PL209433B1

PL209433B1 - Przedwzmacniacz do mikrofonów pojemnościowych

Info

Publication number: PL209433B1
Application number: PL374069A
Authority: PL
Inventors: Tomasz Starecki
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2011-09-30
Also published as: PL374069A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest przedwzmacniacz do mikrofonów pojemnościowych, stosowany zwłaszcza do pomiaru sygnałów akustycznych.

Znany jest przedwzmacniacz do mikrofonów pojemnościowych, w którym pojemność mikrofonu jest połączona ze źródłem napięcia stałego za pomocą rezystora polaryzującego. Sygnał elektryczny z mikrofonu odbierany jest z punktu połączenia tego rezystora z pojemnoś cią mikrofonu, ską d podawany jest na wzmacniacz, często przez inne elementy dodatkowe, jak kondensator sprzęgający. Wszelkie zmiany potencjału w tym punkcie względem napięcia zasilającego powodują pojawienie się prądu, czyli przepływ ładunku przez rezystor polaryzujący, co prowadzi do wyrównania tych potencjałów. Aby ten przepływ nie skompensował zmian sygnału użytecznego w tym to punkcie ogranicza się go przez dobór odpowiednio dużej wartości tego rezystora, która jest zwykle rzędu kilku - kilkudziesięciu gigaomów.

Wadą znanych przedwzmacniaczy jest wprowadzanie znacznych szumów przez rezystor, co przy pomiarze słabych sygnałów akustycznych, zwłaszcza małej częstotliwości może znacznie ograniczyć czułość przedwzmacniacza. Ponadto znany przedwzmacniacz wymaga długiego czasu stabilizowania się warunków pracy po załączeniu zasilania, który może sięgać minut.

Istota przedwzmacniacza według wynalazku polega na tym, że rezystor łączący końcówkę mikrofonu pojemnościowego i źródła napięcia stałego połączony jest szeregowo z kluczem. Punkt połączenia szeregowej gałęzi rezystora i klucza z końcówką mikrofonu pojemnościowego połączony jest ze wzmacniaczem o dużej impedancji wejściowej poprzez kondensator sprzęgający, a wejście wzmacniacza połączone jest z drugim źródłem napięcia stałego poprzez szeregową gałąź złożoną z drugiego klucza i drugiego rezystora.

Przedwzmacniacz według wynalazku eliminuje wady znanego przedwzmacniacza.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ przedwzmacniacza do mikrofonów pojemnościowych z kluczem bezpośrednio włączonym do pojemności mikrofonu, fig. 2 przedstawia ten układ z dodatkową gałęzią określającą punkt pracy wzmacniacza, fig. 3 przedstawia układ przedwzmacniacza do mikrofonów pojemnościowych z kluczem bezpoś rednio włączonym do źródła napięcia, a fig. 4 - układ przedwzmacniacza z fig. 3 z dodatkową gałęzią określającą punkt pracy wzmacniacza.

Przedwzmacniacz przedstawiony na fig. 1 ma mikrofon pojemnościowy Cm w postaci kondensatora, gdyż mikrofon ten stanowi dla sygnału akustycznego kondensator płaski, którego pojemność jest zmieniana pod wpływem zmian odległości między jego okładkami pod wpływem sygnału akustycznego. Jedna końcówka mikrofonu pojemnościowego Cm jest połączona ze wzmacniaczem W i końcówką klucza K mechanicznego, którego druga końcówka jest połączona poprzez rezystor R ze źródłem napięcia stałego Upo. Druga końcówka mikrofonu pojemnościowego Cm połączona jest do masy. Rolę wzmacniacza W pełni wtórnik. Rezystor R ogranicza prąd płynący przez klucz K do wartości bezpiecznej.

W przedwzmacniaczu przedstawionym na fig. 3 jedna końcówka mikrofonu pojemnościowego Cm jest połączona ze wzmacniaczem W i końcówką rezystora R, którego druga końcówka jest połączona poprzez klucz mechaniczny K ze źródłem napięcia stałego Upo. Druga końcówka mikrofonu pojemnościowego Cm połączona jest do masy. Rolę wzmacniacza W pełni wtórnik. Rezystor R ogranicza prąd płynący przez klucz K do wartości bezpiecznej.

Po załączeniu zasilania w przedwzmacniaczach przedstawionych na fig. 1 i 3, przy zwartym kluczu K, następuje ładowanie pojemności mikrofonu pojemnościowego Cm do wartości bliskiej napięciu źródła napięcia stałego Upo. W trakcie wykonywania pomiarów, zwłaszcza krótkotrwałych, klucz jest rozwarty. Ze względu na to, że wszelkie upływności układu, na przykład montażowe, mogą powodować rozpływ ładunku i powolną zmianę punktu pracy mikrofonu i wtórnika, w przypadku pomiarów długotrwałych klucz K zwiera się na chwilę co pewien czas. Przy rozwartym kluczu K o wartości ładunku odpływającego z mikrofonu decyduje upływność samego klucza K, a nie wartość rezystora R. Wartość tej rezystancji jest nieduża i może być zredukowana o kilka rzędów wielkości w stosunku do znanych układów. Dzięki zastosowaniu małej wartości rezystancji R czas stabilizowania się punktu pracy wzmacniacza i mikrofonu po załączeniu zasilania jest krótki. Ze względu na to, że klucz, zwłaszcza mechaniczny nie wytwarza szumów, a szumy termiczne wywołane rezystorem R są pomijalne układ charakteryzuje się minimalnymi szumami i wysoką czułością.

