ОТЧЕТ
по лабораторной работе № 1
По дисциплине Системы коммутации
Тема: Исследование электроакустических преобразователей
Ответы на контрольные вопросы
1. Типы микрофонов:
ü электродинамические,
ü электромагнитные,
ü электростатические (конденсаторные и электретные),
ü угольные
ü пьезоэлектрические.
2. Микрофоны характеризуются следующими параметрами:
§ Чувствительность микрофона - это отношение напряжения на выходе микрофона к воздействующему на него звуковому давлению при заданной частоте (как правило, 1000 Гц), выраженное в милливольтах на паскаль (мВ/Па). Чем больше это значение, тем выше чувствительность микрофона.
§ Номинальный диапазон рабочих частот - диапазон частот, в котором микрофон воспринимает акустические колебания и в котором нормируются его параметры.
§ Неравномерность частотной характеристики - разность между максимальным и минимальным уровнем чувствительности микрофона в номинальном диапазоне частот.
§ Модуль полного электрического сопротивления - нормированное значение выходного или внутреннего электрического сопротивления на частоте 1 кГц.
§ Характеристика направленности - зависимость чувствительностимикрофона (в свободном поле на определённой частоте) от угла между осью микрофона и направлением на источник звука.
§ Уровень собственного шума микрофона - выраженное в децибелах отношение эффективного значения напряжения, обусловленного флуктуациями давления в окружающей среде и тепловыми шумами различных сопротивлений в электрической части микрофона, к напряжению, развиваемому микрофоном на нагрузке при давлении 1 Па при воздействии на микрофон полезного сигнала с эффективным давлением 0,1 Па.
3. Принцип работы угольного микрофона:
В телефонных аппаратах старой конструкции широко использовались угольные микрофоны, преобразующие звуковые волны в электрический ток за счет изменения сопротивления угольного порошка под звуковым давлением. Именно эти микрофоны приводят к заметным вздохам и шуршаниям в трубках дисковых аппаратов.
Принцип работы конденсаторного микрофона:
Жёстко натянутая мембрана под воздействием звукового давления совершает колебательные движения относительно неподвижного электрода. Конденсатор включен в электрическую цепь последовательно с источником напряжения постоянного тока GB и активным нагрузочным сопротивлением R. При колебаниях мембраны ёмкость конденсатора меняется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления. В электрической цепи появляется переменный ток той же частоты и на нагрузочном сопротивлении возникает переменное напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона.
Принцип работы электерного микрофона:
Электретные микрофоны по принципу работы являются теми же конденсаторными, но постоянное напряжение в них обеспечивается зарядом электрета, тонким слоем нанесённого на мембрану и сохраняющим этот заряд продолжительное время (свыше 30 лет).
Поскольку электростатические микрофоны обладают высоким выходным сопротивлением, то для его уменьшения, как правило, в корпус микрофона встраивают истоковый повторитель на полевом n -канальном транзисторе с р - n переходом. Это позволяет снизить выходное сопротивление до величины не более 3-4 кОм и уменьшить потери сигнала при подключении к входу усилителя сигнала микрофона.
Рис. 1. Схема электретного микрофона
У электретных микрофонов с двумя выводами выход микрофона выполнен по схеме усилителя с открытым стоком
4. Резкое возрастание чувствительности на определенной частоте разговорного спектра обусловлено резонансом, возникающим при совпадении частоты звуковых колебаний с частотой собственных колебаний мембраны. Неравномерный характер частотной характеристики вызывает амплитудно-частотные искажения, которые воспринимаются на слух как искажение тембра голоса при телефонном разговоре. Но изменением акустической системы микрофона можно изменять характер частотной зависимости чувствительности микрофона.
5. Крик или разговор повышенной громкости перед микрофоном хотя и увеличивает отдаваемую микрофоном мощность, однако не всегда приносит пользу, так как ясность (разборчивость) речи при этом снижается из-за появления искажений. При нормальном удалении микрофона от рта говорящего мощность звуковых колебаний, непосредственно действующих на мембрану, равна 1мкВт.
