Содержание
САЙТ РАДИОЛЮБИТЕЛЕЙ ВОЛГОГРАДА RA4A. СПРАВОЧНАЯ.
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.
Рис 1.
Схема включения конденсаторного микрофона.
На рис. 1 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 истоко-вый повторитель на полевом n-каналыюм транзисторе с р-п 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 рис. 2 приведена внутренняя схема электретного микрофона с тремя выводами МКЭ-3.
Рис. 2
Внутренняя схема электретного микрофона МКЭ-3.
У электретных микрофонов с двумя выводами выход микрофона выполнен по схеме усилителя с открытым стоком.
Рис. 3.
Внутренняя схема электретного микрофона МКЭ-389-1.
Рис. 4.
Схема подключения электретных микрофонов с двумя выводами.
На рис. 3 приведена внутренняя схема электретного микрофона с двумя выводами
МКЭ-389-1. Схема подключения такого микрофона приведена на рис. 4. По этой схеме можно подключать практически все электретные микрофоны с двумя выводами, и отечественные и импортные.
В таблице приведены их технические характеристики.
Параметры микрофонов:
| Наименование марка |
Чувстви- тельность мВПа |
Диапазон частот Гц |
Уровень шума дБ |
Напр. пит. В |
Потреб. ток мА |
Коэфф. гарм. % |
Неравно- мерность ЧХ дБ |
| М1-А2 "СОСНА" | 515 | 1507000 | 28 | -1,2 | 0,007 | — | 2 |
| М1-Б2 "СОСНА" | 1020 | ||||||
| М4-В "СОСНА" | >20 | ||||||
| М7 "СОСНА" | >5 | 26 | |||||
| МЭК-1А | 620 | 3004000 | 30 | 2,34,7 | 0,2 | 2 | |
| МЭК-1В | |||||||
| МКЭ-3 | 420 | 5015000 | 30 | -4,5 | — | 12 | |
| МКЭ-84 | 620 | 3003400 | 30 | 1,34,5 | — | ||
| МКЭ-377-1А | 612 | 15015000 | 33 | 2,36 | 0,35 | 4 | |
| МКЭ-377-1Б | 1020 | ||||||
| МКЭ-377-1В | 1836 | ||||||
| МКЭ-378А | 612 | 3018000 | 2,36 | 0,35 | 1 | ||
| МКЭ-378Б | 1020 | ||||||
| МКЭ-389-1 | 612 | 3004000 | 26 | — | 4 | 2 | |
| МКЭ-332А | 35 | 5012500 | 30 | 29 | — | — | |
| МКЭ-332Б | 612 | ||||||
| МКЭ-332В | 1224 | ||||||
| МКЭ-332Г | 2448 | ||||||
| МКЭ-333А | 35 | 5012500 | 30 | 29 | |||
| МКЭ-333Б | 612 | ||||||
| МКЭ-333В | 1224 | ||||||
| МКЭ-333Г | 2448 | ||||||
| PANASONIC | РАЗМЕР | ||||||
| WM-034 CY | 60 | 2016000 | — | 4,510 | 0,8 | 9,7х6,7 | |
| WM-034 BY | 60 | 2016000 | |||||
| WM-034 CY 195 | |||||||
| WM-52 BM | 1,510 | 0,3 | 9,7х4,5 | ||||
| WM-54 BT | 2012000 | 2,510 | 0,6 | ||||
| WM-60 AY | 58 | 2016000 | 210 | 0,5 | 6х5 | ||
| WM-60 AT | |||||||
| WM-60 A 103 | 55 | 10012000 | |||||
| WM-62 A | 58 | 2016000 | 6х2,5 | ||||
| WM-66 D 103 | 50 | 1010000 | 6х2,7 | ||||
| WM 55 A 103 | 60 | 2016000 | 1,510 | 0,5 | 9,7х5 | ||
| WM 56 A 103 | 58 | ||||||
| WM 55 D 103 | 10010000 | ||||||
| китай, стоящий во всех ширпотребовских телефонах и АОНах | |||||||
| SZN-15 E | 58 | 8015000 | — | 310 | — | 9,7х9 | |
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.
Рис. 5.
Допусковая область частотной характеристики микрофона МКЭ-377-1.
Рис. 6.
Допусковая область частотной характеристики микрофона МКЭ-378.
Предусилитель для микрофона МКЭ-3 и его аналогов
Автор: vibration
Опубликовано 26.12.2012
Создано при помощи КотоРед.
