4.8. КОНДЕНСАТОРНЫЕ МИКРОФОНЫ

Микрофон-приемник давления

Конденсаторные микрофоны широко применяются как в радиовещании, так и в акустической измерительной технике. Действие их основано на принципе электростатического преобразователя, рассмотренном в параграфе 3.2. Схематически конструкция такого микрофона изображена на рис. 4.25а.

Тонкая диафрагма помещена над неподвижным плоским электродом, так что зазор между ними весьма мал. Диафрагма электрически соединена с корпусом микрофона и сильно натянута. Приспособление для натяжения схематически изображено на рис. 4.256. Неподвижный электрод изолирован от корпуса высококачественным изолятором (янтарь, кварц) и через нагрузочное сопротивление соединен с источником поляризующего напряжения Все соединения показаны на рис. 4.25в. Корпус микрофона соединен с нулевым проводом схемы и служит экраном по отношению к внешним электрическим мешающим полям. Емкость

является разделяющей для сетки лампы. Сопротивление -сопротивление утечки сетки; нагрузочное сопротивление катодного повторителя; сопротивление смещения; выходная разделительная емкость. При колебаниях диафрагмы под действием внешнего акустического поля изменяется емкость микрофона между диафрагмой и неподвижным электродом и по сопротивлению течет переменный ток, стремящийся выровнять потенциалы неподвижного электрода и батареи.

Рис. 4.25 Конденсаторный микрофон-приемник давления а — капсюль микрофона, б - каналы в неподвижном электроде в — схема включения

Движение диафрагмы и зарядов в электрической цепи микрофона описываются ур-ниями (3.20). Из этих уравнений вытекает выражение (3.64) для чувствительности преобразователя, на основании которого получим:

где расстояние между обкладками; сопротивление нагрузки в электрической цепи; емкость микрофона; §0 — механическое сопротивление диафрагмы микрофона, в отсутствие тока на электрической стороне; сила, действующая на подвижную систему; напряжение на нагрузке

Сопротивление нагрузки по переменному току составится из параллельно включенных и цепочки Так как в рабочем диапазоне частот сопротивление емкости выбирают возможно малым по сравнению с то можно считать:

Если диаметр микрофона мал по сравнению с длиной волны, то давление падающей на микрофон волны; площадь диафрагмы. Внесенное в механическую систему

сопротивление реакции электрической цепи как показывает прикидочный расчет, весьма мало и им можно пренебречь, тогда

Для получения частотнонезависимой величины чувствительности выгоднее всего потребовать выполнения таких двух условий:

Первое из соотношений (4.71) показывает, что сопротивление подвижной диафрагмы надо сделать гибким:

Для того чтобы соотношение (4.72) выполнялось, собственную частоту диафрагмы следует выбрать очень высокой — выше верхней частоты рабочего диапазона. Если эту собственную частоту обозначить то где эквивалентная масса диафрагмы. Тогда (4.70) с учетом (4.71) и (4.72) даст:

Таким образом, для получения микрофона, хорошо передающего высокие частоты, приходится идти на снижение его чувствительности. Уменьшением массы диафрагмы можно до некоторой степени скомпенсировать это снижение чувствительности. Поэтому на практике диафрагму делают весьма тонкой и сильно натянутой.

Второе из соотношений (4.71) требует, чтобы на самой низкой частоте рабочего диапазона микрофона (сон) еще соблюдалось условие Так как емкость конденсаторного микрофона по необходимости весьма мала, то сопротивление приходится брать весьма большим. Это сопротивление, включенное в цепи сетки первого каскада усиления, создает напряжение тепловых шумов, пропорциональное Поэтому с увеличением с одной стороны, растет диапазон передаваемых микрофоном низких частот, с другой — увеличивается собственное напряжение шумовых помех, создаваемых микрофоном. Рост собственных помех микрофона ограничивает его использование для приема слабых звуковых давлений. Величина напряжения собственных шумов микрофона наравне с величиной его чувствительности и внутренним сопротивлением является важной характеристикой его качества.

Один из способов улучшить соотношение между шумами и сигналом и облегчить выполнение условия состоит в том, что во входном каскаде усилителя вводят отрицательную обратную связь, как показано на рис. 4.25 в. Здесь сопротивление включено между сеткой лампы и катодным выходом, так что оно находится под разностью напряжений микрофона и выхода каскада — катодного повторителя. Так как напряжение выхода катодного

повторителя близко к напряжению входа, то ток микрофона оказывается весьма малым, таким, как если бы сопротивление входа возросло в раз, где крутизна лампы, сопротивление катодной нагрузки каскада. Величина может быть сделана много больше единицы. Таким образом, фактическая величина может быть уменьшена в раз при сохранении тех же частотных характеристик усиления, что и без обратной связи, и тем самым напряжение шумов цепи сетки уменьшается в раз.