Empfindlicher Spannungsdetektor: Hochsensitiven Audio-Signal-Detektor bauen

TEILE UND MATERIALIEN

• Hochwertige Closed-Cup-Audio-Kopfhörer
• Weibliche Kopfhörerbuchse (Radio Shack #274-312)
• Kleiner Schritt-Down-Netztransformator (Radio Shack #273-1365 oder äquivalent; 6 V Sekundärausgang nutzen)
• Zwei 1N4001 Gleichrichterdioden (Radio Shack #276-1101)
• 1 kΩ Widerstand
• 100 kΩ Potentiometer (Radio Shack #271-092)
• Zwei Bananen-Buchsen-Bindungsposten (Radio Shack #274-662 oder äquivalent)
• Kunststoff- oder Metall-Montagebox

Kopfhörerempfindlichkeit ist kritisch. Je höher der dB-Wert, desto besser der Detektor. Testen Sie mehrere Modelle in einem seriösen Audio-Laden; das Modell, das auf niedrigster Lautstärke an Radio oder CD-Player hörbar reagiert, ist ideal. Sie benötigen nicht das teuerste Paar – ein älteres Radio-Shack-„Realistic“-Set hat sich in der Praxis bewährt.

Ein Transformator wandelt die Niederspannungseingabe in eine Form um, die die Kopfhörer antreibt. Ein kleiner Schritt-Down-Netztransformator (120 V → 6 V) ist günstig, robust und liefert die für Niedrigstromsignale nötige Impedanzanpassung.

Die Toleranz des 1 kΩ-Widerstands ist unwichtig; er begrenzt lediglich die Spannung über dem Transformatorprimärkreis. Das 100 kΩ-Potentiometer erlaubt dem Nutzer, Lautstärke einzustellen und stärkere Signale zu dämpfen.

Obwohl ein Audio-Taper-Potentiometer ideal wäre, funktioniert ein linearer Taper für diese Anwendung igualmente gut.

QUERVERWEISE

• Lessons In Electric Circuits, Vol 1, ch 8: „DC Metering Circuits“
• Lessons In Electric Circuits, Vol 1, ch 10: „DC Network Analysis“ (Maximum Power Transfer Theorem)
• Lessons In Electric Circuits, Vol 2, ch 9: „Transformers“
• Lessons In Electric Circuits, Vol 2, ch 12: „AC Metering Circuits“

LERNZIELE

• Löttechniken üben
• Extrem kleine elektrische Signale detektieren
• Potentiometer als Spannungsteiler / Signalabschwächer nutzen
• Dioden einsetzen, um Spannung auf maximales Level zu begrenzen

SCHALTPLAN

ILLUSTRATIONEN

ANWEISUNGEN

Die meisten Kopfhörer sind Stereo mit einem Dreikontakt-Stecker; Sie verbinden nur zwei Kontakte. Falls Sie ein Mono-Set haben, nutzen Sie dessen zwei Kontakte.

Verbinden Sie linken und rechten Treiber in Reihe – dies maximiert die hörbare Reaktion auf ein kleines Signal.

Löten Sie alle Verbindungen sauber. Lose Kontakte fügen Rauschen hinzu und können die schwachen Signale maskieren, die der Detektor hören soll.

Die zwei 1N4001-Dioden und der 1 kΩ-Widerstand sind über dem Primärkreis des Transformators verdrahtet. Sie begrenzen den Spannungsabfall auf ca. 0,7 V, verhindern übermäßigen Schall, der Kopfhörer beschädigen oder bei Anschluss an Hochspannungsquellen gefährliche Lärmpegel erzeugen könnte.

Bananen-Buchsen-Bindungsposten montieren die Testleitungen. Nutzen Sie Standard-Multimeter-Spitzen oder Krokodilklemmen für sichere Verbindung.

Der Detektor eignet sich für Brückenabgleich, Nullabgleich-Voltmeter und Detektion niedrigamplitudiger AC-Signale im Audioband – eine kostengünstige Alternative zum Oszilloskop.

Beim Testen von Quellen über 1 V dämpfen Sie das Signal, indem Sie einen Spannungsteiler an den Schaltungseingang platzieren.

Stellen Sie das 100 kΩ-Potentiometer auf Mittelstellung als Startpunkt ein. Erhöhen Sie den Regler, wenn der Ton zu leise ist, oder verringern Sie ihn, wenn er zu laut ist.

Der Detektor klickt, wann immer die Testleitungen an eine Spannungsquelle an- oder abkoppeln. Mit günstigen Kopfhörern kann er Ströme unter 0,1 µA detektieren. Ein einfacher Test: Berühren Sie die Leitungen mit der Zungenspitze; die galvanische Spannung der feuchten Haut erzeugt ein leises Klicken.

Da Kopfhörer Niederimpedanz-Geräte sind (≈8 Ω), benötigen sie niedrige Spannung, aber hohen Strom für Schall. Der Transformator matcht die Hochimpedanz-Quelle an den Kopfhörer, maximiert die Leistungsübertragung gemäß dem Maximum Power Transfer Theorem und erzeugt einen magnetischen „Kickback“, der selbst winzige DC-Signale verstärkt.

Für langfristige Nutzung montieren Sie alle Komponenten in einer Kunststoff- oder Metallbox und verlegen dedizierte Testleitungen. Dieser permanente Bau macht den Detektor bereit für zukünftige Experimente.

ZUGEHÖRIGE ARBEITSBLÄTTER

• Design Project: Sensitive Audio Detector Worksheet