高感度電圧検出器

部品と材料

• 高品質の「クローズドカップ」オーディオヘッドホン
• ヘッドホンジャック：ヘッドホンプラグ用のメスレセプタクル（Radio Shackカタログ番号274-312）
• 小型降圧電源トランス（Radio Shackカタログ番号273-1365または同等のもの、6ボルトの2次巻線タップを使用）
• 2つの1N4001整流ダイオード（Radio Shackカタログ番号276-1101）
• 1kΩ抵抗
• 100kΩポテンショメータ（Radio Shackカタログ番号271-092）
• ポテンショメータ回路に接続するための2つの「バナナ」ジャックスタイルのバインディングポストまたはその他の端子ハードウェア（Radio Shackカタログ番号274-662または同等のもの）
• プラスチックまたは金属製の取り付けボックス

ヘッドホンに関しては、デシベル（dB）で表した「感度」の評価が高いほど良いですが、リスニングは信じています。小さな電気信号に対して最大の感度を持つ検出器を構築することを真剣に考えている場合は、いくつかの異なるヘッドホンモデルを試す必要があります。高品質のオーディオストアで、最低の可聴音を生成する「リッスン」します。 ラジオまたはCDプレーヤーの音量設定。最高の感度を得るためにヘッドフォンに数百ドルを費やす可能性があるので、注意してください！

ただし、心に留めておいてください。私は古いを使用しました Radio Shackの「Realistic」ブランドのヘッドフォンのペアで、完全に適切な結果が得られるため、最高のものを購入する必要はありません。

トランスフォーマー は、通常、交流（「AC」）回路で使用されるデバイスであり、高電圧AC電力を低電圧AC電力に変換するため、およびその他の多くの目的で使用されます。

ヘッドホンが低電流の電気信号に対してより敏感になることを除いて、この実験で意図された機能を理解することは重要ではありません。

通常、このタイプのアプリケーション（オーディオスピーカーのインピーダンス整合）で使用されるトランスは「オーディオトランス」と呼ばれ、一次巻線と二次巻線は電圧ではなくインピーダンス値（1000Ω：8Ω）で表されます。

オーディオトランスは機能しますが、120/6ボルト比の小型の降圧電源トランスは、このタスクに完全に適していて、安価で（特に、古いリサイクルショップの目覚まし時計ラジオから取った場合）、はるかに優れていることがわかりました。頑丈です。

1kΩ抵抗の許容誤差（精度）定格は関係ありません。 100kΩのポテンショメータは、特定の信号のラウドネスをユーザーが制御できるため、このプロジェクトに組み込むための推奨オプションです。

オーディオテーパー ポテンショメータはこのアプリケーションに適していますが、必須ではありません。 線形テーパー ポテンショメータは非常にうまく機能します。

相互参照

電気回路の教訓 、第1巻、第8章：「DCメータリング回路」

電気回路の教訓 、第1巻、第10章：「DCネットワーク分析」（最大電力伝達定理に関して）

電気回路の教訓 、第2巻、第9章：「トランスフォーマー」

電気回路の教訓 、第2巻、第12章：「ACメータリング回路」

学習目標

• はんだ付けの練習を示すため
• 非常に小さな電気信号の検出方法を示すため
• ポテンショメータを分圧器/信号減衰器として使用する方法を示すため
• ダイオードを使用して電圧を最大レベルで「クリップ」する方法を示すため

回路図

イラスト

手順

ヘッドホンは、ほとんどの場合ステレオユニット（左右のスピーカーが分かれている）で、3接点プラグが付いています。

これら3つの連絡先のうち2つだけに接続します。 2接点プラグ付きの「モノラル」ヘッドフォンセットしかない場合は、これら2つの接点に接続するだけです。

2つのステレオスピーカーを直列または並列に接続できます。直列接続が最適に機能すること、つまり、小さな信号から最大の音を生成することがわかりました。

すべてのワイヤ接続をしっかりとはんだ付けします。この検出器システムは非常に感度が高く、回路内の配線接続が緩んでいると、測定された電圧信号によって生成される音に不要なノイズが追加されます。

