O que são FETs e qual é o seu papel no design do microfone?

Ao olhar para catálogos de microfones condensadores, é bastante comum ver os termos FET ou estado sólido usados ​​para descrever o microfone. Muitos capacitores no mercado hoje têm FETs ou JFETs em seu design.

O que são FETs e qual é o seu papel no design do microfone? FETs(transistores de efeito de campo) são dispositivos elétricos ativos que usam um campo elétrico de uma cápsula de microfone para controlar um fluxo de corrente que é, em última análise, o sinal do microfone. Os FETs pegam o sinal de alta impedância das cápsulas do microfone e emitem um sinal de baixa impedância proporcional e utilizável.

Neste artigo, descreveremos os transistores de efeito de campo do microfone com mais detalhes e discutiremos os microfones que os exigem junto com aqueles que não os exigem.

O que é um transistor de efeito de campo?(FET)

Um transistor de efeito de campo(FET) é um tipo de transistor que usa um campo elétrico para controlar o fluxo de corrente. Em termos mais simples, um FET usa um sinal de entrada para modular um sinal de saída.

Vamos voltar um pouco e descrever o que é um transistor antes de nos aprofundarmos nos FETs.

Um transistor é um dispositivo semicondutor ativo usado para amplificar(pseudo-amplificar) ou alternar sinais elétricos e energia elétrica.

Em muitos casos, os transistores são usados ​​para chaves liga/desliga e têm sido essenciais para o processamento digital binário(1’s e 0’s). Este é o caso de muitos dispositivos de áudio digital. No caso de microfones FET analógicos, o transistor atua para converter a impedância do sinal e aumentar o sinal(embora isso não seja uma verdadeira amplificação).

Os transistores são feitos de material semicondutor(geralmente silício) com pelo menos três terminais que se conectam a um circuito externo.

A aplicação de uma tensão ou corrente a um par de terminais do transistor controlará a corrente através de outro par de terminais. Desta forma, podemos pegar um sinal de «entrada» em um par de terminais e usá-lo para modular um sinal de «saída» com maior tensão e/ou menor impedância(pseudoamplificação).

Microfones que usam transistores de efeito de campo normalmente usam JFETs ou transistores de efeito de campo de porta de junção.

Um JFET é talvez o projeto FET mais simples e executa a tarefa descrita acima. Seu sinal de «entrada»(tensão entre porta e fonte) modula um sinal de «saída» proporcional(tensão entre dreno e fonte). Assim, com um FET, podemos pegar um sinal de baixo nível na entrada e convertê-lo em um sinal de alto nível na saída.

As entradas e saídas do transistor de efeito de campo são chamadas de terminais. Cada JFET possui 3 terminais, que são chamados de:

• Portão
• Fonte
• Drenar

Aqui está um diagrama simples de um transistor de efeito de campo de porta de junção de microfone:

À medida que aplicamos uma tensão entre a porta e a fonte(alguns chamariam isso de entrada) do FET, o transistor altera a condutividade entre o dreno e a fonte. Com a tensão de polarização CC adequada, obtemos uma tensão de saída entre o dreno e a fonte que é proporcional ao sinal de entrada na porta/fonte.

Então, basicamente, o sinal de saída da cápsula de alta impedância vai para os terminais da porta e da fonte e modula efetivamente um sinal de impedância mais baixa(e geralmente tensão mais alta) entre os terminais de dreno e fonte.

Para que são usados ​​os FETs nos microfones?

Os FETs são usados ​​principalmente como conversores de impedância em microfones condensadores.

A cápsula do microfone condensador funciona como um transdutor, convertendo as ondas sonoras(energia das ondas mecânicas) em sinais de áudio(energia elétrica). Os sinais elétricos de áudio(voltagens AC) emitidos por uma cápsula condensadora têm impedâncias incrivelmente altas e dificilmente conduzem qualquer corrente.

É aqui que o transistor de efeito de campo de conversão de impedância entra em ação.

Os FETs, por design, têm impedâncias de entrada extremamente altas em suas portas. A impedância no dreno, no entanto, é muito menor e realmente permite que a corrente flua.

O sinal de saída da cápsula é então enviado diretamente para a porta do FET. Este sinal CA altera a condutividade entre os terminais de dreno e fonte e, portanto, altera a corrente no dreno e, finalmente, a tensão de «saída» do FET.

Em outras palavras, o FET recebe um sinal de alta impedância em sua entrada e o utiliza para modular um sinal de baixa impedância em sua saída. Este sinal de saída é capaz de viajar pelo resto do circuito do microfone; a saída do microfone e, através de um cabo de microfone, a um pré-amplificador de microfone.

Aqui está um diagrama simples de um microfone condensador FET:

Como podemos ver neste diagrama simples, o FET requer alguma tensão de polarização CC de uma fonte de alimentação para funcionar.

Observe que as cápsulas de capacitores «verdadeiros» também requerem energia externa para polarizar.

O FET pega o sinal de alta impedância da cápsula e reduz a impedância para níveis utilizáveis ​​antes que o sinal seja enviado para a saída do microfone.

