PL247648B1 - Przedwzmacniacz do mikrofonu pojemnościowego pracującego w zakresie częstotliwości infradźwiękowych - Google Patents

Przedwzmacniacz do mikrofonu pojemnościowego pracującego w zakresie częstotliwości infradźwiękowych

Info

Publication number
PL247648B1
PL247648B1 PL442532A PL44253222A PL247648B1 PL 247648 B1 PL247648 B1 PL 247648B1 PL 442532 A PL442532 A PL 442532A PL 44253222 A PL44253222 A PL 44253222A PL 247648 B1 PL247648 B1 PL 247648B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
condenser microphone
resistor
operational amplifier
voltage
preamplifier
Prior art date
Application number
PL442532A
Other languages
English (en)
Other versions
PL442532A1 (pl
Inventor
Mariusz Suchenek
Original Assignee
Centrum Astronomiczne Im Mikolaja Kopernika Polskiej Akademii Nauk
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centrum Astronomiczne Im Mikolaja Kopernika Polskiej Akademii Nauk filed Critical Centrum Astronomiczne Im Mikolaja Kopernika Polskiej Akademii Nauk
Priority to PL442532A priority Critical patent/PL247648B1/pl
Priority to EP23202565.0A priority patent/EP4354728A1/en
Publication of PL442532A1 publication Critical patent/PL442532A1/pl
Publication of PL247648B1 publication Critical patent/PL247648B1/pl

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/56—Modifications of input or output impedances, not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04M—TELEPHONIC COMMUNICATION
    • H04M1/00—Substation equipment, e.g. for use by subscribers
    • H04M1/60—Substation equipment, e.g. for use by subscribers including speech amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/181—Low-frequency amplifiers, e.g. audio preamplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45475—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using IC blocks as the active amplifying circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/03—Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being designed for audio applications
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/144—Indexing scheme relating to amplifiers the feedback circuit of the amplifier stage comprising a passive resistor and passive capacitor
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/45—Indexing scheme relating to differential amplifiers
    • H03F2203/45514—Indexing scheme relating to differential amplifiers the FBC comprising one or more switched capacitors, and being coupled between the LC and the IC
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/45—Indexing scheme relating to differential amplifiers
    • H03F2203/45526—Indexing scheme relating to differential amplifiers the FBC comprising a resistor-capacitor combination and being coupled between the LC and the IC
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/45—Indexing scheme relating to differential amplifiers
    • H03F2203/45528—Indexing scheme relating to differential amplifiers the FBC comprising one or more passive resistors and being coupled between the LC and the IC
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2410/00—Microphones

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest przedwzmacniacz do mikrofonu pojemnościowego pracującego w zakresie częstotliwości infradźwiękowych zawiera wzmacniacz operacyjny (4), mikrofon pojemnościowy (3), który tworzy kondensator oraz źródło napięcia polaryzującego (6). Ponadto przedwzmacniacz do mikrofonu pojemnościowego posiada obwód polaryzujący (16) lub rezystor polaryzujący, przy czym obwód polaryzujący (16) lub rezystor polaryzujący jest połączony z wejściem wzmacniacza operacyjnego (4) oraz z jedną końcówką mikrofonu pojemnościowego (3), przy czym druga końcówka mikrofonu pojemnościowego (3) jest połączona ze źródłem napięcia polaryzującego (6).

