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Beschreibung
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Elektretmikrofon mit Vorverstärker Die Erfindung betrifft ein Elektretmikrofon
mit Vorverstärker gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Elektromikrofone mit Vorverstärker haben für Sprach- und Musikübertragung
einen guten Frequenzgang und sind preiswert. Als Vorverstärker wird üblicherweise
ein direkt beim Mikrofon angeordneter Feldeffekt-Transistor vom Verarmungstyp in
A-Betrieb vorgesehen, zwischen dessen Steuereiektroden außer einem Widerstand zur
Arbeitspunkteinstellung das Elektretmikrofon geschaltet ist. Drain- und Sourceelektrode
des Feldeffekt-Transistors sind die Anschlüs-e des Mikrofons über die gleichzeitig
die Stromversorgung des Reldeffekt-Transistors erfolgt.
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Diese bekannte Elektretmikrofonschaltullg ist jedoch ungeeignet, wenn
zwischen ihr und einem weiteren Verstärker eine unabgeschirmte Verbindungsleitung
liegt, wie es beispielsweise bei Fernsprechapparaten der Fall ist.
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Neuzeitliche Fernsprechapparate besitzen im Tischgerät o:illcrll elektronischen
Sprechkreis, an dem über eine unabgeschirmte Verbindungsleitung der Handapparat
mit Hörkapsel und Mikrofon angeschlossen ist. Der elektronische Sprechkreis hat
für das Mikrofon einen erdsymmetrischen Eingang mit hoher Gleichtaktunterdrückung,
wodurch auf beide Mikrofonleitungen in gleicher Größe kapazitiv oder induktiv eingekoppelte
Störsignale, wie z.B. Brumm- oder Hochfrequenzsignale, kompensiert werden. Dadurch
sind z.B.
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(Iyslanlische Tauchspulmikrofone über die unabgeschirmte Verbindungsleitung
angeschlossenen meist problemlos verwendbar. Ihr Nachteil ist jedoch ihr wesentlich
höherer Preis als der von Elektretmikrofonen. Elektretmikrofone sind jedoch elektrisch
hochohmiger (50 pF) als Tauchspulmikrofone und erfordern daher einen Vorverstärker
als Impedanzwandler. Infolge ihres erdunsymmetrischen Vorverstärkers lassen sich
jedoch die bekannten Elektretmikrofone nicht mit ausreichender Störspannungsunterdrückung
über die unabgeschirmte Handapparateschnur an einen Sprechkreis anschließen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik zu
verbessern. Insbesondere soll ein Mikrofon der eingangs genannten Art angegeben
werden, das sich über eine unabgeschirmte Verbindungsleitung störungsfrei an einen
weiteren Verstärker mit erdsymmetrischem Eingang und hoher Gleichtaktunterdrückung
anschließen läßt. Beim AUS LaUSCI} voll 'laucllspulmikroLollell sollen möglichst
keine zusätzlichen Anschlußleitungen erforderlich werden.
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Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannte Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestalteigen der Erfindung sind ii den Unteransprüchen
angegebein.
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Durch die erdsymmetrische Ausgestaltung des Vorverstärkers, dessen
beide Feldeffekt-Transistoren sich problemlos auf einen Halbleiter-Chip integrieren
lassen, sind ausreichelld hohe Störspanllungsullterdrückullgell auch bei unabgeschirmten
Verbindungsleitungen erreichbar, die durch zusätzliche elektrostatische Abschirmungen
des Mikrofons weiterhin verbessert werden können.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen im einzelnen: VIG. 1 ein Prinzipschaltbild eines Elektretmikrofons
mit spannungsgesteuerten Stromquellen als Vorverstärker; FIG. 2 ein Elektretmikrofon
mit zwei Feldeffekt-Transistoren als Vorverstärker; FIG. 3 eine weitere bevorzugte
Ausführungsform eines Elektretmikrofons mit Vorverstärker; G. 4 ein Elektretmikrofon
im Querschnitt.
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In FIG. 1 ist ein Elektretmikrofon 1 mit Vorverstärker 2 und 3 zum
Anschluß an einen weiteren Verstärker 9 mit erdsymmetrischen Eingängen dargestellt.
Das Beispiel zeigt die Anwendung in einem Fernsprechapparat mit Tischapparat TA,
Handapparat HA und den unabgeschirmten Verbindungsleitunger 101 bis 104. Im Handapparat
HA befindet sich der
Hörer H und der Mikrofonbaustein M mit dem
Elektretmikrofoii l uiid dem Vorverstärker 2 und 3.
