Detector de Áudio de Alta Sensibilidade para Sinais Elétricos Ultra-Baixos

Peças e Materiais

• Fones de ouvido closed-cup com alta classificação de sensibilidade (dB)
• Jack fêmea para fone de ouvido (ex.: Radio Shack catálogo #274-312 ou equivalente)
• Transformador step-down pequeno (120 V → 6 V); use o enrolamento secundário de 6 V
• Dois diodos retificadores 1N4001
• Resistor de 1 kΩ
• Potenciômetro de 100 kΩ (audio-taper opcional; linear funciona bem)
• Dois binding posts banana-jack (ou similar) para o circuito do potenciômetro
• Gabinete plástico ou metálico para montar os componentes

A escolha dos fones é crítica: quanto maior a classificação de sensibilidade em decibéis, melhor o detector captará sinais fracos. Teste vários modelos em uma loja de áudio de qualidade e ouça o volume mais baixo que ainda produz som claro.

Embora fones premium possam melhorar desempenho, um par modesto — como um modelo antigo "Realistic" da Radio Shack — provou ser adequado para a maioria dos experimentos.

Literatura Relacionada

Lessons In Electric Circuits, Volume 1, capítulo 8: "Circuitos de Medição DC"

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

Lessons In Electric Circuits, Volume 2, capítulo 12: "Circuitos de Medição CA"

Objetivos de Aprendizado

• Dominar técnicas básicas de solda
• Entender uso de transformador para casamento de impedância
• Detectar sinais elétricos extremamente pequenos
• Empregar diodos para limitar tensão em nível máximo

Diagrama Esquemático

Ilustração

Instruções

Siga os passos de construção do "Detector de Tensão Sensível" descrito no capítulo de experimentos DC. Se você já construiu aquele detector, pode pular a configuração inicial.

A maioria dos fones são unidades estéreo com plug de três contatos. Conecte a dois desses contatos; se tiver um par mono com plug de dois contatos, use estes.

Você pode ligar os dois drivers do fone em série ou em paralelo. Ligação em série provou produzir a resposta mais alta para sinais pequenos:

Solde todas as conexões firmemente — contatos frouxos adicionam ruído indesejado. Os dois diodos no enrolamento primário do transformador, junto com o resistor de 1 kΩ em série, limitam a tensão de entrada a aproximadamente 0,7 V. Isso limita a saída do fone e protege contra exposição acidental a alta tensão.

Binding posts fornecem pontos seguros para pontas de prova estilo banana uma vez que o detector está montado no gabinete. Use pontas de multímetro padrão ou garras jacaré para conexão confiável.

O detector é ideal para balancear circuitos de ponte, configurações de voltímetro de balanceamento nulo, e para ouvir sinais CA de amplitude extremamente baixa na faixa de áudio.

Oferece uma alternativa valiosa ao osciloscópio, permitindo uma percepção sensorial diferente do comportamento do circuito.

Ao medir tensões acima de 1 V, atenue a sensibilidade do detector com um divisor de tensão. Insira o divisor na frente do circuito:

Ajuste o potenciômetro de 100 kΩ para cerca de meia faixa para um sinal desconhecido. Ajuste para cima ou para baixo até que a saída de áudio não esteja nem muito alta nem muito baixa.

O detector pode detectar sinais DC e RF. Um fraco "clique" é audível sempre que as pontas de prova fazem contato ou se desconectam da fonte. Com fones baratos, correntes DC abaixo de 0,1 µA e sinais RF até 2 MHz foram detectados.

Uma demonstração impressionante é tocar as pontas de prova na ponta da língua com sensibilidade máxima. A voltagem galvânica do contato metal-eletrolito produz um som de clique suave cada vez que as pontas tocam a pele molhada.

Removendo o plug do fone e tocando a ponta na língua ainda produz cliques, mas com amplitude menor. Alto-falantes de fone são dispositivos de baixa impedância; precisam de baixa tensão e alta corrente para potência sonora significativa.

Impedância (Z) mede oposição à CA, enquanto resistência (R) mede oposição à DC. Ambas são expressas em ohms (Ω). A maioria das fontes de sinal pequeno tem impedâncias internas muito maiores que os 8 Ω típicos de fones, limitando a entrega de corrente.

Ao casar a impedância do fone à impedância da fonte com um transformador, o Teorema da Transferência de Potência Máxima garante saída sonora ótima. O transformador também gera retorno indutivo quando o circuito é aberto, efetivamente amplificando minúsculos sinais DC para os fones.

Para uso a longo prazo, construa o detector em um gabinete permanente com fios de prova fixos.

Planilhas Relacionadas

• Planilha de Projeto de Design: Detector de Áudio Sensível
• Planilha de Casamento de Impedância com Transformadores