Description

Opis wynalazku
DZIEDZINA WYNALAZKU
Przedmiotem wynalazku jest przedwzmacniacz do mikrofonu pojemnościowego pracującego w zakresie częstotliwości infradźwiękowych wymagającego zewnętrznego napięcia polaryzującego.
Niniejsze rozwiązanie według wynalazku odnosi się do dziedziny elektroakustyki łączącej w sobie elementy akustyki i elektroniki. Wynalazek dotyczy w szczególności przedwzmacniaczy do mikrofonu pojemnościowego pracującego w zakresie infradźwięków.
TŁO WYNALAZKU
Przedwzmacniacze do mikrofonów pojemnościowych mają za zadanie przenieść bez zniekształceń sygnał elektryczny ze spolaryzowanego napięciem mikrofonu pojemnościowego. Wzmocnienie sygnału elektrycznego najczęściej realizują kolejne stopnie wzmacniające.
Zasadniczo mikrofon pojemnościowy jest urządzeniem przeznaczonym do zamiany sygnału akustycznego na zmianę pojemności. Popularność mikrofonów pojemnościowych związana jest przede wszystkim z ich wysoką czułością. Mikrofony pojemnościowe składają się z kapsuły, którą tworzy cienka membrana przewodząca prąd elektryczny oraz odseparowana elektrycznie od niej okładka metalowa. Membrana wraz z okładką metalową tworzą kondensator powietrzny, który wrażliwy jest na drgania poprzez ruch membrany. Gdy fale akustyczne uderzają w membranę, zaczyna ona drgać, co powoduje zmianę odległości między ruchomą membraną a nieruchomą okładką metalową, a tym samym zmieniają się pojemności kondensatora. Membrana tworząca okładkę kondensatora naładowana jest ładunkiem elektrycznym poprzez rezystor polaryzujący z napięcia polaryzującego, ruch membrany powoduje zmianę napięcia na nieruchomej okładce metalowej podłączonej do wzmacniacza.
Opracowywany przedwzmacniacz do mikrofonu pojemnościowego według wynalazku, zasadniczo ma umożliwić dostosowania pojemności mikrofonu pojemnościowego do wzmacniacza w taki sposób, żeby nie pogarszał czułości mikrofonu, w szczególności w zakresie częstotliwości infradźwiękowych, a przy tym przenosił sygnał elektryczny z mikrofonu pojemnościowego bez zniekształceń.
Obecnie brak jest precyzyjnej definicji zakresu infradźwięków, dość często przyjmuje się jego zakres częstotliwości od około 1 do 20 Hz. Coraz powszechniejsze jest stosowane pojęcie hałasu niskoczęstotliwościowego obejmującego zakres częstotliwości nawet poniżej 1 Hz, który znajduje się daleko poniżej progu słyszalności przez człowieka. Jednocześnie istnieje wiele zjawisk generujących infradźwięki jak trzęsienia ziemi, zjawiska atmosferyczne, fale morskie, itp. W przemyśle i infrastrukturze np. turbiny wiatrowe, pojazdy ciężarowe.
OPIS STANU TECHNIKI
W stanie techniki dostępnych jest wiele przedwzmacniaczy do mikrofonów pojemnościowych. Powszechnie stosowane są dwa rodzaje mikrofonów pojemnościowych, mikrofony pojemnościowe z wymaganą zewnętrzną polaryzacją napięciem oraz mikrofony pojemnościowe wstępnie spolaryzowane. Przedmiotem wynalazku jest przedwzmacniacz do mikrofonu pojemnościowego pracującego w zakresie infradźwięków wymagającego zewnętrznego napięcia polaryzującego.
W stanie techniki znane jest polskie zgłoszenie nr P.374069 pod tytułem „Przedwzmacniacz do mikrofonów pojemnościowych ”, w którym ujawniono przedwzmacniacz do mikrofonów pojemnościowych stosowany zwłaszcza do pomiaru sygnałów akustycznych, w którym 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 szeregowe połączenie złożone z drugiego klucza i drugiego rezystora. Załączanie klucza co pewien czas ma za zadanie doładowywać kondensator tworzący mikrofon pojemnościowy i utrzymywać stały poziom naładowania kondensatora.
Ponadto w stanie techniki znany jest także amerykańskie dokument patentowy nr US 7,620,189 B2 pod tytułem Polarization voltage setting of microphones, w którym ujawniono ustawianie napięcia polaryzacji mikrofonów. Mikrofon zawiera kapsułę mikrofonową zasilaną napięciem polaryzacji z uzwojenia na transformatorze. Napięcie polaryzacji jest kontrolowane przez obwód regulacyjny, który może mieć analogowy obwód regulacyjny i cyfrowy obwód regulacyjny. Kontroler reguluje napięcie polaryzacji, które zmienia czułość mikrofonu.
