курс лекций по ТУТК для ЗО (1). Л. 1 Введение

• Название: Л. 1 Введение
• Дата: 13.12.2019
• Размер: 0.72 Mb.
• Имя файла: курс лекций по ТУТК для ЗО (1).doc
• Тип: Документы; #100160
• страница: 3 из 18

Рис. 4. Устройство угольного микрофона

Работа угольного микрофона основана на изменении сопротивления угольного порошка под действием звуковых колебаний. Угольный микрофон включается в цепь постоянного тока (батарея Б) и нагружен на сопротивление R_н (представляющее собой почти весь тракт телефонной передачи).

Преобразование звуковых колебаний в электрические рассмотрим на графике изменения звукового давления Р, сопротивления угольного порошка R_н и тока в цепи микрофона I_м.

Когда на мембрану звуковые колебания не воздействуют (состояние покоя), угольный порошок микрофона имеет сопротивление R₀ и в цепи микрофона проходит ток I₀ (отрезок времени 0 – t₁). В момент времени t₁ на микрофон начинает воздействовать увеличивающееся давление. Мембрана микрофона вместе с подвижным электродом ПЭ начинает передвигаться в сторону неподвижного электрода НЭ, угольный порошок будет сжиматься и сопротивление микрофона уменьшается, а ток, проходящий через микрофон, увеличивается. В момент времени t₂ давление на мембрану и величина тока будут максимальны, а сопротивление минимально. С момента t₂ давление уменьшается, мембрана микрофона и подвижный электрод удаляются от неподвижного электрода, проходят исходное состояние и в момент t₃ расстояние между электродами будет максимальным. Угольный порошок при этом имеет наибольшее сопротивление, а ток наименьшее значение.

Анализируя наши графики можно сделать вывод: под действием звукового давления в цепи микрофона протекает пульсирующий ток, следовательно, микрофон преобразует звуковые колебания в электрические.

Средняя мощность звуковых колебаний Р_зв , действующая на мембрану во время разговора, равна примерно 1 мкВт, а средняя мощность, отдаваемая микрофоном на согласованную нагрузку, - 1-2 мВт. Поэтому угольный микрофон является не только преобразователем одного вида энергии в другой, но и усилителем мощности с акустическим коэффициентом усиления К равным 1000-2000. Угольный микрофон управляет величиной тока в цепи батареи Б. Поэтому в цепи угольного микрофона можно получить большую мощность переменного тока звуковой частоты, чем падающая на него мощность звука.

P
P₀
t
R_m
R₀
t

I_m
I₀
t₁ t₂ t₃ t₄ t
Рис. 5. Преобразование звуковых колебаний в электрические в угольном микрофоне

Сопротивление угольного порошка зависит от сорта и величины зерен, их термической обработки, плотности соприкосновения зерен между собой, конструкции угольной ячейки. Между зернами образуются контактные мостики, которые создают пути току между неподвижным и подвижным электродами.

Сопротивление микрофона также зависит от его положения в пространстве. R_min – когда плоскость мембраны микрофона расположена вертикально. При отклонении от такого положения в обе стороны сопротивление увеличивается. R_max – когда плоскость мембраны микрофона расположена горизонтально и порошок ссыпается с одного электрода и сосредотачивается у другого. В микрофонном капсюле МК-10 сопротивление может возрастать в пять раз. Для микрофона МК-16 этот показатель равен 1,5.

Сопротивление микрофона уменьшается с возрастанием тока питания. При больших токах питания может произойти спекание угольных зерен и микрофон выйдет из строя.

В ТА применяются низко-, средне- и высокоомные микрофоны. Величина сопротивления определяется диаметром зерен угольного порошка и их термической обработкой. Низкоомные микрофоны с сопротивлением 20-80 Ом используются в аппаратах системы МБ; высокоомные, с сопротивлением 100-260 Ом – во всех других аппаратах.

Частотные характеристики микрофонов

Основным электроакустическим параметром, определяющим качество работы микрофона, является его чувствительность. Чувствительностью микрофона S_м (В/Па) называется отношение электродвижущей силы Е_м (В), развиваемой микрофоном, к звуковому давлению Р (Па), действующему на микрофон, S_м= Е_м / Р. Зависимость чувствительности микрофона от частоты при постоянных значениях звукового давления и тока питания микрофона называется частотной характеристикой микрофона.

Чувствительность угольного микрофона на различных частотах различна. Резкое возрастание чувствительности на определенной частоте разговорного спектра возникает в результате резонанса, при совпадении частоты звуковых колебаний с частотой собственных колебаний мембраны. Неравномерный характер частотной характеристики микрофона вызывает амплитудно-частотные искажения, воспринимаемые на слух как искажения тембра голоса при разговоре.