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Gemäß der Erfindung besteht der Vorverstärker aus zwei spannungsgesteuerten
Stromquellen 2 und 3, deren jeweiliger Steuereingang 21 1 und 31 1 mit del beiden
lcktr'e trnikrofonanschlüssen verbunden ist und deren Ausgänge über die Verbindungsleitungsdrähte
101 und 102 von den erdsymmetrischen Eingängen des weiteren Verstärkers 9 gespeist
sind. Der weitere Verstärker 9 befindet sich im elektronischen Sprechkreis des Tischapparates
TA. An den elektronischen Sprechkreis ist über die Leitungen 104 und der auf Bezugspotential
BP liegenden Leitung 103 auch die Hörkapsel H angeschlossen. Die Verbindungsleitungen
besitzen einen relativ hohen Widerstand, von ewta 2-3 Ohm je Leitung, der sich vor
allem in der mit dem Bezugspotential verbundenen Leitung 103 nachteilig auswirken
kann, wenn an dieser Leitung zusätzlich der Vorverstärker des Ulektretmikrofons
angeschlossen werden muß. Dieser störende Leitungswiderstand wurde in FIG. 1 dargestellt
und ist dort mit RL bezeichnet.
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Bei einem Wechselstrom im Hörer H von 1 mA dürfte die Wechselspannung
am Anschlußpunkt P der beiden Stromquellen 2 und 3 an die Leitung 103' bei etwa
2,5 mV liegen. Diese Wechselspannung darf sich auf den weiteren Verstärker nicht
aussteuernd auswirken. Dies wird in vorteilhafter Weise durch die spannungsgesteuerten
Stromquellen 2 und 3 automatisch erreicht. Sie werden lediglich vom Elektretmikrofon
1 im Gegentakt ausgesteuert. Ihr Innenwiderstand in Richtung zum weiteren Verstärker
9 ist so hoch und ihre
Riicltwirkurlg vom Ausgang zu den Steuerelektroden
so gering, daß Sparniungsschwankungen am Anschlußpunkt P am Ausgang ohne Einfluß
bleiben.
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In vorteilhafter Weise können die beiden spannungsgesteuertell Stromquellen
2 und 3 als Differenzvserstärker geschaltet werden, wie es FIG. 2 zeigt.
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Tii F rG. 2 silldld zur besseren Ubersicht lediglich das Elektretmikrofon
1 mit Vorverstärker und der erdsymmetrische Verstärker 9 des elektronischen Sprechkreises
sowie die für diese Betrachtung wesentlichen Verbindungsleitungen 101 bis 103 dargestellt.
Der Differenzverstärker besteht aus zwei Feldeffekt-Transistoren 21 und 31 mit dem
Widerstand 12 zwischen Gate und Source des Transistors 21 und dem Widerstand 13
zwischen Gate und Source des Transistors 31. Die Sourceanschlüsse der Feldeffekt-Transistoren
21 und 31 sind zusammengeschaltet und über einen Widerstand 11 mit der Leitung 103'
und damit über den Leitungswiderstand RL mit dem Bezugspotentialanschluß BP verbunden.
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Als Feldeffekt-Transistoren 21 und 31 werden solche vom Verarmungstyp
vorgeschlagen, da diese zu ihrer Arbeitspunkteins tellung lediglich mit einem Widerstand
zwischen Gate und Source auskommen.
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Die Drainanschlüsse der Feldeffekt-Transistoren 21 und 31 sind über
die Verbindungsleitungen 101 bzw. 102 mit dem erdsymmetrischen Verstärker 9 des
elektronischen Sprechkreises verbunden.
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Die Widerstände 12 und 13 müssen unter Berücksichtigung der Eingangskapazität
des Elektretmikrofons gewählt werden. Liegt diese bei etwa 50 pF, so ergibt sich
bei einer gewünschten unteren Grenzfrequenz des Mikrofons von 100 Hz für die Widerstände
12 und 13 jeweils etwa 15 MOhm.
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Zusätzlich sind in FIG. 2 die Widerstände 91 und 92 dargestellt, die
mit ihrem einen Ende gemeinsam über eine Referenzspannungsquelle URef auf Bezugspotential
liegen und deren jeweiliges anderes Ende mit je einem Eingang des Verstärkers 9
verbunden ist und die damit den Arbeitspunkt des weiteren Verstärkers 9 bestimmen.
