Gevoelige spanningsdetector

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• Hoogwaardige "closed-cup" audio-hoofdtelefoon
• Hoofdtelefoonaansluiting:vrouwelijke aansluiting voor hoofdtelefoonstekker (Radio Shack-catalogus # 274-312)
• Kleine step-down stroomtransformator (Radio Shack-catalogus # 273-1365 of gelijkwaardig, met behulp van de 6-volt secundaire wikkelkraan)
• Twee 1N4001 gelijkrichtdiodes (Radio Shack-catalogus # 276-1101)
• 1 kΩ weerstand
• 100 kΩ potentiometer (Radio Shack-catalogus # 271-092)
• Twee "banaan" jack-stijl bindingsposten, of andere terminalhardware, voor aansluiting op potentiometercircuit (Radio Shack-catalogus # 274-662 of gelijkwaardig)
• Kunststof of metalen montagedoos

Wat betreft de hoofdtelefoon, hoe hoger de "gevoeligheid"-classificatie in decibel (dB), hoe beter, maar luisteren is geloven:als je serieus een detector wilt bouwen met maximale gevoeligheid voor kleine elektrische signalen, moet je een paar verschillende hoofdtelefoonmodellen proberen in een audiowinkel van hoge kwaliteit en "luister" naar welke een hoorbaar geluid produceren voor de laagste volume-instelling op een radio of cd-speler. Pas op, want je zou honderden dollars kunnen uitgeven aan een koptelefoon om de absoluut beste gevoeligheid te krijgen!

Houd echter moed:ik heb een oude . gebruikt paar Radio Shack koptelefoons van het merk "Realistic" met perfect passende resultaten, dus je hoeft niet de beste te kopen.

Een transformator is een apparaat dat normaal gesproken wordt gebruikt met wisselstroomcircuits ("AC"), dat wordt gebruikt om hoogspanningswisselstroom om te zetten in laagspanningswisselstroom, en voor vele andere doeleinden.

Het is niet belangrijk dat u de beoogde functie in dit experiment begrijpt, behalve dat het de hoofdtelefoon gevoeliger maakt voor elektrische signalen met een lage stroomsterkte.

Normaal gesproken wordt de transformator die in dit type toepassing wordt gebruikt (impedantie-aanpassing van audioluidsprekers) een "audiotransformator" genoemd, waarbij de primaire en secundaire wikkelingen worden weergegeven door impedantiewaarden (1000 :8 Ω) in plaats van spanningen.

Een audiotransformator zal werken, maar ik heb ontdekt dat kleine step-down stroomtransformatoren met een verhouding van 120/6 volt perfect geschikt zijn voor de taak, goedkoper (vooral wanneer ze uit een oude wekkerradio in een tweedehandswinkel worden gehaald), en nog veel meer robuust.

De tolerantie (precisie) voor de weerstand van 1 kΩ is niet relevant. De 100 kΩ potentiometer is een aanbevolen optie voor integratie in dit project, omdat het de gebruiker controle geeft over de luidheid van een bepaald signaal.

Hoewel een audio-taper potentiometer zou geschikt zijn voor deze toepassing, het is niet nodig. Een lineaire taper potentiometer werkt redelijk goed.

KRUISVERWIJZINGEN

Lessen in elektrische circuits , Volume 1, hoofdstuk 8:"DC-meetcircuits"

Lessen in elektrische circuits , Volume 1, hoofdstuk 10:"DC-netwerkanalyse" (met betrekking tot de Maximum Power Transfer-stelling)

Lessen in elektrische circuits , Volume 2, hoofdstuk 9:“Transformers”

Lessen in elektrische circuits , Volume 2, hoofdstuk 12:"AC-meetcircuits"

LEERDOELSTELLINGEN

• Om soldeeroefeningen te tonen
• Om te laten zien hoe de detectie van extreem kleine elektrische signalen
• Om te laten zien hoe je een potentiometer als spanningsdeler/signaalverzwakker gebruikt
• Om te laten zien hoe diodes gebruikt kunnen worden om de spanning op een bepaald maximum te "knippen"

SCHEMATISCH DIAGRAM

ILLUSTRATIES

INSTRUCTIES

De hoofdtelefoon, die hoogstwaarschijnlijk stereo-units zijn (gescheiden linker- en rechterluidsprekers), heeft een stekker met drie contacten.

U maakt verbinding met slechts twee van die drie contactpunten. Als je alleen een "mono" hoofdtelefoonset met een twee-contactstekker hebt, sluit je gewoon aan op die twee contactpunten.

U kunt de twee stereoluidsprekers in serie of parallel aansluiten. Ik heb gemerkt dat de serieschakeling het beste werkt, dat wil zeggen, om het meeste geluid uit een klein signaal te halen:

Soldeer alle draadverbindingen goed. Dit detectorsysteem is extreem gevoelig en losse draadverbindingen in het circuit zullen ongewenste ruis toevoegen aan de geluiden die door het gemeten spanningssignaal worden geproduceerd.

