1.4 Частотная характеристика конденсаторного микрофона. Схема конденсаторного микрофона


3.8. Микрофоны.

3.8. МИКРОФОНЫ

Микрофоны классифицируются по признаку преобразования акустических колебаний в электрические и подразделяются на электродинамические, электромагнитные, электростатические (конденсаторные и электретные), угольные и пьезоэлектрические.

Микрофоны характеризуются следующими параметрами:

Чувствительность микрофона - это отношение напряжения на выходе микрофона к воздействующему на него звуковому давлению при заданной частоте (как правило 1000 Гц), выраженное в милливольтах на паскаль (мВ/Па). Чем больше это значение, тем выше чувствительность микрофона.

Номинальный диапазон рабочих частот - диапазон частот, в котором микрофон воспринимает акустические колебания и в котором нормируются его параметры .

Неравномерность частотной характеристики - разность между максимальным и минимальным уровнем чувствительности микрофона в номинальном диапазоне частот.

Модуль полного электрического сопротивления - нормированное значение выходного или внутреннего электрического сопротивления на частоте 1 кГц.

Характеристика направленности - зависимость чувствительности микрофона (в свободном поле на определённой частоте) от угла между осью микрофона и направлением на источник звука.

Уровень собственного шума микрофона - выраженное в децибелах отношение эффективного значения напряжения, обусловленного флуктуациями давления в окружающей среде и тепловыми шумами различных сопротивлений в электрической части микрофона, к напряжению, развиваемому микрофоном на нагрузке при давлении 1 Па при воздействии на микрофон полезного сигнала с эффективным давлением 0,1 Па.

В телефонных аппаратах, в основном, применяются электродинамические, электретные и угольные микрофоны. Но, как правило, в 95% кнопочных ТА применяются электретные микрофоны, которые имеют повышенные электроакустические и технические характеристики:

- широкий частотный диапазон;

- малую неравномерность частотной характеристики;

- низкие нелинейные и переходные искажения;

- высокую чувствительность;

- низкий уровень собственных шумов. На рис. 3.61 приведена схема, объясняющая принцип работы конденсаторного микрофона. Выполненные из электропроводного материала мембрана (1) и электрод (2) разделены изолирующим кольцом (3) и представляют собой конденсатор. Жёстко натянутая мембрана под воздействием звукового давления совершает колебательные движения относительно неподвижного электрода. Конденсатор включен в электрическую цепь последовательно с источником напряжения постоянного тока GB и активным нагрузочным сопротивлением R. При колебаниях мембраны ёмкость конденсатора меняется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления. В электрической цепи появляется переменный ток той же частоты и на нагрузочном сопротивлении возникает переменное напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона.

Электретные микрофоны по принципу работы являются теми же конденсаторными, но постоянное напряжение в них обеспечивается зарядом электрета, тонким слоем нанесённого на мембрану и сохраняющим этот заряд продолжительное время (свыше 30 лет).

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 не более 3+4 кОм и уменьшить потери сигнала при подключении к входу усилителя сигнала микрофона.

На риc 3.62 приведена внутренняя схема электретного микрофона с тремя выводами МКЭ-3.

У электретных микрофонов с двумя выводами выход микрофона выполнен по схеме усилителя с открытым стоком.

На рис. 3.64 приведена внутренняя схема электретного микрофона с двумя выводами МКЭ-389-1. Схема подключения такого микрофона приведена на рис. 3.63. По этой схеме можно подключать практически все электретные микрофоны с двумя выводами, и отечественные и импортные.

На рис. 3.67 приведены размеры и назначение выводов электретных микрофонов. В табл. 3.15 приведены их технические характеристики.

Табл. 3.15. Технические характеристики электретных микрофонов.

Микрофон

Чувствительность, мВ/Па, не менее

Номинальный диапазон рабочих частот, Гц

Уровень собственного шума,дБ, не более

Напряжение питания, В

М1-А2 "Сосна" М1-Б2 "Сосна" М7 "Сосна"

5-15 10 - 20 > 5

150 - 7000 150 - 7000 150 - 7000

28 28 26

-1,2 ±0,12 -1,2 ± 0,12 -1,2 ±0,12

МЭК-1А МЭК-1В

6-20 6-20

300 -4000 300 -4000

30 30

2,3 -4,7 2,3 -4,7

МКЭ-3

4-20

50 -15000

30

-4,5 ± 1,5

МКЭ-84

6-20

300 -3400

30

1,3 -4,5

МКЭ-377-1А МКЭ-377-1Б МКЭ-377-1В

6-12 10 - 20 18-36

150 - 15000 150 - 15000 150 -15000

33 33 33

2,3 -6,0 2,3 - 6,0 2,3 - 6,0

МКЭ-378А МКЭ-378В

6-12 10-20

30 -18000 30 - 18000

33 33

2,3 -6,0 2,3 - 6,0

МКЭ-389-1

6-12

300 - 4000

33

2,0+ 6,0

Микрофон

Чувствительность, мВ/Па, не менее

Номинальный диапазон рабочих частот, Гц

Уровень собственного шума, дБ, не более

Напряжение литания,

В

МКЭ-332А

3-5

50 - 12500

30

2,0 - 9,0

МКЭ-332Б

6-1

50 - 12500

30

2,0 - 9,0

МКЭ-332В

12 -24

50 - 12500

30

2,0 - 9,0

МКЭ-332Г

24-48

50 - 12500

30

2,0 - 9,0

МКЭ-ЗЗЗА

3-5

50 - 12500

30

2,0 - 9,0

МКЭ-ЗЗЗБ

6-12

50 - 12500

30

2,0 - 9,0

МКЭ-ЗЗЗВ

12 - 24

50 - 12500

30

2,0 - 9,0

МКЭ-ЗЗЗГ

24 - 48

50 - 12500

30

2,0 - 9,0

Ток потребления микрофона МЭК-1 не более 0,2 мА, МКЭ-377-1 и МКЭ-378 не более 0,35 мА. Потребляемый ток микрофонов М1-А2, М1-Б2 и М-7 не более 70 мкА.