W stanie techniki znane są także inne dokumenty patentowe, w tym europejski dokument patentowy EP 3 454 568 B1 pod tytułem Microphone pre-amplifier with polarization voltage supply, amerykański dokument patentowy US 8,582,787 B2 pod tytułem Preamplifier circuit for a microelectromechanical capacitive acoustic transducer oraz kolejny amerykański dokument patentowy US 8,295,512 B2 pod tytułem Microphone with voltage pump, które zasadniczo przedstawiają struktury elektroniczne przedwzmacniaczy służących do odbioru sygnałów elektrycznych z mikrofonu pojemnościowego, gdzie ich uproszczony schemat elektryczny został zilustrowany na FIG. 1 załączony do niniejszego opisu. Przedstawiony schemat elektryczny ilustruje mikrofon pojemnościowy 3, kondensator separujący 2, rezystor 1, wzmacniacz operacyjny 4, źródło napięcia polaryzującego 6, masę zasilania 5, dolne napięcie zasilające 15 wzmacniacz operacyjny 4, górne napięcie zasilające 14 wzmacniacz operacyjny 4.
Rezystor 1 oraz źródło napięcia polaryzującego 6 tworzą obwód polaryzacji napięciem mikrofonu pojemnościowego 3. Pasmo pracy takiego obwodu określone jest poprzez elementy elektroniczne 1,2, 3 oraz zależą od parametrów wzmacniacza operacyjnego 4. Kondensator separujący 2 w tych rozwiązaniach odcina składową stałą, którą jest napięcie polaryzacji mikrofonu pojemnościowego 3, typowo jest to napięcie 200 V i jest poza zakresem pracy typowego wzmacniacza operacyjnego 4 lub innego obwodu zastosowanego w celu zwiększenia sygnału elektrycznego.
Dla przedwzmacniacza pracującego w zakresie częstotliwości infradźwiękowych według uwidocznionego na FIG. 1 schematu elektrycznego zakres pracy obejmuje również amplitudy dla częstotliwości tłumionych przez obwód, tworzony przez elementy elektroniczne: kondensator separujący 2, mikrofon pojemnościowy 3, rezystor 1. Obwód ten zawsze odcina składową stałą poprzez kondensator separujący 2 oraz tłumi amplitudy dla częstotliwości poniżej częstotliwości granicznej wynikającej z wartości elementów, z których składa się obwód wejściowy, co wynika z konstrukcji i jest ograniczeniem takiego rozwiązania.
Wyżej opisane rozwiązania ze stanu techniki oraz szerzej rozwiązania dotyczące przedwzmacniaczy do mikrofonów pojemnościowych wprowadzają niekorzystne zjawisko dotyczące ograniczenia pasma związane z zastosowaniem dodatkowych elementów poza mikrofonem i wzmacniaczem, co jest nie bez znaczenia przy pomiarze sygnałów akustycznych, zwłaszcza dla niskich częstotliwości, co z kolei ogranicza czułość takich przedwzmacniaczy dla zakresu infradźwięków.
W stanie techniki brak jest zatem komplementarnego przedwzmacniacza do mikrofonu pojemnościowego pracującego w zakresie infradźwięków, który zapewniałby odpowiednią czułość w zakresie częstotliwości infradźwiękowych.
ISTOTA WYNALAZKU
Przedmiotem niniejszego wynalazku jest opracowanie całkowicie nowego rozwiązania w postaci przedwzmacniacza do mikrofonu pojemnościowego pracującego w zakresie częstotliwości infradźwiękowych wymagającego zewnętrznego napięcia polaryzującego, co w rezultacie ma przełożyć się na zapewnienie przeniesienia czułości mikrofonu pojemnościowego, w szczególności w zakresie częstotliwości infradźwiękowych, który to przedwzmacniacz odpowiednio przenosiłby bez zniekształceń sygnał z mikrofonu pojemnościowego.
Celem opracowywanego rozwiązania w postaci przedwzmacniacza jest dostosowanie wzmacniacza i jego obwodów wejściowych do pojemności mikrofonu pojemnościowego, w taki sposób, żeby wzmacniacz nie pogarszał czułości mikrofonu, w szczególności w zakresie częstotliwości infradźwiękowych, a jednocześnie przenosiłby bez zniekształceń sygnał elektryczny mikrofonu pojemnościowego.
