Электретный микрофон. Микрофон электретный конденсаторный


Электретный микрофон

Электретный микрофон является разновидностью конденсаторных микрофонов. В большинстве случаев подобные микрофоны применяются в профессиональных студиях, однако могут отлично подойти и для любительских целей. Как правило, конденсаторные электретные микрофоны частенько используют для оснащения домашних звукозаписывающих студий.

На современном российском рынке можно встретить огромный ассортимент данного оборудования. Среди существующих предложений можно выбрать электретный микрофон как зарубежного, так и отечественного производства. Если говорить о вопросах стоимости, то микрофоны зарубежного производства стоят несколько дороже, нежели российского. В большинстве случаев это завышение цен мало чем оправдано, так как электретный микрофон российского производства не уступает по своему качеству зарубежному.

В настоящее время микрофоны подобного типа практически вытеснили микрофоны, обладающие другой конструкцией. Причина в том, что при весьма низкой цене электретный микрофон характеризуется высокой надежностью, малым весом и ровной АЧХ.

Микрофоны подобного типа представляют собой конденсаторы, некоторые пластины которых изготавливаются из очень тонкой пленки, натянутой на кольцо. Полиэтиленовая пленка облучается пучком электронов, которые проникают на небольшую глубину и в результате создают пространственный заряд, имеющий возможность сохраняться достаточно долгое время.

У данного типа диэлектриков есть название «электрет» - благодаря чему микрофон также называется электретным.

В дальнейшем на пленку накладывается достаточно тонкий слой металла, использующийся как один из электродов. В качестве другого электрода выступает металлический цилиндр, чья плоская поверхность находится недалеко от пленки.

Ее колебания, которые вызываются акустическими волнами, способны создавать между электродами электрический ток. Из-за того, что сила данного тока достаточно мала, а выходное сопротивление достигает гигаомов, передача сигнала, генерируемого микрофоном, осуществляется достаточно сложно. В результате, для того чтобы согласовать низкое сопротивление усилителя с высоким сопротивлением микрофона, необходимо использовать согласующий каскад, который выполнен на полевом (униполярном) транзисторе, конструктивно расположенном в корпусе микрофонного капсюля.

Корпус капсюля должен быть изготовлен из металла, способного экранировать микрофон и согласовать каскад, защитив его от внешних полей электричества.

Как правило, капсюлем здесь называется устройство, в чьем корпусе располагается не только сам микрофон электретный, но и согласующий каскад.

Для того чтобы понять, пригоден ли для подключения электретного микрофона тот или иной микрофонный усилитель, вполне хватит подключения к входному гнезду мультимера. Если в результате прибор показывает 2-3 Вольт, это означает, что усилитель подходит для работы вместе с электретным микрофоном. Многие микрофонные усилители используются в отдельных компьютерных аудиокартах или во встроенных, которые рассчитаны как раз на работу с электретными микрофонами.

Принцип работы электретных микрофонов основывается на возможности некоторых материалов, обладающих высокой диэлектрической проницаемостью, менять свой поверхностный заряд в результате воздействия звуковой волны. Электретные микрофоны обладают очень высоким сопротивлением, благодаря чему есть возможность их подключения к усилителям с высоким входным сопротивлением.

По своей конструкции подобные микрофоны делятся на три категории: электретный материал находится во фронтальном положении; электретный материал нанесен на гибкую мембрану; электрет находится на задней пластине.

На сегодняшний день лидером по изготовлению профессионального звукозаписывающего оборудования является компания «Октава», чьи микрофоны обладают безупречной репутацией.

«Октава» МКЭ – серия, включающая в себя несколько моделей профессиональных электретных микрофонов, которые рассчитаны на различные условия использования. Особое внимание стоит обратить на новинку компании – микрофон «Октава» МКЭ – 222, который предназначен для записи конференций.

fb.ru

Конденсаторный электретный односторонненаправленный микрофон ближнего действия МКЭ-9 4.4.3

МКЭ-9

Изготовитель: завод «Октава», г. Тула.

Назначение: для записи музыки и речи на близком расстоянии от рта исполнителя.

Технические условия: ИЦЗ.842.410 ТУ

Гарантийный срок эксплуатации: 24 мес.

Тип преобразователя: конденсаторный электретный.