Diese Widerstände 91 und 92 sowie die Referenzspannungsquelle UR f sind normalerweise
Bestandteile des weiteren Verstärkers 9 und somit bereits im elektronischen Sprechkreis
ES vorhanden, so daß sie für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung im allgemeinen
nicht zusätzlich vorgesehen werden müssen. Sie wurden in FIG. 2 deshalb mit eingezeichnet,
um die erfindungsgemäße Spannungsversorgung des Vorverstärkers mit seinen Transistoren
21 und 31 verstehen zu können.
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Wie ersichtlich, beziehen die Transistoren 21 und 31 ihren Drainstrom
vom weiteren Verstärker 9 mit seinen Widerständen 91 und 92. Dieser Drainstrom fließt
über die Steuerstrecke der Transistoren 21 und 31 ab zum gemeinsamen Sourcewiderstand
11 und von dort zurück über die Verbindungsleitung 103 zum Bezugspotentialanschluß
BP. Gleichzeitig wird der Drainstrom vom Elektretmikrofon 1 über die Gateelektroden
der Transistoren 21 und 31 gesteuert.
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Da Elektretmikrofone eine höhere Empfindlichkeit als die Tauchspulmikrofone
haben, ist es möglich, die Verstärkung
des Differeiizverstärkers
durch einen Widerstand 51 (FIG.
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2) herabzusetzen. Dieser Widerstand erhöht in vorteilhafter Weise
die Gleichtaktunterdrückung erheblich.
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In vorteilhafter Weise werden die Feldeffekt-Transistoren als integrierte
Doppeltransistoren vom N-ICallal-Spelrschichttyp mit gleicher geometrischer Ausbildung
auf einem Halbleiterplättchen angeordnet.
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Feldeffekt-Transistoren haben eine hohe Grenzfrequenz. Um Schwingungen
über die Induktivität der Mikrofonleitung zu vermeiden, besonders dann, wenn der
Eingang des weiteren Verstärkers 9 wegen HF-Einstreuungen mit Kondensatoren abgeblockt
ist, empfiehlt es sich, parallel zu den Ausgängen des Vorverstärkers einen Kondensator
4 von etwa 100 bis 1000 pF zu schalten. Dieser sorgt auch bei unsymmetrischen HF-Einstreuungen
dafür, daß nicht Streukapazitäten zwischen Vorverstärkerausgang und Vorverstärkereingang
die Trans is toren aus steuern und unerwünschte Verzerrungen verursachen.
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In FIG. 3 ist die Schaltung des zusätzlichen Kondensators 4 dargestellt.
Die Figur zeigt weiterhin eine Variante des Vorverstärkers, bei der die Gate-Anschlüsse
der beiden Feldeffekt-Transistoren 21 und 31 jeweils über einen Widerstand 120 bzw.
130 über die Verbindungsleitung 103 mit dem Bezugspotentialanschluß BP verbunden
sind. Durch diese Schaltung wird eine bessere Arbeitspunktstabilisierung der Schaltung
erzielt.
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FIG. 4 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung eines Elektretmikrofons.
Das Elektretmikrofon hat ein Elektret 7,
einen dem Sprecher zugewandten
Belag c, z.B. aus Teflonfolie und einen dem Sprecher abgewandten Belag d. Die Folie
d wird von einem luft- und damit schalldurchlässigen Träger 6 gehaltert. Damit elektrostatische
Störfelder insbesondere auf den Belag c keine unsymmetrische Aussteuerung des als
Differenzverstärker ausgebildeten Vorverstärkers verursachen, ist eine akustisch
durchlässige elektrostatische Abschirmung 5 auf beiden Seiten des Mikrofons vorgesehen,
die mit dem Bezugspotentialanschluß zu verbinden ist. Hierzu genügt es, die Abschirmung
5 mit der Leitung 103' zu verbinden. Die Abschirmung wird zweckmäßigerweise so ausgebildet,
daß die Teilkapazitäten beider Beläge c und d gegen die Abschirmung 5 gleich groß
sind, so daß bei hohen Frequenzen und bei stärkeren Hochfrequenzfeldern die Symmetrie
der Aussteuerung gewahrt bleibt.
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Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung ist die vollständige
Kompatibilität mit der Eingangsschaltung eines elektronischen Sprechkreises für
ein dynamisches Mikrofon, so daß jederzeit ein Austausch des dynamischen Mikrofons
gegen ein Elektretmikrofon möglich ist. Da ein Elektretmikrofon unempfindlich gegen
magnetische 'Einstreuungern ist, lassen sich Störungen durch magnetische Niederfrequenzfelder
weitgehend vermeiden.
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