Que sont les FET et quel est leur rôle dans la conception des microphones ?
Lorsque l’on regarde les catalogues de microphones à condensateur, il est assez courant de voir les termes FET ou semi-conducteurs utilisés pour décrire le microphone. De nombreux condensateurs sur le marché aujourd’hui ont des FET ou des JFET dans leur conception.
Que sont les FET et quel est leur rôle dans la conception des microphones? Les FET(Field Effect Transistors) sont des dispositifs électriques actifs qui utilisent un champ électrique provenant d’une capsule de microphone pour contrôler un flux de courant qui est finalement le signal du microphone. Les FET prennent le signal à haute impédance des capsules de microphone et produisent un signal à faible impédance proportionnel utilisable.
Dans cet article, nous décrirons plus en détail les transistors à effet de champ des microphones et discuterons des microphones qui en ont besoin ainsi que de ceux qui n’en ont pas besoin.
Qu’est-ce qu’un transistor à effet de champ?(FET)
Un transistor à effet de champ(FET) est un type de transistor qui utilise un champ électrique pour contrôler le flux de courant. En termes plus simples, un FET utilise un signal d’entrée pour moduler un signal de sortie.
Revenons un peu en arrière et décrivons ce qu’est un transistor avant de plonger plus profondément dans les FET.
Un transistor est un dispositif semi-conducteur actif utilisé pour amplifier(pseudo-amplifier) ou commuter des signaux électriques et de l’énergie électrique.
Dans de nombreux cas, les transistors sont utilisés pour les interrupteurs marche/arrêt et ont été essentiels pour le traitement numérique binaire(1 et 0). C’est le cas de nombreux appareils audio numériques. Dans le cas des microphones FET analogiques, le transistor agit pour convertir l’impédance du signal et amplifier le signal(bien que ce ne soit pas une véritable amplification).
Les transistors sont constitués d’un matériau semi-conducteur(généralement du silicium) avec au moins trois bornes qui se connectent à un circuit externe.
L’application d’une tension ou d’un courant à une paire de bornes de transistor contrôlera le courant à travers une autre paire de bornes. De cette manière, nous pouvons prendre un signal «d’entrée» à une paire de bornes et l’utiliser pour moduler un signal «de sortie» avec une tension plus élevée et/ou une impédance plus faible(pseudo-amplification).
Les microphones qui utilisent des transistors à effet de champ utilisent généralement des JFET ou des transistors à effet de champ à grille de jonction.
Un JFET est peut-être la conception de FET la plus simple et exécute la tâche décrite ci-dessus. Son signal «input»(tension entre grille et source) module un signal «output» proportionnel(tension entre drain et source). Ainsi, avec un FET, nous pouvons prendre un signal de bas niveau sur l’entrée et le convertir en un signal de haut niveau sur la sortie.
Les entrées et les sorties du transistor à effet de champ sont appelées bornes. Chaque JFET possède 3 bornes, appelées:
- Porte
- Police de caractère
- Pour drainer
Voici un schéma simple d’un transistor à effet de champ à grille de jonction de microphone:
Lorsque nous appliquons une tension entre la grille et la source(certains appelleraient cela l’entrée) du FET, le transistor modifie la conductivité entre le drain et la source. Avec la tension de polarisation CC appropriée, nous obtenons une tension de sortie entre le drain et la source qui est proportionnelle au signal d’entrée au niveau de la porte/source.
Donc, fondamentalement, le signal de sortie de la capsule à haute impédance va aux bornes de grille et de source et module efficacement un signal d’impédance inférieure(et souvent de tension plus élevée) entre les bornes de drain et de source.
À quoi servent les FET dans les microphones?
Les FET sont principalement utilisés comme convertisseurs d’impédance dans les microphones à condensateur.
La capsule du microphone à condensateur fonctionne comme un transducteur, convertissant les ondes sonores(énergie des ondes mécaniques) en signaux audio(énergie électrique). Les signaux audio électriques(tensions alternatives) émis par une capsule à condensateur ont des impédances incroyablement élevées et ne conduisent pratiquement aucun courant.
C’est là qu’intervient le transistor à effet de champ à conversion d’impédance.
Les FET, de par leur conception, ont des impédances d’entrée extrêmement élevées à leurs grilles. L’impédance au drain, cependant, est beaucoup plus faible et permet en fait au courant de circuler.
Le signal de sortie de la capsule est ensuite envoyé directement à la grille du FET. Ce signal alternatif modifie la conductivité entre les bornes de drain et de source et modifie ainsi le courant dans le drain et finalement la tension de «sortie» du FET.
En d’autres termes, le FET prend un signal à haute impédance à son entrée et l’utilise pour moduler un signal à basse impédance à sa sortie. Ce signal de sortie est capable de traverser le reste des circuits du microphone ; la sortie microphone et, via un câble microphone, à un préamplificateur de microphone.
Voici un schéma simple d’un microphone à condensateur FET:
Comme nous pouvons le voir sur ce schéma simple, le FET nécessite une certaine tension de polarisation CC d’une alimentation pour fonctionner.
Notez que les capsules des «vrais» condensateurs nécessitent également une alimentation externe pour se polariser.
Le FET prend le signal à haute impédance de la capsule et réduit l’impédance à des niveaux utilisables avant que le signal ne soit envoyé à la sortie du microphone.
