민감한 전압 감지기

부품 및 재료

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고품질 "닫힌 컵" 오디오 헤드폰

헤드폰 잭:헤드폰 플러그용 암 소켓(Radio Shack 카탈로그 번호 274-312)

소형 강압 변압기(Radio Shack 카탈로그 # 273-1365 또는 동급, 6볼트 2차 권선 탭 사용)

1N4001 정류 다이오드 2개(Radio Shack 카탈로그 번호 276-1101)

1kΩ 저항기

100kΩ 전위차계(Radio Shack 카탈로그 번호 271-092)

전위차계 회로 연결용 "바나나" 잭 스타일 바인딩 포스트 2개 또는 기타 터미널 하드웨어(Radio Shack 카탈로그 # 274-662 또는 동급)

플라스틱 또는 금속 장착 상자

헤드폰과 관련하여 데시벨(dB) 단위의 "감도" 등급이 높을수록 더 좋지만 듣기는 믿을 수 있습니다. 작은 전기 신호에 대해 최대 감도를 가진 감지기를 만드는 데 진지한 경우 몇 가지 다른 헤드폰 모델을 시도해야 합니다. 고품질 오디오 매장에서 가장 낮은 가청 사운드를 생성하는 "듣기" 라디오 또는 CD 플레이어의 볼륨 설정. 최고의 감도를 얻으려면 헤드폰 한 쌍에 수백 달러를 쓸 수 있으므로 주의하십시오!

그래도 안심하십시오. 저는 오래된 완벽하게 적절한 결과를 제공하는 Radio Shack "Realistic" 브랜드 헤드폰 한 쌍이 있으므로 가장 좋은 것을 살 필요가 없습니다.

변압기 고전압 AC 전원을 저전압 AC 전원으로 변환하는 데 사용되는 교류("AC") 회로와 함께 일반적으로 사용되는 장치입니다.

헤드폰이 저전류 전기 신호에 더 민감하게 된다는 점 외에는 이 실험에서 의도한 기능을 이해하는 것이 중요하지 않습니다.

일반적으로 이러한 유형의 애플리케이션(오디오 스피커 임피던스 매칭)에 사용되는 트랜스포머를 "오디오 트랜스포머"라고 하며, 전압 대신 임피던스 값(1000Ω :8Ω)으로 1차 및 2차 권선을 표시합니다.

오디오 트랜스포머는 작동하지만 120/6볼트 비율의 소형 강압 트랜스포머가 작업에 완벽하게 적합하고 더 저렴하다는 것을 알았습니다(특히 오래된 중고품 알람 시계 라디오에서 가져온 경우). 견고합니다.

1kΩ 저항에 대한 허용 오차(정밀도) 등급은 관련이 없습니다. 100kΩ 전위차계는 주어진 신호에 대한 음량을 사용자가 제어할 수 있으므로 이 프로젝트에 통합하는 데 권장되는 옵션입니다.

오디오 테이퍼 전위차계는 이 애플리케이션에 적합하지만 필요하지 않습니다. 선형 테이퍼 전위차계는 아주 잘 작동합니다.

상호 참조

전기 회로의 교훈 , 1권, 8장:"DC 측정 회로"

전기 회로의 교훈 , 1권, 10장:"DC 네트워크 분석"(최대 전력 전달 정리에 관하여)

전기 회로의 교훈 , 2권, 9장:"트랜스포머"

전기 회로의 교훈 , 2권, 12장:"AC 측정 회로"

학습 목표

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납땜 실습을 보여주기 위해

극도로 작은 전기 신호를 감지하는 방법을 보여주기 위해

전위차계를 전압 분배기/신호 감쇠기로 사용하는 방법을 보여주기 위해

다이오드를 사용하여 최대 레벨에서 전압을 "클립"하는 방법을 보여주기 위해

개략도

그림

지침

스테레오 장치(좌우 분리형 스피커)일 가능성이 높은 헤드폰에는 3 접점 플러그가 있습니다.

이 3개의 접점 중 2개에만 연결됩니다. 2 접점 플러그가 있는 "모노" 헤드폰 세트만 있는 경우 두 접점에 연결하기만 하면 됩니다.

두 개의 스테레오 스피커를 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있습니다. 직렬 연결이 가장 잘 작동한다는 것을 알았습니다. 즉, 작은 신호에서 가장 큰 소리를 내는 것입니다.

모든 와이어 연결을 잘 납땜하십시오. 이 감지기 시스템은 매우 민감하며 회로의 와이어 연결이 느슨하면 측정된 전압 신호에서 생성되는 소리에 원치 않는 노이즈가 추가됩니다.

직렬 연결된 1kΩ 저항과 함께 변압기의 1차 권선과 병렬로 연결된 두 개의 다이오드(화살표 모양의 구성 요소 기호)는 함께 작동하여 변압기의 1차 코일에서 약 0.7볼트 이상이 떨어지지 않도록 합니다.

이것은 오직 한 가지만 합니다. 헤드폰이 생성할 수 있는 소리의 양을 제한하십시오. 시스템은 다이오드와 저항이 없어도 작동하지만 회로의 사운드 볼륨에는 제한이 없으며 실수로 테스트 리드를 상당한 전압 소스(예:배터리)에 연결하여 발생하는 사운드는 귀가 먹먹해질 수 있습니다!

바인딩 포스트는 감지기 구성 요소가 상자 안에 장착되면 바나나 스타일 플러그가 있는 한 쌍의 테스트 프로브에 대한 연결 지점을 제공합니다.

일반 멀티미터 프로브를 사용하거나 회로에 안전하게 연결하기 위해 끝에 악어 클립이 있는 자체 프로브를 만들 수 있습니다.

감지기는 브리지 측정 회로, 전위차계(무균형) 전압계 회로의 균형을 유지하고 오디오 주파수 범위에서 진폭이 매우 낮은 AC("교류") 신호를 감지하는 데 사용됩니다. 특히 오실로스코프가 없는 저예산 실험자에게 유용한 테스트 장비입니다.

또한 회로의 동작을 해석할 때 다른 신체 감각을 사용할 수 있다는 점에서 가치가 있습니다.

중요하지 않은 전압 소스(1볼트 이상)를 가로질러 연결하려면 감지기의 극도로 높은 감도를 감쇠해야 합니다.

이것은 전압 분배기를 회로의 "전면"에 연결하여 수행할 수 있습니다.

개략도

그림

알 수 없는 크기의 전압 신호를 처음 감지할 때 100kΩ 전압 분배기 전위차계를 대략 중간 범위로 조정합니다.

소리가 너무 크면 전위차계를 낮추고 다시 시도하십시오. 너무 부드러우면 볼륨을 높이고 다시 시도하세요.

감지기는 테스트 리드가 테스트 중인 전압 소스와 접촉하거나 차단될 때마다 "딸깍" 소리를 생성합니다. 내 값싼 헤드폰으로 마이크로암페어의 1/10 미만(<0.1µA)의 전류를 감지할 수 있었습니다.

감지기의 감도에 대한 좋은 설명은 감도 조정을 최대로 설정한 상태에서 두 테스트 리드를 모두 혀 끝까지 만지는 것입니다.

금속-전해질 접촉에 의해 생성된 전압(갈바닉 전압 )는 매우 작지만 리드가 혀의 젖은 피부에 닿았다가 끊어질 때마다 부드러운 "딸깍" 소리를 생성하기에 충분합니다.

잭(콘센트)에서 헤드폰 플러그를 뽑고 비슷하게 혀 끝에 대고 만지십시오.

여전히 부드러운 딸깍 소리가 들리지만 진폭은 훨씬 작아집니다.

헤드폰 스피커는 "저임피던스" 장치입니다. 상당한 사운드 파워를 전달하려면 저전압과 "높은" 전류가 필요합니다.

임피던스는 교류(AC)를 포함한 모든 형태의 전류에 대한 반대 측정값입니다. 이에 비해 저항은 직접 전류(DC).

저항과 마찬가지로 임피던스는 옴(Ω) 단위로 측정되지만 방정식에서는 대문자 "R"이 아닌 대문자 "Z"로 기호화됩니다.

헤드폰이 일반적으로 받는 AC 신호가 DC가 아니라 주로 AC 신호이기 때문에 "임피던스"라는 용어를 사용하여 전류에 대한 헤드폰의 반대를 설명합니다.

대부분의 작은 신호 소스는 내부 임피던스가 높으며 일부는 헤드폰 스피커의 공칭 8Ω보다 훨씬 높습니다.

이것은 상당한 양의 전류를 공급할 수 없다는 기술적인 표현입니다.

Maximum Power Transfer Theorem이 예측하는 것처럼 헤드폰 스피커의 임피던스가 전압 소스의 임피던스와 "일치"될 때 최대 사운드 파워가 전달됩니다.

변압기가 이 작업을 수행합니다. 또한 트랜스포머는 테스트 리드 회로가 끊어질 때마다 유도성 "반동"을 생성하여 작은 DC 신호를 감지하는 데 도움이 됩니다. 따라서 전기 에너지를 자기적으로 저장했다가 갑자기 헤드폰 스피커로 방출하여 신호를 "증폭"합니다.

나는 이 탐지기를 영구적인 방식으로 구축할 것을 권장합니다(모든 구성 요소를 상자 안에 장착하고 멋진 테스트 리드선을 제공). 그래야 미래에 쉽게 사용할 수 있습니다. 이와 같이 구성하면 다음과 같이 보일 수 있습니다.

관련 워크시트:

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디자인 프로젝트:민감한 오디오 감지기 워크시트