П Л А Н
проведения занятий по предмету обучения «Оперативно-технологическая связь на железнодорожном транспорте»
для специальности 2103
Раздел №1 ПРИНЦИП ТЕЛЕФОННОЙ ПЕРЕДАЧИ
ТЕМА Электроакустические преобразователи
Классификация и основные характеристики электроакустических преобразователей
ВРЕМЯ: 2 часа
МЕСТО: класс компьютерной техники
УЧЕБНО-МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
1. Обоpудование спецкласса.
2. Образцы литературы.
3. Учебная программа по предмету.
УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ И РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ
ВСТУПИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ15 мин.
1. Классификация и основные характеристики электроакустических преобразователей
2. Основные типы преобразователей
ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ мин.
ВСТУПИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ
1. Проверить наличие студентов на занятии.
2. Провести опрос по материалу предыдущего занятия
3. Объявить тему, цели занятия.
Учебный вопрос №1. Классификация и основные характеристики электроакустических преобразователей
Электроакустическими преобразователями называются приборы, преобразующие звуковые колебания в электрические и обратно. В телефонии такими преобразователями являются микрофон ВМ, включаемый на передающем конце телефонного тракта, и телефон ВF или громкоговоритель - на приемном конце. Микрофон преобразует звуковые колебания в переменный электрический ток, телефон или громкоговоритель - электрические сигналы в звуковые.
Электроакустические преобразователи классифицируют по принципу преобразования энергии, обратимости действия и использованию посторонних источников энергии.
По принципу преобразования энергии преобразователи делятся на электродинамические, электромагнитные, пьезоэлектрические, электростатические, электроконтактные.
По обратимости действия электроакустические преобразователи можно разделить на обратимые и необратимые. Обратимые преобразователи обладают свойством преобразования акустической энергии в электрическую и электрической энергии в звуковую. Необратимые преобразователи могут преобразовывать только один вид энергии в другой. Свойством обратимости обладает большинство электроакустических преобразователей, кроме электроконтактных.
По использованию источников энергии преобразователи делятся на пассивные и активные. Пассивные преобразователи непосредственно преобразуют один вид энергии в другой. К ним относятся электромагнитные, электродинамические и пьезоэлектрические преобразователи. Активные преобразователи работают по принципу управления в процессе преобразования энергии одного вида расходом энергии другого вида. К ним относятся электростатические и электроконтактные преобразователи с вспомогательными источниками энергии.
Электроакустические преобразователи не должны вносить заметных нелинейных искажений в разговорный тракт, должны иметь максимально возможный для данного типа преобразователей коэффициент полезного действия, быть простыми и технологичными в производстве, удобными в эксплуатации и иметь небольшую стоимость (особенно преобразователи массового применения).
Рассмотрим основные параметры электроакустических преобразователей.
Чувствительность преобразователя. Чувствительностью микрофона SМ называется отношение электродвижущей силы Ем, развиваемой микрофоном, к звуковому давлению Рм, действующему на его мембрану, В/Па:
Sм = Дм/Рм,
Чувствительностью телефона SТ называется отношение звукового давления Рт, развиваемого телефоном, к напряжению Uт на зажимах телефона, Па/В:
Sт=Рт/Uт
Частотная характеристика преобразователя. Зависимость чувствительности преобразователя от частоты называется его частотной характеристикой. Идеальная частотная характеристика имеет вид прямой 1, параллельной оси ординат (частота). Частотные характеристики преобразователей отличаются от идеальной и имеют неравномерный характер. Для оценки этой неравномерности служат коэффициенты, дБ:
чувствительности телефона и микрофона в передаваемом диапазоне частот.
Средняя чувствительность. Для оценки качества преобразователя в диапазоне передаваемых частот пользуются параметром средней чувствительности Sср :
Приведенная чувствительность. Этот параметр служит для сравнения преобразователей с разными внутренними сопротивлениями. Под приведенной чувствительностью телефона Sт пр понимают чувствительность, которую имел бы рассматриваемый телефон, если бы модуль его входного сопротивления был равен не |Zт|, а принятому определенному значению RПр (принимают RПр = 600 Ом) при той же потребляемой мощности, т. е. Wпр= Wт.
Приведенной чувствительностью микрофона Sм с внутренним сопротивлением переменному току R~ называется значение чувствительности такого микрофона с внутренним сопротивлением 1 Ом, который отдает такую же мощность (в тех же условиях), как и рассматриваемый микрофон.
