• Объявления

    • admin

      Анонсы постов вашего блога в группах паяльника   04.09.2016

      Самые интересные посты будут анонсироваться в группах VK и FaceBook. Охват одного поста составляет несколько тысяч человек. Пример анонса записи про книгу Sprint Layout: в группе VK, в группе Facebook.  Поэтому если вы считаете, что ваш пост будет интересен аудитории, то не стесняйтесь - пишите, сделаем пост!
    • admin

      Просьба всем принять участие!   24.11.2017

      На форуме разыгрывается спектроанализатор Arinst SSA-TG LC (цена 18500 руб). Просьба всем перейти по ссылке ниже и принять участие!

Falconist. Мемуары

  • записей
    28
  • комментариев
    719
  • просмотров
    15 317

Танцы с бубном вокруг электретного микрофона

Первый акт Марлезонского балета

Меня очень давно интересовал вопрос, каково все же значение амплитуды выходного сигнала электретного микрофона и от чего оно зависит. К глубокому удивлению, в Интернете об этом хранится почти гробовое молчание. Удалось найти единственный ресурс, где приводятся их параметры: http://ra4a.narod.ru/Spravka4/d54.htm

Поэтому решил выполнить небольшую лабораторную работу. Достал из загашника три валявшихся в нем микрофона:

XF-18D и SG высотой по 5 мм и диаметром 10 мм xf18d.jpg&key=3cf8137971e58363e11f317572

а также J60 высотой 7,5 мм и диаметром тоже 10 мм . Слепил по-быстрому такую вот схемку:

post-24063-0-02057600-1467223606.gif

Измеритель тока - тестер Mastech MY68 на диапазоне мкА; постоянное напряжение на микрофоне измерял тестером DT832 на диапазоне 20 В и амплитуду сигнала с выхода - осциллографом Rigol DS1052E в режиме закрытого входа. Источником звука была моя "пищалка", расположенная на расстоянии 100 мм от микрофона.

Мысля, положенная в основу этого эксперимента, была проста, как угол дома: изменяя сопротивление цепочки переменных резисторов R1 и R2, получить график зависимости амплитуды выходного сигнала от тока через микрофон, по которому определить оптимальный ток (оптимальный номинал нагрузочного сопротивления).

Однако, реальность жестоко обломала все предварительные предположения. Оказалось, что амплитуда выходного сигнала действительно возрастает при увеличении тока от 100 до 247 мкА. Но при дальнейшем уменьшении сопротивления цепочки R1R2 ток через микрофон НЕ УВЕЛИЧИВАЛСЯ(!!!) Он так и оставался таким до близкого к нулевому сопротивлению резисторов. Амплитуда выходного сигнала тоже практически не изменялась во всем диапазоне стабильного тока через микрофон. А вот напряжение, падающее на микрофоне, увеличивалось с примерно 0,1 В при максимальном сопротивлении цепочки резисторов, т.е. около 50 кОм до 4,7 В при минимальном сопротивлении. Амплитуда выходного сигнала при этом составила порядка 50 мВ от пика до пика. Естественно, при данной конкретной громкости звукового излучателя!

Такое поведение лично для меня объяснило, почему никто, нигде и никогда не применял для электретного микрофона генератор тока вместо банального нагрузочного резистора. Сам микрофон, оказывается, является генератором стабильного тока. Разве что один "шибко вумный знаток" с "Радиокота" предложил такое подключение: http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=1&t=51784&hilit=генератор+тока&start=20 с битием себя пяткой в грудь, что оно якобы хорошо работает.

Быстренько попробовал микрофон J60 - получил значение "плато" тока, равное 270 мкА. Оставшийся микрофон (SG) уже и не "пытал".

Вывод из этого эксперимента очень простой. Номинал нагрузочного резистора должен быть таким, чтобы он обеспечивал ток через микрофон, не менее, чем значение "плато" его стабильного значения для данного типа микрофона. А вот с падением напряжения на микрофоне возможны варианты. Дабы чрезмерно не грелся полевик, находящийся внутри микрофона, номинал резистора должен соответствовать началу "плато". При напряжении питания 5 В (как в эксперименте) и токе 0,25 мА, сопротивление должно быть около примерно 15 кОм. При этом падение напряжения на микрофоне составит порядка 1...1,2 В. На некоторых схемах я видывал и 47 кОм при таком же напряжении питания, что очевидно нерационально. При таком сопротивлении ток через микрофон составляет менее 100 мкА, что недостаточно для нормального режима его работы.

Если же предвидится большая громкость аудиосигнала, то падение напряжения на микрофоне можно поднять и до половины напряжения питания. Номинал нагрузочного резистора при этом будет составлять порядка 10 кОм. Зато перегрузочная способность будет максимальной. Как видите, экономичность схемы сильно не упадет, зато головной боли с верным воспроизведением аудиосигнала тоже не предвидится.

Еще один интересный результат этого эксперимента (правда, я его наблюдал еще 25 лет назад). В пищалке стоит релаксационный генератор, фактически подающий на излучатель импульсное напряжение. Однако, сигнал с выхода микрофона имеет практически синусоидальную форму. Т.е., воздух хорошо демпфирует несинусоидальные сигналы.
 

Второй акт Марлезонского балета

При проведении экспериментальной части (предыдущий "акт") изменение амплитуды сигнала с микрофона при изменении сопротивления нагрузочного резистора все-таки наблюдалось. Не столь выраженное, как ожидалось, но было. Поэтому была проведена вторая часть эксперимента - симуляционная. С использованием Мультисима 14-й версии.

