Командует звук
Управлять различными устройствами на расстоянии можно, как это ни странно, с помощью обыкновенного свистка или детской дудочки. Такой автомат должен иметь электрические «уши». Это уже знакомый вам микрофон (см. «М-К» N 1 за 1983 г., «На помощь слабому голосу»), преобразующий акустический сигнал в переменный ток звуковой частоты (сокращенно 34). Электрические колебания усиливаются до нужного уровня и подаются на вход электронного реле или тринистора, коммутирующего цепь питания исполнительного механизма.
Однако чувствительность угольного микрофона невысока, звук свистка или дудочки он «слышит» на расстоянии всего 1 ... 2 м. Поэтому приходится применять более мощные источники звука, подключив, например, к генератору звуковых частот громкоговоритель.
Предположим, акустический автомат установили перед входом в гараж. Стоит подъехавшей автомашине подать сигнал, под действием звуковых волн угольный порошок микрофона изменит свое сопротивление и связанное с микрофоном электронное устройство включит электродвигатель. Створки ворот раздвинутся — машина может въезжать. Чтобы автомат узнавал «свою» машину, его немного усложняют, заставляют срабатывать, к примеру, только от трех коротких сигналов.
Подобные акустические устройства способны только включать (или выключать) исполнительный механизм. Поэтому их называют звуковыми реле.
«Острым слухом» обладают акустические автоматы, у которых роль электрических «ушей» выполняют более чувствительные электродинамические, электромагнитные или пьезоэлектрические микрофоны.
Принцип действия катушечного электродинамического микрофона основан на взаимодействии движущегося проводника с постоянным магнитным полем. Подвижная диафрагма (рис. 1) соединена со звуковой катушкой, расположенной в зазоре магнитной системы микрофона. Под воздействием звуковых колебаний диафрагма вместе со звуковой катушкой совершает возвратно-поступательные движения вдоль рабочей оси микрофона. В результате на выводах звуковой катушки появляется напряжение звуковой частоты.
Диафрагма таких микрофонов выполняется из жесткого материала — тонкой пластмассы или специальной бумаги, пропитанной лаком. Для большей жесткости ей придают куполообразную форму, а плоские края крепят через эластичный гофрированный воротник к корпусу или магнитной системе микрофона. Благодаря эластичности гофрированного воротника обеспечивается подвижность диафрагмы со звуковой катушкой.
Звуковую катушку наматывают изолированным медным или алюминиевым проводом 0 0,03... 0,05 мм. Число слоев обязательно четное, чтобы выводы находились с одной стороны.
В корпусе или в подставке некоторых типов электродинамических микрофонов устанавливают выходные трансформаторы или автотрансформаторы, позволяющие лучше согласовать микрофон с нагрузкой, особенно при подключении к усилителю с большим входным сопротивлением. Подсоединять микрофон нужно не оченьдлинным (1 ... 1,5 м) хорошо экранированным кабелем.
Для преобразования звуковых колебаний в электрические используется также пьезоэлектрический эффект, выражающийся в том, что при деформации некоторых кристаллов на их поверхности возникают электрические заряды, пропорциональные по величине деформирующей силе. Значительным пьезоэффектом обладают кристаллы сегнетовой соли. Вырезанные особым образом пластинки из искусственно выращенных кристаллов и служат основным рабочим элементом пьезомикрофонов.
По своим электрическим параметрам и надежности пьезомикрофоны значительно уступают электродинамическим. К тому же высокое внутреннее сопротивление первых оказалось особенно неудобным при работе с усилителями на биполярных транзисторах, имеющими низкое входное сопротивление. К таким усилителям хорошо подошли электромагнитные микрофоны.
Принцип действия электромагнитной системы состоит в том, что колеблющийся якорь из мягкой или специальной стали воздействует на магнитное поле, образованное постоянным магнитом. Якорь находится в зазоре магнитной системы. Он жестко связан с диафрагмой, воспринимающей звуковые колебания, а поэтому, колеблясь вместе с ней, вызывает колебания магнитного поля.
В результате в катушке, намотанной поверх якоря или полюсных наконечников и расположенной в том же магнитном поле, возникают электрические колебания, соответствующие звуковым, воздействующим на диафрагму.
Рис. 1. Устройство катушечного электродинамического микрофона:
1 — магнит, 2 — полюсный наконечник, 3 — гофрированный воротник, 4 — звуковая катушка, 5 — диафрагма, 6 — магнитопровод
Рис. 2. Схематическое устройство микрофона ДЭМШ-1:
1 — кольцевые магниты, 2 — обмотка, 3 — фланцы с полыми полюсными наконечниками, 4 — мембрана, 5 — футляр.
Рис. 3. Условные графические обозначения микрофонов:
а — общее обозначение, б — угольный микрофон, в — электродинамический, г — электромагнитный, д — пьезоэлектрический, е — конденсаторный, ж —> ларингофон, з — стереофонический, конденсаторный.
Широкое распространение у радиолюбителей получил дифференциальный электромагнитный микрофон ДЭМШ-1. Схематически его устройство показано на рисунке 2. Модернизированный тип ДЭМШ-1А имеет полюсные наконечники, ввинчивающиеся во фланцы, что обеспечивает удобную регулировку зазора между ними и мембраной.
К электромагнитным микрофонам относится и унифицированный микротелефонный капсюль ДЭМ-4м, который используется и как микрофон, и как телефон. Он имеет 0 55 мм, высоту 30 мм и массу 125 г.
