Sensibler Spannungsdetektor

TEILE UND MATERIALIEN

• Hochwertiger „Closed-Cup“-Audiokopfhörer
• Kopfhörerbuchse:Buchse für Kopfhörerstecker (Radio Shack Katalog # 274-312)
• Kleiner Abwärtstransformator (Radio Shack-Katalog Nr. 273-1365 oder gleichwertig, mit 6-Volt-Sekundärwicklungsabgriff)
• Zwei 1N4001-Gleichrichterdioden (Radio Shack Katalog Nr. 276-1101)
• 1 kΩ Widerstand
• 100 kΩ Potentiometer (Radio Shack Katalog # 271-092)
• Zwei "Bananen"-Klinkenklemmen oder andere Terminal-Hardware für den Anschluss an die Potentiometerschaltung (Radio Shack-Katalog Nr. 274-662 oder gleichwertig)
• Montagedose aus Kunststoff oder Metall

Bei den Kopfhörern gilt:Je höher die „Empfindlichkeit“ in Dezibel (dB) ist, desto besser, aber das Zuhören ist glaubwürdig:Wenn Sie ernsthaft einen Detektor mit maximaler Empfindlichkeit für kleine elektrische Signale bauen möchten, sollten Sie ein paar verschiedene Kopfhörermodelle ausprobieren in einem hochwertigen Audiogeschäft und „hören“ Sie, welche einen hörbaren Ton für die niedrigsten produzieren Lautstärkeeinstellung an einem Radio oder CD-Player. Seien Sie vorsichtig, denn Sie könnten Hunderte von Dollar für einen Kopfhörer ausgeben, um die absolut beste Empfindlichkeit zu erzielen!

Aber nehmen Sie sich Mut:Ich habe einen alten verwendet Paar Kopfhörer der Marke "Realistic" von Radio Shack mit absolut angemessenen Ergebnissen, sodass Sie nicht die besten kaufen müssen.

Ein Transformator ist ein Gerät, das normalerweise mit Wechselstromkreisen („AC“) verwendet wird, um Hochspannungs-Wechselstrom in Niederspannungs-Wechselstrom umzuwandeln und für viele andere Zwecke.

Es ist nicht wichtig, dass Sie die beabsichtigte Funktion in diesem Experiment verstehen, außer dass die Kopfhörer dadurch empfindlicher auf elektrische Niedrigstromsignale reagieren.

Normalerweise wird der Transformator, der bei dieser Art von Anwendung (Audiolautsprecher-Impedanzanpassung) verwendet wird, als "Audiotransformator" bezeichnet, wobei seine Primär- und Sekundärwicklungen durch Impedanzwerte (1000 Ω :8 Ω) anstelle von Spannungen dargestellt werden.

Ein Audiotransformator wird funktionieren, aber ich habe festgestellt, dass kleine Abwärtstransformatoren mit einem Verhältnis von 120/6 Volt für die Aufgabe völlig ausreichend sind, billiger (insbesondere wenn sie aus einem alten Gebrauchtwarenladen-Weckerradio stammen) und vieles mehr robust.

Die Toleranz (Präzision) für den 1-kΩ-Widerstand ist irrelevant. Das 100-kΩ-Potentiometer ist eine empfohlene Option für die Integration in dieses Projekt, da es dem Benutzer die Kontrolle über die Lautstärke für jedes gegebene Signal gibt.

Auch wenn ein Audio-Taper Potentiometer wäre für diese Anwendung geeignet, es ist nicht notwendig. Eine lineare Verjüngung Potentiometer funktioniert recht gut.

QUERVERWEISE

Lektionen in Stromkreisen , Band 1, Kapitel 8:„DC-Messkreise“

Lektionen in Stromkreisen , Band 1, Kapitel 10:„DC Network Analysis“ (in Bezug auf das Maximum Power Transfer Theorem)

Lektionen in Stromkreisen , Band 2, Kapitel 9:„Transformatoren“

Lektionen in Stromkreisen , Band 2, Kapitel 12:„AC-Messkreise“

LERNZIELE

• Um die Lötpraxis zu zeigen
• Um zu zeigen, wie die Erkennung extrem kleiner elektrischer Signale
• Um zu zeigen, wie ein Potentiometer als Spannungsteiler/Signalabschwächer verwendet wird
• Um zu zeigen, wie man Dioden verwendet, um die Spannung auf einen bestimmten Höchstwert zu „begrenzen“

SCHEMATISCHES DIAGRAMM

ILLUSTRATIONEN

ANLEITUNG

Die Kopfhörer, höchstwahrscheinlich Stereo-Einheiten (separater linker und rechter Lautsprecher) haben einen Drei-Kontakt-Stecker.

Sie werden sich nur mit zwei dieser drei Kontaktpunkte verbinden. Wenn Sie nur einen „Mono“-Kopfhörer mit zweipoligem Stecker haben, schließen Sie ihn einfach an diese beiden Kontaktpunkte an.

Sie können die beiden Stereolautsprecher entweder in Reihe oder parallel schalten. Ich habe festgestellt, dass die Reihenschaltung am besten funktioniert, d. h. den besten Klang aus einem kleinen Signal hervorruft:

Alle Kabelverbindungen gut verlöten. Dieses Detektorsystem ist extrem empfindlich und jede lose Drahtverbindung im Stromkreis fügt den Geräuschen, die durch das gemessene Spannungssignal erzeugt werden, unerwünschte Geräusche hinzu.

Die beiden parallel zur Primärwicklung des Transformators geschalteten Dioden (pfeilförmige Komponentensymbole) und der in Reihe geschaltete 1-kΩ-Widerstand verhindern zusammen, dass an der Primärspule des Transformators mehr als etwa 0,7 Volt abfallen.

