Изготовление деталей конструкции и сборка излучателей. Мембрана. В качестве материала мембраны хорошо подходит лавсановая плёнка из конденсаторов К73-16. Это во многом замечательная основа, за исключением одного недостатка — её ширина всего 35 мм, что накладывает определённые ограничения на площадь и форму мембраны. В конденсаторах на рабочее напряжение 100 В толщина плёнки равна 4…5 мкм.
Как сделать наушники своими руками
Этого вполне достаточно для любительской конструкции. Ведь уже при такой толщине плёнки её масса, как следует из [1,2], сопоставима с массой соколеблющегося воздуха. Номинал ёмкости конденсатора не имеет значения, важно, чтобы длина корпуса конденсатора была равна 48 мм. Это максимально возможный размер, и ширина плёнки, извлечённой из такого конденсатора, — именно те самые 35 мм.
Конечно, если имеется возможность применения аналогичной по своим свойствам плёнки подходящих размеров, то задача изготовления больше размерной мембраны существенно упрощается. Однако вариант с конденсаторной плёнкой хоть и является с технологической точки зрения проблемным, но зато он вполне доступен и требует отдельного рассмотрения. Для этого можно обратиться к [4], где подробно описано изготовление мембраны для телефонов ТДС-7. Применительно к данному случаю, переработанная часть описания выглядит следующим образом.Аккуратно распиливаем вдоль корпус конденсатора и вынимаем его “начинку”.
Отматываем и удаляем начальную часть рулона длиной 20…30 см, где в качестве диэлектрика используется толстая плёнка. Далее собственно и начинается рабочая часть конденсатора, представляющая собой две сложенные вместе плёнки (обкладки конденсатора). Отрезаем от рулона полосу длиной 15 см. Острым скальпелем отделяем плёнки друг от друга. Основная трудность заключается в том, чтобы “зацепиться” за начало раздела слитых воедино плёнок.
Далее для облегчения процесса можно капнуть в образовавшийся зазор между плёнками несколько капель ацетона. После того как плёнки окажутся разделёнными, с них следует стравить металлизацию. При этом можно воспользоваться обыкновенным отбеливателем, время процесса — 20 мин.
После чего плёнки следует тщательно промыть, высушить и прогладить горячим утюгом (температура для шерсти) через лист бумаги, лучше просто между листами в книге. На выходе процесса получаем пригодные для работы прозрачные ровные гладкие плёнки. Для получения желаемого размера мембраны по ширине полученные две плёнки нужно склеить между собой. В отличие от описанного в [4] способа, в данном случае приклеивание нужно осуществлять внахлёст.
Делаем это так.
Предварительно подготовленные плёнки, как это описано выше, кладём на ровную гладкую поверхность и соединяем их между собой длинными сторонами с перекрытием в 1,5…2 мм. Удерживая их в таком положении и отогнув одну из сторон, наносим по чуть-чуть (буквально микропорциями) клей БФ-6 по линии перекрытия плёнок. Прижимать можно сразу. При этом начинать приклеивание лучше с середины. Такой способ по сравнению с [4] более трудоёмкий, но в отношении прочности шва результат получается гораздо лучше.
К тому же слой клея оказывается защищённым с обеих сторон от активного воздействия рабочего покрытия (напыления) мембраны. Для устранения неровностей полученную таким образом плёнку также необходимо ещё раз прогладить. При этом клеевой шов следует изолировать от бумаги лавсановой плёнкой (из рулона), иначе разогретый клей, если он окажется за пределами шва, приклеится к бумажному листу. После термообработки на плёнке могут появиться микроскладки как результат устранения неровностей. Главное, полученная плёнка должна быть совершенно плоской без выпуклостей и коробления. Не следует надеяться на то, что в дальнейшем при растяжке её на изоляторе такие дефекты удастся исправить.
Толщина клеевого шва после разглаживания нагретым утюгом — примерно 20 мкм, и влияние его на общую массу плёнки минимально, а прочность такой склейки вполне достаточна.
