Электростатические громкоговорители и телефоны
(Окончание. Начало см. в предыдущем номере.)
Головные электростатические телефоны изготавливаются точно так же, но пластины выбираются поменьше, порядка 5… 10 см. Они могут быть круглыми или овальными. После сборки излучателей к ним остается приделать лишь поролоновые валики, прилегающие к ушам, и изголовье.
Телефоны получаются тонкими и очень легкими. Выводы двух излучателей соединяются параллельно. Отсутствие короткого замыкания в излучателях надо проверить любым омметром.
Для испытаний излучателя использовался детекторный приемник, схема которого показана на рисунке 3.
Его колебательный контур образован емкостью антенны (примерно 6 пФ на метр длины провода) и индуктивностью катушки L1. Детектор собран по схеме удвоения напряжения на диодах VD1, VD2. Резистор R1 нужен, чтобы излучатель разряжался при отрицательных полуволнах звукового сигнала.
Поляризующее напряжение возникает при детектировании несущей принимаемого амплитудно-модулированного сигнала, на него наложены звуковые колебания, т. е. получается как раз то, что и нужно для правильной работы излучателя (см. рис. 1б).
Антенной служил провод длиной вместе со снижением около 25 м, высота провода над крышей дома не превосходила 6 м.
В качестве катушки L1 использовалась длинноволновая магнитная антенна портативного транзисторного приемника, настройка велась передвижением ферритового стержня. При приеме на восточной окраине Москвы радиостанций «Маяк» (198 кГц) и «Радио России» (261 кГц) амплитуда высокочастотного напряжения на катушке достигала нескольких десятков вольт и описанный излучатель с отражательной доской «озвучивал» небольшую тихую комнату. Таким образом, получился, вероятно, впервые в мире, громкоговорящий детекторный приемник с электростатическим громкоговорителем. Электростатические же телефоны, сделанные по описанному способу и подключенные к приемнику, во время музыкальных программ создавали незабываемое впечатление присутствия в концертном зале.
Резистор R1 лучше подобрать по наилучшему звучанию — увеличение его сопротивления приводит к завалу верхних частот, во-первых, из-за емкости самого излучателя (а она может составлять многие сотни пикофарад), и во-вторых, из-за возрастания добротности контура, который меньше шунтируется входным сопротивлением детектора, зато общая громкость звука возрастает. Полезно установить подстроечный резистор сопротивлением 4,7 МОм последовательно с постоянным 1…1,5 МОм.
Лучшие результаты дают дифференциальные конструкции электростатических громкоговорителей, в которых пленка не испытывает постоянной силы притяжения, вызванной поляризующим напряжением, и колеблется легче, встречая только сопротивление воздуха.
Пример такой конструкции дан на рисунке 4.
Однако здесь нужны два противофазных звуковых напряжения одинаковой амплитуды, получаемые от трансформатора с симметричной вторичной обмоткой (обычно она повышающая). Нужна и двухслойная пленка с металлизацией в середине.
Другой вариант — использовать однослойную пленку, но пластину со стороны металлизации покрыть изолирующим лаком.
Ненадолго вернемся к теории. Здесь у нас как бы два электростатических громкоговорителя, сложенных вместе. Один создает звуковое давление р 1 при приложенном напряжении U 1 = U п + U зв , другой — р 2 при напряжении U 2 = U п — U зв , причем р2 направлено в другую сторону. Общее звуковое давление будет равно разности р = р 1 — р 2 . Пользуясь формулами из первой части нашей теории, выразим через приложенное напряжение:
р = р 1 — р 2 = ε 0 ∙Е 1 2 — ε 0 ∙Е 2 2 = (ε 0 /d 2 )∙[(U п + U зв ) 2 — [(U п — U зв ) 2 ].
Возведя в квадрат сумму и разность напряжений, увидим, что квадраты напряжений сокращаются.
Это означает компенсацию «квадратичных» искажений. Получаем: р = 4ε 0 ∙U п ∙U зв /d 2
Как видим, дифференциальный громкоговоритель линеен и его отдача прямо пропорциональна поляризующему напряжению и обратно пропорциональна зазору между пленкой и пластинами. Поляризующее поле не обязательно создавать внешним источником. Есть диэлектрики (полиэтилен, например), способные сохранять поверхностный заряд годами. Их называют электретами. Из обыкновенной полиэтиленовой пленки можно изготовить электретную, нагрев ее почти до температуры плавления и медленно остудив в сильном электрическом поле. Поверхностный заряд электретной пленки сам и создаст поляризующее поле, нам останется приложить к неподвижным перфорированным пластинам звуковое напряжение.
