Detector de tensão sensível

PEÇAS E MATERIAIS

• Fones de ouvido de áudio de “copo fechado” de alta qualidade
• Conector de fone de ouvido:receptáculo fêmea para plugue de fone de ouvido (catálogo Radio Shack # 274-312)
• Pequeno transformador abaixador (catálogo Radio Shack nº 273-1365 ou equivalente, usando a derivação do enrolamento secundário de 6 volts)
• Dois diodos retificadores 1N4001 (catálogo Radio Shack # 276-1101)
• 1 kΩ resistor
• potenciômetro de 100 kΩ (catálogo Radio Shack # 271-092)
• Dois postes de ligação tipo jaque “banana”, ou outro hardware de terminal, para conexão ao circuito do potenciômetro (catálogo Radio Shack nº 274-662 ou equivalente)
• Caixa de montagem de plástico ou metal

Em relação aos fones de ouvido, quanto mais alta a classificação de "sensibilidade" em decibéis (dB), melhor, mas ouvir para acreditar:se você está realmente decidido a construir um detector com sensibilidade máxima para pequenos sinais elétricos, você deve tentar alguns modelos de fones de ouvido diferentes em uma loja de áudio de alta qualidade e “escute” quais produzem um som audível para o mais baixo configuração de volume em um rádio ou CD player. Cuidado, pois você pode gastar centenas de dólares em um par de fones de ouvido para obter a melhor sensibilidade absoluta!

No entanto, anime-se:eu usei um velho par de fones de ouvido da marca Radio Shack “Realistic” com resultados perfeitamente adequados, para que você não precise comprar o melhor.

Um transformador é um dispositivo normalmente usado com circuitos de corrente alternada (“CA”), usado para converter energia CA de alta tensão em energia CA de baixa tensão e para muitos outros fins.

Não é importante que você entenda sua função pretendida neste experimento, a não ser que faça com que os fones de ouvido se tornem mais sensíveis a sinais elétricos de baixa corrente.

Normalmente, o transformador usado neste tipo de aplicação (combinação de impedância de alto-falante de áudio) é chamado de “transformador de áudio”, com seus enrolamentos primário e secundário representados por valores de impedância (1000 Ω:8 Ω) em vez de voltagens.

Um transformador de áudio funcionará, mas descobri que pequenos transformadores redutores de potência com relação de 120/6 volts são perfeitamente adequados para a tarefa, mais baratos (especialmente quando tirados de um velho rádio-despertador de brechó) e muito mais áspero.

A classificação de tolerância (precisão) para o resistor de 1 kΩ é irrelevante. O potenciômetro de 100 kΩ é uma opção recomendada para incorporação neste projeto, pois dá ao usuário o controle sobre o volume de qualquer sinal dado.

Mesmo sendo um afunilamento de áudio potenciômetro seria adequado para esta aplicação, não é necessário. Um afilamento linear potenciômetro funciona muito bem.



REFERÊNCIAS CRUZADAS

Aulas de circuitos elétricos , Volume 1, capítulo 8:"Circuitos de Medição DC"

Aulas de circuitos elétricos , Volume 1, capítulo 10:"Análise de Rede DC" (em relação ao Teorema de Transferência de Potência Máxima)

Aulas de circuitos elétricos , Volume 2, capítulo 9:“Transformadores”

Aulas de circuitos elétricos , Volume 2, capítulo 12:"Circuitos de medição de CA"



OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

• Para mostrar a prática de soldagem
• Para mostrar como a detecção de sinais elétricos extremamente pequenos
• Para mostrar como usar um potenciômetro como um divisor de tensão / atenuador de sinal
• Para mostrar como usar diodos para “cortar” a tensão em algum nível máximo

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO







ILUSTRAÇÕES







INSTRUÇÕES

Os fones de ouvido, provavelmente unidades estéreo (alto-falantes esquerdo e direito separados), terão um plugue de três contatos.

Você estará se conectando a apenas dois desses três pontos de contato. Se você tiver apenas um fone de ouvido “mono” configurado com um plugue de dois contatos, basta conectar a esses dois pontos de contato.

Você pode conectar os dois alto-falantes estéreo em série ou em paralelo. Descobri que a conexão em série funciona melhor, ou seja, produz o máximo de som a partir de um sinal pequeno:







Solde bem todas as conexões de fios. Este sistema de detector é extremamente sensível e qualquer conexão de fio solta no circuito adicionará ruído indesejado aos sons produzidos pelo sinal de tensão medido.

Os dois diodos (símbolos de componente em forma de seta) conectados em paralelo com o enrolamento primário do transformador, juntamente com o resistor de 1 kΩ conectado em série, trabalham juntos para evitar que mais do que cerca de 0,7 volts caiam através da bobina primária do transformador.

