КОНДЕНСАТОРНЫЙ МИКРОФОН Российский патент 1996 года по МПК H01R19/04 

Предлагаемый конденсаторный микрофон (КМ) относится к электроакустике и может быть использован в радиомикрофонах, звуковом и телевизионном вещании, звукозаписи, а также в акустической измерительной аппаратуре.

Известен емкостной преобразователь, который может быть использован в качестве КМ, содержащий неподвижный электрод, мембрану, кольцеобразную опору (имеются в заявляемом объекте) и изолированную плату. На изолированной плате располагается неподвижный электрод, который представляет собой кольцеобразный проводящий электрод с выступающим овальным бортиком, покрытым изолирующей тонкой пленкой нитрида кремния. Мембрана из тонкой никелевой фольги натянута на кольцеобразной медный опоре, установленной на плате. Диаметр опоры больше диаметра электрода с бортиком, поэтому натянутая мембрана опирается также на бортики, покрытые изолирующей пленкой [1]
Недостатком данного аналога является сложность конструктивного выполнения, поскольку проводящий электрод и кольцеобразная опора являются разными конструктивными элементами и установлены на изолированной плате.

Известен конденсаторный микрофон, содержащий электропроводную мембрану, неподвижный плоский электрод, опорный элемент и корпус. На центральном выступе опорного элемента закреплен неподвижный электрод. Пара опорных пружин на противоположных сторонах электрода удерживает его относительно центрального выступа. На кольцевой выступ, окружающий центральный выступ, опирается электропроводная мембрана. Центральный и кольцевой выступы опорного элемента образуют камеру, соединенную с воздушным зазором между электропроводной мембраной и неподвижным электродом в периферийной части воздушного зазора [2]
Недостатком данного микрофона также является сложность конструктивного выполнения.

Наиболее близким по технической сущности является конденсаторный микрофон; содержащий корпус, электропроводную мембрану и проводящий неподвижный плоский электрод, нанесенный на центральный диск опорного элемента, выполненного из диэлектрического материала, причем центральный диск опорного элемента и кольцевая поверхность опорного элемента, окружающая этот диск, находятся на одной плоскости и отделены друг от друга внутренней кольцевой выемкой, а электропроводная мембрана опирается на кольцевую поверхность через кольцевую прокладку [3]
Недостатком данного микрофона является сложность конструктивного выполнения и невозможность регулировки натяжения мембраны, низкая температурная стабильность и т.д.

Технический результат изобретения заключается в упрощении конструкции КМ, повышении температурной стабильности начальной емкости, обеспечении регулировки величины натяжения мембраны. Данный результат достигается тем, что в микрофон дополнительно введены установочная и регулировочная шайбы, охватывающие кольцевую поверхность опорного элемента и расположенные в наружной кольцевой выемке опорного элемента, причем мембрана закреплена на установочной шайбе, а регулировочная шайба расположена между установочной шайбой и кольцевой поверхностью опорного элемента, образованной наружной кольцевой выемкой.

Кроме того, кольцевая прокладка выполняется из материала, имеющего температурный коэффициент линейного расширения вдвое больший температурного коэффициента линейного расширения опорного элемента.

Путем использования регулировочных шайб различной толщины можно изменять величину натяжения мембраны.

Благодаря тому, что опорный элемент и неподвижный электрод образуют один конструктивный элемент и выполняются посредством одной технологической операции, обеспечивается строгая параллельность мембраны, опирающейся на кольцевую поверхность опорного элемента, и неподвижного электрода, образованного центральным диском опорного элемента. Величина зазора между мембраной и неподвижным электродом зависит от толщины кольцевой прокладки, помещаемой между мембраной и кольцевой поверхностью опорного элемента. Величину этого зазора можно регулировать путем использования кольцевых прокладок соответствующей толщины. Поскольку величина емкости КМ в основном зависит от диаметра неподвижного электрода и толщины кольцевой прокладки, стабильность и повторяемость емкости КМ получаются очень хорошими.

Кольцевая поверхность опорного элемента упирается в мембрану, растягивает ее. Величину натяжения мембраны при необходимости можно изменять путем использования регулировочных шайб различной толщины. Регулировочная шайба размещается между установочной шайбой и опорным элементом.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где представлена конструкция КМ.

КМ содержит опорный элемент 1, корпус 2, электропроводную мембрану 3, неподвижный электрод 4, воздушную камеру 5, кольцевую поверхность опорного элемента 6, кольцевую прокладку 7, установочную шайбу 8, регулировочную шайбу 9. В КМ, изображенном на фиг.1, опорный элемент 1 выполнен из диэлектрического материала.

Опорный элемент 1 имеет сложную форму. Центральный диск опорного элемента 1 металлизирован и образует плоский неподвижный электрод 4. Неподвижный электрод 4 окружает кольцевая поверхность. Центральный диск и кольцевая поверхность опорного элемента разделены воздушной камерой 5, соединенной с воздушным зазором между мембраной 3 и неподвижным электродом 4 в периферийной части воздушного зазора. Благодаря наличию этой камеры поверхность неподвижного электрода 4 может быть сплошной, без обычных перфораций, уменьшающих эффективную поверхность неподвижного электрода. При этом повышается чувствительность КМ. Мембрана 3 закреплена на установочной шайбе 8, и через кольцевую прокладку 7 опирается на кольцевую поверхность 6. Путем использования кольцевых прокладок 7 различной толщины можно изменять величину начального зазора между электропроводной мембраной 5 и плоским неподвижным электродом 4, следовательно, и величину начальной емкости КМ. Между установочной шайбой 8 и опорным элементом 1 размещена регулировочная шайба 9. Путем использования регулировочных шайб 9 различной толщины можно регулировать натяжение мембраны. Чем тоньше регулировочная шайба 9, тем сильнее растягивает мембрану 3 кольцевая поверхность 6. Все детали микрофона помещены в металлический корпус 2.

Опорный элемент 1 может быть выполнен из электропроводного или диэлектрического материала. Также и электропроводная мембрана 3 может быть выполнена либо целиком из электропроводного материала, либо из диэлектрической пленки, металлизированной с одной стороны. Если и опорный элемент 1 и мембрана 3 выполнены целиком из электропроводного материала, то для их изоляции друг от друга по постоянному току кольцевая прокладка 7 и регулировочная шайба 9 должны быть выполнены из диэлектрического материала.

При использовании в КМ опорного элемента из электропроводного материала между мембраной 3 и кольцевым выступом 6 опорного элемента образуется паразитная емкость. Ее величина прямо пропорциональна ширине кольцевого выступа 6 опорного элемента и обратно пропорциональна толщине кольцевой прокладки 7. Эта паразитная емкость шунтирует рабочую емкость КМ и тем самым снижает чувствительность КМ. По этой причине в КМ предпочтительней использовать опорный элемент 1 из диэлектрического материала, как это и показано на фиг.1.

Благодаря тому, что центральный диск является частью опорного элемента 1 и находится на одной плоскости с его кольцевой поверхностью 6 обеспечивается строгая параллельность неподвижного электрода 4 и мембраны 3. При этом упрощаются процессы изготовления и сборки КМ, улучшается повторяемость и стабильность параметров КМ и, в частности, величины рабочей емкости.

Для повышения стабильности емкости КМ при изменении температуры опорный элемент 1 и кольцевая прокладка 7 выполнены из материалов с различной диэлектрической проницаемостью. Как видно из фиг.1, емкость КМ в основном зависит от площади плоского неподвижного электрода 4 и расстояния d между электропроводной мембраной 3 и плоским неподвижным электродом 4

где К коэффициент пропорциональности,
D диаметр плоского неподвижного электрода,
и α_1,2 температурные коэффициенты линейного расширения материала опорного элемента 1 и кольцевой прокладки.

Из приведенного выражения видно, что при выполнении равенства (1+α₁•ΔT)²=(1+α₂•ΔT) величина емкости не зависит от температуры. Учитывая, что относительные изменения размеров очень малы (α₁•ΔT≪ 1), последнее равенство можно упростить и представить в виде 2α₁=α₂.

Таким образом, для стабилизации величины емкости КМ при изменении температуры температурный коэффициент линейного расширения материала кольцевой прокладки 7 должен быть вдвое больше температурного коэффициента линейного расширения материала опорного элемента 1.

Повышенная стабильность емкости КМ необходима, например, при его включении непосредственно в контур задающего высокочастотного генератора для осуществления частотной модуляции. В этом случае под воздействием звукового сигнала изменяется емкость между мембраной и неподвижным электродом и происходит частотная модуляция генерируемого высокочастотного сигнала. Изменение величины емкости в отсутствие звукового сигнала (например, в результате изменения температуры) должно быть небольшим, чтобы обеспечить необходимую стабильность частоты генератора.

Использование: электроакустика. Сущность изобретения: микрофон содержит корпус, электропроводную мембрану и проводящий неподвижный плоский электрод, нанесенный на центральный диск опорного элемента, выполненный из диэлектрического материала, причем центральный диск опорного элемента и кольцевая поверхность опорного элемента, окружающая этот диск, находятся на одной плоскости и разделены друг от друга внутренней кольцевой выемкой, а электропроводная мембрана опирается на кольцевую поверхность через прокладку, установочную и регулировочную шайбы, охватывающие кольцевую поверхность опорного элемента и расположенные в наружной кольцевой выемке опорного элемента. Мембрана закреплена на установочной шайбе, а регулировочная шайба расположена между установочной шайбой и кольцевой поверхностью опорного элемента, образованный наружной кольцевой выемкой. Кроме того, кольцевая прокладка выполнена из материала, имеющего температурный коэффициент линейного расширения вдвое больший температурного коэффициента линейного расширения опорного элемента, а в зависимости от требуемой величины натяжения мембраны предусмотрена возможность замены регулировочной шайбы на подобную, но другой толщины. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Конденсаторный микрофон, содержащий корпус, электропроводную мембрану и проводящий неподвижный плоский электрод, нанесенный на центральный диск опорного элемента, выполненного из диэлектрического материала, причем центральный диск опорного элемента и кольцевая поверхность опорного элемента, окружающая этот диск, находится на одной плоскости и разделены друг от друга внутренней кольцевой выемкой, а электропроводная мембрана опирается на кольцевую поверхность через кольцевую прокладку, отличающийся тем, что в него дополнительно введены установочная и регулировочная шайбы, охватывающие кольцевую поверхность опорного элемента и расположенные в наружной кольцевой выемке опорного элемента, причем мембрана закреплена на установочной шайбе, а регулировочная шайба расположена между установочной шайбой и кольцевой поверхностью опорного элемента, образованной наружной кольцевой выемкой. 2. Микрофон по п. 1, отличающийся тем, что кольцевая прокладка выполнена из материала, имеющего температурный коэффициент линейного расширения вдвое больший температурного коэффициента линейного расширения опорного элемента. 3. Микрофон по п. 1, отличающийся тем, что в зависимости от требуемой величины натяжения мембраны предусмотрена возможность замены регулировочной шайбы на подобную, но другой толщины.