Высокочувствительный аудиодетектор для ультраслабых электрических сигналов

Детали и материалы

• Закрытые наушники с высоким рейтингом чувствительности (дБ)
• Гнездо для штекера наушников (например, Radio Shack #274-312 или аналогичное)
• Малый понижающий трансформатор (120 В → 6 В); используется 6-вольтовая вторичная обмотка
• Два выпрямительных диода 1N4001
• Резистор 1 кОм
• Потенциометр 100 кОм (аудио-логарифмический или линейный)
• Два банановых разъема (или аналогичные) для схемы потенциометра
• Пластиковый или металлический корпус для монтажа компонентов

Выбор наушников критичен: чем выше рейтинг чувствительности в децибелах, тем лучше детектор улавливает слабые сигналы. Протестируйте несколько моделей в хорошем аудиомагазине и послушайте на минимальной громкости, которая все еще дает четкий звук.

Хотя премиальные наушники могут улучшить характеристики, скромная пара — например, старый Radio Shack «Realistic» — доказала свою адекватность для большинства экспериментов.

Связанная литература

Lessons In Electric Circuits, Volume 1, chapter 8: «DC Metering Circuits»

Lessons In Electric Circuits, Volume 2, chapter 9: «Transformers»

Lessons In Electric Circuits, Volume 2, chapter 12: «AC Metering Circuits»

Цели обучения

• Освоить базовые техники пайки
• Понять использование трансформатора для согласования импедансов
• Обнаруживать экстремально малые электрические сигналы
• Применять диоды для ограничения напряжения максимальным уровнем

Схема

Иллюстрация

Инструкции

Следуйте шагам сборки «Чувствительного детектора напряжения», описанного в главе DC-экспериментов. Если вы уже собрали этот детектор, можно пропустить начальную настройку.

Большинство наушников — стерео с трехконтактным штекером. Подключитесь к двум из этих контактов; если у вас моно-наушники с двухконтактным штекером, используйте их.

Два излучателя наушников можно соединить последовательно или параллельно. Последовательное соединение дает более громкий отклик на малые сигналы:

Припаяйте все соединения надежно — слабые контакты добавляют нежелательный шум. Два диода на первичной обмотке трансформатора вместе с последовательно включенным резистором 1 кОм ограничивают входное напряжение примерно до 0,7 В. Это ограничивает выход на наушники и защищает от случайного воздействия высокого напряжения.

Банановые разъемы обеспечивают надежные точки для зондов в стиле «банан» после монтажа детектора в корпусе. Используйте стандартные зонды мультиметра или крокодилы для надежного соединения.

Детектор идеален для балансировки мостовых схем, нулевых вольтметров и для прослушивания экстремально слабых переменных сигналов в аудиодиапазоне.

Он предлагает ценную альтернативу осциллографу, позволяя воспринимать поведение схемы иным сенсорным способом.

При измерении напряжений выше 1 В ослабьте чувствительность детектора делителем напряжения. Вставьте делитель в начало схемы:

Установите потенциометр 100 кОм примерно в середину для неизвестного сигнала. Регулируйте вверх или вниз, пока звуковой выход не станет ни слишком громким, ни слишком слабым.

Детектор может улавливать постоянный ток и RF-сигналы. Слабый «щелчок» слышен всякий раз, когда зонды касаются источника или отключаются. С недорогими наушниками детектировались постоянные токи ниже 0,1 мкА и RF-сигналы до 2 МГц.

Замечательная демонстрация: коснитесь зондами кончика языка при максимальной чувствительности. Гальваническое напряжение от контакта металл-электролит производит мягкий щелчок каждый раз, когда зонды контактируют с влажной кожей.

Снятие штекера наушников и прикосновение кончиком языка все равно дает щелчки, но с меньшей амплитудой. Излучатели наушников — низкоимпedanсные устройства; им нужно низкое напряжение и высокий ток для значимой звуковой мощности.

Импеданс (Z) измеряет сопротивление переменному току, а сопротивление (R) — постоянному. Оба выражаются в омах (Ω). Большинство источников малых сигналов имеют внутренние импедансы гораздо выше типичных 8 Ω наушников, что ограничивает выдачу тока.

Согласуя импеданс наушников с импедансом источника трансформатором, теорема о максимальной передаче мощности обеспечивает оптимальный звуковой выход. Трансформатор также генерирует индуктивный отбой при размыкании цепи, эффективно усиливая крошечные постоянные сигналы для наушников.

Для длительного использования соберите детектор в постоянном корпусе с фиксированными измерительными проводами.

Связанные рабочие листы

• Design Project: Sensitive Audio Detector Worksheet
• Impedance Matching With Transformers Worksheet