Отличие микрофона МКЭ-332 от МКЭ-333 в том, что МКЭ-332 односторонненаправленный, а МКЭ-333 ненаправленный.

Коэффициент гармоник на частоте 1000 Гц при звуковом давлении 3 Па для микрофонов МКЭ-377-1 и МКЭ-389-1 не более 4 %, МКЭ-378 не более 1 %.

Неравномерность частотной характеристики чувствительности в номинальном диапазоне частот для микрофона МКЭ-3 не более 12 дБ, а для М1-А2, М1-Б2, МЭК-1 и МКЭ-389-1 не более ±2 дБ.

 

lib.qrz.ru

УСИЛИТЕЛЬ ЭЛЕКТРЕТНОГО МИКРОФОНА

   Идея сборки усилителя для микрофона давно витала в голове. Собравшись с силами, приступил к поиску схем усилителей. Большинство схем, просмотренных мною, были на ОУ, что не нравилось. Хотелось собрать проще, лучше и меньше (для ноутбука, ибо встроенный делали, видимо, только для галочки – качество плохое). И вот после недолгого поиска, была найдена и протестирована схема усилителя микрофонного сигнала с фантомным питанием. Фантомное питание (это когда питание и передача информации осуществляется по одному проводу) – огромный плюс этой схемы, ведь оно избавляет нас от сторонних источников питания и проблем связанных с ними. Например: если мы будем питать усилитель от простой батарейки, то она рано или поздно сядет, что приведет к неработоспобности схемы в данный момент; если будем питать от аккумулятора, то его придется рано или поздно заряжать, что тоже приведет к некоторым трудностям и ненужным движениям; если будем питать от БП, то здесь есть два минуса, которые, по моему мнению, отбрасывают вариант его использования – это провода (для питания нашего УМ) и помехи. От помех можно избавится многими способами (поставить стабилизатор, всяческие фильтры и т.д.), то от проводов избавиться не так уж и просто (можно, правда, сделать передачу энергии на расстоянии, но зачем городить целый комплекс устройств, для питания какого-то микрофонного усилителя?) к тому же это снижает практичность устройства. Перейдем к схеме:

Схема усилителя для электретного микрофона

Вариант схемы усилителя для динамического микрофона

   Схема отличается своей супер-простотой и мега-повторяемостью, в схеме два резистора (R1, 2), два конденсатора (C2, 3), штекер 3,5 (J1), один электретный микрофон и транзистор. Конденсатор С3 работает в качестве фильтра микрофона. Емкостью С2 на пренебрегать, то есть не надо ставить ни больше, ни меньше от номинала, указанного в схеме, иначе это повлечет за собой кучу помех. Транзистор Т1 ставим отечественный кт3102. Для уменьшения размеров устройства, использовал SMD транзистор с маркировкой «1Ks». Если ты вообще незнаешь как паять – вперед на форум.

   При замене Т1 особых изменений в качестве не последовало. Все остальные детали тоже в SMD корпусах, в том числе и конденсатор С3. Вся плата получилась довольно-таки маленькая, правда можно сделать ее еще меньше, используя технологию изготовления печатных плат ЛУТ. Но обошелся и простым полумиллиметровым перманентным маркером. Вытравил плату в хлорном железе за 5 минут. Получилась вот такая плата усилителя микрофона, которая крепится к штекеру 3,5.

   Все это неплохо помещается внутрь кожуха от штекера. Если тоже будете так делать, то советую делать плату как можно меньше, так как у меня она деформировала кожух и поменяла его форму. Плату желательно промыть растворителем или ацетоном. В итоге получилось такое полезное устройство, с хорошей чувствительностью:

   Прежде чем подключать микрофон к компьютеру, проверь все контакты и есть ли на входе микрофона питание +5v (а оно должно быть), во избежание комментариев типа: «Я собрал точно как в схеме а оно не работает!». Это можно сделать так: подключаешь новый штекер к разъему микрофона и меряешь напряжение вольтметром между массой (большим отводом) и двумя короткими отводами для пайки. Постарайся на всякий случай не закоротить между собой выводы штекера, когда будешь измерять напряжение. Что тогда будет, не знаю и проверять не хочу. У меня микрофонный усилитель работает уже 3 месяца, качеством и чувствительностью полностью доволен. Собирайте и отписывайтесь на форуме о своих результатах, вопросах, и, может быть даже о доработках корпуса, схемы и методах их изготовления. С вами был BFG5000, удачи!

   Форум по микрофонным предусилителям

   Обсудить статью УСИЛИТЕЛЬ ЭЛЕКТРЕТНОГО МИКРОФОНА

radioskot.ru

Питание электретных микрофонов. Фантомное питание в профессиональной аудио технике. Часть 1

. Часть 1

В связи с тем, что электретный микрофон имеет в своем составе буферный предусилитель, который добавляет к полезному сигналу собственный шум, он и определяет отношение сигнал/шум (обычно в районе 94 дБ), что эквивалентно акустическому отношению сигнал/шум 20-30 дБ.

