двигаться. Если преобразователь используется как микрофон, то звуко­вой сигнал генерирует ЭДС в катушке, которая, в свою очередь, выдает напряжение на выходе. Если устройство используется как телефонный капсюль, то электричес­кий сигнал будет генерировать переменное магнитное поле, что приводит к движе­нию мембраны. Динамические преобразователи имеют низкое сопротивление (несколько десятков Ом). Они могут выдавать звук очень высокого качества. Но они низко чувствительны, при использовании в режиме микрофона их чувствительность не превышает 1 мВ/Па. Схема включения электродинамического микрофона представлена на рисунке 1.3.6.При использовании электродинамического микрофона для обеспечения нормальной слышимости и разборчивости в схему вводится дополнительный усилитель, включенный по схеме с общим эмиттером. При этом резистор R2 задает начальное смещение на базу.

Конденсатор С1 — разделительный, а резистор R1 служит для устранения возбуждения усилителя. Электродинамические микрофоны имеют большое количество разновидностей, например, МВ-200, МД-81, МДМ-7.

Магнитные преобразователи Магнитные преобразователи называются иногда преобразователями с качаю­щимся якорем, имеют магнит с воздушным зазором. В зазоре двигается кусочек железа, смонтированный на гибкой мембране (рис. 1.3.7). При колебаниях мембраны кусочек железа воздействует на магнитное поле, чем генерирует ЭДС в обмотке. Так действует этот преобразователь в качестве микрофона.

Если преобразователь используется в качестве телефона, то сигнал переменного тока в обмотке будет генерировать магнитное поле. Оно будет воз­действовать на магнитное поле кусочка железа. Дви­жения кусочка железа преобразуются в звук колеб­лющейся мембраной.

Магнитные преобразователи не обеспечивают вы­сокого качества звучания. Частотная характеристика неравномерна, поэтому возникают сильные нелиней­ные искажения. Чувствительность магнитных преобра­зователей довольно высокая, а полное сопротивление мало (несколько сотен Ом). Они мало применяются.

Рисунок 1.3.7 Принцип действия магнитного преобразователя

Пьезоэлектрические преобразователи Некоторые материалы генерируют напряжение, когда их механически деформиру­ют. Этот процесс может быть и обратным, приложенное напряжение деформирует материал. Этот эффект называется пьезоэлектрическим и может быть использован для создания недорогих микрофонов, телефонов и излучателей. Электрические пьезоэлектрики ведут себя как конденсаторы емкостью в несколько десятых долей нанофарады.

Усилитель, управляющий пьезоэлектри­ческим преобразователем, должен быть скру­пулезно рассчитан, потому что емкостная ха­рактеристика преобразователя нестабильна. Чувствительность пьезоэлектрического пре­образователя достаточно высока, если после­дний используется в качестве микрофона (около 10 мВ/Па). Но при использовании в качестве телефона чувствительность низкая.

Частотная характеристика пьезоэлектри­ческого преобразователя неравномерная. Спе­циально созданный корпус (рис. 1.3.8), кото­рый амортизирует резонансные пики, может существенно улучшить частотную характери­стику преобразователя. Часто пьезоэлектри­ческие преобразователи используются в каче­стве акустического элемента электронного звонка. Резонансный эффект позволяет дос­тичь очень высокого уровня громкости.

На рисунке 1.3.8 приведена схема ТВУ, ис­пользующая пьезоэлектрический преобразо­ватель ЗП-3 [34]. У этого ТВУ одна частота тонального генератора и отсутствует порого­вая схема отключения генератора при пони­женном напряжении питания.

Рисунок 1.3.8 Принцип действия Рисунок 1.3.9 Пьезоэлектрический

пьезоэлектрического преобразователя преобразователь ЭП-3 в ТВУ

Резистор R1 ограничивает ток через стабилитрон VD1, который вместе с выпрямительным диодом VD2 и сглаживающим конденсатором С2 представляют собой схему питания вызывного устройства. Схема состоит из двух мультивибра­торов. Мультивибратор на логических элементах DD1.1, DD1.2 генерирует частоту порядка 15 Гц и управляет вторым мультивибратором на логических элементах DD1.З и DD1.4, с выхода которого сигнал звуковой частоты 3,5 кГц поступает на пьезоэлектрический излучатель ЗП-3.