変圧器の一次巻線と並列に接続された2つのダイオード（矢印のようなコンポーネント記号）は、直列接続された1kΩ抵抗とともに連携して、変圧器の一次コイルに約0.7ボルトを超える電圧が降下するのを防ぎます。

これは1つのことと1つのことだけを行います：ヘッドホンが生成できる音の量を制限します。システムはダイオードと抵抗器が配置されていなくても動作しますが、回路内の音量に制限はなく、テストリードをかなりの電圧源（バッテリーなど）に誤って接続した結果として生じる音は耳をつんざくようなものになる可能性があります。

バインディングポストは、検出器コンポーネントがボックス内に取り付けられると、バナナスタイルのプラグを備えた一対のテストプローブの接続ポイントを提供します。

通常のマルチメータプローブを使用することも、回路に安全に接続するために両端にワニ口クリップを使用して独自のプローブを作成することもできます。

検出器は、ブリッジ測定回路、電位差測定（ヌルバランス）電圧計回路のバランスを取り、可聴周波数範囲の超低振幅AC（「交流」）信号を検出するために使用することを目的としています。これは、特にオシロスコープを使用しない低予算の実験者にとって、貴重なテスト機器です。

また、回路の動作を解釈する際に別の体の感覚を使用できるという点でも価値があります。

重要な電圧源（1ボルト以上）に接続するには、検出器の非常に高い感度を減衰させる必要があります。

これは、分圧器を回路の「前面」に接続することで実現できます。

回路図

イラスト

未知の大きさの電圧信号を最初に検出するときは、100kΩ分圧器ポテンショメータをほぼミッドレンジに調整します。

音が大きすぎる場合は、ポテンショメータを下げて再試行してください。柔らかすぎる場合は、上に向けてもう一度お試しください。

テストリードがテスト中の電圧源と接触または接触を解除するたびに、検出器は「カチッ」という音を発します。安価なヘッドホンを使用すると、マイクロアンペア（<0.1 µA）の1/10未満の電流を検出できました。

検出器の感度の良いデモンストレーションは、感度調整を最大に設定して、両方のテストリードに触れて舌の端に到達することです。

金属と電解質の接触によって生成される電圧（ガルバニック電圧と呼ばれる） ）は非常に小さいですが、リードが舌の濡れた皮膚に接触したり、接触したりするたびに、柔らかな「カチッ」という音を出すのに十分です。

ヘッドホンプラグをジャック（レセプタクル）から外し、同様に舌の先まで触れてみてください。

ソフトクリック音は聞こえるはずですが、振幅ははるかに小さくなります。

ヘッドフォンスピーカーは「低インピーダンス」デバイスです。十分な音響パワーを提供するには、低電圧と「高」電流が必要です。

インピーダンスは、交流（AC）を含む、あらゆる形態の電流に対する反対の尺度です。 比較すると、抵抗は直接に対する厳密な反対の尺度です。 現在（DC）。

抵抗と同様に、インピーダンスはオーム（Ω）の単位で測定されますが、方程式では大文字の「R」ではなく大文字の「Z」で表されます。

「インピーダンス」という用語は、ヘッドホンが通常受けるAC信号であり、DCではないため、ヘッドホンの電流に対する反対を表すために使用します。

ほとんどの小さな信号源は内部インピーダンスが高く、ヘッドフォンスピーカーの公称8Ωよりもはるかに高いものもあります。

これは、彼らがかなりの量の電流を供給することができないという技術的な言い方です。

最大電力伝達定理が予測するように、最大​​音響パワーは、ヘッドホンスピーカーのインピーダンスが電圧源のインピーダンスと「一致」したときに供給されます。

変圧器はこれを行います。変圧器はまた、テストリード回路が切断されるたびに誘導性の「キックバック」を生成することで小さなDC信号の検出を支援し、電気エネルギーを磁気的に蓄積してヘッドフォンスピーカーに突然放出することで信号を「増幅」します。

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将来簡単に使用できるように、この検出器を恒久的に構築することをお勧めします（すべてのコンポーネントをボックス内に取り付け、優れたテストリード線を提供します）。そのように構築されているため、次のようになります。

関連するワークシート：

• 設計プロジェクト：高感度オーディオ検出器ワークシート