Электретные микрофоны нуждаются в напряжении смещения для встроенного буферного предусилителя. Это напряжение должно быть стабилизировано, не содержать пульсаций, так как в противном случае они поступят на выход в составе полезного сигнала.

3. Основные схемы питания электретных микрофонов

3.1 Принципиальная схема
Рис.02 - Принципиальная схема
На рисунке Рис.02 представлена основная схема питания электретного микрофона, на нее следует ссылаться при рассмотрении подключения любого электретного микрофона. Выходное сопротивление определяется резисторами R1 и R2. Практически выходное сопротивление можно принять R2.
Рис.03 - Альтернативная принципиальная схема
3.2 Питание электретного микрофона от батарейки (аккумулятора)
Эта схема (Рис.04) может быть использована совместно с бытовыми магнитофонами и звуковыми картами, изначально предназначенными для работы с динамическими микрофонами. Когда вы соберете эту схему внутри корпуса микрофона (или в небольшом внешнем боксе), ваш электретный микрофон найдет универсальное применение.
Рис.04 - Схема питания электретного микрофона от батарейки
При построении данной схемы, будет полезно добавить выключатель, чтобы отключать батарейку в то время, когда микрофон не используется. Следует отметить, что уровень выходного сигнала этого микрофона значительно выше уровня, получаемого при использовании динамического микрофона, так что необходимо контролировать усиление на входе звуковой карты (усилителя/микшерного пульта/магнитофона и т.д.). Если этого не сделать, высокий уровень входного сигнала может привести к перемодуляции. Выходное сопротивление этой схемы в районе 2 кОм, поэтому не рекомендуется использовать слишком длинный микрофонный кабель. В противном случае он может сработать как фильтр нижних частот (несколько метров не окажет сильного влияния).
3.3 Простейшая схема питания электретного микрофона
В большинстве случаев допустимо использовать одну/две батарейки 1,5 В (в зависимости от используемого микрофона) для питания микрофона. Батарейка включается последовательно с микрофоном (Рис.05).
Рис.05 - Простейшая схема питания электретного микрофона
Эта схема работает, если постоянный ток, поступающий от батарейки, не оказывает на предусилитель негативного влияния. Это случается, но далеко не всегда. Обычно предусилитель работает только как усилитель переменного тока, и постоянная компонента не оказывает на него никакого влияния.

Если вы не знаете правильную полярность батарейки, попробуйте включить ее в двух направлениях. В подавляющем большинстве случаев неправильная полярность при низком напряжении не вызывает никаких повреждений микрофонного капсюля.

4. Звуковые карты и электретные микрофоны

В данном разделе рассматриваются варианты подачи питания на микрофоны от звуковых карт.

4.1 Вариант Sound Blaster
Звуковые карты Sound Blaster (SB16, AWE32, SB32, AWE64) от Creative Labs используют 3,5 мм stereo jack-и для подключения электретных микрофонов. Распиновка jack-а представлена на Рисунке 06.
Рис.06 - Распиновка jack-а для подключения к звуковой карте Sound Blaster
Creative Labs на своем сайте приводит характеристики. которыми должен обладать микрофон, подключаемый к звуковым картам Sound Blaster:
  1. Тип входа: небалансный (несимметричный), низкоомный
  2. Чувствительность: около -20дБВ (100 мВ)
  3. Входное сопротивление: 600-1500 Ом
  4. Разъем: 3,5 мм stereo jack
  5. Распиновка: Рисунок 07
Рис.07 - Распиновка разъема с сайта Creative Labs
На рисунке ниже (Рис.08) показана примерная схема входной цепи при подключении микрофона к звуковой карте Sound Blaster.
Рис.08 - Микрофонный вход звуковой карты Sound Blaster
4.2 Другие варианты подключения микрофона к звуковой карте
Звуковые карты других моделей/производителей могут использовать метод рассмотренный выше, а могут иметь собственный вариант. Звуковые карты, которые используют 3,5 мм разъем mono jack для подключения микрофонов, как правило имеют перемычку, позволяющую в случае необходимости подать питание на микрофон, либо его отключить. Если перемычка находится в положении при котором осуществляется подача напряжения к микрофону (обычно +5 В через резистор 2-10 кОм), то это напряжение подается по тому же проводу что и сигнал от микрофона к звуковой карте (Рис.09).
Рис.09 - Распиновка jack-а для подключения микрофона к звуковой карте
Входы звуковой карты в этом случае имеют чувствительность около 10 мВ. Это подключение также используется в компьютерах Compaq, выпускаемых со звуковой картой Compaq Business Audio (микрофон Sound Blaster хорошо работает с Compaq Deskpro XE560). Напряжение смещения, измеренное на выходе Compaq, 2,43 В. Ток короткого замыкания 0,34 мА. Это говорит о том, что напряжение смещения подается через резистор около 7 кОм. Кольцо 3,5 мм jack-а не используется, и ни к чему не присоединяется. Руководство пользователя Compaq говорит, что этот микрофонный вход используется только для подключения электретного микрофона с фантомным питанием, например микрофона поставляемого самим Compaq. Если верить Compac, этот метод подачи питания называется фантомным питанием, однако не следует путать этот термин с тем, что используется в профессиональной аудио технике. Согласно заявленным техническим характеристикам входное сопротивление микрофона 1 кОм, а максимально допустимый уровень входного сигнала 0,013 В.
4.3 Подача напряжения смещения к трех- проводному капсюлю электретного микрофона от звуковой карты
Эта схема (Рис.10) подходит для подключения трех- проводного капсюля электретного микрофона к звуковой карте Sound Blaster, которая поддерживает подачу напряжения смещения (НС) к электретному микрофону.
Рис.10 - Подключение трех- проводного электретного капсюля к звуковой карте
4.4 Подача напряжения смещения к двух- проводному капсюлю электретного микрофона от звуковой карты
Эта схема (Рис.11) подходит для сопряжения двух- проводного электретного капсюля со звуковой картой (Sound Blaster), которая поддерживает подачу напряжения смещения.
Рис.11 - Подключение двух- проводного электретного капсюля к звуковой карте
Рис.12 - Простейшая схема, работающая с SB16
Эта схема (Рис.12) работает, потому что питание +5 В подается через резистор 2,2 кОм, встроенный в звуковую карту. Этот резистор хорошо работает как ограничитель тока и как сопротивление в 2,2 кОм. Такое подключение используется в компьютерных микрофонах Fico CMP-202.
4.5 Питание электретных микрофонов с 3,5 мм mono jack-ом от SB16
Приведенная ниже схема питания (Рис.13) может применяться с микрофонами, напряжение смещение которым подается по тому же проводу, по которому передается аудио сигнал.
Рис.13 - Подключение электретного микрофона с mono jack-ом к SB16
4.6 Подключение микрофона телефонной трубки к звуковой карте
Согласно некоторым новостным статьям на портале comp.sys.ibm.pc.soundcard.tech, этаже схема может использоваться для подключения к звуковой карте Sound Blaster электретного капсюля телефонной трубки. В первую очередь необходимо убедиться что микрофон в выбранной трубке электретный. Если это так, то необходимо отсоединить трубку, открыть ее и найти плюс микрофонного капсюля. После этого капсюль подключается как показано на рисунке выше (Рис.13). Если вы хотите использовать разъем RJ11 телефонной трубки, то микрофон подключен к проводам внешней пары. Различные трубки имеют разные уровни сигнала на выходе, и уровня некоторых может быть недостаточно для использования со звуковой картой Sound Blaster.