Коэффициент неравномерности частотной характеристики микрофона определяется по формуле:

_∆S=20lg S_{м max} / S_{м min} (дБ)

Чем меньше значение коэффициента неравномерности _∆S, тем меньше искажения вносимые микрофоном в тракт телефонной передачи.

Микрофон характеризуется также средней чувствительностью в заданном диапазоне частот.

S_{м ср}= ( S_{м 1} +S_{м 2} +…+S_{м n}) / n

Где n - число частот, на которых определена чувствительность.

Достоинства угольного микрофона:

1. 
   простота устройства
   
2. 
   сравнительно низкая стоимость
   
3. 
   усилительная способность в процессе преобразования звуковых колебаний в электрические
   

Недостатки угольного микрофона:

1. 
   значительные нелинейные и частотные искажения, вносимые микрофоном в тракт передачи
   
2. 
   нестабильность характеристик во времени
   
3. 
   зависимость параметров микрофона от его положения в пространстве
   
4. 
   спекание и гигроскопичность зерен порошка
   

Электретные микрофоны

Чтобы разобраться в том, как работает электретный микрофон, рассмотрим схему, поясняющую принцип работы конденсаторного микрофона.
- + Б


R Выход









Рис.6. Схема включения конденсаторного микрофона
Мембрана и электрод выполнены из электропроводного материала и разделены изолирующим кольцом, т.е. представляют собой конденсатор. Жестко натянутая мембрана под действием звукового давления совершает колебательные движения относительно неподвижного электрода. Конденсатор включен в электрическую цепь последовательно с источником постоянного тока и нагрузочным сопротивлением. При колебаниях мембраны емкость конденсатора меняется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления, поэтому изменяется и напряжение на обкладках конденсатора. В электрической цепи появляется переменный ток той же частоты, и на нагрузочном сопротивлении возникает переменное напряжение, которое является выходным сигналом микрофона. Конденсаторный микрофон является емкостным преобразователем, емкость которого лежит в пределах 30-150 пф. Следовательно, внутреннее сопротивление такого микрофона на низшей частоте рабочего диапазона составляет десятки и сотни мОм. Сопротивление нагрузки микрофона должно быть значительно больше его внутреннего сопротивления, или равным ему. Поэтому такие микрофоны обладают высоким выходным сопротивлением. Для его уменьшения в корпус микрофона встраивается истоковый повторитель на полевом п-канальном транзисторе. (рис. а). Это позволяет понизить выходное сопротивление до 3-4 кОм. При этом уменьшаются потери сигнала при подключении выхода микрофона ко входу усилителя сигнала микрофона. Усилитель подключается для усиления выходного сигнала микрофона.

Электретные микрофоны по принципу работы являются теми же конденсаторными, но в них отсутствует отдельный источник поляризованного напряжения. Постоянное напряжение в них обеспечивается зарядом электрета (диэлектрика), тонким слоем нанесенного на мембрану. Этот диэлектрик способен заряжаться в сильных электрических полях и при высокой температуре сохранять заряд продолжительное время. Этот заряд сохраняется свыше 30 лет. Электретные микрофоны обладают повышенными электроакустическими и техническими характеристиками и обеспечивают более разборчивую передачу речи по телефону.




а) б)
Рис. 7. Внутренние схемы электретных микрофонов (а) и (б) и схема подключения электретного микрофона с двумя выводами
У электретных микрофонов с двумя выводами выход микрофона выполнен по схеме усилителя с открытым стоком (рис.б).

Пьезоэлектрические микрофоны

Принцип действия этих микрофонов основан на возникновении электродвижущей силы на поверхностях пластинок из пьезоматериала. Пластины связаны с мембраной, которая возбуждается звуковыми колебаниями. Пьезоэлектрические микрофоны отличаются простотой конструкции, дешевизной и высокой чувствительностью. Их недостатки - высокое внутреннее сопротивление емкостного характера, значительную неравномерность частотной характеристики, недостаточную эксплуатационную надежность. Номинальное сопротивление нагрузки 3-5 Мом.
Телефоны (1 час)

Телефон это устройство, где происходит преобразование электромагнитных колебаний в звуковые. По конструкции и принципу действия телефоны бывают различных типов: электромагнитного, электродинамического, конденсаторного, пьезоэлектрического.

Работа электромагнитных телефонов основана на взаимодействии магнитных потоков, создаваемых постоянным магнитом и электромагнитом телефона, воздействующих на мембрану телефона. Основными частями ЭМ-телефона являются мембрана М, электромагнит, содержащий две полюсные надставки ПН с обмотками О, постоянный магнит ПМ. Все детали помещены в пластмассовый корпус, закрытый крышками с отверстиями. Мембрана удерживается силой постоянного магнита и дополнительно зажимается по краю крышкой.










