Электроника:Эксперименты/Электрические цепи постоянного тока/Чувствительный детектор напряжения

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 648.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Чувствительный детектор напряжения[1]

Оборудование и материалы

  • Качественные наушники закрытого типа
  • Гнездо для наушников: розетка для штекера наушников (каталог Radio Shack №274-312)
  • Небольшой понижающий силовой трансформатор (каталог Radio Shack №273-1365 или аналог, с использованием отвода вторичной обмотки на 6 В)
  • Два выпрямительных диода 1N4001 (каталог Radio Shack №276-1101)
  • Резистор 1 кОм
  • Потенциометр 100 кОм (каталог Radio Shack №271-092)
  • Две соединительные клеммы типа «банан» или другое клеммное оборудование для подключения к цепи потенциометра (каталог Radio Shack №274-662 или аналог)
  • Пластиковая или металлическая монтажная коробка

Что касается наушников, чем выше показатель «чувствительности» в децибелах (дБ), тем лучше, но слушать — значит верить: если вы серьёзно относитесь к созданию детектора с максимальной чувствительностью к слабым электрическим сигналам, вам следует попробовать несколько разных моделей наушников. в магазине высококачественной аудиотехники и «прослушать», какие из них производят слышимый звук при самой низкой настройке громкости на радио или проигрывателе компакт-дисков. Будьте осторожны, так как вы можете потратить сотни долларов на пару наушников, чтобы получить максимальную чувствительность!

Однако не унывайте: я использовал пару старых наушников марки «Realistic» от Radio Shack с вполне приличными результатами, так что вам не нужно покупать самые лучшие.

Трансформатор – это устройство, обычно используемое в цепях переменного тока («AC»), используемое для преобразования мощности переменного тока высокого напряжения в мощность переменного тока низкого напряжения, а также для многих других целей.

Неважно, понимаете ли вы его предполагаемую функцию в этом эксперименте, кроме того, что это делает наушники более чувствительными к слаботочным электрическим сигналам.

Обычно трансформатор, используемый в этом типе приложений (согласование импеданса акустических колонок), называется «аудиотрансформатором», а его первичная и вторичная обмотки представлены значениями импеданса (1000 Ом : 8 Ом), а не напряжениями.

Подойдёт звуковой трансформатор, но я обнаружил, что небольшие понижающие силовые трансформаторы с соотношением 120/6 вольт вполне подходят для этой задачи, они дешевле (особенно если взять их из старого радиоприемника-будильника из секонд-хенда) и имеют гораздо больше возможностей. К тому же они прочней.

Допуск (точность) для резистора 1 кОм значения не имеет. Потенциометр на 100 кОм рекомендуется для включения в этот проект, так как он даёт пользователю возможность контролировать громкость любого заданного сигнала.

Несмотря на то, что для этого приложения подходит аудио- потенциометр, в нём нет необходимости. Потенциометр с линейным конусом работает достаточно хорошо.

Ссылки по теме

Цели эксперимента

Продемонстрировать…

  • … практику пайки
  • … как обнаруживать очень слабые электрические сигналы
  • … как использовать потенциометр в качестве делителя напряжения/аттенюатора сигнала.
  • … как использовать диоды для «ограничивания» напряжения на каком-то максимальном уровне.

Принципиальная схема

Рис. 1. Схематическая диаграмма: чувствительный детектор напряжения.
Рис. 1. Схематическая диаграмма: чувствительный детектор напряжения.

Иллюстрации

Рис. 2. Иллюстрация: чувствительный детектор напряжения.
Рис. 2. Иллюстрация: чувствительный детектор напряжения.

Ход эксперимента

Наушники, скорее всего, стереофонические (отдельные левый и правый динамики) будут иметь трёхконтактный штекер.

Вы будете подключаться только к двум из этих трёх контактных точек. Если у вас есть только «моно» наушники с двухконтактным штекером, просто подключитесь к этим двум контактным точкам.

Вы можете подключить два стереодинамика последовательно или параллельно. Я обнаружил, что последовательное соединение работает лучше всего, то есть для получения максимального звука из слабого сигнала:

Рис. 3. Последовательное соединение с динамиком даёт лучший сигнал по сравнению с параллельным.
Рис. 3. Последовательное соединение с динамиком даёт лучший сигнал по сравнению с параллельным.

Хорошо пропаяйте все соединения проводов. Эта детекторная система чрезвычайно чувствительна, и любые незакреплённые проводные соединения в цепи добавят нежелательный шум к звукам, издаваемым измеряемым сигналом напряжения.

Два диода (символы компонентов в виде стрелок), подключённые параллельно первичной обмотке трансформатора, вместе с последовательно соединённым резистором 1 кОм, работают вместе, чтобы предотвратить падение напряжения более 0,7 В на первичной обмотке трансформатора.

Это сделано с одной и только одной целью: ограничить количество звука, которое могут воспроизводить наушники. Система будет работать без установленных диодов и резистора, но громкость звука в цепи не будет ограничена, и результирующий звук, вызванный случайным подключением измерительных проводов к источнику высокого напряжения (например, к батарее), может оказаться оглушающим!

Соединительные штифты обеспечивают точки подключения для пары тестовых щупов со штекерами типа «банан» после установки компонентов детектора внутри коробки.

Вы можете использовать обычные мультиметровые щупы или сделать свои собственные щупы с зажимами типа «крокодил» на концах для надёжного подключения к цепи.

Детекторы предназначены для использования в балансировочных мостовых измерительных схемах, потенциометрических (нульбалансных) вольтметрических схемах, а также для обнаружения крайне малоамплитудных сигналов переменного тока («AC») в звуковом диапазоне частот. Это ценное тестовое оборудование, особенно для малобюджетных экспериментаторов, не имеющих осциллографа.

Это также ценно тем, что позволяет вам использовать различные телесные ощущения при интерпретации поведения схемы.

При подключении к любому нетривиальному источнику напряжения (1 вольт и выше) крайне высокая чувствительность детектора должна быть ослаблена.

Этого можно добиться, подключив делитель напряжения к «передней» цепи:

Рис. 4. Схематическая диаграмма: делитель напряжения в чувствительном детекторе.
Рис. 4. Схематическая диаграмма: делитель напряжения в чувствительном детекторе.
Рис. 5. Иллюстрация: делитель напряжения в чувствительном детекторе.
Рис. 5. Иллюстрация: делитель напряжения в чувствительном детекторе.

Отрегулируйте потенциометр делителя напряжения 100 кОм примерно в среднем диапазоне при первоначальном восприятии сигнала напряжения неизвестной величины.

Если звук слишком громкий, отрегулируйте потенциометр вниз и повторите попытку. Если слишком мягко, включите его и попробуйте ещё раз.

Детектор издает звук «щелчка» всякий раз, когда измерительные провода замыкают или разрывают контакт с тестируемым источником напряжения. С моими дешёвыми наушниками я смог обнаружить токи менее 1/10 микроампер (< 0,1 мкА).

Хорошей демонстрацией чувствительности детектора является прикосновение кончиками языка к обоим тестовым электродам с максимальной регулировкой чувствительности.

Напряжение, возникающее при контакте металла с электролитом (называемое гальваническим напряжением), очень мало, но достаточно для того, чтобы издавать мягкие «щёлкающие» звуки каждый раз, когда электроды контактируют с влажной кожицей языка.

Попробуйте отсоединить штекер наушников от гнезда (розетки) и аналогичным образом коснуться его кончиком языка.

Вы всё ещё должны слышать тихие щелчки, но они будут намного меньше по амплитуде.

Динамики для наушников — это устройства с «низким импедансом»: им требуется низкое напряжение и «высокий» ток для обеспечения существенной звуковой мощности.

Импеданс – это мера сопротивления любым и всем формам электрического тока, включая переменный ток (AC). Сопротивление, для сравнения, является строгой мерой сопротивления постоянному току (DC).

Как и сопротивление, импеданс измеряется в Омах (Ом), но в уравнениях он обозначается заглавной буквой «Z», а не заглавной буквой «R».

Мы используем термин «импеданс» для описания сопротивления наушников току, потому что наушники обычно подвергаются в первую очередь сигналам переменного тока, а не постоянного.

Большинство небольших источников сигнала имеют высокий внутренний импеданс, некоторые из которых намного превышают номинальные 8 Ом динамиков наушников.

Это технический способ показать, что они не способны обеспечить значительное количество тока.

Как предсказывает Теорема о максимальной передаче мощности, максимальная звуковая мощность будет воспроизводиться динамиками наушников, когда их импеданс «согласован» с импедансом источника напряжения.

Это на себя берёт трансформатор. Трансформатор также помогает в обнаружении слабых сигналов постоянного тока, производя индуктивный «отскок» каждый раз, когда цепь щупа разрывается, тем самым «усиливая» сигнал за счёт магнитного накопления электрической энергии и внезапной передачи её на динамики наушников.

Я рекомендую собрать этот детектор в надёжном исполнении (устанавливая все компоненты внутри монтажной коробки и снабжая хорошими тестовыми проводами), чтобы его можно было легко использовать в будущем. Построенный таким образом, он может выглядеть примерно так:

Рис. 6. Внешний вид чувствительного детектора напряжения (в корпусе).
Рис. 6. Внешний вид чувствительного детектора напряжения (в корпусе).

См.также

Внешние ссылки