1.2.4. Пьезоэлектрический микрофон

Принцип работы такого микрофона основан на использо­вании пьезоэффекта. При деформации пластины из пьезокристалла, вызываемой звуковым давлением р, на ее противопо­ложных поверхностях образуются разноименные электриче­ские заряды и создается разность потенциалов (рис.7). Величина и полярность разности потенциалов зависят от силы и направления ее воздействия па пластинку 1. Таким образом, звуковые колебания преобразуются в электрические сигналы. Для включения пьезокристалла в электрическую цепь на по­верхности пластины 1 наносятся металлические покрытия.

П оскольку пластина пьезокристалла является диэлектри­ком, то вместе с металлическим покрытием она представляет собой конденсатор емкостью С_Мк. Вместе с тем, преобразуя энергию звуковых колебаний в электрические, микрофон рас­смотренного типа выполняет функцию источника сигнала, внутреннее сопротивление которого имеет емкостный характер. Эквивалентная схема цепи с пьезоэлектрическим микрофоном (рис.8.), в котором он представлен генератором ЭДС Е_Мк, а его внутреннее сопро­тивление — емкостью C_Мк, пол­ностью согласуется с рассмотрен­ными физическими процессами. Постоянный ток в этой цепи от­сутствует.

С понижением частоты генера­тора сопротивление емкости воз­растает, а коэффициент передачи цепи с микрофоном уменьшается. Действительно, напряжение на на­грузке в комплексной форме определяется как

=

Модуль этого напряжения равен

(1.25)

где =2πf — круговая частота;

R_нС_Мк = τ — постоянная времени цепи.

В соответствии с методикой, изложенной в 1.6 пособия [3], выражение (1.25) можно привести к виду сквозной частотной характеристики

K_СК = (1.26)

где f_н.с. = — частота нижнего среза.

Из выражения (1.26) легко определить сопротивление на­грузки микрофона при известной его емкости, если исходить из того, что частота нижнего среза для ГГС должна быть не выше нижней границы спектра телефонного сигнала, т. е. f_н.с.≤ 300 Гц.

Полагая, что С_мк = 500 пФ, получим

R_н =

Пьезоэлектрический микрофон применяется с электронным усилителем, так как преобразует слабые по мощности сигна­лы. Поэтому его нагрузкой служит входное сопротивление усилителя, которое, как показывает расчет, должно быть весьма высоким. В транзисторных усилителях получение та­кого сопротивления связано с определенными трудностями.

Уместно рассмотреть теперь влияние емкости кабеля С_каб на передачу сигнала, с помощью которого пьезоэлектрический микрофон подключается ко входу усилителя. Напряжение на кабеле нетрудно определить, используя схему (рис.9)

(1.27)

Выражение (1.27) показывает, что кабель вызывает ослабление сигнала, не искажая частотной характеристики. Обладая значи­тельной емкостью С_Мк, пьезоэлек­трический микрофон может под­ключаться к усилителю с помощью довольно длинного кабеля.

Из-за малых размеров и мас­сы пьезоэлектрические микрофо­ны применяются в виде так на­зываемых петличных микрофонов, прикрепляемых к одежде. А использование длинного кабеля позволяет ведущему пере­дачу свободно перемещаться.

К недостаткам пьезомикрофонов относится гигроскопич­ность пьезокристаллов. Насыщение их влагой приводит к по­тере работоспособности. Для предотвращения этого явления применяются влагозащитные покрытия. Кроме того, пьезоэффект теряется вблизи так называемых точек Кюри —18° С и +22° С. Это вызывает ярко выраженную температурную за­висимость чувствительности микрофона, т. е. величины отно­шения напряжения на согласованной нагрузке к единице зву­кового давления.