Detector de voltaje sensible

PIEZAS Y MATERIALES

• Auriculares de audio de "copa cerrada" de alta calidad
• Conector de auriculares:receptáculo hembra para conector de auriculares (catálogo de Radio Shack n. ° 274-312)
• Transformador de potencia reductor pequeño (catálogo de Radio Shack n. ° 273-1365 o equivalente, utilizando la toma de devanado secundario de 6 voltios)
• Dos diodos rectificadores 1N4001 (catálogo de Radio Shack n. ° 276-1101)
• Resistencia de 1 kΩ
• Potenciómetro de 100 kΩ (catálogo de Radio Shack n. ° 271-092)
• Dos postes de conexión tipo "banana", u otro hardware terminal, para la conexión al circuito del potenciómetro (catálogo de Radio Shack # 274-662 o equivalente)
• Caja de montaje de plástico o metal

En cuanto a los auriculares, cuanto más alta sea la clasificación de "sensibilidad" en decibelios (dB), mejor, pero escuchar es creer:si te tomas en serio la construcción de un detector con la máxima sensibilidad para pequeñas señales eléctricas, deberías probar algunos modelos de auriculares diferentes. en una tienda de audio de alta calidad y "escucha" cuáles producen un sonido audible para el más bajo ajuste de volumen en una radio o reproductor de CD. Tenga cuidado, ya que podría gastar cientos de dólares en un par de auriculares para obtener la mejor sensibilidad absoluta.

Sin embargo, anímate:he usado un viejo un par de auriculares de la marca Radio Shack "Realistic" con resultados perfectamente adecuados, por lo que no necesita comprar los mejores.

Un transformador es un dispositivo que normalmente se usa con circuitos de corriente alterna ("CA"), que se usa para convertir energía CA de alto voltaje en energía CA de bajo voltaje, y para muchos otros propósitos.

No es importante que comprenda su función prevista en este experimento, aparte de que hace que los auriculares se vuelvan más sensibles a las señales eléctricas de baja corriente.

Normalmente, el transformador utilizado en este tipo de aplicación (adaptación de impedancia de altavoz de audio) se denomina "transformador de audio", y sus devanados primario y secundario están representados por valores de impedancia (1000 Ω:8 Ω) en lugar de voltajes.

Un transformador de audio funcionará, pero he descubierto que los transformadores de potencia reductores pequeños de una relación de 120/6 voltios son perfectamente adecuados para la tarea, más baratos (especialmente cuando se toman de un radio reloj despertador de una tienda de segunda mano) y mucho más. resistente.

La clasificación de tolerancia (precisión) para la resistencia de 1 kΩ es irrelevante. El potenciómetro de 100 kΩ es una opción recomendada para su incorporación en este proyecto, ya que le da al usuario control sobre el volumen de cualquier señal dada.

Aunque una reducción de audio potenciómetro sería apropiado para esta aplicación, no es necesario. Una conicidad lineal El potenciómetro funciona bastante bien.

REFERENCIAS CRUZADAS

Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 1, capítulo 8:"Circuitos de medición de CC"

Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 1, capítulo 10:"Análisis de red de CC" (con respecto al Teorema de transferencia de potencia máxima)

Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 2, capítulo 9:"Transformadores"

Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 2, capítulo 12:"Circuitos de medición de CA"

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

• Para mostrar la práctica de soldadura
• Para mostrar cómo la detección de señales eléctricas extremadamente pequeñas
• Para mostrar cómo usar un potenciómetro como divisor de voltaje / atenuador de señal
• Para mostrar cómo usar diodos para "recortar" el voltaje a un nivel máximo

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

ILUSTRACIONES

INSTRUCCIONES

Los auriculares, que probablemente sean unidades estéreo (altavoces izquierdo y derecho separados) tendrán un enchufe de tres contactos.

Se conectará solo a dos de esos tres puntos de contacto. Si solo tiene un juego de auriculares "mono" con un enchufe de dos contactos, simplemente conéctelo a esos dos puntos de contacto.

Puede conectar los dos altavoces estéreo en serie o en paralelo. Descubrí que la conexión en serie funciona mejor, es decir, para producir la mayor cantidad de sonido a partir de una pequeña señal:

Suelde bien todas las conexiones de cables. Este sistema detector es extremadamente sensible y cualquier conexión de cables suelta en el circuito agregará ruido no deseado a los sonidos producidos por la señal de voltaje medida.

Los dos diodos (símbolos de componentes en forma de flecha) conectados en paralelo con el devanado primario del transformador, junto con la resistencia de 1 kΩ conectada en serie, trabajan juntos para evitar que caigan más de aproximadamente 0,7 voltios a través de la bobina primaria del transformador.

