In diesem Beitrag wird anhand geeigneter Diagramme und Formeln erläutert, wie Elektretmikrofongeräte funktionieren.
Was ist ein Mikrofon?
Ein Mikrofon ist ein Gerät zur Umwandlung schwacher Schallschwingungen in winzige elektrische Impulse, die dann über einen Leistungsverstärker über einen Lautsprecher verstärkt werden können, um eine lautere Schallwiedergabe zu erzielen.
Die gebräuchlichste und vielseitigste Form von Mikrofonvorrichtungen, die in elektronischen Schaltungen verwendet werden, sind die Elektretmikrofone.
Diese MICs sind klein, äußerst empfindlich und können Schallschwingungen aus allen Winkeln, dh aus einem vollen 360-Grad-Winkel, erfassen oder darauf reagieren.
Wie Elektretmikrofone funktionieren
- Ein Elektretmikrofon besteht hauptsächlich aus einer Membran, einigen Elektroden und einem eingebauten JFET.
- Die Membran besteht aus dünnem Teflonmaterial und wird auch als 'Elektret' und daher als 'Elektret MIC' bezeichnet.
- Dieses Elektret hat eine feste Ladung (C) und ist zwischen den beiden Elektroden eingebettet.
- Das Elektret hat zusammen mit den beiden Elektroden die Form eines empfindlichen variablen Kondensators, dessen äußere Oberfläche auf Schallschwingungen reagiert, was zu einer variierenden Kapazität zwischen den beiden Elektroden führt.
- Schallwellen in Form von Luftdruck bewegen eine der Elektroden zur offenen Seite des MIC und verursachen effektive Variationen über die kapazitiven Platten.
- Der Momentanwert der variierenden Kapazität des MIC wird direkt proportional zu dem Schalldruck, der zu diesem Zeitpunkt auf das Elektret trifft.
Berechnung der MIC-Kapazität
Wie bereits erwähnt, entspricht die über dem MIC-Kondensator entwickelte Potentialdifferenz dem Wert, der mit der folgenden Formel ausgedrückt werden kann, da der Ladungswert auf dem Teflonmaterial festgelegt ist:
Q = C.V.
Wobei Q die Ladung ist (die für das Elektret festgelegt ist)
C gibt die Kapazität an, während V den entwickelten Spannungspegel oder die Potentialdifferenz über den Elektroden angibt.
Die obige Diskussion impliziert, dass sich der interne Aufbau des Elektret-MIC wie eine wechselstromgekoppelte Spannungsquelle verhält.
Die meisten Elektret-MICs haben einen eingebauten JFET, dessen Gate mit dem Elektret-Kondensator verbunden ist und einen Puffer für den Kondensator des MIC bildet.
Da die Ladung des Kondensators fest ist, muss dieser Puffer eine sehr hohe Impedanz haben, und genau deshalb wird ein JFET verwendet.
Das folgende Diagramm zeigt das grundlegende interne Verdrahtungslayout eines typischen Elektretmikrofons.
Schallschwingungen, die auf den Elektretkondensator treffen, variieren seine Kapazität und erzeugen eine Modulationsspannung für das Gate des JFET, angegeben als Vg .
Diese Modulation verändert das Stromflussmuster über den Drain / die Source des JFET, dargestellt als Imic .
Ein stabilisierender Widerstand RG Es ist auch zu sehen, dass dieser Widerstand einen extrem hohen Wert aufweist, um ein Verschieben des Elektretausgangs für das JFET-Gatter zu vermeiden.
Schnittansicht einer internen Struktur von Electret MIC
Das folgende Bild zeigt eine Schnittansicht eines beispielhaften Elektret-MIC.
Eine der Elektroden wird durch Metallisierung ihrer Schicht über einem geladenen Polymerfilm gebildet.
Diese metallisierte Schicht ist durch eine Metallscheibe mit dem Gehäuse des MIC verbunden.
Der Fall des MIC ist wiederum mit der Source-Leitung des internen JFET verbunden.
Die andere Kondensatorplatte oder die zweite Elektrode wird unter Verwendung einer rückseitigen Metallplatte hergestellt, die durch eine Kunststoffscheibe vom metallisierten Schichtfilm getrennt zu sehen ist. Diese Platte wird dann mit dem Gate-Anschluss des JFET verbunden
Schallwellen, die auf diese Platte treffen, erzeugen ein Dehnungsniveau auf ihr, wodurch der Abstand zwischen den kapazitiven Elektroden variiert wird und eine äquivalente Potentialdifferenz zwischen ihnen entsteht.
Diese variierende Spannung über dem Drain des JFET wird als Ausgang für eine nachfolgende Vorverstärkerschaltungsstufe verwendet, die diese auf einen Pegel weiter verstärkt, der über einen Lautsprecher reproduziert werden kann, und eine verstärkte Version der Schallwellen ist zu hören.
Interne Zusammensetzung eines Electret MIC
Die folgenden Bilder zeigen die tatsächlichen Teile, die in einem typischen Elektret-MIC verwendet werden
Wenn Sie weitere Fragen zur Funktionsweise von Elektretmikrofonen haben, zögern Sie bitte nicht, diese in den Kommentaren zu veröffentlichen.
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