Технические характеристики:

Уровень эквивалентного звукового давления, дБ, обусловленный собственным шумом микрофона относительно нулевого уровня 2*10-5 Па (по кривой А), не более

24

Технические характеристики Значения
Номинальный диапазон частот, Гц 50...15000
Чувствительность, мВ/Па, на частоте 1000 Гц 4±2
Неравномерность частотной характеристики чувствительности, дБ, в номинальном диапазоне частот, не более 18
Средний перепад чувствительности, дБ, для углов приема 0 и 180° в диапазоне частот 260...8000 Гц, не .менее 16
Модуль полного электрического сопротивления, Ом, на частоте 1000 Гц не более. 300
Габариты, мм Ø51x173
Масса, кг, не более 0,27

Типовая частотная характеристика чувствительности микрофона МКЭ-9

Типовая частотная характеристика направленности микрофона МКЭ-9

Особенности конструкции:

Внешний вид микрофона МКЭ-9

Схематический поперечный разрез микрофона МКЭ-9:

  1. капсюль;
  2. предварительный усилитель;
  3. батарея питания;
  4. выходной трансформатор;
  5. передний сетчатый корпус;
  6. нижний корпус;
  7. кабель;
  8. основание;
  9. основание корпуса;
  10. плата;
  11. контакт;
  12. кассета.

Микрофон состоит из электроакустического преобразователя (капсюля) 1, предварительного усилителя 2 — микросхемы в интегральном исполнении, батареи питания 3, выходного трансформатора 4, корпуса, состоящего из двух половин: передней сеточной 5 и сплошной нижней 6 и выходного кабеля 7, заканчивающегося соединителем типа ОНЦВГ-3. Капсюль, представляет собой плоский конденсатор с воздушным зазором, одной из обкладок которого является тонкая эластичная мембрана, колеблющаяся при воздействии на нее переменного звукового давления, вторая обкладка неподвижная — НЭ. Мембрана 1 изготовлена из диэлектрической поляризованной фторполимерной пленки марки Ф4МБ-2 толщиной 10 мкм, металлизированной с одной стороны, и в натянутом состоянии этой стороной 2, приклеенной к металлическому кольцу 3. Такая мембрана является электретом, так как нанесенные на нее в процессе поляризации заряды способны сохраняться длительное время (в течение многих лет). Мембрана, кроме выполнения своей основной функции — колебаний при воздействии на нее переменного звукового давления — является источником напряжения поляризации, так как нанесенные на ее поверхность заряды индуцируются на тонком металлическом слое мембраны и с противоположным знаком, но той же величины на металлическом слое НЭ. Оба эти металлические слоя являются обкладками конденсатора и соединены между собой через высокоомное (~5-108 Ом) входное сопротивление предварительного усилителя.

Напряжение поляризации

Un=σиндh/ε0

где σинд — индуцированный заряд, Кул/м2; h — высота воздушного зазора, м; Ео — диэлектрическая проницаемость воздуха.

Схематический поперечный разрез капсюля микрофона МКЭ-9:

  1. мембрана;
  2. металлический слой на мембране;
  3. металлическое кольцо;
  4. неподвижный электрод;
  5. металлическая втулка;
  6. углубление в НЭ;
  7. отверстия в НЭ;
  8. металлический слой;
  9. шайба;
  10. отверстия в шайбе;
  11. шайба;
  12. щель;
  13. лепесток;
  14. винт;
  15. корпус;
  16. кольцо;
  17. гайка;
  18. прорези в корпусе

