Устройство угольного микрофона

 

         М   К      ПЭ  УП   НЭ

 

 

                                                                                            R_н

                                                             

                                                            Б

 

                                                      + -                                                                               

 

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.