Если вы хотите использовать динамик трубки, то подключите его к Tip [2] и вставьте в звуковую карту. Перед этим убедитесь что он имеет сопротивление более 8 Ом, в противном случае усилитель на выходе звуковой карты может сгореть.

4.7 Питание мультимедийного микрофона от внешнего источника
Основная идея питания мультимедийного (ММ) микрофона приведена ниже (Рис.14).
Рис.14 - Питание мультимедийного микрофона
Общая схема питания компьютерного микрофона, предназначенная для работы с Sound Blaster и другими подобными звуковыми картами приведена на рисунке ниже (Рис.15):
Рис.15 - Общая схема питания компьютерного микрофона
Примечание 1: на выход этой схемы поступает постоянный ток в несколько вольт. Если это создает проблемы, необходимо добавить конденсатор последовательно с выхода микрофона.

Примечание 2: обычно напряжение питания микрофонов, подключаемых к звуковой карте составляет около 5 вольт, подаваемых через резистор 2,2 кОм. Микрофонные капсюли обычно не восприимчивы к к постоянному току от 3 до 9 вольт, и будут работать (хотя уровень подаваемого напряжения может повлиять на выходное напряжение микрофона).

4.8 Подключение мультимедийного микрофона к обычному микрофонному входу
Рис.16 - Подключение ММ микрофона к обычному входу
Напряжение +5 В может быть получено из большего с помощью стабилизатора напряжения, такого как 7805. В качестве альтернативы можно использовать последовательное включение трех батареек 1,5 В, а можно использовать и одну на 4,5 В. Включать ее следует как показано на рисунке выше (Рис.16).
4.9 Plug-in power
Множество небольших видео камер и рекордеров используют 3,5 мм микрофонный стерео штекер для подключения стерео микрофонов. Некоторые устройства предназначены для микрофонов с внешним источником питания, в то время как другие подают питание через тот же разъем, по которому передается аудио сигнал. В характеристиках устройств, которые обеспечивают питание капсюлей через микрофонный вход, этот вход называется "Plug-in power".

Для устройств, которые используют подключение Plug-in power для электретных микрофонов, схема приведена ниже (Рис.17):

Рис.17 - Подключение микрофонов с использованием Plug-in power
Технология подключения микрофонов Plug-in power с точки зрения схемотехники записывающего устройства (Рис.18):
Рис.18 - Схемотехника разъема Plug-in power
Номиналы элементов в схему могут меняться в зависимости от производителя оборудования. Однако очевидно что напряжение питания составляет несколько вольт, а номинал резистора в несколько кило-Ом.

Примечания

[1] Буферный предусилитель электретного микрофона - это также просто предусилитель, преобразователь напряжения, повторитель, полевой транзистор, согласователь сопротивления. [2] Названия pin-ов разъема stereo jack Перевод статьи Powering microphones (copyright Tomi Engdahl 1997-2012). Часть 2

voitrec.blogspot.ru

1.4 Частотная характеристика конденсаторного микрофона.

Если исключить из рассмотрения очень низкие частоты. То поведение конденсаторного микрофона характеризуется прежде всего резонансом системы напряженная мембрана – задняя полость (объём воздуха позади мембраны мал). Эквивалентная электрическая схема при этом упрощается до последовательной резонансной схемы, представленной на рисунке 5,б.

С использованием упрощенных обозначений.

M=MA+MD+MS, C=C2CD/(C2+CD)

Уравнение для тока Au = UD принимает вид

Mjωu +Ru +u/(jωC)=p/A

Отметим, что для микрофонов с сильно напряжённой металлической мембраной С~СD, и выходное напряжение определяется выражением

В зависимости от величины ω на частотной характеристике можно выделить следующие области (рис 6)

- при частоте ниже резонансной ω<<ωr

И сигнал не зависит от ω (зона II)

- при резонансной частоте ω = ωr

Рисунок 6 Частотная Характеристика конденсаторного микрофона.

- при частоте выше резонансной ω>ωr

и сигнал ослабляется на 12 дБ/октава (зона IV).

При более высоких частотах теоретически должен существо­вать антирезонанс параллельного контура, включающего Ms и С1 (область V), и, кроме того, резонанс последовательного контура, образуемого MA + MD и емкостями CD и С1 т. е. вто­рой резонанс микрофона, создаваемый мембраной и полостью, расположенной позади диафрагмы (зона VI). В реальных мик­рофонах эффекты дифракции играют доминирующую роль.

При очень низких частотах (f<<l/2πRCT) к влиянию капил­лярного канала (ослабление 6 дБ/октава, зона I, f<<l/2πRC2) может добавляться электронный эффект, вызванный непостоян­ством заряда. Подобный эффект, описанный Дёбелином, про­являлся в дополнительном ослаблении сигнала 6 дБ/октава.

1.5 Получение передаточной функции

Выведем передаточную функцию для эквивалентной электрической схемы конденсаторного микрофона показанной на рисунке 7

Рисунок 7 Эквивалентная электрическая схема конденсаторного микрофона

Запишем уравнения по законам Кирхгофа и Ома в операторной форме:

Произведём формальную замену L=MA+MD+MS

Для первого контура:

p+UL+UCD+UC2+URS=0

(1)

Или в изображении по Лапласу

(2)

Для второго контура:

-UCD+UL1-UM=0

(3)

Или в изображении по Лапласу

(4)

Для третьего контура:

-U0+UL2-UM=0 →U0=UМ-UL2

(5)

Или в изображении по Лапласу

(6)

По первому закону Кирхгофа

i1 = i2 - i4 = 0

I4(S)=I1(S) – I2(S)

Из 2

(7)

Подставим 7 в 4

(8)

Из 8

(9)

Подставим 9 в 6

Те

Т.к количество переменных больше количества уравнений в системе, то система является недоопределённой и вывести по данным условиям передаточную функцию не представляется возможным.

2 Представление устройства в виде структурной схемы

Представим устройство емкостного датчика в виде функциональной схемы, т.е. последовательности блоков, представляющих собой системы с распределёнными (СРП) или сосредоточенными параметрами (ССП).

Рисунок 3

Здесь ∆x – измеряемое перемещение;

∆c.. – изменение емкости постоянного конденсатора;

∆uc– изменение напряжения на конденсаторе;

∆I– изменение протекаемого тока;

∆ur – изменение напряжения на сопротивлениях;

∆um– напряжение разбаланса.

Представим устройство емкостного датчика в виде структурной схемы.

Рисунок 4

Здесь W1 – W4 – передаточные функции соответствующих блоков функциональной схемы (рисунок 3).

studfiles.net

Микрофоны – основные параметры, маркировка и включение в схемах

   

   Микрофоны (электродинамические, электромагнитные, электретные, угольные) – основные параметры, маркировка и включение в электронных схемах.

   В радиоэлектронике находит широкое применение микрофон — устройство, преобразующее звуковые колебания в электрические. Под микрофоном обычно понимают электрический прибор, служащий для обнаружения и усиления слабых звуков.

   Основные параметры микрофонов

   Качество работы микрофона характеризуется несколькими стандартными техническими параметрами: чувствительностью, номинальным диапазоном частот, частотной характеристикой, направленностью, динамическим диапазоном, модулем полного электрического сопротивления, номинальным сопротивлением нагрузки и др.

   Маркировка

   Марка микрофона обычно наносится на его корпусе и состоит из букв и цифр. Буквы указывают тип микрофона:

   МД……………катушечный (или «динамический»),

   МДМ…………динамический малогабаритный,

   ММ ………….миниатюрный электродинамический,

   MЛ……………ленточный,

   МК……………конденсаторный,

   МКЭ…………электретный,

   МПЭ…………пьезоэлектрический.

   Цифры обозначают порядковый номер разработки. После цифр стоят буквы А, Т и Б, обозначающие, что микрофон изготовлен в экспортном исполнении — А, Т — тропическом, а Б – предназначен для бытовой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Маркировка микрофона ММ-5 отражает его конструктивные особенности и состоит из шести символов:

   первый и второй ……………ММ — микрофон миниатюрный;

   третий…………………………..5 — пятое конструктивное исполнение;

   четвертый и пятый………..две цифры, обозначающие типоразмер;

   шестой………………………….буква, которая характеризует форму акустического входа (О — круглое отверстие, С — патрубок, Б — комбинированное).

   В практике радиолюбителей используется несколько основных типов микрофонов: угольные, электродинамические, электромагнитные, конденсаторные, электретные и пьезоэлектрические.