Неподвижный электрод 4 изготовлен из композиционного диэлектрика, в котором опрессована металлическая втулка 5 с внутренней резьбой. Со стороны мембраны в НЭ имеются углубления 6, образованные взаимно перпендикулярными канавками, в пересечении которых находятся сквозные отверстия 7. Со стороны мембраны НЭ покрыт тонким слоем 8 алюминия, который покрывает плоскость опрессованной металлической втулки 5. К задней стороне НЭ прикреплена шайба 9 изготовленная из того же материала, что и НЭ. В шайбе имеется ряд отверстий 10. Между НЭ и шайбой 9 с помощью изоляционной шайбы 11 образуется тонкая щель 12 высотой 45 мкм. Обе шайбы и контактный лепесток 13 прикреплены к НЭ винтом 14. Весь этот «пакет» деталей вкладывается в металлический корпус 15. Поверх НЭ накладывается изоляционное кольцо 16, образующее воздушный зазор, а затем кольцо 3 с мембраной и все перечисленные детали при¬жимаются к выступу корпуса 15 гайкой 17. Корпус 15 внизу имеет прорези 18, через которые звуковое давление имеет доступ к задней стороне мембраны через отверстия 10 в шайбе 9, щель 12, отверстия 7 в НЭ. Корпус капсюля 15 через амортизационную прокладку закреплен к основанию 8, которое крепится к основанию 9 верхнего сетчатого корпуса 5, в нижней части которого закреплена плата 10 с контактом 11 для соединения батареи питания с предварительным усилителем. Батарея питания помещается в кассете 12, предохраняющей детали микрофона от попадания на них щелочного электролита в случае вытекания его из корпуса элемента питания. Второй контакт батареи питания соединен через пружинный контакт с первичной обмоткой выходного трансформатора 4, вторичная обмотка которого соединена с выходным кабелем.

Схема принципиальная электрическая

Характеристика направленности микрофона МКЭ-9 в основном диапазоне частот близка к кардиоиде, т. е. зависимость чувствительности от угла падения звуковой волны выражается формулой

где Sм0 — чувствительность при угле падения звуковой волны 0°, В/Па, а 0 - угол падения звуковой волны, град.

Для обеспечения такой характеристики направленности акустико-механическая система электроакустического преобразователя микрофона сконструирована так, что звуковое давление имеет доступ к обеим сторонам мембраны, а наружный сдвиг фазы, который звуковая волна получает на пути от передней стороны мембраны до прорезей 18 в корпусе 15, равен внутреннему сдвигу фазы, который звуковая волна получает на фазосдвигающей цепи акустической системы микрофона.

Фазосдвигающая цепь образуется сопротивлением трения воздуха и массой воздуха в щели между НЭ и шайбой, массой и сопротивлением отверстий в НЭ, гибкостью воздуха в углублении НЭ и массой и сопротивлением воздуха в зазоре между НЭ и мембраной.

Соотношение всех элементов акустико-механической системы микрофона обеспечивает высокие и стабильные электроакустические параметры микрофона.

Основные конструктивные параметры:
Параметр Значение
Мембрана:
материал пленка Ф4МБ-2 ТУ-сорт 1. ТУ 6-05-041-359—83
толщина 10 мкм
Металлический слой на мембране:
материал алюминий А-00 ГОСТ 618—62
толщина, мкм 0,015
способ нанесения вакуумное напыление
Воздушный зазор: высота, мкм 30
Неподвижный электрод:
материал фенопласт Э6-014-30
способ изготовления прессование
Металлический слой НЭ:
материал алюминий А-00 ГОСТ 618—62
толщина, мкм 0,015
способ нанесения вакуумное напыление
Предварительный усилитель:
коэффициент усиления 0,15
тип ИС К5113УЕ1А6 R0.348.1U6 ТУ
Выходной трансформатор:
коэффициент трансформации 5,1
число витков:
первичной обмотки 860
вторичной обмотки 150
провод:
первичной обмотки, мм ПЭТВ 0 0,06
вторичной обмотки, мм ПЭТВ 0 0,08
Батарея питания:
элемент 316 1,5 В
ток потребления, мкА 20...400
Кабель КММ-1.

asmpa.com

Конденсаторный электретный односторонненаправленный микрофон МКЭ-271 4.4.4

МКЭ-271

Изготовитель: НПО «Монолит», г. Витебск.

Назначение: для записи и звукоусиления музыки и речи.

Технические условия: 19М0.81.005.

Гарантийный срок эксплуатации: 2,5 года.

Тип преобразователя: конденсаторный электретный.

Технические характеристики:

Уровень эквивалентного звукового давления, дБ, обусловленный собственными шумами микрофона (по кривой А), не более

24

Технические характеристики Значения
Номинальный диапазон частот, Гц 50...20000
Чувствительность, мВ/Па, на частоте 1000 Гц 2
Неравномерность частотной характеристики чувствительности, дБ, в номинальном диапазоне частот, не более 14
Отклонение формы частотной характеристики чувствительности от типовой, дБ, не более ±3
Средний перепад чувствительности, дБ, для углов приема 0 и 180° в диапазоне частот 250...5000 Гц, не .менее 16
Модуль полного электрического сопротивления, Ом, на частоте 1000 Гц не более. 100±20
Габариты, мм Ø25x205
Масса, г (с кабелем), не более 230

Типовая ЧХЧ микрофона МКЭ-271

Особенности конструкции:

Внешний вид микрофона МКЭ-271

Схематический поперечный разрез микрофона МКЭ-271:

  1. капсюль;
  2. предварительный усилитель;
  3. батареи питания;
  4. передняя крышка;
  5. корпус;
  6. кабель;
  7. соедииитель;
  8. держатель;
  9. контакт;
  10. верхнее основание;
  11. нижнее основание;
  12. полуобойма;
  13. гайка;
  14. держатель кабеля.

Микрофон состоит из капсюля (электроакустического преобразователя) 1, предварительного усилителя с выходным трансформатором 2, двух батарей питания 3, передней перфорированной крышки 4, корпуса в виде гильзы 5, выходного кабеля 6 с микрофонным соединителем 7. Капсюль микрофона навинчивается на держатель 8. Держатель, в котором закреплен контакт 9, навинчи¬вается на верхнее основание 10, которое скреплено с нижним основанием 11 с помощью полуобоймы 12. В полуобойме закреплена плата усилителя, трансформатор и держатели с пружинными контактами для батарей питания. К нижнему основанию с помощью гайки 13 крепится держатель кабеля 14. Гайка 13 служит также опорой гильзы-корпуса, которая к ней прижимается крышкой 4.

Капсюль микрофона, состоит из крышки 1, электретной мембраны 2, неподвижного электрода 3, обоймы 4, шайбы из спеченных медных шариков 5, запрессованной в обойму 6.

Электретная мембрана изготовлена из фторполимерной пленки, поляризованной и металлизированной с одной стороны. Неподвижный электрод 3 имеет вид стакана, дно которого обращено к мембране. Дно стакана перфорирова¬но и металлизировано с обеих сторон. Неподвижный электрод изготовлен из мелкозернистой керамики и запрессован в фигурную металлическую обойму 4, к бортику которой с помощью металлической крышки 1, прижатой винтами 7, крепится предварительно растянутая мембрана, металлический слой на которой обращен к крышке 1. Крышка по периферии имеет отверстия. Высота воздушного зазора между мембраной и НЭ определяется расстоянием между плоскостью НЭ, обращенной к мембране, и плоскостью бортика обоймы 4, на которой лежит мембрана. Высота воздушного зазора строго регламентирована и обеспечивается технологически при запрессовке НЭ в обойму. Между НЭ и диском из медных шариков имеется полость 8. Диск из шариков является акустическим сопротивлением. Полость между НЭ и диском служит дополнительным свободным объемом воздуха для уменьшения сопротивления воздушного зазора при колебаниях мембраны.

Схематический поперечный разрез капсюля микрофона МКЭ-9:

  1. крышка;
  2. мембрана;
  3. неподвижный электрод;
  4. обойма;
  5. шайба;
  6. обойма;
  7. винты
  8. полость;
  9. пружина

Капсюль микрофона представляет собой конденсатор с воздушным зазором одной из обкладок которого является металлический слой на мембране контакт с которым осуществляется через металлическую крышку 1 и обойму 4 Второй обкладкой конденсатора является металлический слой на НЭ со стороны мембраны, контакт с которым осуществляется через металлизацию отверстий в НЭ и металлический слой с тыловой стороны НЭ, с которым с помощью пружины 9 контактирует металлическая обойма 6. Контакт обоймы с затвором полевого транзистора предварительного усилителя осуществляется через контакт 9.

Схема принципиальная электрическая микрофона МКЭ-271

Капсюль состоит из механической системы — мембраны и акустической системы, воздушного зазора между мембраной и НЭ, отверстий в НЭ, полости 8 (между НЭ н шайбой 6) и шайбы 5. Конструкция капсюля и прорези в передней крышке микрофона 4 обеспечивают наличие двух акустических входов, т. е. доступ звукового давления как к передней стороне мембраны, так и к задней. При этом звуковая волна, пройдя по воздуху расстояние d от передней стороны мембраны до прорезей в держателе капсюля, претерпевает «наружный» сдвиг фазы φ=ωd/со, где со — скорость звука.

Пройдя через все элементы капсюля (шайбу из шариков, полость, отверстие в НЭ и воздушный зазор), звуковая волна претерпевает «внутренний» сдвиг фазы. При этом параметры акустической системы микрофона подобраны так, что «внешний» сдвиг фазы звуковой волны равен «внутреннему» сдвигу фазы, поэтому частотная характеристика направленности близка к кардиоиде н ЭДС на выходе микрофона в зависимости от угла падения звуковой волны будет Sм=Sмо(1+cosΘ), где Θ — угол падения звуковой волны, град; Sмо — чувствительность микрофона при угле падения звуковой волны 0°, В/Па.

Основные конструктивные параметры:
Параметр Значение
Мембрана:
материал пленка Ф4МБ-2 ТУ-сорт 1. ТУ 6-05-041-359—83
толщина 10 мкм
Металлический слой на мембране:
материал алюминий А-00 ГОСТ 618—62
толщина, мкм 0,015
способ нанесения вакуумное напыление
Воздушный зазор: высота, мкм 30
Неподвижный электрод:
материал керамика
способ изготовления прессование с последующим обжигом
Металлический слой на мембране:
материал алюминий А-00 ГОСТ 618—62
толщина, мкм 0,015
способ нанесения вакуумное напыление
Предварительный усилитель:
коэффициент усиления 0,3
тип полевого транзистора КП3О3А
тип транзистора в корректирующем контуре усилителя КТ361Г
трансформатор ТСН1-1
Батарея питания:
элемент 332-1
ток потребления, мкА 130...150
Кабель КММ-1.

asmpa.com

система электретного конденсаторного микрофона - патент РФ 2310294

Изобретение относится к технике электроакустических преобразователей, в частности к электретным конденсаторным микрофонам. Изобретение может быть использовано в системах охранной тревожной сигнализации, устройствах мобильной связи, слуховых аппаратах и устройствах прослушивания. Изобретением решена задача снижения потребления тока системы электретного конденсаторного микрофона за счет обеспечения работы системы в импульсном режиме. Система электретного конденсаторного микрофона включает электретный конденсаторный микрофон, нагрузочный резистор, импульсный модулятор и устройство выборки и хранения для преобразования импульсного сигнала в непрерывный, при этом выход микрофона соединен с выходом импульсного модулятора через нагрузочный резистор, один из входов устройства выборки и хранения соединен с выходом микрофона, а другой вход соединен с выходом модулятора, а выход устройства выборки и хранения является выходом системы микрофона. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Рисунки к патенту РФ 2310294

Изобретение относится к технике электроакустических преобразователей, в частности к электретным конденсаторным микрофонам.

Изобретение может быть использовано в системах охранной тревожной сигнализации, устройствах мобильной связи, слуховых аппаратах и устройствах прослушивания.

Широко известно использование электретных конденсаторных микрофонов в портативных радиотелефонах, в охранных извещателях (датчиках), имеющих акустический канал обнаружения, в медицинской технике и т.д. Достоинством электретных микрофонов являются: высокая чувствительность, малая неравномерность характеристики в диапазоне звуковых частот, высокая технологичность, обеспечивающая серийную воспроизводимость и низкую себестоимость, а также достаточно большой срок службы.

Известна система микрофона по заявке WO 167811. Система содержит микрофон и устройство защиты от электростатических разрядов. Система микрофона содержит установленный внутри корпуса микрофона фильтр лестничного типа, снабженный соединенными параллельно друг другу конденсаторами и последовательно соединенными резисторами, обеспечивающими защиту микрофона от воздействия радиочастотных помех. Однако ток потребления такой системы высок.

Традиционный электретный конденсаторный микрофон состоит, как, например, описано в патенте ЕР 1096831, из корпуса; диафрагмы, сделанной из высокополимерной электретной пленки, которая прикреплена к кольцу электрода задней поверхности корпуса микрофона, расположенного напротив диафрагмы; прокладки, помещенной между электродом задней поверхности и кольцом для создания пространства между диафрагмой и задним электродом; держателем заднего электрода; а также интегральной схемы, смонтированной на печатной плате.