Известно, что конденсаторные микрофоны более чувствительны, чем динамические, а электретные среди них ещё и бывают низковольтны и со встроенным полевиком, который согласовывает высокий импеданс источника-капсюля с последующими каскадами схемы. В этом можно убедится на примере “уже затёртого до дыр” МКЭ-3, который встраивался почти во всю совковую технику прошлых лет, но хороших результатов мы почему-то не слышали, то-ли из-за каскадов на КТ315, на которые он работал, то-ли вообще из-за качества магнитной записи и магнитофонов, магнитол…
В МКЭ-3 встроен полевой транзистор К513уе1 с нормированным уровнем шума и простейшей обвязкой (1):
C китайскими микрофонами ситуация примерно такая-же, остаётся только придумать простой предусилитель с возможно низким уровнем шума и к тому же низковольтный, а полевик в микрофоне подключать не как истоковый повторитель, а как каскад с общим истоком, что бы задать усиление слабого сигнала от самого капсюля побольше и поднять хоть немного уровень сигнала до следующего основного каскада. Следующая схема позволяет осуществить всё это, основное усиление
60 дБ задаётся в упрощённом двухтактном какскаде с ОС (2), и позволяет при двух пальчиковых батарейках получить размах выходного сигнала на выходе до 500мв (при спокойном разговоре на расстоянии 0,5 метра). Ток покоя этого каскада выбран равным 100-150 мкА для получения низких собственных шумов. Такой каскад и решение применено и в схеме для МКЭ-271 (3), однако там он напечатан с ошибками и потому не рабочий.
Схема для микрофона МКЭ-3
В капсюле МКЭ-3 делается доработка. Аккуратно демонтируем алюминиевый стаканчик-он же экран (если его на место потом не вернуть, то головная боль от помех, фона и наводок обеспечена), стоковый вывод 1 микросборки отпаиваем и отгибаем вверх и к нему припаиваем провод (красный- в данном экземпляре), отпаянный от резистора. Этот резистор установлен под микросборкой, и теперь больше не нужен. Такая перепайка делается для того что бы ООС “сток-капсюль” не уменьшала усиление. Место нового соединения нужно заизолировать или убедиться, что на корпус, который вернём обратно, замыкать не будет.
Микрофон МКЭ-3 без экрана-корпуса
И после доработки
Теперь, как и прежде, имеем 3 провода на выходе нашего МКЭ-3:
1) синий — для поляризации самого капсюля
2) белый — отвод от истока микросборки на общую шину схемы
3) красный — стоковый, для подключения резистора и снятия сигнала
Разнообразие цветовой маркировки проводов разных экземпляров МКЭ-3 иногда просто удивляет, поэтому проще вскрыть микрофон и посмотреть цоколёвку (отсчитать, как положено, по часовой стрелке от ключа – он иногда сточен, но не полностью)
Китайские "таблеточные" капсюли и почти все современные миниатюрные подключаются ещё проще, по даташиту, например, обычный CZN-15E имеет исток, соединённый с корпусом микрофона, а другой вывод – сток.
Схема для CZN-15E
Детали: Для всех показанных схем подойдёт любая комплементарная пара маломощных танзисторов с низким коэфф. шума, и одинаковым h21э, более 300, подобранные с минимально меньшим разбросом на цифровом мультиметре. Здесь, например, используется кт3102е и кт3107л с коэфф. шума
4дБ . Электролитические конденсаторы С2 и С4 –любые на 6 вольт. Остальные – любые плёночные или керамические. Если капсюль выдаёт много не нужных низких частот, то С1 и С3 можно уменьшить до 0,1 мкФ (это также полезно в Скайпе для улучшения разборчивости речи). Провода от микрофона до схемы должны быть как можно короче, а сигнальный от всей конструкции до оконечного устройства только в экране.
В целом из-за низкого потребления тока ( 0,5мА . на всё устройство), схема может работать сотни часов почти без изменения параметров и конечно полное отсутствие фона позволяет использовать её и в жучках, радиомикрофонах, где иногда не хватает усиления. Специального измерения шума я не проводил, но по сравнению с шумами встроенной звуковой карты и УМЗЧ на микросхемах TDA, шума от доработанных микрофонов не обнаружил.
(1) Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Справочник. том 4. Серии К507-К543.
(2) Радио №11, 1986 г.
(3) Радио №9, 2004 г.
Изготовитель: завод «Октава», г. Тула.
Назначение: для записи музыки и речи с бытовой аппаратурой магнитной записи.
Технические условия: ЛЦ3.842.375.
Гарантийный срок эксплуатации: 24 мес.
Тип преобразователя: конденсаторный электретный.