W celu osiągnięcia powyższych celów, zgodnie z jednym z aspektów niniejszego wynalazku, niniejszy wynalazek zapewnia przedwzmacniacz do mikrofonu pojemnościowego pracującego w zakresie częstotliwości infradźwiękowych zawiera wzmacniacz operacyjny, mikrofon pojemnościowy, który tworzy kondensator oraz źródło napięcia polaryzującego, charakteryzuje się tym, że posiada obwód polaryzujący lub rezystor polaryzujący, przy czym obwód polaryzujący lub rezystor polaryzujący jest połączony z wejściem wzmacniacza operacyjnego oraz z jedną końcówką mikrofonu pojemnościowego, przy czym druga końcówka mikrofonu pojemnościowego jest połączona ze źródłem napięcia polaryzującego.
Korzystnie wspomniany obwód polaryzujący składa się z pierwszego rezystora, drugiego rezystora i trzeciego rezystora oraz kondensatora kompensującego pojemność mikrofonu pojemnościowego, przy czym kondensator jedną końcówką jest połączony, z mikrofonem pojemnościowym, z wejściem wzmacniacza operacyjnego odwracającym oraz z trzecim rezystorem, a drugą końcówką jest połączony z wyjściem wzmacniacza operacyjnego oraz z pierwszym rezystorem, przy czym pomiędzy drugą końcówką pierwszego rezystora połączona jest z drugą końcówką trzeciego rezystora oraz drugi rezystor, który z kolei jest połączony z drugim źródłem napięcia, który może być również masą, druga końcówka mikrofonu pojemnościowego podłączona jest ze źródłem napięcia polaryzującego mikrofon, wejście nieodwracające wzmacniacza operacyjnego podłączone jest do źródła napięcia.
Korzystnie wspomniany rezystor polaryzujący jest podłączony do napięcia z zakresu napięć wejściowych wzmacniacza operacyjnego znajdującego się pomiędzy napięciem zasilania wzmacniacza operacyjnego a napięciami piątego źródła napięcia i czwartego źródła napięcia.
Korzystnie wspomniana druga końcówka rezystora polaryzującego podłączona jest do masy zasilającej lub pierwszego źródła napięcia.
Korzystnie wspomniane wejście nieodwracające wzmacniacza operacyjnego podłączone jest do trzeciego źródła napięcia mieszczącego się pomiędzy napięciem zasilania wzmacniacza operacyjnego a napięciami piątego źródła napięcia i czwartego źródła napięcia.
Przewidziane rozwiązanie według zaproponowanych powyżej aspektów zapewnia osiągnięcie odpowiednio dostosowanego wzmacniacza do mikrofonu pojemnościowego, który zapewnia wysoką czułość w zakresie częstotliwości infradźwiękowych. Wypadkowa czułość zestawu mikrofonu pojemnościowego podłączonego do wzmacniacza zależy zarówno od parametrów mikrofonu pojemnościowego, jak i samego wzmacniacza z wykorzystaniem zaprojektowanych elementów oraz obwodów według wynalazku.
Niewątpliwą zaletą zastrzeganego rozwiązania jest brak konieczności zastosowania rezystora polaryzującego 1 mikrofon pojemnościowy 3 o dużej rezystancji. Dolna częstotliwość zależy w dużej mierze od parametrów zastosowanego wzmacniacza 4. Kolejną zaletą proponowanego wynalazku jest brak konieczności stosowania kondensatora separującego 2 wysokie napięcie ze źródła napięcia polaryzującego 6 mikrofon pojemnościowy 3 od zastosowanego wzmacniacza operacyjnego 4.
KRÓTKI OPIS RYSUNKÓW
Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania, w odniesieniu do załączonych rysunków, na których:
FIG. 1 przedstawia schemat elektryczny przedwzmacniacza do mikrofonu pojemnościo- wego ze stanu techniki;
FIG. 2 przedstawia schemat elektryczny przedwzmacniacza do mikrofonu pojemnościo- wego według pierwszego z przykładów wykonania wynalazku;
FIG. 3 przedstawia schemat elektryczny przedwzmacniacza do mikrofonu pojemnościo- wego według drugiego z przykładów wykonania wynalazku;
FIG. 4 przedstawia schemat elektryczny przedwzmacniacza do mikrofonu pojemnościo- wego według trzeciego z przykładów wykonania wynalazku.