Типовая электрическая схема включения электретного конденсаторного микрофона включает собственно электретный конденсатор, подключенный к интегральной схеме усилителя, выполненного, например, на n-канальном полевом транзисторе, например серия микрофонов КЕС (см., например http://www.kingstate.com.tw/p3/P3-102.htm). Исток транзистора соединен с корпусом микрофона, электретный конденсатор подключен к затвору транзистора. Питание на микрофон подают через нагрузочный резистор, который служит для преобразования тока стока транзистора в напряжение. Слабый сигнал, возбуждаемый электретным конденсатором на затворе, усиливается и снимается со стока в качестве выходного полезного сигнала переменного напряжения. В некоторых случаях используются усилители на p-канальном полевом транзисторе, как, например, в отечественном микрофоне МКЭ-3, а также используются устройства повторители на МОП транзисторах с изолированным затвором, как, например, в US 200212949.

В некоторых случаях на печатную плату микрофона, кроме интегральной схемы усилителя на полевом транзисторе, устанавливают микросхему операционного усилителя (например, ЕР 1096831), компоненты, фильтрующие радиочастотные помехи (например, ЕР 1096831, WO 167811 А1), и другие элементы различного назначения (см., например, US 2002125949). Тенденция развития перечисленных выше систем и устройств с автономным питанием, в которых используются микрофоны, направлена на увеличение времени бесперебойной работы устройств, что накладывает требования по снижению потребления тока комплектующих.

Ограничение использования в устройствах с автономным питанием электретных конденсаторных микрофонов связано с тем, что их ток потребления определяется током потребления полевого усилительного транзистора. Типичное токопотребление составляет 200 мкА (при максимальном значении 500 мкА).

Применение микрофонов других типов (например, пьезоэлектрических или керамических) ограничено большими массогабаритными параметрами, а также невысокой чувствительностью и большой неравномерность характеристики в диапазоне звуковых частот.

Тенденция развития перечисленных выше систем и устройств с автономным питанием, в которых используются микрофоны, направлена на увеличение времени бесперебойной работы устройств, что накладывает требования по снижению потребления тока комплектующих.

Известно импульсное питание угольного микрофона из патента US 4041247.

Из патента US 6427015, целью которого является снижение энергопотребления, известна схема источника питания для микрофона, включающая в себя импульсный модулятор (контрольное устройство STU) и устройство выборки и хранения (SMPL). Общий ток потребления включает в себя токи потребления собственно микрофона, работающего в импульсном режиме, и других устройств, обеспечивающих работу микрофона.

В п.1 формулы US 6427015 указано наличие двух ключей (см. M1, M2 на Fig1 или на Fig2), каждый из которых управляется импульсным модулятором (CTU на Fig1) по отдельному выходу (MIC.SMPL и MIC.PWR на Fig2). На каждом выходе генерируется последовательность импульсов отличной одна от другой длительности (соответственно t1 и t2). Фактически это предполагает, что либо устройство CTU включает в себя не один, а два синхронизированных генератора, либо пусть и один генератор, но с двумя потребляющими ток цепями формирования импульсного фронта и спада. В неявном виде имеется даже нагрузочный резистор (R на Fig1 или R1 на Fig2).

Таким образом, во-первых, видно, что схема микрофона сложна, а, следовательно, это обстоятельство влияет на надежность работы. Во-вторых, большое количество вспомогательных устройств привело к уменьшению суммарного выигрыша, получаемого за счет уменьшения потребления собственно микрофона, работающего в импульсном режиме.

Проанализируем величину тока потребления рассматриваемого микрофона.

Возьмем для справки ключевую микросхему, рекомендованную заявителями US 6427015 в строках 39 и 40 стр.4. Она потребляет 2 мкА. Теперь рассмотрим блок - генератор тока (SPL на Fig1), включает в себя операционный усилитель Ор1. Этот блок также является дополнительным потребителем тока. Поскольку в строке 42 стр.4 описания US 6427015 ошибка - в качестве примеров использования операционного усилителя Ор1 (на Fig2) указаны микросхемы, содержащие аналоговые ключи, - для оценки тока потребления возьмем микропотребляющий операционный усилитель фирмы MAXIM. Его потребление составляет 1,2 мкА. Пренебрежем базовым током T1. Рассмотрим устройство CTU. В патенте US 6427015 не представлены, даже поверхностно, пути реализации импульсного модулятора, поэтому будем ориентироваться на реализованный нами модулятор - он потребляет 5,5 мкА. В рассматриваемом устройстве фактически два таких модулятора. Итого ток потребления вспомогательных устройств составляет 15,5 мкА. Оценим ток потребления собственно микрофона. При скважности Q=50 (при Т=25 мкс и t1=0,5 мкс) ток потребления собственно микрофона (для 200 мкА в непрерывном режиме) составит 4 мкА. Таким образом, общий ток потребления системы составляет 19,5 мкА, при этом потребление дополнительных устройств примерно в 4 раза превосходит потребление собственно микрофона.