Заинтересовавшимся читателям предлагаем самим разобраться в работе дифференциального излучателя и подумать, как подключить его к детекторному приемнику. Будет замечательно, если удастся обойтись без трансформатора.
Подсказка: ничто не мешает подключить к катушке (рис. 3) и второй детектор, но с обратной полярностью диодов, тогда получим выпрямленное напряжение другой полярности. Сообщайте нам о результатах: лучшие предложения, а тем более, описания испытанных конструкций мы постараемся опубликовать.
Детекторный прием в полевых условиях
Может ли приемник работать без батареи? Конечно, если это детекторный приемник. Ему вполне достаточно энергии, принятой антенной от местных радиостанций. В нем и транзисторов-то нет, только два диода.
Самое важное — приемник. Тот, который сегодня вам рекомендуем, сделан лет уж десять тому назад специально для полевых экспериментов. Для испытаний в любых условиях элементов настройки в нем даже с запасом (рис. 1).
Схема несколько отличается от стандартной для детекторных приемников, прежде всего, детектором на двух диодах и конденсатором связи С3, позволяющим подобрать оптимальную нагрузку контура детектором и тем самым получить максимальную чувствительность при достаточно хорошей отстройке от соседних по частоте, мешающих станций. При дальнейшем уменьшении емкости С3 резонансная кривая контура становится еще острее, то есть селективность растет, но чувствительность несколько уменьшается.
Сам колебательный контур состоит из катушки L1 и конденсатора переменной емкости (КПЕ) С2. Индуктивность катушки тоже можно изменять в широких пределах, вдвигая и выдвигая ферритовый стержень (сердечник). Наличие феррита в катушке увеличивает ее индуктивность. Совместное действие этих двух элементов настройки обеспечивает перекрытие диапазонов длинных и средних волн (ДВ и СВ). Еще в контур входит емкость антенны. Для коротких антенн она невелика, и их подключают прямо к контуру (правое по схеме гнездо). Длинные антенны могут внести столь большую емкость, что настройка на СВ-станции окажется невозможной даже при выдвинутом стержне и минимальной емкости С2. Такие антенны надо подключать через конденсатор связи С1 и уже им вести настройку. Включенный последовательно с антенной, он позволяет уменьшить вносимую емкость до минимума.
Для приемника годятся только высокоомные телефоны (3,6…4,4 кОм) с большой чувствительностью, например ТОН-2, ТА-4. Параллельно телефонам включен блокировочный конденсатор С4, замыкающий токи высокой частоты, оставшиеся после детектирования, и тем самым улучшающий работу детектора. Конструкция показана на фото (рис. 2).
Сам приемник лежит справа внизу. Над ним — усилитель, использующий энергию продетектированной несущей для усиления колебаний звуковой частоты, а слева — головка на 300 мкА (индикатор от старого магнитофона), показывающая ток, отдаваемый приемником в усилитель.
С чувствительной антенной длиной более 15 м эта система уже несколько лет обеспечивает автора громкоговорящим приемом без источников питания.
Но вернемся к приемнику. На фото видны ручки двух КПЕ С1 и С2 (5… 180 пФ) из наборов для радиолюбительского творчества, выпускавшихся ранее. Годятся КПЕ и от старых транзисторных приемников. Катушка намотана на секционированном каркасе от магнитной антенны приемника «Альпинист» и содержит 230 витков провода ЛЭШО 21x0,07. Это литцендрат, содержащий 21 жилку диаметром по 0,07 мм. Годится и любой другой литцендрат, и другие каркасы от магнитных антенн. В крайнем случае можно использовать провод ПЭЛШО (с эмалевой, а поверх нее шелковой изоляцией) диаметром 0,15…0,25 мм. И уж в самом крайнем случае — провод ПЭЛ, потери в катушке при этом будут больше, а громкость приема уменьшится. Настраивается катушка обломком ферритового стержня (а можно и целым) от той же магнитной антенны.
Диоды приемника должны быть высокочастотными, маломощными, германиевыми. Подойдут, например, Д18…Д20, ГД507, Д311. Чем меньше собственная емкость диода (см. справочники), тем лучше. Подстроечный С3 и блокировочный С4 конденсаторы — керамические любого типа. Собран приемник в пластмассовой коробочке размерами примерно 40x120 мм.
Отсоединив штекер усилителя, вставляемый в гнездо телефонов, приемник можно брать с собой на прогулки, в походы и «радиоэкспедиции».
В. ПОЛЯКОВ , профессор
(Окончание следует)