OPIS SZCZEGÓŁOWY WYNALAZKU
Poniżej, opisano szczegółowo przedmiot niniejszego wynalazku w odniesieniu do załączonych figur i przykładów wykonania. Niniejszy wynalazek nie ogranicza się jedynie do szczegółowych przykładów wykonania tutaj opisanych.
W przedstawionym przykładzie wykonania na FIG. 2 oraz FIG. 3 zilustrowano schemat elektryczny przedwzmacniacza do mikrofonu pojemnościowego odpowiednio według pierwszego i drugiego przykładu wykonania wynalazku, w którym konstrukcja przedwzmacniacza w stosunku do stanu techniki zilustrowanego na FIG. 1 pozwoliła na wyeliminowaniu kondensatora separującego 2, w tym na rezygnację z zewnętrznego obwodu polaryzacji mikrofonu pojemnościowego 3 i przeniesieniu jego funkcji do obwodu polaryzacji przedwzmacniacza.
W zilustrowanym rozwiązaniu na FIG. 2 oraz na FIG. 3 przedwzmacniacz do mikrofonu pojemnościowego pracującego w zakresie częstotliwości infradźwiękowych wyposażony jest w rezystor polaryzujący 1, którego jedno wyprowadzenie jest podłączone do masy zasilającej 5 w pierwszym przykładzie wykonania zilustrowanym na FIG. 2 bądź do pierwszego źródła napięcia 7 w drugim przykładzie wykonania zilustrowanym na FIG. 3. Co istotne pierwsze źródło napięcia 7 wzmacniacza operacyjnego 4 znajduje się w zakresie napięcia zasilania pomiędzy napięciem zasilania wzmacniacza operacyjnego 4 a napięciami piątego źródła napięcia 15 i czwartego źródła napięcia 14. Zrezygnowano w tym rozwiązaniu z kondensatora separującego 2 wysokie napięcie polaryzujące mikrofon pojemnościowy 3 od wejścia wzmacniacza operacyjnego 4. Z kolei drugie wyprowadzenie rezystora polaryzującego 1 dla obydwu przykładów wykonania pierwszego i drugiego jest podłączone poprzez mikrofon pojemnościowy 3 do źródła napięcia polaryzującego 6. W przykładzie wykonania zilustrowanym na FIG. 2 oraz FIG. 3 wejście wzmacniacza operacyjnego 4 podłączone jest pomiędzy rezystorem polaryzującym 1 a mikrofonem pojemnościowym 3.
Istotnym problemem, który należało rozwiązać w stosunku do stanu techniki była duża wartość rezystora polaryzującego 1, który jest przeznaczony do polaryzacji mikrofonu pojemnościowego 3. Przy typowej wartości pojemności mikrofonu rzędu 20 pF i częstotliwości granicznej około 0,1 Hz, rezystor polaryzujący 1 powinien osiągnąć wartość około 82 GΩ wraz z uwzględnieniem parametrów wejściowych wzmacniacza operacyjnego 4 oraz montażu elementów np. na płytce PCB lub innego sposobu montażu. Montaż elementów rzędu 100 GΩ jest dość kłopotliwy ze względu na konieczność uwzględniania parametrów również parametrów laminatu i konieczność stosowania specjalnych obwodów zabezpieczających przed rozpływem prądu na płytce PCB.
Rozwiązanie według wynalazku przy realizacji przedwzmacniacza wraz z wzmacniaczem operacyjnym 4 polega na wykorzystaniu funkcji polaryzacji obwodu tworzącego przedwzmacniacz ze wzmacniacza operacyjnego 4 do spolaryzowania również kondensatora tworzącego mikrofon pojemnościowy
3, jak to uwidoczniono w trzecim przykładzie wykonania na FIG. 4. Rozwiązanie to pozwala na konstrukcję obwodu polaryzującego 16 mikrofonu pojemnościowego 3 poprzez wykorzystanie obwodu ustalającego tryb pracy wzmacniacza operacyjnego 4, co pozwala na rezygnację z zewnętrznego obwodu polaryzacji, rezystora polaryzującego 1 mikrofonu pojemnościowego 3. Dolna częstotliwość graniczna zależy w dużej mierze od rezystora polaryzującego 1, pojemności mikrofonu 3 i parametrów wejściowych wzmacniacza operacyjnego 4.