Задача, на решение которой направленно предлагаемое нами изобретение, заключается в снижении потребления тока системы электретного конденсаторного микрофона при одновременном упрощении конструкции.

Эта задача решена тем, что в систему электретного конденсаторного микрофона, включающую электретный конденсаторный микрофон, связанный с источником напряжения питания через нагрузочный резистор, введен импульсный модулятор и устройство выборки и хранения для преобразования импульсного сигнала в непрерывный, при этом выход микрофона соединен с выходом импульсного модулятора через нагрузочный резистор, выход которого соединен с резистором, один из входов устройства выборки и хранения соединен с выходом микрофона, а другой вход соединен с выходом модулятора, а выход устройства выборки и хранения является выходом системы микрофона.

В соответствии с п.2 формулы в состав системы введен согласующий повторитель, вход которого подключен к выходу устройства выборки и хранения, при этом выход повторителя является выходом системы микрофона.

В соответствии с п.3 формулы в состав системы введен согласующий усилитель, вход которого подключен к выходу устройства выборки и хранения, при этом выход усилителя является выходом системы микрофона.

В соответствии с п.4 формулы система выполнена на одной печатной плате.

В соответствии с п.5 формулы система выполнена в виде одной интегральной схемы.

Сущность изобретения пояснена на чертежах фиг.1-5, где:

На фиг.1 показана показана блок-схема системы электретного конденсаторного микрофона.

На фиг.2 показана блок-схема системы электретного конденсаторного микрофона по п.2.

На фиг.3 показана блок-схема системы электретного конденсаторного микрофона по п.3.

Система электретного конденсаторного микрофона содержит собственно микрофон 1 (фиг.1), выход которого связан через нагрузочный резистор 2 с единственным выходом импульсного модулятора 3, один выход которого соединен с одним из входов устройства выборки и хранения 4, а другой с источником питания (U пит.) Другой вход устройства 4 соединен с выходом микрофона 1, а выход устройства 4 является выходом системы. Устройство содержит повторитель 5 (фиг.2), вход которого соединен с выходом устройства выборки и хранения 4. На фиг.3 показано включение в устройство согласующего усилителя 6, вход которого соединен с выходом устройства выборки и хранения 4.

Работает система следующим образом.

От источника напряжения питания (U пит.) питание на микрофон подается через нагрузочный резистор 2, а далее через импульсный модулятор (ИМ) 3, который переводит непрерывный режим в импульсный. ИМ генерирует импульсы питания длительностью и с частотой Fм =1/Tм. Ток потребления микрофона в импульсном режиме уменьшается в скважность (Q=Tм/и) раз. На выходе микрофона присутствует импульсный сигнал, временные параметры которого полностью соответствуют параметрам импульсного модулятора. Амплитуда импульсов при этом модулируется звуковыми сигналами. Среднее значение амплитуды импульсов равно постоянному значению на выходе микрофона, если бы он работал в непрерывном режиме. Далее сигнал с выхода микрофона поступает в устройство выборки и хранения 4, где импульсный сигнал преобразуется в непрерывный, т.е. происходит восстановление непрерывного (аналового) сигнала. Устройство 4 коммутируется ИМ 3 таким образом, что в течение времени и импульсное напряжение с выхода микрофона 1 передается на выход устройства 4, а в течение времени (Tм-и) вход устройства 4 коммутируется ИМ3 таким образом, что в течение времени и импульсное напряжение с выхода микрофона 1 передается на выход устройства 4, а в течение времени (Tм-и) вход устройства 4 отключен от выхода микрофона 1, а на выходе устройства 4 удерживается текущее значение напряжения. Для обеспечения заданной полосы чувствительности системы микрофона частота выборок устройства 4, которая определяется частотой работы ИМ, должна быть не менее верхнего значения требуемой рабочей полосы чувствительности. Для обеспечения требуемой неравномерности характеристики чувствительности системы минимально допустимое значение и должно превышать длительность переходных процессов микрофона 1 и устройства 4. Схемотехническое уменьшение длительности переходного процесса устройства 4 приводит к увеличению выходного импеданса устройства 4. Несогласованность выходного импеданса устройства 4 с низким входным импедансом обычно применяемых усилителей звуковых частот, приводит к увеличению паразитной амплитудной модуляции (ПАМ) частотой Fм . Для уменьшения уровня ПАМ к выходу устройства 4 подключен согласующий повторитель 5 (фиг.2) или согласующий усилитель 6 (фиг.3). Согласующий усилитель, кроме задач согласования импедансов и обеспечения некоторого предварительного усиления сигнала, решает задачу коррекции частотной характеристики чувствительности системы микрофона.