6. Характеристики:
- широкий частотный диапазон;
- малую неравномерность частотной характеристики;
- низкие нелинейные и переходные искажения;
- высокую чувствительность;
- низкий уровень собственных шумов.
7. Поскольку электростатические микрофоны обладают высоким выходным сопротивлением, то для его уменьшения, как правило, в корпус микрофона встраивают истоковый повторитель на полевом n -канальном транзисторе с р - n переходом. Это позволяет снизить выходное сопротивление до величины не более 3-4 кОм и уменьшить потери сигнала при подключении к входу усилителя сигнала микрофона.
8. "Телефон" в отличие от его бытового понимания (телефонный аппарат) - всего лишь приспособление, преобразующее электрические колебания в звуковые волны. Таким образом, собственно телефон является лишь частью телефонного аппарата. В телефонных аппаратах применяются так называемые "телефонные капсюли", представляющие собой сменные конструктивно обособленные от самого аппарата изделия (рис. 1.5).
Рис. 2. Телефонные капсюли: а - ТА-4, б - ТК-67:
1 - корпус, 2 - крышка, 3 - мембрана, 4 - полюсные надставки,
5 - электрообмотки, 6 - каркас катушки, 7 - отверстие,
8 - защитная прокладка, 9 - резьба, 10 - контактный винт,
11 - постоянный магнит
Телефонный капсюль имеет пластмассовый корпус 1, в дно которого впрессован постоянный магнит 11 с полюсными надставками 4. На свободные концы надставок надеты катушки электромагнита телефона.
Обмотки катушек соединены последовательно, а их свободные концы припаяны к штифтам, которые впрессованы в корпус телефона. С нижней стороны в штифты ввернуты контактные винты, с помощью которых телефон подключается к схеме ТА. Сверху телефонный капсюль закрыт крышкой 2, которая навинчивается на корпус. В крышке имеются отверстия 7.
9. Для выравнивания частотной характеристики чувствительности телефона в его механико-акустическую систему вводят пластмассовую перегородку, которая делит на две части объем под мембраной. Перегородка имеет форму диска с двумя отверстиями, затянутыми шелком, и двумя отверстиями для полюсных надставок и кладется в специальный паз корпуса таким образом, чтобы полюсные надставки выступали над ней. Объем воздуха между мембраной и акустической перегородкой вместе с воздухом, колеблющимся в отверстиях перегородки, демпфирует (уменьшает) колебание мембраны на резонансной частоте и тем самым выравнивает частотную характеристику чувствительности телефона.
10. Если батарея местная (МБ), т.е. вмонтирована в телефонный аппарат, то постоянный ток нужно изолировать от линии с переменным током, несущим аудиосигнал, делается это с помощью конденсатора или трансформатора (рис. 1.7). Применение местного источника питания имеет очевидные недостатки: использование преобразователя переменного тока бытовой электросети означает, что при повреждении этой сети телефон прекратит работу, а автономный источник питания в аппарате требует ухода и/или периодической замены. Кроме того, в аппаратах с местной батареей необходимо иметь специальное устройство для вызова станции и для передачи сигнала отбоя после окончания связи.
В применяемом почти повсеместно режиме с централизованным источником питания батарея постоянного тока находится на телефонной станции (ЦБ) и обеспечивает надежное питание всех включенных в нее телефонных аппаратов. Номинальное напряжение станционной батареи равно 60 или 48 вольтам.
11.Явление, при котором абонент говорит перед микрофоном и слышит себя, называется, явлением местного эффекта.
Ход работы:
1. Мой домашний телефон питается от центральной батареи.
2.
