O post explica como funcionam os dispositivos de microfone de eletreto, por meio de diagramas e fórmulas apropriados.
O que é um microfone
Um microfone é um dispositivo projetado para transformar vibrações sonoras fracas em pequenos pulsos elétricos, que podem ser amplificados através de um amplificador de potência sobre um alto-falante para obter uma reprodução mais alta do som.
A forma mais comum e versátil de dispositivo de microfone empregado em circuitos eletrônicos são os microfones de eletreto.
Esses MICs são miniaturas em tamanho, extremamente sensíveis e são capazes de capturar ou responder a vibrações sonoras de todos os ângulos, ou seja, de um ângulo de 360 graus.
Como funcionam os microfones de eletreto
- Um microfone de eletreto consiste principalmente de um diafragma, um par de eletrodos e um JFET embutido.
- O diafragma é feito de material Teflon fino e também é denominado como “eletreto” e daí o nome eletreto MIC.
- Este eletreto tem uma carga fixa (C) e está embutido entre os dois eletrodos.
- O eletreto junto com os dois eletrodos assume a forma de um capacitor variável sensível cuja superfície externa responde às vibrações sonoras, dando origem a uma capacitância variável entre os dois eletrodos.
- Ondas sonoras na forma de pressão do ar movem um dos eletrodos voltados para o lado aberto do MIC, causando variações efetivas nas placas capacitivas.
- O valor instantâneo da capacitância variável do MIC torna-se diretamente proporcional à pressão sonora que atinge o eletreto naquele instante.
Cálculo de Capacitância MIC
Como mencionado anteriormente, uma vez que o valor da carga no material de Teflon é fixo, a diferença de potencial desenvolvida através do capacitor MIC torna-se equivalente ao valor que pode ser expresso com a seguinte fórmula:
Q = currículo
Onde Q é a carga (que é fixa para o eletreto)
C indica a capacitância, enquanto o V significa o nível de tensão desenvolvido ou a diferença de potencial entre os eletrodos.
A discussão acima implica que a construção interna do eletreto MIC se comporta como uma fonte de tensão AC acoplada.
A maioria dos MICs de eletreto tem um JFET embutido cuja porta é conectada ao capacitor de eletreto formando um buffer para o capacitor do MIC.
Como a carga do capacitor é fixa, esse buffer precisa ter uma impedância muito alta e é exatamente por isso que um JFET é usado.
O diagrama a seguir mostra o layout básico da fiação interna de um microfone de eletreto típico.
As vibrações sonoras que atingem o capacitor de eletreto variam sua capacitância produzindo uma tensão modulante para a porta do JFET, indicada como Vg.
Esta modulação altera o padrão de fluxo de corrente através do dreno/fonte do JFET, representado como Imic.
Um resistor estabilizador RG também pode ser visto conectado internamente através da porta e fonte do JFET, é garantido que este resistor tenha um valor extremamente alto para evitar o desvio da saída de eletreto para o portão JFET.
Vista Seccional de uma Estrutura Interna Electret MIC
A imagem a seguir mostra uma vista em corte de um exemplo de eletreto MIC.
Um dos eletrodos é formado pela metalização de sua camada sobre um filme polimérico carregado.
Esta camada metalizada é unida à carcaça do MIC através de uma arruela metálica.
A caixa do MIC, por sua vez, é conectada ao cabo de origem do JFET interno.
A outra placa do capacitor ou o segundo eletrodo é feito usando uma placa de metal traseira, que pode ser vista separada do filme da camada metalizada por uma arruela de plástico. Esta placa é então conectada com o terminal de porta do JFET
As ondas sonoras que atingem esta placa geram um nível de tensão sobre ela, variando assim a distância entre os eletrodos capacitivos e causando uma diferença de potencial equivalente ao longo deles.
Esta tensão variável através do dreno do JFET é usada como saída para um estágio de circuito pré-amplificador subsequente que amplifica ainda mais isso para um nível que pode ser reproduzido por um alto-falante, e uma versão amplificada das ondas sonoras pode ser ouvida.
Composição Interna de um Electret MIC
As imagens a seguir mostram as peças reais usadas dentro de um MIC de eletreto típico
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