И. Хабловски - Электроника в вопросах и ответах

Угольный микрофон (рис. 2.14) применяется, в частности, в телефонных трубках. Колеблющаяся в нем мембрана изменяет электрическое сопротивление угольного порошка, прижимаемого мембраной, что в свою очередь вызывает изменение тока, протекающего через порошок.

Рис. 2.14. Конструкция угольного микрофона:

1 — колеблющаяся мембрана; 2 — зерна угольного порошка; 3 — корпус

Емкостный микрофон работает на принципе использования колеблющейся мембраны в качестве одной из обкладок конденсатора. Колебания мембраны изменяют емкость, что в свою очередь вызывает изменение падения напряжения на резисторе, включенном в цепь микрофона.

Существуют и другие типы микрофонов. Они отличаются конструкцией и параметрами, такими как чувствительность (точнее эффективность), полоса акустических частот, выходное сопротивление источника сигнала, направленные свойства и др.

Это зависит от типа громкоговорителя. В случае динамического громкоговорителя (рис. 2.15) электрический ток на акустических частотах, протекающий через обмотку катушки, размещенный в поле постоянного магнита или электромагнита, вызывает колебания этой катушки. Катушка соединена с конусообразной мембраной (чаще всего из бумажной массы). Колебания мембраны вызывают в свою очередь возникновение звуковых волн.

Рис. 2.15. Упрощенная конструкция динамического громкоговорителя:

1 — колеблющаяся мембрана; 2 — колеблющаяся катушка; 3 — постоянный магнит; 4 — подвеска мембраны

Существуют также другие типы громкоговорителей. Важными параметрами громкоговорителя являются: допустимая акустическая мощность, КПД, сопротивление громкоговорителя как нагрузки схемы, управляющей громкоговорителем.

Верное воспроизведение всего диапазона акустических частот одним громкоговорителем при современном уровне техники оказывается невозможным, и поэтому в устройствах высококачественного воспроизведения применяют комплекты громкоговорителей, содержащие подобранные соответствующим образом громкоговорители для низких и высоких частот. Обычно громкоговорители, хорошо воспроизводящие низкие частоты, значительно больше по размерам, чем громкоговорители для воспроизведения высоких частот.

Преобразователь, превращающий оптическое изображение в электрический сигнал и применяемый в телевизионной камере, работает на принципе использования явления фотоэмиссии или фотопроводимости.

Во втором случае в передающей трубке, называемой видиконом, оптическое изображение, проектируемое объективом на пластинку со слоем фоторезистора, изменяет сопротивление в различных ее местах в зависимости от интенсивности света, падающего в данное место. Увеличение интенсивности света вызывает убывание сопротивления. При проектировании изображения на пластинке возникает определенное распределение потенциала, зависящее от распределения света и теней в проецируемом оптическом изображении. В трубке имеется электронный луч, который направлен на пластинку и перемещается по ней по определенному закону. Перемещаясь, луч попадает на точки с разным потенциалом, что вызывает протекание через пластину тока, значение которого в каждый момент зависит от сопротивления в данной точке, т. е. от количества света, падающего на точку. Таким образом, получают ток, изменяющийся в зависимости от распределения светлых и темных точек пространства.

Преобразование электрического сигнала в оптическое изображение происходит в приемных трубках, называемых кинескопами. Принцип действия кинескопа тот же, что и осциллографических трубок. Электронный луч воздействует на экран, покрытый материалом, светящимся под его воздействием. Интенсивность свечения зависит от тока луча, который в свою очередь зависит в каждый момент от мгновенного значения управляющего трубкой сигнала, полученного от передающей трубки.

Это комбинации, образующиеся в результате соединения электрических элементов. В общем случае определение «цепь» применяется по «отношению» к простым комбинациям элементов, а определение «схема» — к более сложным, однако такое деление строго и последовательно не соблюдается.

Цепи и схемы делятся на разные группы в зависимости от принципа действия, функции, технологии, свойств и т. п. В дальнейшем мы познакомимся с определением и сущностью цепей и схем, называемых линейными и нелинейными, активными и пассивными, логическими и цифровыми, резонансными, связанными, печатными, интегральными и др.

Линейные цепи — это цепи, состоящие только из линейных элементов, т. е. таких, для которых зависимость между напряжением и током является линейной. В общем случае линейными элементами не являются транзисторы, лампы, катушки индуктивности, трансформаторы с сердечником и преобразователи. На практике цепи, содержащие нелинейные элементы и называемые нелинейными, рассматриваются приближенно как линейные, особенно при работе с малыми уровнями сигналов.

Пассивными цепями называются цепи, не содержащие активных элементов, т. е. элементов, повышающих уровень энергии подводимого сигнала, таких как, например, транзистор или лампа.

Это линейная цепь (рис. 2.16, а), используемая для изменения формы подводимого сигнала. Форма выходного сигнала при возбуждении такой цепи прямоугольным импульсом представлена на рис. 2.16, б. Скорость нарастания фронта выходного сигнала зависит от постоянной времени τ = RC или τ = L/R. Чем больше постоянная времени, тем сильнее форма выходного сигнала отличается от формы входного сигнала.

Интегрирующую цепь можно рассматривать как фильтр, пропускающий низкочастотные составляющие сигнала и подавляющий составляющие более высоких частот, т. е. как фильтр нижних частот.

Рис. 2.16. Примеры простых интегрирующих цепей (а) и форма импульса (б) на выходе

Это линейная схема (рис. 2.17, а), используемая для изменения формы подводимого сигнала. При подаче прямоугольного импульса на выходе цепи получают сигнал, форма которого показана на рис. 2.17, б. Изменение формы сигнала тем больше, чем меньше постоянная времени цепи τ = RC или τ = L/R.

Дифференцирующую цепь можно рассматривать как фильтр, пропускающий высокочастотные составляющие сигнала и подавляющий низкочастотные составляющие, т. е. как фильтр верхних частот.

Рис. 2.17. Примеры простых дифференцирующих цепей (а) и форма импульса (б) на выходе

Это цепь, состоящая из катушки индуктивности и конденсатора, соединенных параллельно. Если учесть потери в катушке и конденсаторе как сопротивление R, то такую цепь можно представить в виде, показанном на рис. 2.18, а. Полное сопротивление этой цепи зависит от частоты (рис. 2.18, б).

Рис. 2.18. Цепь с параллельным резонансом (а) и зависимость полного сопротивления цепи (б) от частоты

Наибольшее значение достигается при частоте собственных колебаний цепи, называемой резонансной частотой и выражаемой формулой

где L — и генри, С — в фарадах, а результат получаем в герцах Резонансное сопротивление (или динамическое) имеет чисто резистивный характер, а его значение рассчитывают по формуле

Zрез = L/RC

На частотах, меньших резонансной, сопротивление цепи имеет характер индуктивной реактивности, на больших — емкостной реактивности. Если сопротивление потерь мало, а добротность Q катушки и всей цепи высока, кривая, представляющая изменение сопротивления Z, получается узкой и высокой. Условием сохранения узкой и крутой резонансной кривой является возбуждение цепи от источника с соответственно большим внутренним сопротивлением (Zвн >> Zрез). Важно также, чтобы сопротивление нагрузки, подключенной на выходе цепи, было достаточно высоким. Если эти условия не выполняются, то даже при большом значении Q самой цепи резонансное сопротивление снижается из-за нагружения цепи сопротивлением источника или нагрузки, а резонансная кривая расширяется и снижается.