Электретные микрофоны

Электретные материалы являются близкими родственниками пьезо- и пироэлек­триков. На самом деле все они являются электретными материалами с ярко выра­женными либо пьезоэлектри­ческими, либо пироэлектри­ческими свойствами. Электрет- это диэлектрический матери­ал кристаллической структуры с постоянной электрической поляризацией. Первое описа­ние применения электретных материалов для изготовления микрофонов и наушников дано в 1928 году. Электретные микрофоны - это электроста­тические преобразователи, со­стоящие из металлизированной электретной диафрагмы и ме­таллической пластины, отде­ленных друг от друга воздушным зазором (рис. 5).

Верхний слой металлизации и металлическая пластина соединены друг с дру­гом через резистор R. Напряжение на этом резисторе усиливается и используется в качестве выходного сигнала микрофона. Поскольку электрет является электри­чески поляризованным диэлектриком, плотность заряда на его поверхности σ₁ является постоянной величиной. Этот заряд приводит к формированию в воз­душном зазоре электрического поля Е₁. Когда акустическая волна ударяется о ди­афрагму, она отклоняется вниз, уменьшая воздушный зазор s₁ на величину ∆s. От­клонение диафрагмы приводит к появлению на электродах напряжения:

. (2)

Фазы изменения напряжения и отклонения диафрагмы совпадают.

Электретные микрофоны отличаются от других аналогичных устройств тем, что им для работы не требуется дополнительного источника постоянного напряже­ния. Тогда как при таких же размерах и чувствительности на емкостной микрофон необходимо подавать напряжение выше 100 В. Механическое напряжение диаф­рагмы обычно довольно маленькое (около 10 H/м), поэтому возвратная сила опре­деляется, в основном, сжимаемостью воздушного зазора. Для изготовления диаф­рагмы иногда используют Teflon. Температурная чувствительность электретных микрофонов составляет порядка 0.03 дБ/^oС в диапазоне температур -10...+50 ^oС.

Электретные микрофоны обладают рядом достоинств: они могут работать в широком час­тотном диапазоне от 10^-3 Гц до сотен МГц, у них плоская частотная характеристика (в пределах ±1 дБ), они обладают: низким уровнем нелинейных искажений, высокой виброустойчивостью, хорошей реакцией на импульсное воз­мущение и нечувствительностью к магнитным полям. Чувствительность элект­ретных микрофонов составляет порядка нескольких мВ/мкбар.

Для работы в инфразвуковом диапазоне в металлической пластине электрет­ных микрофо­нов проделываются отверстия для выравнивания давления. Также здесь часто требуется подача дополнительного напряжения смещения (как в ем­костном микрофоне) для усиления поляриза­ции.