W trzecim przykładzie wykonania zilustrowanym na FIG. 4 zamiast rezystora polaryzującego 1 jak zilustrowano to dla wyżej opisanego pierwszego i drugiego przykładu wykonania według wynalazku zastosowano obwód polaryzujący 16 mikrofonu pojemnościowego 3 i wzmacniacza operacyjnego 4, który ma podwójne zastosowanie, a mianowicie ma polaryzować wejście wzmacniacza operacyjnego 4 oraz polaryzować mikrofon pojemnościowy 3. Obwód wzmacniacza operacyjnego 4 wykorzyst any jest do zapewnienia polaryzacji również mikrofonowi pojemnościowemu 3, co nie było możliwe w konfiguracji z FIG. 1 poprzez kondensator separujący 2 i wysokie napięcie na wejściu wzmacniacza operacyjnego 4.
Obwód polaryzujący 16 składa się z pierwszego rezystora 8, drugiego rezystora 9 i trzeciego rezystora 10 oraz kondensatora 11 kompensującego pojemność mikrofonu pojemnościowego 3, przy czym kondensator 11 jedną końcówką jest połączony, z mikrofonem pojemnościowym 3, z wejściem wzmacniacza operacyjnego 4 oraz z rezystorem 10, a drugą końcówką jest połączony z wyjściem wzmacniacza operacyjnego 4 oraz z pierwszym rezystorem 8, przy czym między pierwszym rezystorem 8 oraz trzecim rezystorem 10 jest podłączony drugi rezystor 9, który z kolei jest połączony z drugim źródłem napięcia 12.
W przedstawionym przykładzie wykonania wzmacniacz operacyjny 4 zasilany jest z dwóch źródeł napięcia zasilania 15 i 14 oraz dodatkowego źródła napięcia 13 nieodwracające wejście wzmacniacza operacyjnego 4. Źródło napięcia 13 powinno mieścić się w zakresie pomiędzy napięciem zasilania wzmacniacza operacyjnego 4.
Opracowane rozwiązanie według wynalazku zgodnie z przedstawionymi przykładami wykonania pozwala na rezygnację z kondensatora separującego 2, zilustrowanego w stanie techniki na FIG. 1, których przykłady rozwiązań zamieszczono na FIG. 2 oraz FIG. 3. Dodatkowo rezygnację z rezystora polaryzującego 1, którego przykład zamieszczono na FIG. 4. Takie rozwiązanie pozwala na pomiar amplitud na niższych częstotliwościach, co nie było możliwe przy typowej konstrukcji przedwzmacniacza sygnałów elektrycznych z mikrofonem pojemnościowym oraz zastosowaniu porównywalnych co do wartości elementów uwidocznionych w schemacie elektrycznym na FIG. 1 ze stanu techniki.
Powyższy opis przedstawionych przykładów wykonania jest dostarczony w celu umożliwienia znawcy w tej dziedzinie zrealizowanie lub wykorzystanie niniejszego wynalazku. Możliwe są także różne modyfikacje przedstawionych przykładów wykonania obejmujące wszystkie takie zmiany, modyfikacje i odmiany, które wchodzą w obszar istoty i zakresu załączonych zastrzeżeń patentowych. Podstawowe zasady tu określone mogą być zatem zastosowane w innych przykładach wykonania bez wykraczania poza zakres wynalazku. Zatem, zamierzeniem niniejszego wynalazku nie jest ograniczanie go do przykładów wykonania tu przedstawionych, ale aby był zgodny z najszerszym zakresem odpowiadającym przedstawionym tu zasadom i nowym cechom.
Niniejsze rozwiązanie według wynalazku oferuje zatem przy użyciu wyżej wymienionych środków technicznych, jak wskazano na FIG. 4, przedwzmacniacz do mikrofonu pojemnościowego pracującego w zakresie częstotliwości infradźwiękowych, z wykorzystaniem zaprojektowanych elementów oraz obwodów przeznaczonych do polaryzacji napięciem mikrofonu.
ZASTOSOWANIE WYNALAZKU
Wynalazek może znaleźć zastosowanie w wielu branżach, w których można wykorzystać mikrofony pojemnościowe. Potencjalne zastosowanie przedmiotowego rozwiązania obejmuje, zwłaszcza branżę urządzeń do pomiaru hałasu akustycznego, w szczególności do badania hałasu generowanego przez turbiny wiatrowe i farmy turbin wiatrowych, przejeżdżających samochodów i pojazdów ciężkich. Znajdzie także zastosowanie do diagnostyki turbin wiatrowych.
WYKAZ OZNACZEŃ ODSYŁAJĄCYCH rezystor polaryzujący kondensator separujący mikrofon pojemnościowy wzmacniacz operacyjny masa zasilająca źródło napięcia polaryzującego pierwsze źródło napięcia pierwszy rezystor drugi rezystor trzeci rezystor kondensator drugie źródło napięcia trzecie źródło napięcia czwarte źródło napięcia piąte źródło napięcia obwód polaryzujący mikrofon oraz wejście wzmacniacza operacyjnego