Общий ток потребления системы микрофона определяется током потребления собственно микрофона 1, работающего в импульсном режиме, током потребления импульсного модулятора 3, током потребления устройства выборки и хранения 4 и током потребления согласующего повторителя 5 или согласующего усилителя 6. Ток потребления собственно микрофона определяют значением скважности работы ИМ 3. Для уменьшения остальных составляющих тока потребления системы нагрузочного резистора 2, устройства выборки и хранения 4, согласующего повторителя 5 и согласующего усилителя 6, они выполнены на микропотребляющей элементной базе. Импульсный модулятор 3 по сути является релаксационным генератором, который может быть выполнен как на логической элементной базе, так и на аналоговых компараторах или операционных усилителях (П.Хоровиц, У Хилл, Искусство схемотехники. М.: Мир, 2001, с.301, 302, 321.). Устройство выборки и хранения 4 выполнено, например, включающим в себя накопительную емкость, подключаемую к выходу микрофона 1 через ключевую схему, которая управляется импульсным сигналом ИМ 3. Ключевая схема может быть выполнена либо на полевых транзисторах, либо на микросхемах, содержащих аналоговые ключи (П.Хоровиц, У Хилл, Искусство схемотехники. М.: Мир, 2001, с.151.). В качестве накопительной емкости можно использовать не только дискретный элемент (конденсатор), но и входную емкость полевого транзистора. Согласующий повторитель 5 может быть выполнен на полевом транзисторе, на МОП транзисторе с изолированным затвором или интегральной микросхеме. Согласующий усилитель 6 может быть выполнен на полевом транзисторе или на микросхеме операционного усилителя.

Экспериментальный образец системы электретного конденсаторного микрофона был изготовлен и показал хорошие результаты. Общий ток потребления системы составил 12 мкА, при токе потребления собственно микрофона, работающего в непрерывном режиме, 200 мкА. Равномерность (±2 дБ) характеристики чувствительности системы обеспечена в полосе частот от 20 Гц до 10 кГц, потери на частоте 12 кГц составили 3 дБ.

Снижение потребления тока электретного конденсаторного микрофона достигнуто за счет схемного решения, благодаря введению в систему импульсного модулятора с единственным выходом совместно с блоком выборки и хранения с увеличенным импедансом. Такая конструкция характеризуется простотой, а следовательно, надежностью.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Система электретного конденсаторного микрофона, включающая электретный конденсаторный микрофон, нагрузочный резистор, импульсный модулятор и устройство выборки и хранения для преобразования импульсного сигнала в непрерывный, при этом выход микрофона соединен через нагрузочный резистор с выходом импульсного модулятора, который связан с источником напряжения питания, один из входов устройства выборки и хранения соединен с выходом микрофона, а другой вход соединен с выходом модулятора, а выход устройства выборки и хранения является выходом системы микрофона.

2. Система электретного конденсаторного микрофона по п.1, отличающаяся тем, что в ее состав введен согласующий повторитель, вход которого подключен к выходу устройства выборки и хранения, при этом выход повторителя является выходом системы микрофона.

3. Система электретного конденсаторного микрофона по п.1, отличающаяся тем, что в ее состав введен согласующий усилитель, вход которого подключен к выходу устройства выборки и хранения, при этом выход усилителя является выходом системы микрофона.

4. Система электретного конденсаторного микрофона по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что она выполнена на одной печатной плате.

5. Система электретного конденсаторного микрофона по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что она выполнена в виде одной интегральной схемы.

www.freepatent.ru


Смотрите также