N S








Рис. 8. Устройство электромагнитного телефона
В обмотке О протекает разговорный переменный ток. В зависимости от направления этого тока, создаваемый им переменный магнитный поток либо увеличивает начальную силу притяжения мембраны, либо уменьшает ее. В результате возникают колебания мембраны с амплитудой А_м, что приводит к возникновению звуковых колебаний. Так происходит преобразование телефоном электрических колебаний в звуковые. Постоянный магнит позволяет повышать чувствительность телефона и снижать нелинейные искажения. Без постоянного магнита мембрана притягивается к якорю электромагнита как при положительной так и при отрицательной полуволнах тока. Это удваивает частоту ее колебаний в сравнении с частотой проходящего по обмоткам телефона тока. Следовательно удваивается частота передаваемой речи, что приводит к потере естественности голоса при телефонной передаче. Кроме того, амплитуда колебаний мембраны в этом случае незначительна и акустический эффект был бы минимален. Постоянный магнит обеспечивает преобразование электрических колебаний в звуковые с частотой, соответствующей частоте тока, протекающего по обмоткам телефона. При этом минимальные допустимые нелинейные искажениях составляют 2-3%, и достигается максимальный акустический эффект.

Телефоны с дифференциальной электромагнитной системой

В таком телефоне сила, действующая на мембрану, является разностью сил, каждая из которых создается постоянным магнитом и электромагнитом. В результате взаимодействия сил мембрана колеблется только с частотой тока, протекающего в обмотках электромагнита. При этом практически отсутствуют нелинейные искажения, чувствительность телефонов значительно выше. Применяются такие телефоны в спецсвязи, так как конструктивно они сложнее.

Пьезоэлектрические телефоны

Принцип действия этих телефонов основан на обратном пьезоэлектрическом эффекте. Деформирующийся под действием приложенного напряжения пьезоэлемент, приводит в движение мембрану телефона, которая вызывает звуковые колебания.
Параметры телефонов

Качество телефона как преобразователя электрической энергии в звуковую характеризуется следующими параметрами:

1. 
   чувствительность – отношение звукового давления Р (Па), развиваемого телефоном к переменному напряжению, приложенному к его зажимам S_т=P/U (Па/В)
   
2. 
   частотная характеристика чувствительности телефона – зависимость чувствительности от частоты при постоянной величине действующего напряжения на зажимах телефона.
   

Для сравнения различных телефонов пользуются следующими параметрами: средней чувствительностью и коэффициентом неравномерности частотной характеристики.

Средняя чувствительность в заданном диапазоне определяется как среднее арифметическое значение чувствительности на различных частотах этого диапазона.

S_{т ср}= (S_т1 + S_т2 + … + S_тn )/ n,

где n – число частот, на которых определяется чувствительность.

Коэффициент неравномерности частотной характеристики телефона определяется как

∆S_т= 20lg S_{т max}/ S_{т min} (дБ)

Выполнение телефона в виде капсюля приводит к неравномерности частотной характеристики чувствительности из-за конечных размеров мембраны и наличия акустических объемов – резонаторов. Для уменьшения неравномерности характеристики производят снижение добротности резонаторов за счет введения акустического трения в области резонансных частот мембраны с помощью акустических перегородок. Это приводит к тому, что объем воздуха между мембраной и акустической перегородкой вместе с воздухом, колеблющимся в отверстиях перегородки, уменьшают колебания мембраны на резонансной частоте.

ЗВОНОК

Звонок служит для приема сигнала вызова с АТС и представляет собой электромагнитное устройство, преобразующее вызывной электрический сигнал переменного тока в звуковой. Звуковой сигнал создается ударами бойка о металлические звонковые чашки. В ТА используются поляризованные звонки различных типов, которые размещены внутри корпуса телефона.

Постоянный магнит создает постоянную полярность сердечника, поэтому звонок называют поляризованным.

Работа: При вызове незанятого телефона оборудование телефонной станции посылает в линию короткие импульсы переменного сигнала с напряжением 16-110 В и частотой 16-50 Гц. Этот сигнал возбуждает в обмотках звонка переменное магнитное поле. Создаваемый этим полем переменный магнитный поток взаимодействует с магнитным потоком постоянного магнита и попеременно ослабляет силу притяжения одного и увеличивает силу притяжения другого электромагнита. Электромагнит попеременно притягивает или отталкивает якорь. Якорь перемещается на своей оси, а скрепленный с ним боек, ударяет по двум металлическим чашкам эвонка. За один период переменного тока боек ударяет по каждой чашке один раз. При частоте тока 25 Гц боек ударяет по чашкам 50 раз.