Электростатические микрофоны имеют заряженный конденсатор с гибкой пластинкой, которая может двигаться под воздействием звуковых сигналов. Такие движения приводят к изменению емкостного сопротивления и следовательно, к изменению напряжения в микрофоне по закону:

U = Q/C, (1.12)

где Q — заряд конденсатора, который остается постоянным (рисунок 1.3.9.а)

Электростатический микрофон явля­ется достаточно чувствительным (около 10 мВ/Па), но требует чрезвычайно вы­сокого сопротивления изоляции, чтобы избежать утечки заряда. Часто этот мик­рофон включают как предусилитель, что­бы уменьшить сопротивление до необ­ходимой величины в несколько Ом.

На рис. 1.3.9.б приведена схема, объясняющая принцип работы электростатичес­кого (конденсаторного) микрофона. Выполненные из электропроводного материала мембрана (1) и электрод (2) разделены изолирующим кольцом (3) и представляют собой конденсатор. Жестко натянутая мембрана под воздействием звукового дав­ления совершает колебательные движения относительно неподвижного электрода. Конденсатор включен в электрическую цепь последовательно с источником напря­жения постоянного тока G и активным нагрузочным сопротивлением R. При колебаниях мембраны емкость конденсатора меняется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления. В электрической цепи появляется переменный ток той же частоты. На нагрузочном сопротивлении возникает переменное напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона.

а) принцип действия;

б)схема включения

Рисунок 1.3.10 Электростатический преобразователь

Электретные микрофоны по принципу работы являются электростатическими. Постоянное напряжение у них обеспечивается зарядом электрета, тонким слоем нанесенного на мембрану и сохраняющим этот заряд многие годы.

Поскольку электростатические микрофоны обладают высоким выходным сопро­тивлением, то для его уменьшения, как правило, в корпус микрофона встраивают истоковый повторитель на полевом n-канальном транзисторе с р-n переходом. Это позволяет снизить выходное сопротивление до величины нескольких кило Ом и умень­шить потери сигнала при подключении к входу усилителя сигнала микрофона.

На рис. 1.3.11.а приведены схематический разрез и внутренняя схема электретного микрофона с тремя выводами МКЭ-3, а на рис. 1.3.11.в — схема микрофонного усилителя.

У электретных микрофонов с двумя выводами выход микрофона выполнен по схеме усилителя с открытым стоком. На рис. 1.3.11.б приведена внутренняя схема электретного микрофона с двумя выводами МКЭ-389-1. Схема включения такого микрофона приведена на рис. 1.3.12.а По этой схеме можно подключать практически все электретные микрофоны с двумя выводами. Необходимость согласования обус­ловлена тем, что выход электретного микрофона, выполненный на полевом транзи­сторе, обладает высоким сопротивлением, соизмеримым с входным сопротивлением усилителя. Вследствие этого образуется делитель напряжения, ослабляющий сигнал.

Эмиттерный повторитель уменьшает выходное сопротивление микрофона, в ре­зультате чего все напряжение сигнала прикладывается ко входу усилителя. В этом случае усиление возрастает настолько, что приходится применять меры против воз­буждения. Возбуждение устраняется увеличением сопротивления балансного резисто­ра противоместной схемы (например, RЗ на рис. 1.3.12.в) примерно вдвое. Систематизи­рованный материал по электронным микрофонам [9] сведен в табл. 1.3.2, а внешние виды и габаритные размеры в натуральную величину приведены на рисунках /9/с

В большинстве электронных ТА применяются именно электретные микрофоны. Они имеют повышенные электроакустические и технические характеристики.

Рисунок 1.3.11 Электретный микрофон МКЭ-3:

а — схематический разрез, б — внутренняя схема, в — схема микрофонного усилителя; 1 — мембрана; 2 — металлическое кольцо; 3 — неподвижный электрод; 4 — металлическая втулка; 5 — углубление в НЭ; 6 — металлический слой; 7 — изоляционное кольцо; 8 — корпус; 9 — вкладыш; 10 — резистор R; 11 — полевой транзистор; 12 — корпус; 13 — отверстие в дне корпуса; 14 — выводы

а)внутренняя схема; б)схема включения ; в) схема согласования Rвх микр.

Рисунок 1.3.12 Электретный микрофон МКЭ- 389-1

Таблица 1.3.2 Основные характеристики электретных микрофонов