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敏感电压检测器

第3章 - 直流电路

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零件和材料

  • 高品质的“封闭杯”音频耳机
  • 耳机杰克:耳机插头的女性容器(无线电小屋目录#274-312)
  • 小型降压电力变压器(Radio Shack目录# 273-1365或同等产品,使用6伏次级绕组抽头)
  • 两个1n4001整流二极管(无线电小屋目录#276-1101)
  • 1 kΩ电阻器
  • 100kΩ电位器(无线电小屋目录#271-092)
  • 两个“香蕉”插孔式接线柱,或其他终端硬件,用于连接到电位器电路(Radio Shack catalog # 274-662或同等产品)
  • 塑料或金属安装箱

Regarding the headphones, the higher the “sensitivity” rating in decibels (dB), the better, but listening is believing: if you’re serious about building a detector with maximum sensitivity for small electrical signals, you should try a few different headphone models at a high-quality audio store and “listen” for which ones produce an audible sound for the最低收音机或CD播放器的音量设置。要注意,你可能要花几百美元买一副耳机来获得绝对最好的灵敏度!

不过,振作起来:我用过这是一副Radio Shack“逼真”品牌的耳机,效果恰到好处,所以你不需要买最好的。

一个变压器是一种通常与交流电流(“AC”)电路一起使用的设备,用于将高压交流电源转换为低压交流电源,以及用于许多其他目的。

除了使耳机对低电流电信号之外,您可以在本实验中了解其预期功能并不重要。

通常,在这种类型的应用(音频扬声器阻抗匹配)中使用的变压器称为“音频变压器”,其主绕组由阻抗值(1000Ω:8Ω)而不是电压表示。

一个音频变压器可以工作,但我发现120/6伏特比的小降压变压器就足够了,更便宜(特别是从旧的二手闹钟收音机),而且更坚固。

1 kΩ电阻的公差(精度)额定值无关紧要。100 kΩ电位器是这个项目中推荐的选项,因为它给用户控制任何给定信号的响度。

即使是一个音频锥度电位器适合本申请,这是不必要的。一个线性锥度电位器工作得很好。

交叉参考

电路课程,第1卷,第8章:“直流计量电路”

电路课程,第1卷,第10章:“直流网络分析”(关于最大功率传递定理)

电路课程《变形金刚》第2卷第9章

电路课程,第2卷,第12章:“交流计量电路”

学习目标

  • 演示焊接操作
  • 展示如何检测极小的电信号
  • 展示如何使用电位器作为分压器/信号衰减器
  • 展示如何在最大级别使用二极管将电压“剪辑”电压

原理图,示意图

插图

指示

耳机,最有可能是立体声单元(分开的左右扬声器)将有一个三接触插头。

您将仅连接到这三个联络点中的两个。如果您只有具有双联络插头的“单声道”耳机设置,只需连接到这两个联络点即可。

您可以串联或并行连接两个立体声扬声器。我发现系列连接最佳,就是从小信号产生最大的声音:

焊接好所有的电线连接。这一检测系统是极其敏感的,任何松散的电线连接在电路中会增加不必要的噪音产生的声音所测量的电压信号。

他们俩二极管(箭头状的元件符号)与变压器的初级绕组并联,连同串联的1 kΩ电阻一起工作,以防止在变压器的初级线圈上下降超过0.7伏。

这有一回事和一件事:限制耳机可以产生的声音量。该系统将在没有二极管和电阻的情况下工作,但电路中的音量没有限制,并且由于意外地连接测试导线而导致的产生声音可能是耳聋的!

一旦探测器组件安装在一个盒子里,接线柱为一对带有香蕉式插头的测试探头提供连接点。

您可以使用普通的万用表探针,或者在端部中使用鳄鱼夹进行自己的探针,以确保与电路安全连接。

探测器旨在用于平衡桥梁测量电路,电位量(空平衡)电压表电路,并检测极低幅度AC(“交替的电流)音频范围内的信号。这是一种很有价值的测试设备,特别是对于没有示波器的低成本实验人员。

它还有价值,因为它允许您在解释电路的行为时使用不同的身体意识。

对于任何非平凡电压源(1伏或更大)的连接,检测器的极高灵敏度应被减弱。

这可以通过将分压器连接到电路的“前端”来实现:

原理图,示意图

插图

当最初检测到未知幅度的电压信号时,将100 kΩ分压器电位器调整到大约中档。

如果声音太大,请将电位器转向下来再试一次。如果太软,请转动并再试一次。

每当测试引线制造或与被测电压源接触时,检测器会产生“单击”声音。通过我的廉价耳机,我能够检测微量少于1/10的电流(<0.1μA)。

一个很好的演示探测器的灵敏度是触摸两个测试导致你的舌头的末端,灵敏度调整设置为最大。

金属与电解液接触产生的电压(称为电压电压)非常小,但足以每次引线制作和断开舌头的湿皮肤时发出软“点击”声音。

尝试从插孔(插座)上拔下耳机插头,并类似地将其触摸到舌头的末端。

你应该仍然能听到轻柔的咔哒声,但它们的振幅会小得多。

耳机扬声器是“低阻抗”设备:它们需要低电压和“高”电流来传递大量的声音功率。

阻抗是对任何和所有形式的电流反对的衡量标准,包括交流电流(AC)。相比之下,阻力是严​​格的反对衡量标准直接的电流(DC)。

与电阻相同,在欧姆(ω)的单元中测量阻抗,但它在大写字母“Z”而不是大写字母“R”中的方程式中象征。

我们使用术语“阻抗”来描述耳机对电流的反对,因为耳机通常受到的主要是交流信号,而不是直流信号。

大多数小信号源具有高内部阻抗,远高于耳机扬声器的标称8Ω。

这是一种技术的说法,说它们无法提供大量的电流。

随着最大功率传输定理预测,当它们的阻抗与电压源的阻抗“匹配”时,耳机扬声器将通过耳机扬声器传递最大声音。

变压器就是这样做的。变压器还通过在每次测试引线电路断开时产生感应“回激”来帮助检测小的直流信号,从而通过磁储存电能来“放大”信号,并突然将其释放到耳机扬声器中。

我建议以永久的方式建造这个探测器(安装在一个盒子内的所有组件,并提供良好的测试引线),这样它可能在未来很容易使用。这样构造,它可能看起来像这样:

相关工作表: