Anschluss einer Elektret Mikrofon Kapsel

Der Testkandidat, eine gewöhnliche Elektret Kapsel
Oft hat man es bei elektronischen Schaltungen mit der Verarbeitung von akustischen Signalen zu tun. Am Anfang dieser Kette steht dabei häufig ein Mikrofon, um die Schallwellen in elektrische Signale zu verwandeln. Als Bauteil für diese Aufgabe kann man zum Beispiel eine Elektret Mikrofonkapsel verwenden. Diese Kapseln sind recht einfach anzuschliessen und preiswert erhältlich. Durch die kleine Bauform lassen sie sich auch sehr vielseitig einsetzen.
Üblicherweise besitzen diese Mikrofonkapseln einen eingebauten Feldeffekt Transistor, der als Vorverstärker sowie als Impedanzwandler dient, da das eigentliche Elektret Mikrofon sehr hochohmig ist.
Doch wie schliesst man diese Mikrofone an und welche Spannungswerte und Signalpegel sind dabei in der Praxis zu erwarten ? Und wieviel Strom braucht so eine Kapsel ?

In diesem Artikel soll eine handelsübliche Mikrofonkapsel näher untersucht werden.

Es handelt sich um das Modell MCE100 von Reichelt, technische Daten siehe hier.


Hier der Schaltplan, welcher für die Messungen verwendet wurde.

Das Datenblatt nennt einen Betriebsstrom von 0.5 mA sowie einen Lastwiderstand von 2.2 kOhm.

Gemessen habe ich unter Realbedingungen einen Strom vom 0.20 bis 0.23mA, im beobachteten Betriebsspannungsbereich von 3 bis 10 Volt. Die Elektret Mikrofonkapsel verhält sich also in etwa wie eine Konstantstromquelle. Somit gestaltet sich der Anschluss in einem weiten Betriebsspannungsbereich recht einfach. Lediglich den Lastwiderstand anschliessen, welcher im etwas spärlichen Datenblatt mit 2.2 k beschrieben wird, und das Signal mit einem Kondensator auskoppeln.

Als Koppelkondensator habe ich einen 1uF Folienkondensator verwendet. Dieser Koppelkondensator bestimmt die untere Grenzfrequenz, je grösser dieser ist, desto tiefere Frequenzen können übertragen werden.


Für die nachfolgenden Messungen habe ich also eine Betriebsspannung von 5 Volt angelegt, was einen Arbeitspunkt mit 0.21mA Ruhestrom ergab.

Um beurteilen zu können, welche Ausgangsspannungen nun so eine Kapsel erzeugt, habe ich drei verschiedene Schallereignisse aufgezeichnet, natürlich sind diese Messungen nur als grober Anahltspunkt zu verstehen, aber zumindest kann man damit erste Abschätzungen für die Praxis ableiten.


Lautes Pfeifen mit den Fingern

Klatschen

In normaler Lautstärke gesprochenes Hallo

Fazit:

Für einen weiten Betriebsspannungsbereich genügt ein Vorwiderstand von typischerweise 2.2k Ohm, die Kapsel stellt sich dabei selbsttätig auf einen konstanten Strom von einigen 100 Mikroampere ein.
Die Signale, die eine Elektretkapsel liefert, bewegen sich im Bereich von wenigen mVpp für normale Sprache bis hin zu über 100mVpp beim Klatschen bzw bei lautem Pfeifen. Alle Signale wurden in etwa 50cm Abstand aufgezeichnet. Wenn man näher an das Mikrophon herangeht, steigt die Signalstärke sehr stark an.
Üblicherweise wird man diese Mikrofonkapseln noch mit einer Verstärkerstufe betreiben. Dabei sieht man, dass ein hoher Dynamikbereich der nachfolgenden Verstärkerstufen erforderlich ist, um kleine Signale ausreichend hoch zu verstärken, aber bei starken Signalen soll dabei noch keine Verzerrung auftreten. Für einfache Anwendungen indes genügt hier ein eine einfache Transistorstufe, aber in der Regel wird man für anspruchsvolle Audio-Anwendungen hier besser auf einen Operationsverstärker zurückgreifen.


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