Микрофон. В проводном телефоне, а также в радиостанции типа «Урожай» применяется так называемый угольный микрофон. Его разрез показан схематически в левой части фиг. 1. Микрофон состоит из угольной колодки К и тонкой угольной пластинки — мембраны М, между которыми насыпан угольный порошок П, через который от мембраны к колодке проходит электрический ток батареи Б. Сопротивление угольного порошка электрическому току зависит от плотности прилегания друг к другу частиц порошка.
Предположим, что перед микрофоном колеблется струна с частотой 440 гц. При этом в воздухе вокруг струны распространяются звуковые волны, т. е. последовательные сжатия и разрежения воздуха. Каждое сжатие воздуха, достигнув мембраны, создает давление на нее.
Фиг. 1. Схема телефонной передачи по проводам.
Вследствие этого мембрана несколько прогибается внутрь и уплотняет порошок. Следующее вслед разрежение, достигнув мембраны, вызывает обратное действие: центр мембраны удаляется от колодки, и степень уплотнения порошка уменьшается по сравнению с первоначальным. Так как при частоте колебаний 440 щ до мембраны достигает в течение секунды 440 сжатий и разрежений воздуха, то мембрана 440 (раз в секунду уплотнит порошок и столько же раз уменьшит степень его уплотнения. Будет изменяться и сопротивление микрофона. Так как микрофон соединен последовательно с батареей, то при каждом изменении его сопротивления изменится проходящий через него ток. Другими словами, 440 раз в секунду получится увеличение тока в цепи и столько же раз ослабление его. Графически это показано на фиг. 2,а. Такой ток, проходящий все время в одном направлении, но периодически меняющийся по величине, называется пульсирующим током. Его можно рассматривать как два тока, существующие одновременно в цепи: 1) постоянный1, величина которого равна среднему между самым большим и самым малым значениями пульсирующего тока, и 2) переменный 2, «наложенный на постоянный ток».
Фиг. 2. Графические изображения тока через микрофон (а) и э. д. с. на вторичной обмотке трансформатора (б) в схеме фиг. 1.
При этом можно считать, что в те моменты, когда величина пульсирующего тока становится больше величины образующего его постоянного тока, переменный ток имеет то же направление, что и постоянный ток; в те же моменты, когда величина пульсирующего тока делается меньше постоянного тока, переменный ток течет навстречу постоянному току, ослабляя его. Эти переменный и постоянный ток и часто называют также переменной и постоянной составляющими (или слагающими) пульсирующего тока.
1 Постоянным током называется электрический ток, текущий все время в одном направлении и не изменяющийся по величине. Соответственно постоянным напряжением, постоянной электродвижущей силой (э. д. с.) называются f неизменные во времени напряжение, э. д. с.
2 Переменным током называется электрический ток, направление которого через равные промежутки времени изменяется. Величина его тоже непрерывно изменяется. Наибольшее ее значение называется амплитудой.
Проходя по сопротивлению, пульсирующий ток создает на нем пульсирующее напряжение (постоянное то направлению, но периодически изменяющееся по величине). Пульсирующее напряжение можно «разложить» на одновременно действующие постоянное и «переменное напряжения и назвать их соответственно постоянной и переменной составляющими напряжения.
Трансформатор состоит из сердечника, собранного из стальных пластин, на который намотаны две обмотки из изолированного провода. Пульсирующий ток проходит по его первичной обмотке I (фиг. 1). Когда ток через микрофон и эту обмотку усиливается, во вторичной обмотке II получается э. д. с. одного направления, а когда он ослабляется, — э. д. с. другого направления. Частота э. д. с. на вторичной обмотке получается такой же, как и частота изменения тока через первичную обмотку. Электродвижущая сила на вторичной обмотке трансформатора изменяется так, как это графически показано на фиг. 2,6. Концы вторичной обмотки трансформатора соединяются проводами с телефоном (фиг. 1). Электродвижущая сила на вторичной обмотке трансформатора создает в проводах' и цепи телефона электрический переменный ток звуковой частоты.
При воздействии на микрофон сложных звуков, например при разговоре, на вторичной обмотке трансформатора получается ряд переменных э. д. с. с частотами, соответствующими передаваемому звуку.
Переменные электрические токи, э. д. с. и напряжения, возникающие в результате действия звука, по аналогии со звуковыми колебаниями часто называют электрическими колебаниями низкой (или звуковой) частоты1.
Телефон. Телефон электромагнитного типа содержит в себе постоянный магнит с полюсными наконечниками из мягкой стали, на которые надеты две катушки с обмоткой, состоящей из большого числа витков тонкого изолированного провода. Обмотки катушек соединены последовательно и их свободные концы выведены наружу. Вся магнитная система помещена в круглую коробку, сделанную из металла или пластмассы, нa края которой наложена круглая гонкая жестяная пластинка, носящая название мембраны.
1 Дальше вместо слов «низкой частоты" мы будем везде писать н. ч.
Она расположена близко к полюсным наконечникам, но не соприкасается с ними. Мембрана закрыта круглой раковиной (амбушюром), служащей для прикладывания к уху и имеющей в середине отверстие для прохода звука.
Под действием притяжения магнита мембрана всегда несколько вогнута в середине. Если через обмотку телефона пропустить постоянный ток, то он будет создавать некоторое дополнительное намагничивание полюсных наконечников. При одном направлении тока это дополнительное намагничивание увеличит магнитный ток между полюсными наконечниками и середина мембраны прогнется сильнее. При обратном направлении тока магнитный поток между наконечниками уменьшится, а мембрана несколько выпрямится; при этом ее середина удалится от наконечников.
Если через обмотки телефона пропустить переменный ток от вторичной обмотки трансформатора (фиг. 1), то мембрана телефона будет колебаться с той же частотой, с какой колеблется мембрана микрофона, т. е. будет воспроизводить такие же звуки, какие действуют на микрофон. Звуки, создаваемые мембраной телефона, значительно слабее звуков, действующих на микрофон, и слышать их можно только, приложив телефон к уху.
Величина звукового давления, создаваемого мембраной телефона, приблизительно пропорциональна величине переменного тока, идущего через телефон, или величине переменного напряжения, которое получается на обмотке электромагнитов телефона.
Чтобы каждый из пользующихся телефонной связью мог говорить и слушать своего собеседника, на каждом конце линии связи включаются микрофон с батареей и трансформатором и телефон.
