Двухтактный электростатический преобразователь Советский патент 1976 года по МПК H01L41/08 

1

Изобретение относится к двухтактным преобразователям механической энергии в электрическую и наоборот путем модулирования энергии, накопленной электростатическим полем.

Принцип действия двухтактных электростатических преобразователей широко известен. На обеих сторонах гибкой диафрагмы при цомощи высокого постоянного напряжения, подаваемого на диафрагму и неподвижные пластины, расположенные с обеих ее сторон, создаются равные по величине и цротивоположные по знаку электрические поля. Напряжение переменного сигнала подается (в случае устройства звуковоспроизведения) на две неподвижные пластины цри помощи трансформатора с центральным выводом. Возникающее при этом усилие, действующее на диафрагму, вызывает перемещение диафрагмы и создает акустический сигнал.

В известных устройствах этого типа поле создается при помощи внешнего источника высокого напряжения либо электретов, помещенных, например, на неподвижных электродах.

Известно также применение в двухтактном преобразователе диафрагмы из электрета, заряженного одним знаком. Однако одноименно заряженные электреты с большим сроком

службы и высоким эффективным напряжением реализовать труднее, чем заряженные электреты, имеющие равные по величине и противоположные по знаку заряды на противоположных сторонах.

Для того чтобы последние можно было использовать в симметричных конструкциях преобразователей, их устанавливают попарно. Подобные конструкции сложны и ненадел ны.

С целью повышения надежности двухтактного преобразователя диафрагма составлена из электрета, одна сторона которого выполнена электропроводной. Для обеспечения работы в режиме постоянного заряда электропроводный слой имеет низкую проводимость (сопротивление ом).

Сопротивление выбирается из условия , где R - сопротивление слоя, С - емкость между диафрагмой и внешними электродами, т - период наинизшей частоты.

Поскольку невозможно перемещение зарядов, сила, действующая на диафрагму, не зависит от ее положения в пространстве мелсду внешними неподвижными электродами, т. е. допустимы отклонения диафрагмы в сторону виещних пластин без внесения искажений. Уровень возбуждающего напряжения (сигнал)

должен составлять малую часть поляризующего питания.

На фиг. 1 показан предложенный двухтактный асимметричный преобразователь.

Диафрагма 1 состоит из фольгового электрета, на одну сторону которого нанесено электропроводящее покрытие либо до, либо после заряжения. Между непроводящей поверхностью диафрагмы и неподвижным электродом 2 существует поле, определяемое эквивалентным электретным напряжением и диэлектрической постоянной материала электрета. Поле нежду проводящей поверхностью и электродом 3 равно нулю. Таким образом, условие нулевой силы для состояния равновесия в двухтактной конструкции не выполняется, это приводит к необходимости увеличить натяжение фольги примерно в два раза.

Вся фольга обладает ненулевой плотностью заряда, равной заряду на одной стороне обычной двухтактной конструкции такой же геометрии, причем весь заряд находится на диафрагме со стороны электрета.

Если на две внешние пластины (электроды) подать переменное напряжение, на диафрагму будет действовать сила, которая не зависит от положения диафрагмы между этими пластинами. Таким образом, условия двухтактной работы соблюдается, несмотря на то, что устройство асимметричное.

На фиг. 2 показан модифицированный двухтактный электростатический преобразователь. На противоположные стороны гибкой диэлектрической фольги 1 нанесены электропроводные полосы 4 определенной ширины, и, таким образом, только одна сторона имеет сплошное покрытие. Небольшие перекрытия рисунков не влияют на работу устройства, если не считать пропорционального уменьшения чувствительности. Одинаковые (например, отрицательные) зар,яды нанесены на непроводящие участки каждой стороны и не искажают заряда на противоположной стороне.

Когда подобная диафрагма вставлена между внешними пластинами, разные ее участки испытывают действие противоположно направленных сил. Полная сила, действующая на диафрагму, проинтегрированная по большой поверхности, равна нулю. Таким образом, если отдельные сегменты достаточно малы, восстанавливается условие нулевой электростатической силы при равновесии. Однако, двухтактная работа сохраняется в режиме постоянства заряда, так как в целом диафрагма обладает ненулевым зарядом (в данном случае отрицательной полярности). Сила, действующая на диафрагму, равна силе в асимметричной конструкции, (фиг. 1).

Преимуществом описанной диафрагмы является уменьшение потери чувствительности при коротком замыкании части диафрагмы с внещним электродом, так как контакт с заряженной поверхностью не ведет к оттоку заряда, за исключением действительной области контакта, а на проводящей стороне диафрагмы заряд отсутствует.

Контакт с проводящей стороной не выводит устройство из строя, что позволяет упростить средства крепления диафрагмы, например,

15 сделать стойки металлическими.

Для создания электретной диафрагмы изолятор 5, например пленка полимера, накладывается на электрод 6. Второй электрод 7, отнесенный от изолятора, контактирует с ним через промежуточную электропроводную жидкостную пленку 8. Электроды 6 и 7 соединены с источником потенциала 9 для создания электрического поля между ними. Подвижные ионы в жидкости разделяются под действием поля в

5 соответствии с полярностью, показанной на фиг. 3. После этого жидкость удаляют (например, откачкой через отверстия в электродах), и на этом заканчивают формирование электрета.

0 Для непрерывного производства заряженного материала изолятор перемещают относительно электродов. Такой способ может найти применение также для хранения информации на непрерывной ленте или, например, диске из

5 изоляционного материала.

Предмет изобретения

1. Двухтактный электростатический преобразователь, содержащий двухслойную подвижную диафрагму, расположенную между двумя неподвижными электродами, и средства удержания диафрагмы, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства за счет создания электрического поля в любой точке диафрагмы только между диафрагмой в этой точке и одним из неподвижных электродов, подвижная диафрагма выполнена из электрета и электропроводного слоя.

0 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что электропроводный слой нанесен с двух сторон электрета в виде дискретных участков, сдвинутых на противоположных сторонах друг относительно друга вдоль диафрагмы.

n

t

т

UAA/W -vfiJlMJl/X

/ J

/ / /

X

/ /

/

г/г/

,