De twee diodes (pijlachtige componentsymbolen) die parallel zijn verbonden met de primaire wikkeling van de transformator, samen met de in serie geschakelde weerstand van 1 kΩ, werken samen om te voorkomen dat er meer dan ongeveer 0,7 volt over de primaire spoel van de transformator valt.

Dit doet één ding en slechts één ding:beperk de hoeveelheid geluid die de hoofdtelefoon kan produceren. Het systeem zal werken zonder de diodes en weerstand, maar er is geen limiet aan het geluidsvolume in het circuit, en het resulterende geluid dat wordt veroorzaakt door het per ongeluk aansluiten van de meetsnoeren op een substantiële spanningsbron (zoals een batterij) kan oorverdovend zijn!

Bindpalen bieden verbindingspunten voor een paar testsondes met banaanstekkers, zodra de detectorcomponenten in een doos zijn gemonteerd.

U kunt gewone multimetersondes gebruiken of uw eigen sondes maken met krokodillenklemmen aan de uiteinden voor een veilige verbinding met een circuit.

Detectors zijn bedoeld om te worden gebruikt voor het balanceren van brugmeetcircuits, potentiometrische (nulbalans) voltmetercircuits en het detecteren van AC-signalen ('wisselstroom') met extreem lage amplitude in het audiofrequentiebereik. Het is een waardevol testapparaat, vooral voor de low-budget experimentator zonder oscilloscoop.

Het is ook waardevol omdat het je in staat stelt een ander lichamelijk zintuig te gebruiken bij het interpreteren van het gedrag van een circuit.

Voor aansluiting op een niet-triviale spanningsbron (1 volt en hoger), moet de extreem hoge gevoeligheid van de detector worden verzwakt.

Dit kan worden bereikt door een spanningsdeler aan te sluiten op de "voorkant" van het circuit:

SCHEMATISCH DIAGRAM

ILLUSTRATIE

Stel de 100 kΩ spanningsdelerpotentiometer in op ongeveer het middenbereik wanneer u voor het eerst een spanningssignaal van onbekende grootte waarneemt.

Als het geluid te hard is, draait u de potentiometer omlaag en probeert u het opnieuw. Als het te zacht is, zet het dan hoger en probeer het opnieuw.

De detector produceert een "klik"-geluid wanneer de meetsnoeren contact maken of verbreken met de te testen spanningsbron. Met mijn goedkope koptelefoon heb ik stromen van minder dan 1/10 van een microampère (<0,1 µA) kunnen detecteren.

Een goede demonstratie van de gevoeligheid van de detector is om beide testsnoeren aan te raken tot het einde van uw tong, met de gevoeligheidsinstelling op maximaal.

De spanning geproduceerd door metaal-naar-elektrolyt contact (genaamd galvanische spanning ) is erg klein, maar voldoende om zachte "klikgeluiden" te produceren telkens wanneer de snoeren contact maken en verbreken met de natte huid van uw tong.

Probeer de hoofdtelefoonstekker uit de aansluiting (contactdoos) te halen en op dezelfde manier het uiteinde van uw tong aan te raken.

Je zou nog steeds zachte klikgeluiden moeten horen, maar ze zullen veel kleiner zijn in amplitude.

Hoofdtelefoonluidsprekers zijn apparaten met een "lage impedantie":ze hebben een lage spanning en "hoge" stroom nodig om een ​​aanzienlijk geluidsvermogen te leveren.

Impedantie is een maat voor weerstand tegen alle vormen van elektrische stroom, inclusief wisselstroom (AC). Verzet is daarentegen een strikte maatregel van verzet tegen directe stroom (DC).

Net als weerstand wordt impedantie gemeten in de eenheid van Ohm (Ω), maar wordt in vergelijkingen gesymboliseerd door de hoofdletter "Z" in plaats van de hoofdletter "R".

We gebruiken de term 'impedantie' om de weerstand van de hoofdtelefoon tegen stroom te beschrijven, omdat het voornamelijk AC-signalen zijn waaraan hoofdtelefoons normaal worden blootgesteld, niet gelijkstroom.

De meeste kleine signaalbronnen hebben hoge interne impedanties, sommige veel hoger dan de nominale 8 Ω van de hoofdtelefoonluidsprekers.

Dit is een technische manier om te zeggen dat ze niet in staat zijn om substantiële hoeveelheden stroom te leveren.

Zoals de Maximum Power Transfer Theorema voorspelt, wordt het maximale geluidsvermogen geleverd door de hoofdtelefoonluidsprekers wanneer hun impedantie is "afgestemd" op de impedantie van de spanningsbron.

De transformator doet dit. De transformator helpt ook bij het detecteren van kleine DC-signalen door inductieve "terugslag" te produceren telkens wanneer het testsnoercircuit wordt verbroken, waardoor het signaal wordt "versterkt" door elektrische energie magnetisch op te slaan en deze plotseling vrij te geven aan de hoofdtelefoonluidsprekers.

Ik raad aan om deze detector permanent te bouwen (alle componenten in een doos monteren en mooie testkabels leveren), zodat hij in de toekomst gemakkelijk kan worden gebruikt. Als het zo is geconstrueerd, kan het er ongeveer zo uitzien:

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Ontwerpproject:werkblad gevoelige audiodetector