Технические характеристики:
| Технические характеристики | Значения |
| Номинальный диапазон частот, Гц | 50. 15000 |
| Неравномерность частотной характеристики чувствительности, дБ, в номинальном диапазоне частот, не более | 12 |
| Чувствительность по свободному полю, мВ/Па, на частоте 1000 Гц | 4. 20 |
| Модуль полного электрического сопротивления, Ом, на частоте 1000 Гц . | 4000 |
| Габариты, мм | Ø13×21 |
| Масса, г, не более | 8 |
Типовая частотная характеристика чувствительности микрофона МКЭ-3
Особенности конструкции:
Внешний вид микрофона МКЭ-3
Схематический поперечный разрез микрофона МКЭ-3:
- мембрана;
- металлическое кольцо;
- неподвижный электрод;
- металлическая втулка;
- углубление в НЭ;
- металлический слой;
- изоляционное кольцо;
- корпус;
- вкладыш;
- резистор;
- интегральная микросхема;
- корпус;
- отверстие в дне корпуса;
- выводы.
Микрофон состоит из электроакустического преобразователя (капсюля) и предварительного усилителя — микросхемы в интегральном исполнении. Капсюль микрофона представляет собой плоский конденсатор с воздушным зазором, одной из обкладок которого служит тонкая эластичная мембрана, второй — жесткий диск (неподвижный электрод).
В качестве мембраны 1 используется диэлектрическая фторполимерная пленка Ф4МБ-2, поляризованная и металлизированная с одной стороны. Пленка в натянутом виде приклеена металлизированной стороной к металлическому кольцу 2. Такая мембрана является электретом, так как способна длительное время (в течение многих лет) сохранять нанесенные на нее во время поляризации заряды. Неподвижный электрод 3 изготовлен из композиционного диэлектрика, в котором опрессованна металлическая втулка 4. Со стороны мембраны НЭ имеет углубление 5. С этой же стороны НЭ металлизирован, причем слой металла 6 покрывает плоскость опрессованной металлической втулки. Между НЭ и мембраной имеется воздушный зазор, образованный изоляционным кольцом 7.
Схема электрическая принципиальная
Электретная мембрана, кроме выполнения своей основной функции — колебаний при воздействии на нее переменного звукового давления, является и источником напряжения поляризации, так как нанесенные на нее заряды индуцируются на тонком металлическом слое мембраны н на металлическом слое НЭ (но противоположного знака). Обе обкладки конденсатора, т. е. металлический слой на мембране и НЭ соединены между собой через высокоомное входное сопротивление предварительного усилителя. Напряжение поляризация прямо пропорционально заряду, нанесенному на электретную пленку, и толщине электретной пленки.
Пакет, состоящий из мембраны, прокладки между мембраной и НЭ, НЭ с выводом и двумя кольцевыми прокладками над мембраной и под НЭ помещается в тонкий алюминиевый корпус 8 и завальцовывается. К этому же корпусу крепится фигурный вкладыш 9 из изоляционного материала, в котором закреплены детали предварительного усилителя — резистор 10 и интегральная микросхема 11. Эти элементы Микрофона закрываются металлическим корпусом 12, который плотно надевается на корпус 8. Через отверстие 13 в дне корпуса проходят три вывода 14 от микрофона.
Предварительный усилитель служит для согласования большого внутреннего сопротивления электроакустического преобразователя микрофона с сравнительно низкам входным сопротивлением усилителя записи, т. е. предварительный усилитель, по существу, является преобразователем сопротивления. Напряжение питания предварительного усилителя 4,5 В подводится от внешнего источника питания (магнитофона или магнитолы и т. п.).
Микрофон закрепляется к приборам, в которых он используется, с помощью эластичной обоймы, плотно одетой на корпус 12.
Принцип работы конденсаторного электретного микрофона заключается в том, что при колебании мембраны, при воздействии на нее переменного звукового давления, изменяется зазор между ней и НЭ, и, соответственно, изменяется емкость конденсатора (капсюля), вследствие чего на входном сопротивлении предварительного усилителя возникает переменное напряжение, прямо пропорциональное напряжению поляризации и скорости колебания мембраны и обратно пропорциональное высоте воздушного зазора и круговой частоте ω=2πf. Очевидно поэтому, что в номинальном диапазоне частот чувствительность микрофона будет постоянной, если отношение скорости колебания мембраны к частоте будет постоянным или, что то же самое, смещение мембраны сохраняется постоянным.
Простая и эффективная акустическая система обеспечивает выполнение этого требования и высокие электроакустические параметры микрофона.