   Электродинамические микрофоны

   (название микрофонов этого типа считается устаревшим и сейчас эти микрофоны называют катушечными)

   Микрофоны этого типа очень часто используют любители звукозаписи, благодаря их сравнительно высокой чувствительности и практической нечувствительности к атмосферному влиянию, в частности, действию ветра. Они также не боятся толчков, просты в использовании и обладают способностью выдерживать без повреждений большие уровни сигналов. Положительные качества этих микрофонов преобладают над их недостатком: средним качеством записи звука.

   В настоящее время для радиолюбителей большой интерес представляют выпускаемые отечественной промышленностью малогабаритные динамические микрофоны, которые используются для звукозаписи, звукопередачи, звукоусиления и различных систем связи. Изготавливаются микрофоны четырех групп сложности — 0, 1, 2 и 3. Микрофоны малогабаритные групп сложности 0, 1 и 2 используются для звукопередачи, звукозаписи и звукоусиления музыки и речи, а группы 3 — для звукопередачи, звукозаписи и звукоусиления речи.

   Условное обозначение микрофона состоит из трех букв и цифр. Например, МДМ-1, микрофон динамический малогабаритный первого конструктивного исполнения.

   Особый интерес представляют электродинамические миниатюрные микрофоны серии ММ-5, которые можно впаивать прямо в плату усилителя или использовать в качестве встроенного элемента радиоэлектронной аппаратуры. Микрофоны относятся к четвертому поколению компонентов, которые разработаны для РЭА на транзисторах и интегральных микросхемах. Микрофон ММ-5 выпускается одного типа в двух вариантах: высокоомном (600 Ом) и низкоомном (300 Ом), а также тридцати восьми типоразмеров, которые отличаются только сопротивлением обмотки постоянному току, расположением акустического входа и его вида. Основные электроакустические параметры и технические характеристики микрофонов серии ММ-5 приведены в табл. 3.2.

   Таблица 3.2

   Тип микрофона

   ММ-5

   Вариант исполнения

   низкоомный

   высокоомный

   Номинальный диапазон рабочих частот, Гц

   500.. .5000

   Модуль полного электрического сопротивления обмотки, Ом

   135115

   900±100

   Чувствительность на частоте 1000 Гц, мкВ/Па,

   не менее (сопротивление нагрузки)

   300 (600 Ом)

   600 (300 Ом)

   Средняя чувствительность в диапазоне

   500…5000 Гц, мкВ/Па, не менее (сопротивление нагрузки)

   600 (600 Ом)

   1200 (3000 Ом)

   Неравномерность частотной характеристики

   чувствительности в номинальном диапазоне частот, дБ, не более

   24

   Масса, г, не более

   900 ± 100

   Срок службы, год, не менее

   5

   Размеры, мм

   9,6×9,6×4

   

   Рис. 3.6. Принципиальная схема включения на входе УЗЧ громкоговорителя в качестве м икрофона

   При отсутствии динамического микрофона радиолюбители часто используют вместо него обычный электродинамический громкоговоритель (рис. 3.6).

   Электромагнитные микрофоны

   Для усилителей низкой частоты, собранных на транзисторах и имеющих низкое входное сопротивление, обычно используют электромагнитные микрофоны. Электромагнитным микрофонам свойственна обратимость, то есть они могут использоваться и как телефоны. Широкое распространение имеют так называемый дифференциальный микрофон типа ДЭМШ-1 и его модификация ДЭМШ-1А. Неплохие результаты получаются при использовании вместо электромагнитных микрофонов ДЭМШ-1 и ДЭМ-4М обычных электромагнитных наушников от головных телефонов ТОН-1, ТОН-2, ТА-56 и др. (рис. 3.7…3.9).

   

   Рис. 3.7. Принципиальная схема включения на входе УЗЧ электромагнитного наушника в качестве микрофона

   

   Рис. 3.8. Принципиальная схема включения электромагнитного микрофона на входе УЗЧ на транзисторах

   

   Рис. 3.9. Принципиальная схема включения электромагнитного микрофона на входе УЗЧ на операционном усилителе.

   Электретные микрофоны

   В последнее время в бытовых магнитофонах используются электретные конденсаторные микрофоны. Электретные микрофоны имеют самый .широкий диапазон частот: 30…20000 Гц. Микрофоны этого типа дают электрический сигнал в два раза больший нежели обычные угольные.

   Промышленность выпускает электретные микрофоны МКЭ-82 и МКЭ-01 по размерам аналогичные угольным МК-59 и им подобным, которые можно устанавливать в обычные телефонные трубки вместо угольных без всякой переделки телефонного аппарата. Этот тип микрофонов значительно дешевле обычных конденсаторных микрофонов, и поэтому более доступны радиолюбителям. Отечественная промышленность выпускает широкий ассортимент электретных микрофонов, среди них МКЭ-2 односторонней направленности для катушечных магнитофонов 1 класса и для встраивания в радиоэлектронную аппаратуру — МКЭ-3, МКЭ-332 и МКЭ-333. Для радиолюбителей наибольший интерес представляет конденсаторный электретный микрофон МКЭ-3, который имеет микроминиатюрное исполнение. Микрофон применяется в качестве встраиваемого устройства в отечественные магнитофоны, магниторадиолы и магнитолы, такие как, «Сигма-ВЭФ-260», «Томь-303», «Романтик-306» и др.