Коэффициент нелинейных искажений. Этот параметр определяет в процентах нелинейные искажения, вносимые в систему передачи речи вследствие нелинейного характера зависимости энергии, получаемой на выходе преобразователя, от энергии, поступающей на его вход (амплитудная характеристика).
Направленность действия преобразователя. Этот Параметр показывает изменение чувствительности микрофона, телефона и громкоговорителя в процентах в зависимости от угла α между акустической осью (перпендикуляр к диафрагме) и рассматриваемой точкой звукового поля. Характеристика направленности изображается графически, обычно в полярных координатах, и бывает трех основных видов: круг (рис. 1а) - направленности действия нет; кардиоида (рис. 1б) - направленность односторонняя и "восьмерка" (рис. 1в) - направленность двусторонняя. Микрофоны в обычных телефонных аппаратах имеют одностороннюю направленность.
Учебный вопрос №2. Основные типы преобразователей
Наиболее широкое распространение нашли преобразователи электромагнитные, электродинамические, пьезоэлектрические, электростатические и электроконтактные - угольные микрофоны.
Электромагнитный преобразователь (рис. 2, а) содержит постоянный магнит с полюсными надставками, электромагнит и мембрану М из ферромагнитного материала. Преобразователь обратимый и может применяться в качестве телефона и микрофона. При использовании его в качестве телефона средняя чувствительность Sт ср = 15 Па/В, а в качестве микрофона SМ Ср = 0,1 В/Па. Большим недостатком преобразователей электромагнитного типа являются неравномерность частотной характеристики, достигающая ΔSТ = 15 дБ, и большой коэффициент нелинейных искажений КН = 8 %. Преобразователи данного типа применяют преимущественно в качестве телефона. Их достоинство - сравнительно высокая чувствительность, небольшая стоимость и высокая надежность в работе.
В качестве микрофонов применяют электромагнитные преобразователи со сложной магнитной цепью.
Электродинамический преобразователь (рис. 2, б) имеет постоянный магнит и легкую подвижную катушку К, соединенную с мембраной М. При колебании мембраны в обмотке катушки К возникает ЭДС. Преобразователь обратимый и используется в качестве микрофона, громкоговорителя или телефона. Средняя чувствительность электродинамического микрофона SМ ср = 0,004 В/Па, а неравномерность частотной характеристики ΔSМ = 8 дБ. Из-за небольшой чувствительности преобразователь работает совместно с усилителем.
Если электродинамический преобразователь используется в качестве телефона или громкоговорителя, то его средняя чувствительность SТ ср = 0,6 Па/В, а неравномерность частотной характеристики
Δ SТ = 8 дБ. Электродинамические преобразователи характеризуются хорошей частотной характеристикой, небольшим коэффициентом нелинейных искажений (Кн = 3 %), простотой конструкции и надежностью в эксплуатации.
Электростатический, или конденсаторный преобразователь (рис. 2в) содержит воздушный конденсатор из неподвижной пластины и тонкой легкой подвижной пластины -- мембраны М. Под воздействием звуковых волн мембрана колеблется и изменяет расстояние между обкладками конденсатора, что изменяет его емкость и заряд. Вследствие этого через нагрузку Rн проходит переменный ток, который создает на нем переменное напряжение, соответствующее звуковому давлению, воздействующему на мембрану микрофона. Преобразователь обратимый, но преимущественное применение он нашел в виде микрофона, так как чувствительность его в качестве телефона слишком мала.
Пьезоэлектрический преобразователь (рис. 2г) основан на использовании пьезоэлектрического эффекта кристаллов кварца, турмалина, сегнетовой соли, пьезокерамики и др. При колебании мембраны М деформируется биморфный кристаллический элемент, вследствие этого возникают электрические заряды на его гранях. Преобразователь обратимый, т. е. изменение электрического заряда на пьезоэлементе вызывает механические колебания кристалла и связанной с ним мембраны М.
На основе принципа работы электроконтактного преобразователя могут быть построены и другие виды микрофонов, например транзисторные, в которых мембрана механически связана с эмиттером транзистора. Колебания мембраны создают переменное давление на эмиттер и изменяют сопротивление эмиттерного перехода, в результате чего возникают колебания тока в его цепи.
ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ
1. НАПОМНИТЬ материал занятия.
2. ОТМЕТИТЬ его важность.
3. ДАТЬ ЗАДАНИЕ на дом.
4. ВЫСТАВИТЬ оценки.
5. ОТВЕТИТЬ на вопросы студентов.
6. ДАТЬ ПЕРСПЕКТИВУ последующих занятий.
