Чувствительный детектор напряжения

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

• Высококачественные наушники с закрытой чашкой.
• Разъем для наушников:розетка для наушников (каталог Radio Shack № 274-312)
• Малый понижающий силовой трансформатор (каталог Radio Shack № 273-1365 или аналог, с использованием ответвителя вторичной обмотки на 6 В).
• Два выпрямительных диода 1N4001 (каталог Radio Shack № 276-1101)
• резистор 1 кОм.
• Потенциометр 100 кОм (каталог Radio Shack № 271-092)
• Две клеммные колодки типа «банан» или другое оконечное оборудование для подключения к цепи потенциометра (каталог Radio Shack № 274-662 или аналогичный).
• Пластиковая или металлическая монтажная коробка.

Что касается наушников, то чем выше рейтинг «чувствительности» в децибелах (дБ), тем лучше, но при прослушивании можно поверить:если вы серьезно относитесь к созданию детектора с максимальной чувствительностью для слабых электрических сигналов, вам следует попробовать несколько разных моделей наушников. в магазине высококачественной аудиозаписи и «прислушайтесь» к тем, которые издают слышимый звук самым низким настройка громкости на радио или проигрывателе компакт-дисков. Остерегайтесь, так как вы можете потратить сотни долларов на пару наушников, чтобы получить абсолютно лучшую чувствительность!

Однако мужайтесь:я использовал старую пара наушников Radio Shack «Реалистичные» с совершенно адекватными результатами, поэтому вам не нужно покупать лучшее.

трансформатор представляет собой устройство, обычно используемое в цепях переменного тока («AC»), используемое для преобразования мощности переменного тока высокого напряжения в мощность переменного тока низкого напряжения и для многих других целей.

Неважно, что вы понимаете его предназначение в этом эксперименте, кроме того, что он делает наушники более чувствительными к слабым электрическим сигналам.

Обычно трансформатор, используемый в этом типе приложений (согласование импеданса звуковых динамиков), называется «звуковым трансформатором», где его первичная и вторичная обмотки представлены значениями импеданса (1000 Ом:8 Ом) вместо напряжений.

Звуковой трансформатор будет работать, но я обнаружил, что небольшие понижающие силовые трансформаторы с соотношением 120/6 вольт идеально подходят для этой задачи, дешевле (особенно если брать из старого радио-будильника в благотворительном магазине) и многое другое. прочный.

Рейтинг допуска (точности) для резистора 1 кОм не имеет значения. Потенциометр 100 кОм является рекомендуемым вариантом для включения в этот проект, поскольку он дает пользователю возможность контролировать громкость любого заданного сигнала.

Даже несмотря на то, что звукосниматель Для этого применения подойдет потенциометр, в нем нет необходимости. линейный конус потенциометр работает неплохо.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 1, глава 8:«Цепи измерения постоянного тока»

Уроки электрических цепей , Том 1, глава 10:«Анализ сети постоянного тока» (в отношении теоремы о максимальной передаче мощности)

Уроки электрических цепей , Том 2, глава 9:«Трансформаторы»

Уроки электрических цепей , Том 2, глава 12:«Схемы измерения переменного тока»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

• Чтобы показать практику пайки
• Показать, как обнаружение очень слабых электрических сигналов.
• Чтобы показать, как использовать потенциометр в качестве делителя напряжения / аттенюатора сигнала.
• Показать, как использовать диоды для «ограничения» напряжения на некотором максимальном уровне.

СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИИ

ИНСТРУКЦИИ

Наушники, скорее всего, стерео (отдельные левый и правый динамики) будут иметь трехконтактный штекер.

Вы будете подключаться только к двум из этих трех контактных точек. Если у вас есть только «монофонические» наушники с двухконтактным штекером, просто подключитесь к этим двум точкам контакта.

Вы можете подключить два стереодинамика последовательно или параллельно. Я обнаружил, что последовательное соединение работает лучше всего, то есть для получения максимального звука при слабом сигнале:

Хорошо спаяйте все соединения проводов. Эта система детекторов чрезвычайно чувствительна, и любые ослабленные соединения проводов в цепи будут добавлять нежелательный шум к звукам, издаваемым измеряемым сигналом напряжения.