После обрезки получается заготовка с размерами 70х 120 мм с проходящим по оси симметрии клеевым швом (рис. 2). Следует добавить, что лучше запастись такими полуфабрикатами впрок для того, чтобы в случае неудачи не повторять весь процесс заново.
Несмотря на то что извлечённая из конденсатора плёнка изначально металлизирована, вопрос о покрытии мембраны решается не в пользу её родного проводящего покрытия. И на это имеются две причины. Во-первых, односторонняя, как в данном случае, металлизация приводит к скручиванию плёнки, устранить которую практически не представляется возможным, что весьма неудобно в работе и в конечном итоге приводит к короблению мембраны.
Во-вторых, предельно тонкий слой металлизации склонен на изломах, в частности, у выводного лепестка, к полной потере проводимости, что, в свою очередь, приводит к потере работоспособности всего излучателя в целом. Поэтому удаление металлизации, как это описано в [4], не противоречит общей идее и в данном случае.
Итак, заготовка-полуфабрикат в виде гладкой, без признаков коробления, прозрачной плёнки с указанными размерами готова, и теперь можно приступить к следующему этапу — этапу напыления мембраны. Судя по дебатам на тематических форумах, технологии изготовления фирменных мембран остаются под секретом, да, пожалуй, они и не реализуемы на радиолюбительском уровне, тем не менее идей масса. Один из самых доступных предлагаемых способов покрытия подложки — это напыление антистатика “Лана” или других подобных по своим физическим свойствам аэрозолей.
Такое покрытие относится к высокоомным, и его удельное сопротивление — 2…5 ГОм/см². И несмотря на то что подобное покрытие преподносится как пробное, временное, на самом деле конечный результат применительно к ГТ может быть вполне приемлемым. Так, практически все макетные образцы при соблюдении технологии изготовления работали без серьёзных претензий к такому напылению. Однако время жизни подобного напыления оценить так и не удалось.
Отдельные образцы успешно работали более года без снижения чувствительности, после чего, так или иначе, подвергались модернизации. Следует отметить и неприхотливость таких мембран к хранению на морозе (-30 °С) или при повышенной температуре (+50 °С). Удовлетворительно переносима и 100 % влажность (с последующей просушкой). Со временем удельное сопротивление такого покрытия имеет тенденцию к росту, что может привести к заметному увеличению времени накопления зарядов на мембране с момента включения поляризатора.
Напылённому слою антистатика присущи и очевидные недостатки — остаточная липкость даже после длительной просушки (сама по себе электростатика и так любит пыль) и неравномерность напыления. Однако оценить влияние второго фактора на качество работы излучателя не так-то просто. Можно также усомниться в эффективности работы такого вязкого напыления на ВЧ. Но как показывают опыты, такие мембраны работают ничуть не хуже металлизированных вплоть до частоты 20 кГц. К тому же вязкое покрытие, обуславливающее повышенное собственное затухание, может сыграть и свою положительную роль как гаситель паразитных ВЧ-резонансов.
Процесс напыления достаточно прост. Для начала следует изготовить из тонкого ровного картона защитную рамку. Рамка нужна для того, чтобы струя из распылителя попадала только на рабочую область плёнки. На рис. 2 эта область выделена серым цветом. Внутренние размеры рамки лучше уменьшить на 0,5… 1 мм для ограничения переходной области напыления. Обозначенные разрезы на лепестке мембраны делают непосредственно перед её растяжкой на изоляторе или в процессе растяжки, по месту. Прикладываем рамку к плёнке и с расстояния 20…25 см производим напыление.
