3. Вугільний мікрофон. Побудова і принцип дії
Мікрофон служить для перетворення звукових коливань мови в електричний сигнал звукової частоти.
Мікрофони можуть бути:
-вугільними,
-конденсаторними,
-електродинамічними,
-електромагнітними,
-п'єзоелектричними.
Електродинамічні перетворювачі використовують принцип взаємодії магнітних полів постійного магніту і рухливої котушки індуктивності. При використанні їх у якості мікрофона звукові коливання впливають на рухливу котушку, вона коливається в постійному магнітному полі й у ній індуцується ЕРС. При роботі електродинамічного перетворювача в якості телефону розмовний перемінний струм подається на рухливу котушку. Магнітне поле, утворюване цим струмом, взаємодіє з полем постійного магніту, рухлива система коливається і збуджує звукові коливання з частотою розмовного струму. Електродинамічні перетворювачі вносять невеличкі спотворення, але мають малу чутливість, тому вони використовуються тільки у вимірювальних пристроях.
У п`єзоелектричних перетворювачів чутливість великою мірою залежить від температури, і вони мають низьку механічну стійкість. Тому п`єзоелектричні перетворювачі в телефонному зв'язку не використовуються.
Перетворювачі конденсаторного типу вносять у передачу незначні спотворення, але мають малу чутливість, тому не можуть широко застосовуватися в телефонному зв'язку.
Напівпровідникові перетворювачі мають високу чутливість. Проте питання застосування їх у телефонному зв'язку ще недостатньо поширене. У телефонному зв'язку найбільшого поширення набули вугільні мікрофони.
Перетворювачі можна класифікувати на активні і пасивні.
Активні мікрофони безпосередньо перетворять звукову енергію в електричну. У пасивних же мікрофонах звукова енергія перетворюється в зміну якого-небудь параметра (найчастіше — ємності й опору). Для роботи такого мікрофона обов'язково потрібне допоміжне джерело живлення.
У масових телефонних апаратах застосовують, як правило, вугільні мікрофони, у яких під дією звукових хвиль змінюється електричний опір вугільного порошку, що знаходиться під мембраною. Найбільше широко використовують мікрофонні капсулі типів МК-10, МК-16, що володіють досить високою чутливістю. На принципових схемах мікрофон позначають латинськими буквами ВМ.
Робота вугільного мікрофона заснована на зміні опору вугільного порошку під дією звукових коливань. Основні частини вугільного мікрофона (рис. 5) є:
мембрана;
рухливий електрод;
нерухомий електрод;
вугільний порошок;
корпус.
Вугільний мікрофон включається до ланцюга постійного струму й одержує живлення від батареї GB. У ланцюг мікрофона включений навантажувальний опір Z. Коли на мембрану не діють звукові хвилі, вона знаходиться в стані спокою. В цей час у ланцюзі протікає постійний струм I0.
Якщо на мікрофон діють звукові коливання синусоїдальної форми, мембрана здійснює коливання відповідної частоти разом із рухливим електродом. При цьому відбувається періодична зміна щільності та, відповідно, опору вугільного порошку. Зі зміною опору змінюється величина струму, а у ланцюзі мікрофона протікає пульсуючий струм. Характер зміни розмовного струму відповідає зміні звукового тиску. Таким чином, відбувається перетворення звукових коливань в електричні сигнали.
Опір вугільного мікрофона постійному струму визначається опором вугільного порошку, який залежить від щільності зіткнення окремих зерен між собою. Між зернами утворюються контактні містки, що створюють шлях для струму між нерухомим і рухливим електродами.
Основним електроакустичним параметром, що визначає якість роботи мікрофона, є його чутливість.
Рис. 5. Вугільний мікрофон: 1. Мембрана; 2. Рухомий електрод; 3. Нерухомий електрод; 4. Вугільний порошок; 5. Корпус
Чутливість мікрофона визначається відношенням електрорухаючої сили (ЕРС), що розвивається мікрофоном, до звукового тиску у тому місці поля, де знаходиться мікрофон, і виражається формулою:
де E - діюче значення ЕРС мікрофона, B;
Р - звуковий тиск, Па.
Основною позитивною якістю вугільного мікрофона, що забезпечує його широке застосування у телефонному зв’язку, є його відносна простота і дешевина, а також підсилювальна здатність – потужність електричних коливань, збуджуваних мікрофоном, значно перевищує потужність звукових коливань, що діють на мембрану.
Недоліками вугільного мікрофона є: гігроскопічність вугільного порошку, залежність опору від положення у просторі і величини струму живлення, а також значні нелінійні спотворення і власні шуми.