Claims (5)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Przedwzmacniacz do mikrofonu pojemnościowego pracującego w zakresie częstotliwości infradźwiękowych zawiera wzmacniacz operacyjny (4), mikrofon pojemnościowy (3), który tworzy kondensator oraz źródło napięcia polaryzującego (6), znamienny tym, że posiada obwód polaryzujący (16) lub rezystor polaryzujący (1), przy czym obwód polaryzujący (16) lub rezystor polaryzujący (1) jest połączony z wejściem wzmacniacza operacyjnego (4) oraz z jedną końcówką mikrofonu pojemnościowego (3), przy czym druga końcówka mikrofonu pojemnościowego (3) jest połączona ze źródłem napięcia polaryzującego (6).
  2. 2. Przedwzmacniacz według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że obwód polaryzujący (16) składa się z pierwszego rezystora (8), drugiego rezystora (9) i trzeciego rezystora (10) oraz kondensatora (11) kompensującego pojemność mikrofonu pojemnościowego (3), przy czym kondensator (11) jedną końcówką jest połączony, z mikrofonem pojemnościowym (3), z wejściem wzmacniacza operacyjnego (4) odwracającym oraz z trzecim rezystorem (10), a drugą końcówką jest połączony z wyjściem wzmacniacza operacyjnego (4) oraz z pierwszym rezystorem (8), przy czym pomiędzy pierwszym rezystorem (8) oraz trzecim rezystorem (10) jest podłączony drugi rezystor (9), który z kolei jest połączony z drugim źródłem napięcia (12).
  3. 3. Przedwzmacniacz według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że rezystor polaryzujący (1) jest podłączony do napięcia z zakresu napięć wejściowych wzmacniacza operacyjnego (4) znajdującego się pomiędzy napięciem zasilania wzmacniacza operacyjnego (4) a napięciami piątego źródła napięcia (15) i czwartego źródła napięcia (14).
  4. 4. Przedwzmacniacz według zastrzeżenia 1 albo 2, znamienny tym, że druga końcówka rezystora polaryzującego (1) podłączona jest do masy zasilającej (5) lub pierwszego źródła napięcia (7).
  5. 5. Przedwzmacniacz według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że wejście nieodwracające wzmacniacza operacyjnego (4) podłączone jest do trzeciego źródła napięcia (13) mieszczącego się pomiędzy napięciem zasilania wzmacniacza operacyjnego (4) a napięciami piątego źródła napięcia (15) i czwartego źródła napięcia (14).
PL442532A 2022-10-14 2022-10-14 Przedwzmacniacz do mikrofonu pojemnościowego pracującego w zakresie częstotliwości infradźwiękowych PL247648B1 (pl)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL442532A PL247648B1 (pl) 2022-10-14 2022-10-14 Przedwzmacniacz do mikrofonu pojemnościowego pracującego w zakresie częstotliwości infradźwiękowych
EP23202565.0A EP4354728A1 (en) 2022-10-14 2023-10-10 Preamplifier for capacitator microphone operating in the infrasonic frequency range