Dies bewirkt nur eins:die Lautstärke der Kopfhörer zu begrenzen. Das System funktioniert ohne die Dioden und den Widerstand, aber es gibt keine Begrenzung der Lautstärke im Stromkreis, und das resultierende Geräusch, das durch das versehentliche Anschließen der Messleitungen an eine beträchtliche Spannungsquelle (wie eine Batterie) verursacht wird, kann ohrenbetäubend sein!

Anschlussklemmen bieten Anschlusspunkte für ein Paar Prüfspitzen mit Bananensteckern, sobald die Detektorkomponenten in einer Box montiert sind.

Sie können normale Multimeter-Sonden verwenden oder Ihre eigenen Sonden mit Krokodilklemmen an den Enden für eine sichere Verbindung mit einem Stromkreis herstellen.

Detektoren sind zum Abgleichen von Brückenmesskreisen, potentiometrischen (Nullabgleich)-Voltmeterkreisen und zum Erfassen von Wechselstromsignalen mit extrem niedriger Amplitude im Audiofrequenzbereich bestimmt. Es ist ein wertvolles Testgerät, insbesondere für den Low-Budget-Experimentierer ohne Oszilloskop.

Es ist auch insofern wertvoll, als es Ihnen ermöglicht, das Verhalten einer Schaltung mit einem anderen Körpersinn zu interpretieren.

Beim Anschluss an eine beliebige nicht triviale Spannungsquelle (1 Volt und mehr) sollte die extrem hohe Empfindlichkeit des Detektors gedämpft werden.

Dies kann durch Anschließen eines Spannungsteilers an die „Vorderseite“ der Schaltung erreicht werden:

SCHEMATISCHES DIAGRAMM

ILLUSTRATION

Stellen Sie das 100-kΩ-Spannungsteilerpotentiometer auf etwa den mittleren Bereich ein, wenn Sie anfänglich ein Spannungssignal unbekannter Größe erfassen.

Wenn der Ton zu laut ist, drehen Sie das Potentiometer zurück und versuchen Sie es erneut. Wenn es zu weich ist, dreh es auf und versuche es noch einmal.

Der Detektor erzeugt ein „Klick“-Geräusch, wenn die Prüfleitungen den Kontakt mit der zu prüfenden Spannungsquelle herstellen oder unterbrechen. Mit meinen billigen Kopfhörern konnte ich Ströme von weniger als 1/10 Mikroampere (<0,1 µA) erkennen.

Eine gute Demonstration der Empfindlichkeit des Detektors besteht darin, beide Testleitungen bis zum Ende Ihrer Zunge zu berühren, wobei die Empfindlichkeitseinstellung auf Maximum eingestellt ist.

Die Spannung, die durch den Metall-Elektrolyt-Kontakt erzeugt wird (genannt galvanische Spannung ) ist sehr klein, aber genug, um jedes Mal, wenn die Elektroden den Kontakt mit der nassen Haut Ihrer Zunge herstellen und unterbrechen, ein leises „Klicken“ zu erzeugen.

Versuchen Sie, den Kopfhörerstecker aus der Buchse (Buchse) zu ziehen und berühren Sie ihn auf ähnliche Weise bis zum Ende Ihrer Zunge.

Sie sollten immer noch leise Klickgeräusche hören, aber die Amplitude ist viel geringer.

Kopfhörerlautsprecher sind Geräte mit „niedriger Impedanz“:Sie benötigen eine niedrige Spannung und einen „hohen“ Strom, um eine beträchtliche Schallleistung zu liefern.

Die Impedanz ist ein Maß für den Widerstand gegen alle Formen von elektrischem Strom, einschließlich Wechselstrom (AC). Widerstand dagegen ist ein striktes Maß für den Widerstand gegen direkte Strom (DC).

Wie der Widerstand wird die Impedanz in der Einheit Ohm (Ω) gemessen, wird aber in Gleichungen durch den Großbuchstaben „Z“ anstelle des Großbuchstabens „R“ symbolisiert.

Wir verwenden den Begriff „Impedanz“, um die Widerstandsfähigkeit des Kopfhörers gegenüber Strom zu beschreiben, da Kopfhörer normalerweise hauptsächlich Wechselstromsignalen und nicht Gleichstrom ausgesetzt sind.

Die meisten kleinen Signalquellen haben hohe interne Impedanzen, einige viel höher als die nominellen 8 Ω der Kopfhörerlautsprecher.

Dies ist eine technische Art zu sagen, dass sie nicht in der Lage sind, erhebliche Strommengen zu liefern.

Wie das Maximum Power Transfer Theorem vorhersagt, wird die maximale Schallleistung von den Kopfhörerlautsprechern geliefert, wenn ihre Impedanz an die Impedanz der Spannungsquelle „angepasst“ ist.

Das macht der Transformator. Der Transformator hilft auch bei der Erkennung kleiner DC-Signale, indem er jedes Mal, wenn der Messleitungsstromkreis unterbrochen wird, einen induktiven „Kickback“ erzeugt, wodurch das Signal „verstärkt“ wird, indem elektrische Energie magnetisch gespeichert und plötzlich an die Kopfhörerlautsprecher abgegeben wird.

Ich empfehle, diesen Detektor dauerhaft zu bauen (alle Komponenten in einer Box zu montieren und schöne Messkabel bereitzustellen), damit er in Zukunft problemlos verwendet werden kann. So konstruiert, könnte es etwa so aussehen:

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Designprojekt:Sensibler Audiodetektor Arbeitsblatt