Делать это надо умеренно, так чтобы на плёнке не было наплывов. Антистатик активен по отношению к клею БФ-6, но последний уже защищён слоями плёнок. Операцию необходимо повторить дважды с интервалом в 2 ч. Точно так же следует напылить и противоположную сторону мембраны. Лепесток рекомендуется покрыть дополнительным слоем или даже двумя, поскольку проблемы, связанные со снижением чувствительности из-за
чрезмерного роста поверхностного сопротивления по отношению к сопротивлению паразитных утечек, если таковое происходит, начинаются именно с лепестка, как с наиболее узкого места в прямом смысле этого слова. Дать просохнуть в течение суток, после чего провести контроль качества напыления по схеме на рис. 3. При расстоянии между контактными площадками, касающимися плёнки, 10 мм и входном сопротивлении вольтметра 10 МОм показания прибора должны быть 50… 100 мВ. Контактные площадки представляют собой круглые диски диаметром 5 мм.
Удобны в применении шурупы-саморезы с плоскими головками указанного диаметра, зажатые по резьбе “крокодилами” вольтметра.Конечно, эти значения напряжения носят ориентировочный характер и зависят от свойств антистатика, который может отличаться у разных производителей. В данном случае речь идёт о продукции Новомосковского завода. При необходимости число слоёв напыления можно увеличить. Принцип прост — чем тоньше слои, тем их больше.
А вот такой антистатик, как “Лира”, является менее предпочтительным. Покрытие на его основе имеет заметно большее удельное сопротивление и в конечном итоге может оказаться сравнимым с сопротивлением утечек всей конструкции, что усложнит задачу. Например, в предыдущей схеме измерения показания вольтметра могут оказаться в пределах единиц милливольт. Кроме того, “Лира” обладает большей липкостью, что создаёт определённые проблемы.
Неподвижные электроды
Из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм вырезаем две одинаковые заготовки по размерам готового электрода, как на рис. 4. Оба НЭ — внутренний и внешний — одинаковы, за исключением того, что на внешнем (дальнем от уха) электроде вместо крепёжных отверстий диаметром 2 мм, как это показано на рис. 4, делают резьбовые отверстия М2.
Лишние участки фольги шириной 5 мм по периметру заготовок (то, что не выделено цветом) следует удалить травлением или вырезать скальпелем по линейке. Вывод фольгированной полоски на угол электрода предназначен для подпайки проводника кабеля. Вариант не очень элегантный, но в подобных любительских конструкциях следует отдавать предпочтение простоте с целью минимизации паразитных утечек.
Сверловку крепёжных отверстий пока делать не надо. А вот сверлить отверстия под перфорацию при использовании стационарного сверлильного станка можно одновременно. Для этого обе детали надо прижать друг к другу фольгированными сторонами и на них наложить трафарет. Полученный таким образом пакет скрепляют миниатюрными струбцинами. Сверлить отверстия следует в границах фольгированного участка, за исключением выводного лепестка.
По окончании сверловки пакет разъединяют, заусенцы на высверленных электродах убирают мелким надфилем и наждачной бумагой. Возможно, после этого для зачистки отверстий придётся ещё раз пройтись сверлом по всем отверстиям. В конечном итоге рабочие поверхности НЭ должны быть, что называется, в идеальном состоянии. Если же предполагается применение ручной электродрели, то во избежание возможных перекосов отверстий НЭ лучше сверлить раздельно, по одному.
Следующий этап — изготовление изоляторов. Для этого понадобится односторонне фольгированный стеклотекстолит (допускается применение гетинакса) толщиной по ширине выбранного зазора. Пусть это будет компромиссный вариант из ранее указанных значений, например 0,8 мм, из стандартного ряда стеклотекстолита марки СФ-1. Конечно, зазор и толщину НЭ можно выбрать другими, исходя из имеющихся в наличии материалов или по другим причинам.
Это приведёт в основном только к изменению толщины излучателя, что несложно учесть в дальнейшем. Чувствительность при этом корректируется подбором напряжения поляризации. На один излучатель понадобятся две детали — А и Б, как на рис. 5. Изолятор Б показан только фрагментарно (нижняя часть), причём для его изготовления можно применить и нефольгированный стеклотекстолит, в остальном же детали идентичны.