Isso faz uma coisa e apenas uma coisa:limita a quantidade de som que os fones de ouvido podem produzir. O sistema funcionará sem os diodos e o resistor no lugar, mas não haverá limite para o volume do som no circuito, e o som resultante causado pela conexão acidental dos cabos de teste em uma fonte de tensão substancial (como uma bateria) pode ser ensurdecedor!

Postes de ligação fornecem pontos de conexão para um par de pontas de prova com plugues tipo banana, uma vez que os componentes do detector são montados dentro de uma caixa.

Você pode usar pontas de prova comuns de multímetro ou fazer suas próprias pontas de prova com pinças de crocodilo nas extremidades para uma conexão segura a um circuito.

Os detectores devem ser usados ​​para equilibrar circuitos de medição de ponte, circuitos de voltímetro potenciométrico (equilíbrio nulo) e detectar sinais CA de amplitude extremamente baixa (“corrente alternada”) na faixa de frequência de áudio. É uma peça valiosa de equipamento de teste, especialmente para o experimentador de baixo orçamento sem um osciloscópio.

Também é valioso porque permite que você use uma sensação corporal diferente para interpretar o comportamento de um circuito.

Para conexão em qualquer fonte não trivial de tensão (1 volt e maior), a sensibilidade extremamente alta do detector deve ser atenuada.

Isso pode ser feito conectando um divisor de tensão à "frente" do circuito:



DIAGRAMA ESQUEMÁTICO







ILUSTRAÇÃO







Ajuste o potenciômetro divisor de voltagem de 100 kΩ para cerca da faixa média ao detectar inicialmente um sinal de voltagem de magnitude desconhecida.

Se o som estiver muito alto, diminua o potenciômetro e tente novamente. Se muito macio, aumente e tente novamente.

O detector produz um som de “clique” sempre que os fios de teste fazem ou interrompem o contato com a fonte de tensão em teste. Com meus fones de ouvido baratos, fui capaz de detectar correntes de menos de 1/10 de um microamp (<0,1 µA).

Uma boa demonstração da sensibilidade do detector é tocar os dois terminais de teste até a ponta da língua, com o ajuste de sensibilidade definido para o máximo.

A tensão produzida pelo contato metal-eletrólito (chamada de tensão galvânica ) é muito pequeno, mas o suficiente para produzir sons suaves de "clique" toda vez que os cabos fazem e interrompem o contato com a pele úmida de sua língua.

Experimente desconectar o plugue do fone de ouvido da tomada (receptáculo) e tocá-lo da mesma forma com a ponta da língua.

Você ainda deve ouvir sons de cliques suaves, mas eles serão muito menores em amplitude.

Os alto-falantes dos fones de ouvido são dispositivos de “baixa impedância”:eles requerem baixa voltagem e corrente “alta” para fornecer potência sonora substancial.

A impedância é uma medida de oposição a toda e qualquer forma de corrente elétrica, incluindo corrente alternada (CA). A resistência, em comparação, é uma medida estrita de oposição ao direto corrente (DC).

Assim como a resistência, a impedância é medida na unidade de Ohm (Ω), mas é simbolizada nas equações pela letra maiúscula “Z” ao invés da letra maiúscula “R”.

Usamos o termo "impedância" para descrever a oposição do fone de ouvido à corrente porque são principalmente os sinais CA aos quais os fones de ouvido estão normalmente sujeitos, não CC.

A maioria das fontes de sinal pequenas tem impedâncias internas altas, algumas muito maiores do que os 8 Ω nominais dos alto-falantes do fone de ouvido.

É uma maneira técnica de dizer que eles são incapazes de fornecer grandes quantidades de corrente.

Como prevê o Teorema de Transferência de Potência Máxima, a potência de som máxima será fornecida pelos alto-falantes do fone de ouvido quando sua impedância for “combinada” com a impedância da fonte de tensão.

O transformador faz isso. O transformador também ajuda a auxiliar na detecção de pequenos sinais CC, produzindo "retrocesso" indutivo toda vez que o circuito do cabo de teste é interrompido, "amplificando" o sinal armazenando magneticamente energia elétrica e liberando-a repentinamente para os alto-falantes do fone de ouvido.

Eu recomendo construir este detector de forma permanente (montando todos os componentes dentro de uma caixa e fornecendo bons fios condutores de teste) para que ele possa ser facilmente usado no futuro. Construído como tal, pode ser parecido com isto:







PLANILHAS RELACIONADAS:

• Projeto de design:planilha do detector de áudio sensível