Два диода (символы компонентов в виде стрелок), подключенные параллельно первичной обмотке трансформатора, вместе с последовательно соединенным резистором 1 кОм, работают вместе, чтобы предотвратить падение напряжения более 0,7 В на первичную обмотку трансформатора.

Это делает одно и только одно:ограничивает количество звука, которое могут издавать наушники. Система будет работать без установленных диодов и резистора, но громкость звука в цепи не будет ограничена, и возникающий в результате звук, вызванный случайным подключением измерительных проводов к источнику значительного напряжения (например, к батарее), может быть оглушительным!

Крепежные штыри обеспечивают точки подключения пары испытательных щупов с вилками типа «банан», когда компоненты детектора установлены внутри коробки.

Вы можете использовать обычные мультиметровые щупы или сделать свои собственные щупы с зажимами из крокодиловой кожи на концах для безопасного подключения к цепи.

Детекторы предназначены для балансировки мостовых измерительных цепей, цепей потенциометрического (нулевого баланса) вольтметра и обнаружения сигналов переменного тока чрезвычайно низкой амплитуды («переменного тока») в диапазоне звуковых частот. Это ценное испытательное оборудование, особенно для экспериментатора с ограниченным бюджетом без осциллографа.

Это также ценно тем, что позволяет вам использовать другое телесное чутье для интерпретации поведения цепи.

Для подключения к любому нетривиальному источнику напряжения (1 В и выше) чрезвычайно высокую чувствительность детектора следует уменьшить.

Этого можно добиться, подключив делитель напряжения к «передней части» схемы:

СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

Отрегулируйте потенциометр делителя напряжения 100 кОм примерно на среднее значение при первоначальном обнаружении сигнала напряжения неизвестной величины.

Если звук слишком громкий, поверните потенциометр вниз и попробуйте еще раз. Если слишком мягкий, увеличьте его и попробуйте еще раз.

Детектор издает звук «щелчка» всякий раз, когда измерительные провода замыкают или размыкают контакт с испытуемым источником напряжения. С помощью своих дешевых наушников я смог обнаружить токи менее 1/10 микроампер (<0,1 мкА).

Хорошей демонстрацией чувствительности детектора является прикосновение к обоим тестам до кончика языка с настройкой чувствительности на максимум.

Напряжение, создаваемое контактом металла с электролитом (так называемое гальваническое напряжение ) очень мало, но достаточно, чтобы издавать мягкие «щелкающие» звуки каждый раз, когда провода касаются влажной кожи вашего языка и прерывают его.

Попробуйте вынуть штекер наушников из гнезда (розетки) и таким же образом прикоснуться им к кончику языка.

Вы по-прежнему должны слышать тихие щелчки, но они будут намного меньше по амплитуде.

Громкоговорители для наушников представляют собой устройства с «низким сопротивлением»:им требуется низкое напряжение и «высокий» ток для обеспечения значительной звуковой мощности.

Импеданс - это мера сопротивления любым формам электрического тока, включая переменный ток (AC). Для сравнения:сопротивление - это жесткая мера противодействия прямому ток (постоянный ток).

Как и сопротивление, импеданс измеряется в единицах Ом (Ом), но в уравнениях он обозначается заглавной буквой «Z», а не заглавной буквой «R».

Мы используем термин «импеданс» для описания сопротивления наушников току, потому что наушники обычно подвергаются воздействию сигналов переменного тока, а не постоянного тока.

Большинство источников слабого сигнала имеют высокие внутренние импедансы, некоторые из которых намного превышают номинальные 8 Ом динамиков наушников.

Это технический способ сказать, что они не могут подавать значительный ток.

Как предсказывает Теорема о максимальной передаче мощности, максимальная звуковая мощность будет передаваться динамиками наушников, когда их импеданс «согласован» с импедансом источника напряжения.

Трансформатор делает это. Трансформатор также помогает обнаруживать слабые сигналы постоянного тока, создавая индуктивную «отдачу» каждый раз при разрыве цепи измерительного провода, тем самым «усиливая» сигнал, накапливая электрическую энергию и внезапно передавая ее в динамики наушников.

Я рекомендую построить этот детектор на постоянной основе (установить все компоненты внутри коробки и обеспечить хорошие провода для измерительных выводов), чтобы его можно было легко использовать в будущем. В таком виде он может выглядеть примерно так:

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Дизайн-проект:рабочая таблица чувствительного аудиодетектора