Рисунок 3. Питание микрофона от центральной батареи
Центральная батарея ЦБ устанавливается на АТС (рис. 1.8). Ток питания микрофонов протекает по разговорным проводам a и b. При снятии абонентом МТТ ток питания микрофона М1 протекает по цепи: +ЦБ, приборы АТС, а.л., микрофон М1, IТр1, а.л., -ЦБ. Падения напряжения на обмотке трансформатора IТр1 показаны в скобках.
Исходящий разговорный ток протекает по цепи: +М1, а.л., приборы АТС, а.л., М2, IТр2, а.л., АТС, IТр1, -М1.
В обмотке трансформатора IТр1 токи направлены встречно, следовательно, суммарная магнитодвижущая сила близка к 0 и ток во второй обмотке Тр1 примерно равен 0, т.е. в телефоне Т1 абонент свой голос не слышит.
В обмотке IТр2 токи сонаправлены, следовательно, в сердечнике создается суммарный магнитный поток и в обмотку IIТр2 индуцируется ток, в телефонном капсюле Т2 слышен разговор. 
Рисунок 4. Питание микрофона от местной батареи
Источник питания напряжением 1,5 ÷ 3В устанавливается в корпусе телефонного аппарата (ТА). Это военно-полевые ТА.
При снятии абонентом МТТ, ток питания микрофона протекает по цепи: +МБ1, IТр1, микрофон, -МБ1.
Исходящий разговорный ток протекает по цепи: +микрофона, IТр1, сопротивление МБ1, -микрофона и индуцируется во вторичную обмотку.
Во вторичной обмотке ток протекает по цепи: +IIТр1, тел. капсюль, линия связи, тел. капсюль, IIТр2, линия связи, -IIТр1.
Следовательно, абонент 1 говорит перед микрофоном и слышит себя. Это явление называется явлением местного эффекта.
3. Чувствительность МК-16 на низких частотах лучше, чем у МК-10. А на высоких частотах наоборот.
4. Чувствительность ТК-47 на низких частотах лучше, чем у ТА-4, а на высоких частотах наоборот.
5. Местный эффект
Прослушивание абонентом через телефон своего аппарата собственной речи при разговоре и окружающих шумов называется местным эффектом. Мешающее действие местного эффекта связано с явлениями маскировки звуков и адаптацией слуха. Собственный разговор и окружающие шумы, воздействующие на микрофон, (угольный микрофон обладает усилительной способностью с коэффициентом Км = 1000), через схему ТА и телефон создают мешающее действие на ухо абонента.
Под маскировкой звуков понимается уменьшение чувствительности уха вследствие действия какого-либо мешающего звука или шума.
Под адаптацией слуха понимается свойство уха приспосабливаться к перегрузке громким звукам, что приводит также к снижению его чувствительности.
Простейшие схемы ТА по принципу построения разговорной части схемы можно разделить на аппараты с мостовой схемой и компенсационным принципом подавления местного эффекта.
На рис. 3.40 приведена схема разговорного узла с противоместной схемой мостового типа. Эта схема наиболее часто применяется в ТА с дисковым номеронабирателем, но иногда используется и в ТА с кнопочным набором.
В схеме используется угольный микрофон, питание которого осуществляется непосредственно с линии через обмотку I трансформатора (линейная обмотка). Микрофон включается в диагональ моста состоящего из:
Сопротивления АТС и линии, сопротивления линейной обмотки трансформатора (I), балансной обмотки трансформатора (II) и балансного контура, на резисторах R1, R2 и конденсаторе С1, сопротивление которого равно эквивалентному сопротивлению линии и АТС.
Элементы балансного контура подбираются таким образом, чтобы уравновесить плечи моста, выравнивая токи в линейной и балансной обмотках.
При равных величинах токов в обмотках I и II уравновешенного моста они имеют разное направление, в результате чего токи, наводимые в телефонной обмотке (III) трансформатора, взаимно компенсируются и свой голос в телефоне трубки не прослушивается. Таким образом достигается подавление местного эффекта. При этом
