Угольный микрофон
Принцип построения угольного микрофона [1.16] показан на рис. 1.3.
Рис. 1.3. Принцип построения угольного микрофона
Он
содержит угольный порошок, который под
влиянием звуковой энергии меняет свою
плотность. При большом звуковом давлении
он уплотняется и сопротивление току
уменьшается, при уменьшении величины
звукового давления сопротивление вновь
увеличивается. Для нормальной работы
угольного микрофона требуется ток 30 мА
[1.3]. При напряжении 60 В, которое обычно
применяется на российских телефонных
станциях, такой ток соответствует
сопротивлению 2000 Ом. Это значение
включает в себя сопротивление шлейфа
(шлейф — это пара проводов, соединяющая
телефонный аппарат со станцией) и
сопротивление цепей электропитания
Ом.
Это эквивалентно расстоянию примерно
5-7 км (при использовании медной жилы
диаметром 0,04 см). Минимальное значение
тока в линии составляет около 15 мА, что
соответствует сопротивлению около 4000
Ом, и дает возможность обслуживать
абонентов на расстоянии около 10 км с
приемлемым качеством передачи сигнала.
Для больших расстояний (например, в
сельской местности) иногда используется
повыш енное напряжение электропитания.
Максимальный ток, допустимый в микрофоне, равен 60 мА. Дальнейшее увеличение тока может привести к "спеканию" угольного порошка в сплошную массу и выходу микрофона из строя. Поэтому, чтобы ограничить максимальное значение тока в цепи микрофона, на станции в цепь электропитания включают две обмотки реле с сопротивлением по 500 Ом каждое. Это дает возможность даже на самой короткой линии иметь нормальное значение тока.
Расчет величины тока, проходящего через угольный микрофон
Ток, протекающий через микрофон, зависит от его сопротивления, которое меняется в зависимости от звукового давления. Если принять, что на микрофон воздействует синусоидально изменяющееся звуковое давление, то его сопротивление можно представить в виде
(заметим,
что при этом минимальное значение
сопротивления
,
а максимальное значение
Ток через микрофон равен
используя формулу разложения, получаем
Это уравнение показывает, что ток представляет сумму сигнала с частотой звукового давления
более высокой частоты (высших гармоник), таких как
и т .д.
Эти сигналы вносят искажения, которыми можно пренебречь. Тогда ток микрофона определяется формулой
где
—
постоянный ток электропитания микрофона,
когда мембрана находится в исходном
положении.
Рассмотрим переменную составляющую этой формулы, которая отображает сигнал, порождаемый звуковым давлением.
Поскольку
Обычно амплитуду изменения сопротивления микрофона выражают коэффициентом в процентах
от
общей величины сопротивления микрофона
.
Тогда
Теперь определим оптимальное значение сопротивления микрофона для обеспечения максимального тока звукового сигнала. Считая переменным, продифференцируем выражение для максимального тока:
приравняв к нулю это уравнение и упростив его, получим
В обычных условиях это равенство выполняется редко, но оно позволяет в определенных пределах выбирать параметры микрофона.