   Микрофон МКЭ-3 изготовляется в пластмассовом корпусе с фланцем для крепления на лицевой панели радиоустройства с внутренней стороны. Микрофон является ненаправленным и имеет диаграмму круга. Микрофон не допускает ударов и сильной тряски. В табл. 3.3 приведены основные технические параметры некоторых марок миниатюрных конденсаторных электретных микрофонов. На рис. 3.10 приведена схема включения распространенного в радиолюбительских конструкциях электретного микрофона типа МКЭ-3.

   Таблица 3.3

   Тип микрофона

   МКЭ-3

   МКЭ-332

   МКЭ-333

   МКЭ-84

   Номинальный диапазон рабочих частот, Гц

   50…16000

   50… 15000

   50… 15000

   300…3400

   Чувствительность по свободному полю на

   частоте 1000 Гц, мкВ/Па

   не более 3

   не менее 3

   не менее 3

   А – 6…12

   В – 10…20

   Неравномерность частотной характеристики

   чувствительности в диапазоне 50… 16000 Гц,

   дБ, не менее

   10

   -

   -

   -

   Модуль полного электрического сопротивления на 1000 Гц,

   Ом, не более

   250

   600 ±120

   600 ± 120

   -

   Уровень эквивалентного звукового давления,

   обусловленного собственными шумами микрофона,

   дБ, не более

   25

   -

   -

   -

   Средний перепад уровней чувствительности

   «фронт — тыл», дБ

   -

   не, менее 12

   не более 3

   -

   Условия эксплуатации: температура, ’С

   относительная влажность воздуха, не более

   5…30 85%

   при 20’С

   -10…+50

   95±3 % при 25’С

   10…+50

   95±3% при 25’С

   0…+45

   93% при 25’С

   Напряжения питания, В

   -

   1,5…9

   1,5…9

   1,3…4,5

   Масса, г

   8

   1

   1

   8

   Габаритные размеры (диаметр х длина), мм

   14×22

   10,5 х 6,5

   10,5 х 6,5

   22,4×9,7

   

   Рис. 3.10. Принципиальная схема включения микрофона типа МКЭ-3 на входе транзисторного УЗЧ

   Угольные микрофоны

   Невзирая на то что угольные микрофоны постепенно вытесняются микрофонами других типов, но благодаря простоте конструкции и достаточно высокой чувствительности они все еще находят свое место в различных устройствах связи. Наибольшее распространение имеют угольные микрофоны, так называемые телефонные капсюли, в частности, МК-Ю, МК-16, МК-59 и др. Наиболее простая схема включения угольного микрофона приведена на рис. З.П. В этой схеме трансформатор должен быть повышающим и для угольного микрофона с сопротивлением R = 300…400 Ом его можно намотать на Ш-образном железном сердечнике с сечением 1…1,5 см2. Первичная обмотка (I) содержит 200 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,2 мм, а вторичная (II) — 400 витков ПЭВ-1 диаметром 0,08…0,1 мм. Угольные микрофоны в зависимости от их динамического сопротивления делят на 3 группы:

   1………низкоомные (около 50 Ом) с током питания до 80 мА;

   2………среднеомные (70… 150 Ом) с током питания не более 50 мА;

   3………высокоомные (150…300 Ом) с током питания не более 25 мА.

   Из этого следует, что в цепи угольного микрофона необходимо устанавливать ток, соответствующий типу микрофона. В противном случае при большом токе угольный порошок начнет спекаться и микрофон испортится. При этом появляются нелинейные искажения. При очень малом токе резко снижается чувствительность микрофона. Угольные капсюли могут работать и при пониженном токе источника питания, в частности, в усилителях на лампах и транзисторах. Снижение чувствительности при пониженном питании микрофона компенсируется простым повышением коэффициента усиления усилителя звуковой частоты. В этом случае улучшается частотная характеристика, значительно снижается уровень шумов, повышается стабильность и надежность работы.

   

   Рис. 3.11. Принципиальная схема включения угольного микрофона с использованием трансформатора

   Вариант включения угольного микрофона в усилительный каскад на транзисторе дано на рис 3.12. Вариант включения угольного микрофона в сочетании с транзистором на входе лампового усилителя звуковой частоты по схеме рис. 3.13 позволяет получить большое усиление по напряжению.

   

   Рис. 3.12. Принципиальная схема включения угольного микрофона на входе транзисторного УЗЧ

   

   Рис. 3.13. Принципиальная схема включения угольного микрофона на входе гибридного УЗЧ, собранного на транзисторе и электронной лампе

   

Литература: В.М. Пестриков. Энциклопедия радиолюбителя.

nauchebe.net

Подключение и согласование |  1.2. Особенности применения микрофонов  | 1. Микрофоны  |  Читать онлайн, без регистрации

Подключение и согласование

В настоящее время в малогабаритных транзисторных радиопередающих устройствах применяются микрофоны различных типов, но чаще всего разработчики отдают предпочтение динамическим, конденсаторным и электретным микрофонам. При этом выбор микрофона осуществляется с учетом его технических характеристик и параметров, основными из которых являются чувствительность, номинальный диапазон частот, характеристика направленности, модуль полного электрического сопротивления, а также масса, габаритные размеры и т. п. Для конденсаторных микрофонов не менее важной характеристикой является уровень эквивалентного звукового давления.