Esto hace una cosa y solo una cosa:limitar la cantidad de sonido que pueden producir los auriculares. El sistema funcionará sin los diodos y la resistencia en su lugar, pero no habrá límite para el volumen del sonido en el circuito, y el sonido resultante causado por conectar accidentalmente los cables de prueba a través de una fuente de voltaje sustancial (como una batería) puede ser ensordecedor.

Los postes de unión proporcionan puntos de conexión para un par de sondas de prueba con enchufes tipo banana, una vez que los componentes del detector están montados dentro de una caja.

Puede utilizar sondas multimétricas ordinarias o hacer sus propias sondas con pinzas de cocodrilo en los extremos para una conexión segura a un circuito.

Los detectores están diseñados para ser utilizados para equilibrar circuitos de medición de puente, circuitos de voltímetro potenciométricos (equilibrio nulo) y detectar señales de CA ("corriente alterna") de amplitud extremadamente baja en el rango de frecuencia de audio. Es una pieza valiosa de equipo de prueba, especialmente para el experimentador de bajo presupuesto sin un osciloscopio.

También es valioso porque le permite utilizar un sentido corporal diferente al interpretar el comportamiento de un circuito.

Para la conexión a través de cualquier fuente de voltaje no trivial (1 voltio y más), se debe atenuar la sensibilidad extremadamente alta del detector.

Esto se puede lograr conectando un divisor de voltaje al "frente" del circuito:

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

ILUSTRACIÓN

Ajuste el potenciómetro divisor de voltaje de 100 kΩ aproximadamente a un rango medio cuando detecte inicialmente una señal de voltaje de magnitud desconocida.

Si el sonido es demasiado fuerte, baje el potenciómetro y vuelva a intentarlo. Si es demasiado suave, suba el volumen y vuelva a intentarlo.

El detector produce un sonido de "clic" cada vez que los cables de prueba hacen o rompen el contacto con la fuente de voltaje bajo prueba. Con mis auriculares baratos, he podido detectar corrientes de menos de 1/10 de un microamperio (<0,1 µA).

Una buena demostración de la sensibilidad del detector es tocar ambos cables de prueba hasta el final de la lengua, con el ajuste de sensibilidad al máximo.

El voltaje producido por el contacto de metal a electrolito (llamado voltaje galvánico ) es muy pequeño, pero lo suficiente como para producir sonidos suaves de "clic" cada vez que los cables hacen y rompen el contacto con la piel húmeda de su lengua.

Intente desconectar el enchufe de los auriculares del enchufe (receptáculo) y tocarlo de manera similar hasta el final de su lengua.

Aún debería escuchar sonidos suaves de clic, pero serán mucho más pequeños en amplitud.

Los parlantes de los auriculares son dispositivos de "baja impedancia":requieren un voltaje bajo y una corriente "alta" para ofrecer una potencia de sonido sustancial.

La impedancia es una medida de oposición a todas y cada una de las formas de corriente eléctrica, incluida la corriente alterna (CA). La resistencia, en comparación, es una medida estricta de oposición a directo corriente (DC).

Al igual que la resistencia, la impedancia se mide en la unidad de Ohm (Ω), pero está simbolizada en ecuaciones por la letra mayúscula "Z" en lugar de la letra mayúscula "R".

Usamos el término "impedancia" para describir la oposición de los auriculares a la corriente porque son principalmente señales de CA a las que normalmente están sujetos los auriculares, no CC.

La mayoría de las fuentes de señales pequeñas tienen altas impedancias internas, algunas mucho más altas que los 8 Ω nominales de los altavoces de los auriculares.

Esta es una forma técnica de decir que son incapaces de suministrar cantidades sustanciales de corriente.

Como predice el Teorema de transferencia de potencia máxima, los altavoces de los auriculares entregarán la potencia de sonido máxima cuando su impedancia se "iguale" a la impedancia de la fuente de voltaje.

El transformador hace esto. El transformador también ayuda a la detección de pequeñas señales de CC al producir un "retroceso" inductivo cada vez que se rompe el circuito del cable de prueba, lo que "amplifica" la señal al almacenar magnéticamente energía eléctrica y soltarla repentinamente a los altavoces de los auriculares.

Recomiendo construir este detector de manera permanente (montando todos los componentes dentro de una caja y proporcionando buenos cables de prueba) para que pueda usarse fácilmente en el futuro. Construido como tal, podría verse así:

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Proyecto de diseño:hoja de trabajo del detector de audio sensible