Простой эксперимент на выходные – генератор звуковых частот без транзисторов, вообще без активных элементов. Только угольный микрофон и телефонный капсюль из старого телефонного аппарата, проводки да батарея на 4,5 В.
Привычные электретные, конденсаторные и динамические микрофоны создают на зажимах напряжение порядка 0,1 - 1 милливольт, а потому нуждаются в близко расположенном усилителе низкой частоты для преодоления затухания в проводах, наведённых помех, и, наконец, слышимого воспроизведения хотя бы в наушниках.
А как осуществлялась телефонная связь до изобретения радиоламп и транзисторов? Ведь сигнал должен преодолеть сотни и тысячи метров провода с активным сопротивлением. Что если подключить телефон к линии посредством повышающего трансформатора? Но ведь трансформатор – не perpetuum mobile, его КПД ниже 100%, и если увеличить напряжение, то доступная сила тока уменьшится.
Не зная ещё электроники и даже не сформировав полноценной теории цепей, изобретатели создали микрофон, который был способен развивать достаточное для связи напряжение порядка 0,1 - 1 В. Это порошковый угольный микрофон, или просто угольный микрофон. Электрическая мощность на зажимах угольного микрофона больше акустической мощности, воздействующей на мембрану, т.е. он является акустоэлектрическим преобразователем и усилителем мощности одновременно.
Для проверки верности данного утверждения достаточно последовательно соединить угольный микрофон и динамический телефонный капсюль из трубки старого телефонного аппарата, и запитать схему от источника постоянного напряжения. При поднесении капсюля к микрофону возникнет положительная обратная связь по воздуху. Начнётся генерация звука и переменного тока в цепи, частота будет определяться резонансом мембран в полосе наибольшей чувствительности (0,3…3,4 кГц).
Ниже представлены схема и видеоролик с наглядной демонстрацией эксперимента. Использовались микрофон чехословацкой фирмы Tesla 4FE 560 1 (r ~ 100 Ом) и телефонный капсюль SD-150 (r ~ 120 Ом), батарея на 4,5 В.
Что же стало с угольными микрофонами? Почему они больше не применяются? В 1930-е годы от них отказались в качественном звуковоспроизведении из-за частотной характеристики, ограниченной по полосе и весьма неравномерной, а также шумов. А к концу века от них отказались ввиду низкого КПД (угольный микрофон потребляет большой ток), поскольку в телефонном аппарате уже можно было разместить дешёвый электретный микрофон и усилитель напряжения на полупроводниках, а на АТС – усилитель мощности.
В заключение возьмём на заметку: угольный микрофон пригодится, если все прочие средства связи на основе полупроводников будут уничтожены ионизирующим излучением или мощным электромагнитным импульсом, а радиолампы окажутся разбиты либо потеряют эмиссию.
