Detector de Audio de Alta Sensibilidad para Señales Eléctricas Ultra-Bajas

Componentes y Materiales

• Auriculares cerrados con alta sensibilidad (dB)
• Conector hembra para auriculares (ej. Radio Shack #274-312 o equivalente)
• Transformador reductor pequeño (120 V → 6 V); usa el devanado secundario de 6 V
• Dos diodos rectificadores 1N4001
• Resistencia de 1 kΩ
• Potenciómetro de 100 kΩ (taper de audio opcional; lineal funciona bien)
• Dos bornes banana (o similares) para el circuito del potenciómetro
• Caja de plástico o metal para montar los componentes

La elección de los auriculares es crítica: cuanto mayor sea la sensibilidad en decibeles, mejor detectará el detector señales débiles. Prueba varios modelos en una tienda de audio de calidad y escucha el ajuste de volumen más bajo que aún produzca un sonido claro.

Aunque los auriculares premium pueden mejorar el rendimiento, un par modesto —como un modelo antiguo "Realistic" de Radio Shack— ha demostrado ser adecuado para la mayoría de los experimentos.

Literatura Relacionada

Lessons In Electric Circuits, Volumen 1, capítulo 8: "Circuitos de Medición CC"

Lessons In Electric Circuits, Volumen 2, capítulo 9: "Transformadores"

Lessons In Electric Circuits, Volumen 2, capítulo 12: "Circuitos de Medición CA"

Objetivos de Aprendizaje

• Dominar técnicas básicas de soldadura
• Comprender el uso del transformador para acoplamiento de impedancia
• Detectar señales eléctricas extremadamente pequeñas
• Emplear diodos para recortar voltaje a un nivel máximo

Diagrama Esquemático

Ilustración

Instrucciones

Sigue los pasos de construcción del "Detector de Voltaje Sensible" descrito en el capítulo de experimentos CC. Si ya construiste ese detector, puedes omitir la configuración inicial.

La mayoría de los auriculares son unidades estéreo con un conector de tres contactos. Conecta a dos de esos contactos; si tienes un par mono con conector de dos contactos, úsalos.

Puedes cablear los dos drivers del auricular en serie o en paralelo. El cableado en serie ha demostrado producir la respuesta más fuerte para señales pequeñas:

Suela todas las conexiones sólidamente; contactos sueltos añaden ruido no deseado. Los dos diodos a través del devanado primario del transformador, junto con la resistencia de 1 kΩ en serie, recortan el voltaje de entrada a aproximadamente 0,7 V. Esto limita la salida de los auriculares y protege contra exposición accidental a alto voltaje.

Los bornes banana proporcionan puntos seguros para sondas de prueba estilo banana una vez que el detector está montado en la caja. Usa puntas de multímetro estándar o cables con pinzas de cocodrilo para una conexión confiable.

El detector es ideal para equilibrar circuitos puente, configuraciones de voltímetro de balance nulo, y para escuchar señales CA de amplitud extremadamente baja en el rango de audio.

Ofrece una valiosa alternativa al osciloscopio, permitiendo una percepción sensorial diferente del comportamiento del circuito.

Al medir voltajes superiores a 1 V, atenúa la sensibilidad del detector con un divisor de voltaje. Inserta el divisor al frente del circuito:

Ajusta el potenciómetro de 100 kΩ a aproximadamente medio rango para una señal desconocida. Ajusta hacia arriba o abajo hasta que la salida de audio no sea ni demasiado fuerte ni demasiado tenue.

El detector puede detectar señales CC y RF. Un tenue "clic" es audible cada vez que las puntas de prueba contactan o desconectan de la fuente. Con auriculares económicos, se han detectado corrientes CC por debajo de 0,1 µA y señales RF hasta 2 MHz.

Una demostración llamativa es tocar las puntas de prueba en la punta de tu lengua con máxima sensibilidad. El voltaje galvánico del contacto metal-electrolito produce un suave sonido de clic cada vez que las puntas contactan la piel húmeda.

Quitar el conector del auricular y tocar la punta de la lengua aún produce clics, pero a menor amplitud. Los altavoces de auriculares son dispositivos de baja impedancia; necesitan bajo voltaje y alta corriente para potencia de sonido significativa.

La impedancia (Z) mide la oposición a la CA, mientras que la resistencia (R) mide la oposición a la CC. Ambas se expresan en ohmios (Ω). La mayoría de las fuentes de señal pequeña tienen impedancias internas mucho mayores que los 8 Ω típicos de los auriculares, limitando la entrega de corriente.

Al igualar la impedancia del auricular a la impedancia de la fuente con un transformador, el Teorema de Transferencia de Potencia Máxima asegura una salida de sonido óptima. El transformador también genera retroceso inductivo cuando el circuito se abre, amplificando efectivamente pequeñas señales CC para los auriculares.

Para uso a largo plazo, construye el detector en una caja permanente con cables de prueba fijos.

Hojas de Trabajo Relacionadas

• Hoja de Trabajo de Proyecto de Diseño: Detector de Audio Sensible
• Hoja de Trabajo de Acoplamiento de Impedancia con Transformadores