Принципиально важным вопросом для этого был выбор адекватной модели электретного микрофона. То угребище, которое было использовано в статье ( http://cxem.net/sound/amps/amp221.php ), соответствует динамическому микрофону, но никак не электретному.

post-24063-0-38300100-1468302019.gif

А коль скоро неверна предпосылка, то неверны и все истекающие из нее выводы.

Поэтому моя модель основывалась на схеме встроенного в микрофон предусилителя на полевом транзисторе с p-n переходом.

post-24063-0-42121900-1468301523.gif

Взят был первый попавшийся из библиотеки Мультисима. Истоковый резистор R1 предназначался для подгонки тока стока под значение, близкое к измеренному в предыдущем исследовании. За точностью сильно не гнался - важнее было получить качественный результат. Мультиметр ХХМ1 показывал ток стока (как постоянный, так и переменный), а ХХМ2 - переменное напряжение на стоке полевого транзистора (на "микрофоне"). Генератор сигнала V3 выдавал синусоиду с амплитудой 10 мВ пик-пик и частотой 1 кГц. Источник питания выдавал те же 5 В, как и в экспериментальном исследовании. На "осциллограмме" в качестве примера показаны выходной сигнал (красный) и ток через нагрузочный резистор (синий)

post-24063-0-27707000-1468301524.gif

Измерения проводились через каждые 5% сопротивления нагрузочного резистора R2 (от 0 до 30 кОм - больше не увидел смысла). Результаты измерений приведены в экселевской таблице (для недоверчивых)

post-24063-0-55504700-1468306740.gif

и сведены на графике в Экселе же:

post-24063-0-52443300-1468301526_thumb.gif

Принципиальное (и единственное) отличие полученных результатов от экспериментальных заключалось только в том, что чувствительность (амплитуда выходного сигнала) линейно нарастала при увеличении номинала нагрузочного резистора от нуля до 17,5 кОм. А дальше - было полное совпадение с описанными в предыдущем посте результатами. При сопротивлении R2 более 20 кОм выходная амплитуда резко падала. Что совершенно естественно - генератор стабильного тока на полевом транзисторе вышел из режима стабилизации тока.

Электрет_модели.rar

 

Третий акт марлезонского балета

Любые теоретические построения подтверждаются или опровергаются экспериментом. Поэтому разыскал у себя в загашниках шесть электретных микрофонов, сгреб все свои рабочие тестеры и собрал вот такую измерительную схему:

59108597122e9_.GIF.866bef75d9a70b98e488606ff982032c.GIF

Небольшие пояснения к ней. Переменный резистор R6 - сдвоенный. Одна его часть регулирует ток через микрофон, а вторая измеряется омметром (дабы не было никакого влияния на первую часть). То, что обе части не полностью согласованы по сопротивлениям в данном случае не важно, т.к. "вылизывать" данные до сотых посл запятой не вижу никакого смысла. Переменное напряжение с микрофонов под воздействием пищалки (показанной на схеме в первом "акте" выпрямлялось активным выпрямителем на ОУ DA1 и измерялось стрелочным мультиметром с целью интегрирования "скачущих" значений. К сожалению, даже на самом чувствительном пределе постоянного тока 0,3 В, амплитуда сигнала была довольно малой и точность таких измерений невысока. Кто пожелает - может перемерить. 

Питание осуществлялось от 12-вольтового аккумулятора от ИБП для исключения любых наводок и пульсаций по питанию.

Первые два микрофона (XF-180 и J60) тестировались с шагом изменения резистора по примерно 2,5 кОм. Остальные 4 микрофона (34J9E, XL-R и два SG) - с шагом около 5 кОм. По результатам измерений в Экселе построены графики. По оси "Х" отложено сопротивление резистора R6, зеленый трек - падение на микрофоне по постоянному току (в вольтах), красный трек - ток через микрофон (в мкА) и синий трек - напряжение с выхода выпрямителя (в мВ). 

Итак, графики:

XF-180.gif.3851f1ebd7ecf2e2712489736ed54b3f.gif

J60.gif.d990f512f69d2d91ee32093e3d89d2b2.gif

34J9E.gif.78ce2ef3124400409c09676c9883905d.gif

XL-R.gif.8b0207d4bb4b2ff2fbd2e3e4bad46349.gif

59108597b5c7c_SG(1).gif.4215904273e9aecf4b6d4f3788492fd9.gif

59108597db2ac_SG(2).gif.b756b29db49096d4ed91944f71e0c536.gif

Как видно, характеристики всех микрофонов индивидуальны, даже у двух однотипных SG.

Основное отличие от результатов, полученных при симулировании - "горб" чувствительности, достаточно точно соответствующий падению постоянного напряжения на микрофонах (около 6 В - зеленый трек), равному половине напряжения питания (12 В). Хотя можно отметить, что наибольшее усиление электретных микрофонов соответствует "плато" тока через них. Что важно для практического применения. Кстати, это полностью соответствует первому прикидочному наблюдению за поведением электретных микрофонов, не выявившему линейного нарастания усиления при увеличении сопротивления нагрузочного резистора.

Тем не менее, можно отметить и общие для всех микрофонов закономерности. Во-первых, это близкое к линейному падение напряжения на микрофонах, обратно пропорциональное сопротивлению нагрузочного резистора. Во-вторых, достаточно выраженное "плато" тока через микрофоны, мало зависящее от сопротивления нагрузочного резистора (в определенных пределах, конечно). Оба эти момента подтверждают то, что встроенный в микрофоны усилитель на ПТ представляет-таки собой генератор тока. Не идеальный, конечно. Никто не знает, какое гуано ставят им вовнутрь дядюшки Ляо. 

Sapienti sat. 

Feci quod potui, faciant meliora potentes. 

  • Одобряю 5


0 комментариев


Рекомендуемые комментарии

Нет комментариев для отображения

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас