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Hochfrequenzschaltung für ein Kondensatormikrophon
Die Erfindung betrifft eine Schaltung für elektroakustische Wandler nach dem elektrostatischen Prin- zip, insbesondere jedoch Kondensatormikrophone.
DiebekanntenSchaltungenlassensichinzwei Gruppeneinteilen. Die eine Gruppe, bei der die Wandlerkapazität eine bestimmte konstante elektrische, Ladung erhält und bei derKapazitätsschwankungen, hervorgerufen durch die Membranbewegungen, an einem Arbeitswiderstand Spannungsänderungen erzeugen, die der Membranbewegung proportional sind, ist sehr gebräuchlich und wird als Niederfrequenzschal- tung bezeichnet.
Die Schwierigkeiten dieser Schaltungsgruppe liegen darin, dass infolge der kleinen Kapazität desMikrophons sehr hochohmige Arbeitswiderstände verwendet werden müssen, so dass Isolationsprobleme auftreten und ausserdem alle jene unangenehmen Erscheinungen zu bekämpfen sind, die sich aus der Hochohmigkeit der Steuerkreise (Gitterkreise von Elektionenröhren) ergeben.
Beider andern Gruppe von Schaltungen für Kondensatormikrophone verursacht die von der Membranbewegung abhängige Schwankung der Wandlerkapazität die wenigstens angenähert proportionale Änderung' einer Bestimmungsgrösse, beispielsweise der Amplitude, Phase oder Frequenz einer hochfrequenten Hilfsschwingung. Diese Schaltungsanordnungen werden daher im allgemeinen als Hochfrequenzschaltungen bezeichnet.
Eine der bekanntesten Schaltungen dieser Art ist die Rieggerl sche Schaltung, bei der die Kapazitätsschwankungen des Kondensatormikrophons eine Frequenzmodulation der hochfrequenten Hilfsschwingung verursachen, deren Demodulation durch eine der bekannten Schaltungen eine niederfrequente Spannung liefert, die dem Signal des Wandlers entspricht.
Bei einer ändern Hochfrequenzschaltung wird die Amplitude der Hochfrequenzspannung im Takte der Kapazitätsschwankungen des Wandlers verändert. Man erhält bei dieser Anordnung eine Art Amplitudenmodulation, bei der jedoch der Träger fehlt und erst mit Hilfe von Kunstschaltungen phasenrichtig hinzugefügt werden muss.
Schliesslich ist auch eine Hochfrequenzschaltung bekanntgeworden, bei der das Kondensatormikrophon C ineinem Zweig einer Brücke angeordnet ist und in Reihe mit einem Kondensator, der den anliegenden Brückenzweig bildet, liegt. Die Einspeisung der Hochfrequenzspannung erfolgt hiebei über einen Übertrager, dessen Sekundärwicklung aus zwei symmetrischen Hälften besteht, die gleichzeitig die zwei gegenüberliegenden Brùckenzweige bilden. Die Auskopplung der niederfrequent modulierten Wechselspannung erfolgt aus der Brückendiagonale über einen Niederfrequenztransformator, der seinerseits in der Dia- gonale einer Diodenbrücke liegt.
Der Gleichspannungsweg für diese Bruckendiagonale ist über eine Hochfrequenzdrossel in der Hochfrequenz-Brückendiagonale geschlossen.
Der Nachteil dieser Schaltungsanordnung besteht vor allem in ihrer geringen Empfindlichkeit. Die durch die Kapazitätsänderung des Kondensatormikrophons bei Beschallung hervorgerufene Modulation der Hochfrequenz ist sehr gering, so dass Störmodulationen sowie das Eigenrauschen der Demodulationsschaltung einen unbefriedigenden Störspannungsabstand bewirken.
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In einer Weiterentwicklung einer solchen vorstehend beschriebenen Hochfrequenzschaltung wurde zur Steigerung der Empfindlichkeit der Anordnung die in der einen Diagonale liegende Induktivität durch einen oder mehrere Parallelresonanzkreise ersetzt, deren Resonanzfrequenz von der des die Brücke speisenden Oszillators etwas abweicht, so dass sich ein etwa in der Mitte der Flanke des Resonanzkreises lie- gender Arbeitspunktergibt. Eine solche Anordnung ist beispielsweise in der österr. Patentschrift Nr. 239340 beschrieben.
Es ist nun das Ziel der Erfindung, eine verbesserte und vereinfachte Schaltungsanordnung dieser Art anzugeben, die auch eine wesentlich gesteigerte Empfindlichkeit aufweist. Hiebei wird von der bekannten Brückenschaltung ausgegangen, bei der das Mikrophon in Reihe mit einem Kondensator in einem Brückenzweig liegt, und die vom Mittelpunkt dieser Reihenschaltung ausgehende Brückendiagonale wenigstens einen aus einer Induktivität und einer Kapazität gebildeten Schwingungskreis enthält, der in an sich bekannter Art gegenüber der Oszillatorfrequenz etwas verstimmt ist.
Eine solche Schaltungsanordnung ist nun erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass der in der einen Brückendiagonale liegende Schwin- gungskreis ein Serienresonanzkreis ist, dessen Kapazität praktisch ausschliesslich durch die mittels des Differentialübertragers in die Diagonale transformierte Kapazität der in dem einen Brückenzweig liegenden, aus Mikrophon und Kondensator gebildeten Kapazität dargestellt ist.
Gemässeinem weiteren Merkmal der Erfindung besitzt der Differentialübertrager zur Anschaltung der
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zapfung der in einer Brückendiagonale liegenden Induktivität verbunden ist,
Die Erfindung sei nun an Hand der Zeichnungen, in der Fig. 1 die der Erfindung zugrunde gelegte prinzipielle Schaltungsanordnung darstellt und Fig. 2 eine erfindungsgemässe Weiterbildung zeigt, näher beschrieben.
Bei der in Fig. l dargestellten bekannten Brückenschaltung ist mit A ein Transistoroszillator bezeichnet, dessen Frequenz vorzugsweise zwischen 500 und 2000 kHz liegt. Die Schwingungsfrequenz dieses Oszillators wird im wesentlichen von der Induktivität des Hochfrequenzübernagers Ü. und den beiden hintereinander geschalteten Kapazitäten Co und Cl bestimmt. Co ist hiebei die Kapazität des Kondensatormikrophons, Cl eine ungefähr gleich grosse Kapazität. Sind beide Kondensatoren gleich
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gross, so dass sich die demodulierten Rauschspannungen, mit denen die Amplitude der Hochfrequenz moduliert ist, am Niederfrequenzübertrager Ü, zum grössten Teil kompensieren.
Die Schaltung arbeitet folgendermassen : Wird das Kondensatormikrophon beschallt, so ändert sich dessen Kapazität CO und damit auch das Spannungsverhältnis U./U,, wobei jedoch die Summe der beiden Spannungen U + U2 konstant bleibt. Bei der Demodulation entsteht daher eine Spannungsdifferenz an der Primärwicklung des Übertragers Ü2, die proportional der Kapazitätsschwankung von Co ist und. welche die nutzbare Tonfrequenzspannung darstellt.
In Fig. l ist nun neben der in der einen Brückendiagonale liegenden Induktivität mit punktierte Li- nien ein Kondensator angedeutet. Dieser Kondensator CO + C ist allerdings als Schaltelement nicht vorhanden. Vielmehr erscheinen infolge der Transformationseigenschaften des Brückenübertragers Ül die Kapazitäten (CO und Cl) aus den Brückenzweigen parallelgeschaltet Co + Cl als virtuelle Kapazität in der Brückendiagonale (1 - 2). Diese virtuelle Kapazität bildet mit der Induktivität erfindungsgemäss einen Resonanzkreis, dessen Eigenfrequenz gegenüber der Oszillatorfrequenz, mit der die Brücke gespeist wird, so weit abliegt, dass die Oszillatorfrequenz etwa in die Mitte einer der beiden Flanken der Resonanzkurve des Serienschwingungskreises fällt.
Gegenüber der einfachen Anordnung mit der Induktivität (Hüchfrequenzdro. iSssl) alleinkannmanmit der erfindungsgemässen Anordnung eine Empfindlichkeitssteigerung von fast 20 db erreichen, ohne dass zusätzliche kritische Abgleichbedingungen eingehalten werden müssen. Wenn, wie in den Fig. l und 2 dargestellt, die Oszillatorfrequenz durch die Brücke selbst bestimmt wird, ist es erforderlich, die durch die Kapazitätsänderung derMikrophonkapsel hervorgerufene Frequenzmodulation zu eliminieren. Dies geschieht am besten durch eine über die ganze Brücke geschaltete Kapazität parallel zur Speisediagonale. Man kann aber auch die Brücke von einem besonderen, unabhängigen Oszillator speisen und auch an Stelle des Kondensatormikrophons einen andern kapazitiven Wandler als Mcdulationsorgan verwenden.
Eine weitere A usgestaltung der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Anspeisung der Demodulationsbrücke über getrennte Hilfswicklungen des Differentialtransformators, deren gemeinsamer Symmetriepunkt an eine Abzapfung der Induktivität L angeschlossen ist. Infolge der mit Hilfe der Induktivität L erzielten Transformation kann auf einfache Weise die Quellenimpedans der Modulationsbrücke (zwischen den Punkten 1 und 2) an den Eingangswiderstand der Demodulationsbrücke optimal angepasst werden.