Dans la plupart des cas, y compris les microphones, la fonction du transistor à effet de champ était autrefois remplie par des tubes à vide. Les transistors sont généralement beaucoup plus petits ; ils nécessitent moins d’énergie pour fonctionner(alimentation fantôme ou polarisation CC au lieu d’alimentations dédiées) et sont moins coûteux à fabriquer et à mettre en œuvre.
Bien qu’il existe des différences dans le son des FET par rapport aux tubes à vide(les audiophiles diraient certainement), aujourd’hui, les microphones FET et les microphones à tube peuvent être produits selon les mêmes normes de qualité.
Il est également important de noter que les FET sont devenus la norme dans les microphones à condensateur. Ce que je veux dire par là, c’est que si un microphone à condensateur a un tube, il sera appelé «condensateur à tube», tandis qu’un condensateur FET sera normalement simplement appelé «microphone à condensateur». C’est à moins que le préfixe «FET» ne distingue le microphone d’une version à tube de ce même microphone.
Quels microphones ne nécessitent pas de FET?
Tous les microphones ne nécessitent pas de transistors à effet de champ. En fait, les FET ne sont utilisés que dans certaines conceptions de microphones à condensateur et parfois dans des microphones à ruban actifs.
Regardons les types de microphones qui ne nécessitent pas de FET.
micros passifs
Les FET sont des dispositifs actifs. Ils nécessitent une polarisation CC pour fonctionner correctement. Par conséquent, les microphones passifs, par la simple définition du passif, n’ont pas de FET dans leurs conceptions. Examinons les types de microphones dynamiques et à ruban, qui fonctionnent tous deux sur des principes électriques passifs.
micros dynamiques
Les microphones dynamiques à bobine mobile fonctionnent par induction électromagnétique et ne nécessitent aucun composant actif.
Leurs signaux de sortie de capsule(cartouche) sont à faible impédance et peuvent être envoyés directement à la connexion de sortie du microphone(bien qu’ils soient souvent d’abord envoyés via un transformateur de sortie).
microphones à ruban
Les microphones à ruban convertissent également le son en audio en utilisant l’induction électromagnétique.
Leurs «capsules»(appelées éléments de ruban ou déflecteurs) produisent des signaux à faible impédance qui ne nécessitent pas de FET à conversion d’impédance. Les microphones à ruban sont conçus avec des transformateurs pour aider à protéger leurs diaphragmes à ruban fragiles contre les courts-circuits potentiels de tension continue.
Les micros à ruban actifs pourraient avoir des FET dans leurs conceptions. Ces conceptions auraient des transformateurs élévateurs à rapport élevé entre le déflecteur de ruban et le FET pour augmenter la tension relativement basse de la sortie du ruban.
Ces transformateurs élévateurs augmentent également l’impédance des signaux, et donc les FET sont parfois bénéfiques pour réduire l’impédance à des niveaux utilisables sans réduire également la force du signal.
micros à lampes
Les tubes à vide remplissent essentiellement la même fonction que les transistors à effet de champ dans les microphones. Autrement dit, ils convertissent l’impédance des signaux de cartouche à haute impédance et agissent comme des pseudo-amplificateurs.
Regardons rapidement un schéma d’un tube à vide triode(le tube le plus simple pour un microphone) et énumérons ses composants:
- H est le radiateur
- K est la cathode
- A est l’anode
- G est la grille
Une source d’énergie chauffe le réchauffeur qui provoque alors un flux constant d’électrons(un courant électrique) de la cathode chargée négativement à l’anode chargée positivement. Ceci est similaire au flux de courant entre les bornes de source et de drain du transistor à effet de champ.
La sortie de la capsule haute impédance est connectée à la grille haute impédance(entrée) du tube à vide triode. La tension alternative sur la grille du tube module le flux d’électrons entre la cathode et l’anode. En d’autres termes, le signal d’entrée à haute impédance vers le réseau entraîne un signal à faible impédance(et souvent à tension plus élevée) à la sortie du tube. Ceci est quelque peu analogue à la borne de grille du FET.
Ainsi, bien que les tubes soient très différents des transistors, ils peuvent être considérés comme analogues aux FET de la manière suivante:
- Chauffage = circuit de polarisation CC
- cathode = borne source
- Anode = borne de vidange
- Grille = borne de porte
En fait, les premiers microphones à condensateur nécessitaient des tubes à vide pour convertir les signaux à haute impédance de leurs capsules. Le transistor n’a été inventé qu’en 1947 et le FET/JFET n’a fait ses débuts dans la technologie des microphones commerciaux qu’en 1964.
des questions connexes
Qu’est-ce qu’une capsule micro? La capsule du microphone est la partie responsable de la conversion des ondes sonores en signaux de microphone. Les capsules sont toujours livrées avec un ou plusieurs diaphragmes et le logement de ces diaphragmes. La capsule, dans son intégralité, agit comme un transducteur pour le microphone, convertissant le son en audio.
Que mesure un microphone? Un microphone mesure essentiellement les variations de pression acoustique au niveau de son diaphragme dans une plage de fréquences audibles. Comme les ondes sonores provoquent des pressions variables autour du diaphragme du microphone, le microphone produit un signal audio électrique correspondant.
