Când am proiectat zilele trecute un ansamblu de microfon, am luat fără să mă gândesc o capsulă de microfon cu condensator Electret. Ca să fiu strict exact, am comandat un pachet, aceste mici microfoane cilindrice sunt de o calitate extrem de ridicată pentru prețul lor relativ mic.

Atunci, abia după ce am trimis comanda, am avut un gând pentru prima dată în viața mea: Ce este un microfon cu condensator electret?

Un microfon cu condensator este destul de ușor de explicat. Este un condensator format dintr-o foaie conductoare foarte subțire care funcționează ca diafragmă, montată în fața unui alt conductor, de obicei o bucată de plasă. Undele sonore fac ca diafragma să vibreze, iar aceste vibrații modifică capacitatea dintre diafragmă și plasă.

Dacă această capacitate este încorporată într-un circuit RC cu o impedanță foarte mare și se aplică o tensiune mare, asupra ei se aplică o sarcină aproape constantă. Deoarece sarcina rămâne constantă, modificarea capacității provoacă o mică fluctuație de tensiune care poate fi recuperată ca semnal audio de la microfon. Microfoanele cu condensator construite în acest mod pot fi de o calitate extrem de înaltă, dar vin cu prețul necesității unei surse de alimentare de înaltă tensiune pentru a furniza sarcina și a unui amplificator pentru a tampona și amplifica semnalul audio.

Microfonul cu condensator cu electret pe care l-am cumpărat pentru câțiva bănuți este un microfon cu condensator, deci de ce nu există o sursă de alimentare de înaltă tensiune? Răspunsul vine de la materialul care îi cuprinde diafragma, un electret este un material care transportă o sarcină permanentă fără a fi nevoie de o sursă de înaltă tensiune pentru a o menține. Microfonul cu electret funcționează exact în același mod ca orice alt microfon cu condensator, dar sarcina permanentă de pe diafragma sa electret este suficientă pentru a produce o tensiune recuperabilă prin ea. Capsula va conține un FET ca tampon de înaltă impedanță pentru a furniza o ieșire utilizabilă cu o alimentare de curent continuu de la o singură celulă AA.

Atunci, după ce am răspuns la întrebarea ce este un microfon cu condensator electret, rămâne o întrebare mai fundamentală: ce este un electret? Cu siguranță nu poate fi posibil ca un material să rețină o sarcină electrică la nesfârșit, asta e magie, nu? O căutare pe internet găsește câțiva oameni care par să creadă acest lucru, deoarece se pare că electretele au o mulțime de “gânditori alternativi” care caută mijloace de a recolta acea sarcină statică ca sursă de energie gratuită. Este clar că este nevoie de informații semnificative, iar pentru aceasta ne îndreptăm spre numeroșii profesori de chimie și fizică care și-au pus online materialele de curs.

Dipoli, cum funcționează?

Un dipol, în sens chimic, este o moleculă care posedă o diferență de sarcină electrică între diferitele sale părți. La un capăt al acesteia se poate afla o grupare funcțională cu un surplus de electroni, în timp ce la celălalt se poate afla una cu un deficit de electroni. Un exemplu frecvent citat de moleculă cu această proprietate este apa, ea formează o moleculă H-O-H în formă de V, oxigenul din punctul său având o sarcină negativă mai mare, iar hidrogenii din punctele sale o sarcină pozitivă mai mare.

Un solid alcătuit din molecule care conțin dipoli nu are o sarcină statică, deoarece acești dipoli sunt aliniați într-o ordine aleatorie, astfel încât nu apare niciun gradient de sarcină. Dar dacă toate moleculele dintr-un solid ar putea fi aliniate astfel încât dipolii lor să meargă în aceeași direcție, atunci capetele lor încărcate negativ și pozitiv ar fi dispuse spate în spate. Gândiți-vă la ele ca la un fel de grămadă mare de baterii miniaturale în serie, partea materialului spre care sunt îndreptați polii lor negativi devenind bogată în electroni, iar cea spre care sunt îndreptați polii lor pozitivi devenind deficitară în aceștia.

Este important de subliniat totuși că analogia cu bateriile funcționează doar în măsura în care ajută la vizualizarea modului în care dipolii se aliniază pentru a crea un gradient de sarcină unificat, și nu pentru a da impresia că se comportă ca și cum ar fi o baterie reală. Pentru ca un material electret să posede o sarcină persistentă, acesta trebuie să fie și un izolator, deoarece dacă ar fi un conductor electric, sarcina s-ar conduce pur și simplu și s-ar neutraliza singură. Astfel, nici un curent nu poate curge dintr-un material electret, iar visele de energie liberă ale gânditorilor noștri alternativi de pe web trebuie inevitabil să se năruie.

Electret DIY

Cunoscând acum ce este un material electret, următoarea întrebare a oricărui cititor Hackaday care se respectă ar trebui să fie “Cum pot să fac unul?”. La care răspunsul este surprinzător de simplu, și veți fi încântați să auziți unul pe care aveți șansa să-l faceți singuri. Un solid care conține molecule cu un dipol este topit și lăsat să se răcească și să se solidifice în prezența unui câmp electric mare. Această descriere a fabricării unui electret, scrisă de propriul nostru , ar trebui să vă ajute să începeți în bucătăria dvs. bine echipată, presupunând că bucătăria dvs. este dotată cu o sursă de alimentare de 30 kV.

O mare varietate de materiale pot fi folosite pentru a produce electrete, inclusiv o serie de polimeri obișnuiți. Există, de asemenea, electreți naturali, dintre care cuarțul este un exemplu, și substanțe naturale din care pot fi fabricați, cum ar fi ceara de carnauba, ceara de albine și colofoniu. Acest PDF conține o listă a unora dintre aceste materiale și în special a polimerilor (pagina 5).

Dacă vă decideți să fabricați singur un material electret, în afară de a reproduce un microfon de câțiva cenți cu un efort mare, ce utilizare ați putea să-i dați? O căutare pe Google Patents returnează în proporție covârșitoare aplicații acustice, cu o listă lungă de microfoane, transductoare și aparate auditive. Există însă și alte câteva utilizări, de exemplu un filtru de aer în care sarcina deținută de electret este suficientă pentru a reține particulele de praf încărcate din fluxul de aer. Există mențiuni trecătoare online despre utilizarea lor în trecut ca elemente de focalizare pentru ecranele CRT, iar pagina Wikipedia electret menționează utilizarea lor în fotocopiatoare, dar niciuna dintre aceste aplicații nu are prea multe alte informații. Poate că cel mai bine este să priviți fabricarea casnică a electretelor ca pe una dintre acele curiozități pe care le puteți încerca doar pentru că puteți.

Dacă realizați cu succes un electret, vă implorăm să îl scrieți și să îl trimiteți la linia noastră de sfaturi.

Imagini cu capsule de microfon electret în banner: Engineer’s Garage.

.