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL442532A PL247648B1 (pl) 2022-10-14 2022-10-14 Przedwzmacniacz do mikrofonu pojemnościowego pracującego w zakresie częstotliwości infradźwiękowych

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL442532A1 PL442532A1 (pl) 2024-04-15
PL247648B1 true PL247648B1 (pl) 2025-08-18

Family

ID=88647705

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL442532A PL247648B1 (pl) 2022-10-14 2022-10-14 Przedwzmacniacz do mikrofonu pojemnościowego pracującego w zakresie częstotliwości infradźwiękowych

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4354728A1 (pl)
PL (1) PL247648B1 (pl)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL374069A1 (pl) * 2005-04-01 2006-10-02 Politechnika Warszawska Przedwzmacniacz do mikrofonów pojemnościowych
US7620189B2 (en) * 2004-03-30 2009-11-17 Akg Acoustics Gmbh Polarization voltage setting of microphones
RU2768203C1 (ru) * 2021-08-09 2022-03-23 Общество с ограниченной ответственностью "ОКТАВА ДИЗАЙН И МАРКЕТИНГ" Микрофонный усилитель

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060126526A (ko) 2003-12-01 2006-12-07 아우디오아시스 에이/에스 전압 펌프를 구비한 마이크로폰
ITTO20090495A1 (it) 2009-06-30 2011-01-01 St Microelectronics Srl Circuito preamplificatore per un trasduttore acustico capacitivo di tipo microelettromeccanico
US9236837B2 (en) * 2011-08-25 2016-01-12 Infineon Technologies Ag System and method for low distortion capacitive signal source amplifier
PL3454568T3 (pl) 2017-09-12 2021-05-04 G.R.A.S. Sound & Vibration A/S Przedwzmacniacz do mikrofonu ze źródłem napięcia polaryzacji
US10798507B2 (en) * 2018-08-08 2020-10-06 Chaoyang Semiconductor Jiangyin Technology Co., Ltd. Capacitive MEMS microphone with built-in self-test

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7620189B2 (en) * 2004-03-30 2009-11-17 Akg Acoustics Gmbh Polarization voltage setting of microphones
PL374069A1 (pl) * 2005-04-01 2006-10-02 Politechnika Warszawska Przedwzmacniacz do mikrofonów pojemnościowych
RU2768203C1 (ru) * 2021-08-09 2022-03-23 Общество с ограниченной ответственностью "ОКТАВА ДИЗАЙН И МАРКЕТИНГ" Микрофонный усилитель

Also Published As

Publication number Publication date
PL442532A1 (pl) 2024-04-15
EP4354728A1 (en) 2024-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8675895B2 (en) Microphone assembly with integrated self-test circuitry
CN102804807B (zh) 电子设备、电子装置、移动终端装置以及用于处理电子信号的方法
CN101534467B (zh) 电容式麦克风
JP2003527161A (ja) ボディ音を検出する音響‐電気トランスデューサ
CN112040356B (zh) 一种麦克风和扬声器集成系统
CN107820147B (zh) 麦克风装置与麦克风装置的控制方法
CN110291718A (zh) 校准麦克风截止频率的系统和方法
CN1882194B (zh) 内建多个麦克风的模块
US20100177913A1 (en) Microphone preamplifier circuit and voice sensing devices
GB2566373A (en) Biasing of electromechanical systems microphone with alternating-current voltage waveform
Djurek et al. Measurements of analog MEMS microphones
EP1565034A1 (en) Packaged digital microphone device with auxiliary line-in function
US20070297623A1 (en) Apparatus and method to provide advanced microphone bias
US20040156520A1 (en) Miniature digital transducer with reduced number of external terminals
EP2490462A1 (en) Condenser microphone assembly with floating configuration
CN108028629A (zh) 用于麦克风的电子电路和麦克风
EP4354728A1 (en) Preamplifier for capacitator microphone operating in the infrasonic frequency range
US9661430B2 (en) Method of identifying passive radiator parameters
CN110099342B (zh) 送话装置
Hansen et al. Improved modeling and design of microphones using radio frequency detection with capacitive micromachined ultrasonic transducers
Frederiksen Condenser microphones
Djurek et al. Measurements and Evaluation of a PDM Output Digital Mems Microphone
CN218941329U (zh) 骨导式极膜驻极体传声器
JP7675960B1 (ja) 拡声音響装置
CN108051072B (zh) 一种计算变电站主噪声设备隔声罩插入损失的方法及系统