Вырезать изоляторы можно обычным резаком, предварительно засверлив тонким сверлом отверстия по углам. После фольгу следует удалить, за исключением участка, выделенного цветом (рис. 5), — это контактная площадка для приклеивания лепестка мембраны и подпайки проводника кабеля.
Вырез в нижней части изолятора Б предназначен для того, чтобы при сборке пакета не деформировался клеевой контакт между лепестком мембраны и контактной площадкой. При отсутствии фольгированного стеклотекстолита указанной толщины контактный лепесток можно вырезать из медной фольги и приклеить по месту универсальным клеем “Момент”.
Затем эпоксидным клеем (пластификатор обязателен) приклеивают изоляторы к внутренним (фольгированным) сторонам статоров, причём лепесток изолятора А должен быть направлен в ту же сторону, что и фольгированная сторона его статора. В целях экономии материала изоляторы можно составить из отдельных полосок шириной 5 мм. При этом лучше воспользоваться оправкой в виде тонкой прямоугольной пластины из пластмассы с размерами 50×85 мм, что гарантирует хорошую повторяемость внутренних размеров рамок изоляторов. После высыхания возможные наплывы эпоксидного клея на рабочих поверхностях статоров должны быть удалены.
Теперь можно выполнить сверловку крепёжных отверстий и лучше это сделать одновременно на обоих НЭ, точно совместив их изоляторами друг к другу и зафиксировав струбцинами. Вначале следует высверлить сквозные отверстия диаметром 1,5 мм. Затем НЭ разъединить и на внутреннем (ближнем к уху) электроде рассверлить отверстия до 2 мм, а на внешнем нарезать первым номером метчика резьбу М2. В конечном итоге пакет будет скрепляться винтами М2 длиной 5 мм с потайной головкой. Поэтому на внешней стороне внутреннего электрода необходимо сделать зенковку отверстий под головки винтов. Резьба в стеклотекстолите имеет ограничения по надёжности, и это надо иметь в виду при сборке пакета.
По окончании всех работ, связанных с механической обработкой, детали следует тщательно очистить от пыли и обезжирить. Перед окрашиванием проводящих поверхностей НЭ изоляторы необходимо защитить липкой лентой от попадания на них краски. После окрашивания следует обратить внимание на качество покрытия. Выступающие над поверхностью твёрдые вкрапления, которые иногда всё же случаются, должны быть зачищены.
Сборка излучателей
На этом этапе, прежде всего, следует выполнить правильную растяжку мембраны, которая крепится на НЭ с изолятором А. Это важный момент, от которого зависит успех работы в целом. Сама по себе растяжка мембраны не так сложна и трудоёмка. Гораздо сложнее работа по корректировке её натяжения, когда приходится частично отклеивать мембрану. При этом возможны надрывы плёнки. Поэтому желательно, чтобы требуемый результат получился с первого раза. Можно предварительно потренироваться на муляже — плёнке без покрытия, которую не жаль. Приобретение определённого навыка играет решающую роль. В крайнем случае можно применить плёнку толщиной 10 мкм. Такая плёнка используется в конденсаторах К73-16 на номинальное напряжение 400 В.
Подготовленную мембрану аккуратно располагают на статоре так, чтобы её напылённая часть точно оказалась над перфорацией электрода, а её лепесток совпал с фольгированным участком изолятора. На рис. 6 цифрами обозначена последовательность действий.
Сначала в точке 1 на торцевой стороне статора следует нанести мазок универсального клея “Момент” и спустя 10…20 с загнуть и зафиксировать на нём верхний край мембраны. Далее в точках 5 и 8 также нужно нанести лёгкие точечные мазки клея на торце. После выдержки фиксируют нижнюю часть мембраны с умеренным натяжением по направлению стрелок. Особо усердствовать с клеем не нужно.