При подключении микрофона к входу следующего каскада, например, к входу микрофонного усилителя, помимо определенных электрических параметров самого микрофона (импеданс и напряжение) следует учитывать входные характеристики нагрузки (входное сопротивление и чувствительность, например, микрофонного усилителя). Поскольку в паспортных данных чувствительность микрофона указывается для так называемого режима холостого хода (без нагрузки), то входное сопротивление следующего каскада должно быть в 5–10 раз больше, чем модуль полного электрического сопротивления микрофона.

Так называемые низкоомные катушечные динамические микрофоны, чувствительность которых составляет обычно от 1 мВ/Па до 3 мВ/Па, чаще всего имеют выходное сопротивление в пределах от 50 Ом до 200 Ом и обеспечивают формирование выходного напряжения величиной от нескольких милливольт до 25 мВ. Поэтому при использовании такого микрофона следующий каскад должен иметь соответствующую чувствительность (не хуже 0,5 мВ) и сравнительно высокое входное сопротивление (не менее 1 кОм). Если же чувствительность, например, микрофонного усилителя будет хуже, то для согласования можно использовать микрофонный трансформатор.

Высокоомные катушечные динамические микрофоны, имеющие чувствительность до 10 мВ/Па при выходном сопротивление около 47 кОм, обеспечивают формирование выходного напряжения величиной до нескольких десятков милливольт. Подключаемый к выходу таких микрофонов каскад должен иметь чувствительность не хуже 5 мВ и входное сопротивление не менее 100 кОм. Некоторые типы высокоомных катушечных динамических микрофонов имеют встроенный согласующий трансформатор, а соответствующий переключатель позволяет пользователю выбрать величину выходного сопротивления (низкоомный или высокоомный выход).

Необходимо отметить, что существуют катушечные динамические микрофоны, в которых можно выбрать и так называемое среднее значение выходного сопротивления (от 400 Ом до 5000 Ом). Чувствительность таких микрофонов обычно составляет от 3 мВ/Па до 5 мВ/Па при максимальном выходном напряжении до 50 мВ. Совместно со среднеомными динамическими микрофонами следует использовать микрофонный усилитель с чувствительностью не хуже 3 мВ и входным сопротивлением от 4 кОм до 25 кОм.

Ленточные электродинамические микрофоны, чувствительность которых составляет 0,1 мВ/Па, имеют выходное сопротивление около 200 Ом и обеспечивают формирование выходного напряжения величиной от нескольких милливольт до 10 мВ. Подключаемый к выходу таких микрофонов каскад должен иметь чувствительность не хуже 0,3 мВ и входное сопротивление не менее 1 кОм.

Широко применяемые в транзисторных микропередатчиках электретные конденсаторные микрофоны, имеющие чувствительность от 1 мВ/Па до 10 мВ/Па при выходном сопротивление от 600 Ом до 3 кОм, обеспечивают формирование выходного напряжения величиной до 100 мВ. Поэтому следующий каскад должен иметь чувствительность от 0,5 мВ до 5 мВ при входном сопротивлении от 4,7 кОм до 15 кОм.

Особого внимания заслуживают схемотехнические решения, используемые при разработке цепей подключения электродинамического или электростатического микрофона к входному каскаду микрофонного усилителя.

Схемы подключения динамического микрофона не отличаются особой сложностью и в самом простом варианте выглядят так, как показано на рис. 1.1. Параллельно выводам динамического микрофона ВМ1 может быть подключен конденсатор С1 емкостью около 100 пФ, обеспечивающий подавление высокочастотных сигналов (рис. 1.1б).

Рис. 1.1. Принципиальные схемы подключения электродинамического микрофона к входному каскаду микрофонного усилителя

Для согласования выходного сопротивления динамического микрофона с входным сопротивлением микрофонного усилителя в состав схемы иногда включается специальный согласующий резистор R1 так, как показано на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Принципиальные схемы подключения электродинамического микрофона и согласующего резистора к входному каскаду микрофонного усилителя

Резистор R1 может включаться последовательно (рис. 1.2а) или параллельно (рис. 1.2б) микрофону ВМ1. Величина сопротивления этого резистора и вариант его включения выбираются в зависимости от параметров примененного динамического микрофона и входных характеристик микрофонного усилителя, и может составлять от десятков ом до десятков килоом. Необходимо отметить, что при параллельном включении резистор R1 препятствует возможному самовозбуждению микрофонного усилителя при отключении микрофона от входного каскада.

Одной из особенностей электростатических (конденсаторных) микрофонов является сравнительно большое выходное сопротивление, поэтому в их состав включается специальный согласующий каскад, который также обеспечивает и усиление сигнала. Питание этого каскада осуществляется от внешнего источника постоянного напряжения, поэтому схемы включения таких микрофонов имеют определенные особенности. В транзисторных микропередатчиках для подключения электростатического (конденсаторного) микрофона к входному каскаду микрофонного усилителя чаще всего используются схемотехнические решения, изображенные на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Принципиальные схемы подключения электростатического (конденсаторного) микрофона к входному каскаду микрофонного усилителя

При использовании электретных микрофонов отечественного производства с тремя гибкими выводами (проводами) синий провод подключается к положительной шине цепи питания, красный провод – к шине корпуса («минус» цепи питания), а белый провод должен быть подключен к входу микрофонного усилителя.

Конструктивной особенностью многих типов электретных микрофонов является наличие не трех, а всего лишь двух выводов или контактных площадок. При использовании таких микрофонов схемы его подключения будут выглядеть так, как изображено на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Принципиальные схемы подключения электретного микрофона с двумя выводами к входному каскаду микрофонного усилителя

velib.com


Смотрите также