Na maioria dos casos, incluindo microfones, a função do transistor de efeito de campo costumava ser cumprida por válvulas a vácuo. Os transistores são geralmente muito menores; eles exigem menos energia para operar(alimentação fantasma ou polarização DC em vez de fontes de alimentação dedicadas) e são mais baratos de fabricar e implementar.

Embora existam diferenças no som dos FETs versus tubos de vácuo(os audiófilos definitivamente diriam), hoje os microfones FET e os microfones de tubo podem ser produzidos com os mesmos padrões de qualidade.

Também é importante notar que os FETs se tornaram padrão em microfones condensadores. O que quero dizer com isso é que, se um microfone condensador tiver um tubo, ele será chamado de «condensador de tubo», enquanto um condensador FET normalmente será simplesmente chamado de «microfone condensador». Isto é, a menos que o prefixo «FET» distinga o microfone de uma versão de tubo desse mesmo microfone.

Quais microfones não requerem FETs?

Nem todos os microfones requerem transistores de efeito de campo. Na verdade, os FETs são usados ​​apenas em certos designs de microfones condensadores e, às vezes, microfones de fita ativos.

Vejamos os tipos de microfones que não requerem FETs.

microfones passivos

FETs são dispositivos ativos. Eles exigem polarização DC para funcionar corretamente. Portanto, microfones passivos, pela simples definição de passivos, não possuem FETs em seus projetos. Vejamos os tipos de microfones dinâmicos e de fita, que funcionam com princípios elétricos passivos.

microfones dinâmicos

Os microfones dinâmicos de bobina móvel funcionam por indução eletromagnética e não requerem nenhum componente ativo.

Os sinais de saída da cápsula(cartucho) são de baixa impedância e podem ser enviados diretamente para a conexão de saída do microfone(embora geralmente sejam enviados primeiro por um transformador de saída).

microfones de fita

Microfones de fita também convertem som em áudio usando indução eletromagnética.

Suas «cápsulas»(conhecidas como elementos de fita ou defletores) emitem sinais de baixa impedância que não requerem um FET de conversão de impedância. Os microfones de fita são projetados com transformadores para ajudar a proteger seus frágeis diafragmas de fita contra possíveis curtos-circuitos de tensão CC.

Microfones de fita ativos podem ter FETs em seus designs. Esses projetos teriam transformadores elevadores de alta relação entre o defletor de fita e o FET para aumentar a tensão relativamente baixa da saída de fita.

Esses transformadores elevadores também aumentam a impedância dos sinais e, portanto, os FETs às vezes são benéficos na redução da impedância para níveis utilizáveis ​​sem também reduzir a intensidade do sinal.

microfones de tubo

Os tubos de vácuo servem essencialmente à mesma função que os transistores de efeito de campo em microfones. Ou seja, eles convertem a impedância dos sinais do cartucho de alta impedância e atuam como pseudo-amplificadores.

Vamos ver rapidamente um diagrama de um tubo de vácuo triodo(o tubo mais simples para um microfone) e listar seus componentes:

• H é o aquecedor
• K é o cátodo
• A é o ânodo
• G é a grade

Uma fonte de energia aquece o aquecedor que então causa um fluxo constante de elétrons(uma corrente elétrica) do cátodo carregado negativamente para o ânodo carregado positivamente. Isso é semelhante ao fluxo de corrente entre os terminais de fonte e dreno do transistor de efeito de campo.

A saída da cápsula de alta impedância é conectada à grade de alta impedância(entrada) do tubo de vácuo triodo. A tensão CA na grade do tubo modula o fluxo de elétrons entre o cátodo e o ânodo. Em outras palavras, o sinal de entrada de alta impedância para a rede aciona um sinal de baixa impedância(e geralmente tensão mais alta) na saída do tubo. Isso é um pouco análogo ao terminal de porta do FET.

Portanto, embora os tubos sejam muito diferentes dos transistores, eles podem ser considerados análogos aos FETs das seguintes maneiras:

• Aquecedor = circuito de polarização DC
• cátodo = terminal fonte
• Ânodo = terminal de drenagem
• Grade = terminal do portão

De fato, os primeiros microfones condensadores exigiam tubos de vácuo para converter os sinais de alta impedância de suas cápsulas. O transistor só foi inventado em 1947 e o FET/JFET só fez sua estreia na tecnologia de microfone comercial em 1964.

perguntas relacionadas

O que é uma cápsula de microfone? A cápsula do microfone é a parte responsável por converter as ondas sonoras em sinais de microfone. As cápsulas sempre vêm com diafragma(s) e a caixa para esses diafragmas. A cápsula, em sua totalidade, funciona como um transdutor para o microfone, convertendo o som em áudio.

O que um microfone mede? Um microfone essencialmente mede as variações de pressão sonora em seu diafragma dentro de uma faixa de frequências audíveis. Como as ondas sonoras causam pressões variadas ao redor do diafragma do microfone, o microfone produz um sinal de áudio elétrico correspondente.