Плёнка легка и хорошо удерживается даже при минимальном его использовании. После выдержки примерно 10 мин следует слегка промазать тонким слоем клея торцевые участки 1 -2 и 1-11 (здесь и далее обозначены жирными линиями). Вновь выдержка 10…20 с — и верхний край мембраны загибают на торец НЭ с одновременным натяжением по стрелкам. Такую же операцию производят и с нижней частью мембраны (участки 5-6 и 7-8).
Таким образом, растяжка по вертикали завершена. При этом средняя часть мембраны должна получиться плоской, продольные (вертикальные) волны могут быть только на её краях. После более длительной выдержки до 30 мин можно сделать растяжку в ширину. Для этого наносят тонкий слой клея на участок 3-4 торца статора по всей его длине. Выдержка 10…20 с — и также проводят загиб бокового края мембраны на торец по всей длине с натяжением чуть большим, чем это необходимо для устранения волн.
И вновь выдержка 10 мин, после чего точно так же приклеивают противоположный край мембраны к другому торцу электрода (участок 9-10). Результатом выполненной работы должна быть совершенно плоская мембрана без волн и складок. Можно слегка подуть на мембрану, убеждаясь в отсутствии колебаний отдельных её участков. Чем более качественно изготовлена мембрана, тем меньше проблем при её растяжке.
Клей “Момент” хорошо удерживает натяжение мембраны, позволяя при этом исправить возможный дефект. Для этого понадобится ацетон, но применять его следует минимальными порциями, чтобы он не затекал на напылённую часть мембраны, иначе не исключено появление утечек, от которых зачастую можно избавиться только заменой самой мембраны. Но если дефект замечен ещё в момент приклеивания, когда клей ещё не прихватил окончательно, то оперативно отделить участок плёнки от изолятора можно, не прибегая к ацетону. НЭ с растянутой на нём мембраной показан на рис. 7.
Теперь можно грубо оценить качество натяжения мембраны, прослушивая её резонансный отзвук на постукивание пальцем по электроду. “Дряблый” призвук указывает на то, что натяжение слишком слабо, звон же, наоборот, говорит о том, что натяжение чрезмерно велико. Звук должен быть низким по тону и упругим. Вообще говоря, мембрану лучше слегка перетянуть, чем недотянуть.
В конечном итоге несколько большие потери на частотах ниже 40…50 Гц не так важны, как последствия слишком слабо натянутой мембраны. К таковым относится довольно неприятное явление, возникающее при малом зазоре или вследствие чрезмерно слабого натяжения мембраны — это её релаксационные колебания, а иногда и прилипание к одному из НЭ. Причина этого явления состоит в том, что в случае возникновения асимметрии положения мембраны в зазоре на неё действует разностная сила, стремящаяся притянуть мембрану к ближайшему на данный момент к ней НЭ.
Но как следует из общений на форумах Интернета, от этого не застрахованы даже фирменные изделия. Затем в месте контакта лепестка мембраны с фольгированным участком изолятора следует нанести немного токопроводящего клея так, чтобы обеспечить контакт с фольгой обеих сторон лепестка мембраны, срезав его излишки, как показано на рис. 8 (фрагмент НЭ).
Такой контакт, несмотря на его кажущуюся сомнительность с учётом маслянистых свойств “Ланы”, на деле вполне надёжен. Оставшийся свободным уголок вывода изолятора предназначен для подпайки проводника с поляризующим напряжением +Uо. Проводящий клей-пасту можно приготовить и самостоятельно, густо замешав в капле лака ПФ-283 напиленные надфилем мелкие медные опилки. Такая паста быстро застывает, и готовить её следует непосредственно перед применением.
Далее совмещают статоры (изолятор А к изолятору Б) и всю конструкцию без излишних усилий (резьба в стеклопластике!) стягивают винтами М2, предварительно проколов острым шилом мембрану по крепёжным отверстиям. Проверку мембраны на паразитные утечки проводят измерителем проводимости (см. рис. 3). Значение напряжения между лепестком мембраны в точке подпайки кабеля и металлизированными выводами каждого из НЭ не должно превышать единиц милливольт.
Начала статьи: Наушники своими руками