PL 209 433 B1

Przedwzmacniacz przedstawiony na fig. 2 ma mikrofon pojemnościowy Cm w postaci kondensatora. Jedna końcówka mikrofonu pojemnościowego Cm jest połączona ze wzmacniaczem W i końcówką klucza K mechanicznego, którego druga końcówka jest połączona poprzez rezystor R ze źródłem napięcia stałego Upo. Druga końcówka mikrofonu pojemnościowego Cm połączona jest do masy. Klucz K i mikrofon pojemnościowy Cm połączony jest z wejściem wzmacniacza W za pośrednictwem kondensatora sprzęgającego C. Druga okładka kondensatora sprzęgającego C połączona jest z drugim kluczem mechanicznym K2, którego druga końcówka połączona jest poprzez drugi rezystor R2 z drugim źródłem napięcia stałego U2, który ustanawia punkt pracy wzmacniacza W. Wzmacniacz W charakteryzuje się dużą impedancją wejściową. Rezystor R ogranicza prąd płynący przez klucz K do wartości bezpiecznej.

W przedwzmacniaczu przestawionym na fig. 4 jedna końcówka mikrofonu pojemnościowego Cm jest połączona ze wzmacniaczem W i końcówką rezystora R, którego druga końcówka jest połączona poprzez klucz K mechaniczny ze źródłem napięcia stałego Upo. Druga końcówka mikrofonu pojemnościowego Cm połączona jest do masy. Klucz K i mikrofon pojemnościowy Cm połączony jest z wejściem wzmacniacza W za pośrednictwem kondensatora sprzęgającego C. Druga okładka kondensatora sprzęgającego C połączona jest z drugim rezystorem R2, którego druga końcówka połączona jest poprzez klucz K2 z drugim źródłem napięcia stałego U2, który ustanawia punkt pracy wzmacniacza W. Wzmacniacz W charakteryzuje się dużą impedancją wejściową. Rezystor R ogranicza prąd płynący przez klucz K do wartości bezpiecznej.

Po załączeniu zasilania przedwzmacniacza z fig. 2 i z fig. 4, przy zwartych kluczach K i K2, następuje ładowanie pojemności mikrofonu pojemnościowego Cm do wartości bliskiej napięciu źródła napięcia stałego Upo oraz kondensatora C do napięcia bliskiego różnicy napięć Upo - U2. W trakcie wykonywania pomiarów, zwłaszcza krótkotrwałych, klucze są rozwarte. Ze względu na to, że wszelkie upływności układu, na przykład montażowe, mogą powodować rozpływ ładunku i powolną zmianę punktu pracy mikrofonu i wtórnika, w przypadku pomiarów długotrwałych klucze K i K2 zwiera się na chwilę co pewien czas. Przy rozwartych kluczach K i K2 o wartości ładunku odpływającego z mikrofonu oraz z pojemności C decyduje upływność samych kluczy K i K2, a nie wartość rezystorów rezystorów R i R2. Wartość tych rezystancji jest nieduża i może być zredukowana o kilka rzędów wielkości w stosunku do znanych układów. Dzięki zastosowaniu małych wartości rezystancji R i R2 czas stabilizowania się punktu pracy wzmacniacza i mikrofonu po załączeniu zasilania jest krótki. Ze względu na to, że klucze, zwłaszcza mechaniczne nie wytwarzają szumów, a szumy termiczne wywołane rezystorami R i R2 są pomijalne układ charakteryzuje się minimalnymi szumami i wysoką czułością.

Claims

1. Przedwzmacniacz do mikrofonów pojemnościowych, w którym końcówka tego mikrofonu połączona jest ze wzmacniaczem o dużej impedancji wejściowej i poprzez rezystor połączona jest ze źródłem napięcia stałego, znamienny tym, że rezystor (R) łączący końcówkę mikrofonu pojemnościowego i źródła napięcia stałego (Upo) połączony jest szeregowo z kluczem (K).

2. Przedwzmacniacz według zastrz. 1, znamienny tym, że punkt połączenia szeregowej gałęzi rezystora (R) i klucza (K) z końcówką mikrofonu pojemnościowego (Cm) połączony jest ze wzmacniaczem (W) o dużej impedancji wejściowej poprzez kondensator sprzęgający (C), a wejście wzmacniacza połączone jest z drugim źródłem napięcia stałego (U2) poprzez szeregową gałąź złożoną z drugiego klucza (K2) i drugiego rezystora (r2).