В профессиональных установках передачи звука наибольшее распространение получили конденсаторные микрофоны, имеющие лучшие по сравнению с другими типами параметры. Это плоские воздушные конденсаторы, у которых одна из обкладок служит мембраной, воспринимающей звуковые колебания. Выполняется она из тонкой (10... 30 мк) дюралюминиевой фольги либо из еще более тонкой металлизированной с одной стороны полимерной пленки. Вторая обкладка, массивная и неподвижная, располагается с небольшим зазором 20... 40 мк.
Под воздействием звуковых колебаний емкость конденсатора изменяется. Для того чтобы эти изменения превратить в переменный ток звуковой частоты, обкладки конденсаторного .
микрофона включают последовательно с нагрузочным резистором и источником постоянного (поляризующего) напряжения 60... 70 В. Когда под воздействием звуковых волн емкость конденсатора капсюля уменьшается, заряд на его обкладках снижается и, наоборот, при увеличении емкости возрастает. Изменения заряда вызывают переменный электрический ток в цепи, и на нагрузочном резисторе возникает переменное напряжение. Оно-то и поступает на вход микрофонного усилителя.
На принципиальных схемах микрофоны обозначаются в виде окружности, которой касается вертикальный отрезок прямой. Линии-выводы направляют либо в разные стороны, либо в одну сторону (рис. За). Буквенный код обозначения — ВМ.
Рис. 4. Принципиальная схема звукового реле.
Рис. 5. Монтажная плата звукового реле со схемой расположения элементов.
Рис. 6. Схема усовершенствованного звукового реле.
Принцип действия и особенности микрофона указывают специальными знаками. Так, угольный микрофон выделяют на схемах небольшим кружком в центре окружности базового символа (рис. 36), электродинамический — обозначением катушки из двух полуокружностей (рис. Зв), в электромагнитном оно дополнено символом магнитопрово-да (рис. Зг). В обозначении пьезоэлектрического микрофона присутствует значок пьезоэлектрического преобразователя — узкий прямоугольник с двумя короткими черточками (рис. Зд). Конденсаторный микрофон выделяют символом конденсатора (рис. Зе). Хорда, параллельная вертикальной линии (рис. Зж), — отличительный признак ларингофонов — специальных микрофонов, прикладываемых к шее возле гортани и предназначенных для телефонных переговоров в шумных условиях. Чтобы изобразить на схеме стереофонический микрофон, в условное обозначение вводят две взаимно перпендикулярные стрелки (рис. Зз). Теперь, когда вы познакомились с принципом действия и условными графическими обозначениями основных ти-поз микрофонов, предлагаем собрать акустический автомат «прошу соблюдать тишину», предназначенный для установки в лекционных залах, аудиториях и классах.
Устройство разработано и изготовлено в лаборатории электронной автоматики Московского Дворца пионеров и школьников.
Рис. 7. Принципиальная схема акустического реле с электродинамическим микрофоном.
Рис. 8. Печатная плата акустического реле со схемой расположения элементов.
Звуковое реле срабатывает при возрастании шума сверх установленного уровня. В устройстве применен угольный микрофон МК-10 от телефонного аппарата. Чувствительность автомата регулируют резистором R1 (рис. 4), сопротивление которого лежит в пределах 0,5... 3 кОм.
Увеличив емкость конденсатора С1 до 50... 100 мкФ, получают комбинацию звукового реле и реле времени. После однократного звукового воздействия на микрофон сигнальная лампа НЫ будет гореть теперь 3...5 с. В таком исполнении звуковое реле можно применить для управления самоходной игрушкой с электрическим двигателем. После звука хлопка модель некоторое время будет продолжать движение (микрофон необходимо надежно изолировать от шумов двигателя и трансмиссии игрушки).
Включив в качестве нагрузки VT4 динамическую головку и расположив ее рядом с микрофоном, за счет возникающей акустической обратной связи преобразуют звуковое реле в генератор 34.
Электронное устройство собрано на монтажной плате размером 55 X 55 мм (рис. 5) из фольгированного гетинакса или стеклотекстолита толщиной 1,5... 2 мм. Отдельные участки фольги отделены друг от друга методом прорезания металла.
Акустическое реле можно усовершенствовать, введя в него цепь обратной связи, состоящей из резисторов R3, R4 и конденсатора С2 (рис. 6). Тогда при превышении уровня шума некоторой определенной величины сигнальная лампа HL1 будет мигать, причем тем чаще, чем сильнее громкость звука. Чувствительность автомата регулируют переменным резистором R4.
Звуковое реле, схема которого представлена на рисунке 7, реагирует на слабые звуки, поскольку «органом слуха» ему служит электродинамический микрофон МД-47. Устройство состоит из усилителя звуковой частоты на транзисторе VT1 и рефлексного усилителя на транзисторе VT2, нагруженного на электромагнитное реле К1.
Усиленный транзистором VT2 сигнал выпрямляется диодами VD1, VD2 (схема удвоения) и поступает снова на базу VT2. Транзистор запирается, и реле К1 срабатывает. Когда звуковой сигнал отсутствует, протекающий через резистор R3 ток недостаточен для открывания транзистора VT2 и срабатывания реле К1. С помощью R3 подбирают порог срабатывания устройства. К1 — электромагнитное реле любого типа, рассчитанное на напряжение срабатывания не более 9 В.
Звуковой автомат собран на печатной плате, изготовленной из фольгированного материала толщиной 1,5... 2 мм (рис. 8). Сконструировали электронное устройство в лаборатории радиоэлектроники Клуба юных техников Сибирского отделения АН СССР.
Моделист-конструктор N 3 1987
OCR Pirat
