高感度電圧検出器の自作：オーディオ信号検出器を作る

部品と材料

• 高品質密閉型オーディオヘッドホン
• メスヘッドホンジャック（Radio Shack #274-312）
• 小型降圧トランス（Radio Shack #273-1365または同等品；6V二次タップ使用）
• 1N4001整流ダイオード 2個（Radio Shack #276-1101）
• 1 kΩ抵抗器
• 100 kΩポテンショメータ（Radio Shack #271-092）
• バナナジャック型バインディングポスト 2個（Radio Shack #274-662または同等品）
• プラスチックまたは金属製マウントボックス

ヘッドホン感度が重要。dB定格が高いほど検出器として優秀。信頼できるオーディオショップで複数モデルをテストし、ラジオやCDプレーヤーの最小音量で可聴反応するモデルを選択。最高価格品である必要はなく、古いRadio Shack「Realistic」セットでも実用実績あり。

トランスは低電圧入力をヘッドホン駆動形に変換するために使用。小型降圧電源トランス（120V→6V）は安価、堅牢、低電流信号に必要なインピーダンスマッチングを提供。

1 kΩ抵抗器の公差は不問。トランス一次側電圧を単に制限するだけ。100 kΩポテンショメータでユーザーが音量調整と強信号減衰を可能に。

オーディオテーパーポテンショメータが理想的だが、リニアテーパーでもこの用途では同等に機能。

相互参照

• Lessons In Electric Circuits, Vol 1, ch 8: “DC Metering Circuits”
• Lessons In Electric Circuits, Vol 1, ch 10: “DC Network Analysis” (Maximum Power Transfer Theorem)
• Lessons In Electric Circuits, Vol 2, ch 9: “Transformers”
• Lessons In Electric Circuits, Vol 2, ch 12: “AC Metering Circuits”

学習目標

• はんだ付け技術の練習
• 極めて微小な電気信号を検出
• ポテンショメータを分圧器/信号減衰器として使用
• ダイオードで電圧を最大レベルにクリッピング

回路図

図解

手順

ほとんどのヘッドホンは3接点プラグのステレオ。2接点のみ接続。モノラルセットならその2接点を使用。

左右ドライバーを直列接続。これにより微小信号への可聴応答が最大化。

すべての接続をクリーンにはんだ付け。緩い接点はノイズを加え、検出器が聞き取ろうとする微弱信号をマスキングする可能性があります。

2個の1N4001ダイオードと1 kΩ抵抗器をトランス一次側に跨がせて配線。電圧降下を約0.7Vに制限し、ヘッドホン破損や検出器を高電圧源に接続した際の危険な騒音レベルを防止。

バナナジャックバインディングポストでテストリードをマウント。標準マルチメータープローブまたはワニ口クリップで確実な接続。

この検出器はブリッジバランス、ヌルバランスボルトメーター、オーディオ帯域の低振幅AC信号検出に適し、オシロスコープの安価な代替になります。

1V以上のソーステスト時は、回路フロントに分圧器を配置し信号を減衰させます。

100 kΩポテンショメータを中間位置に設定しスタート。音が小さければノブ増加、大きければ減少。

テストリードが電圧源に接続/切断されるたびに検出器はクリック音を発します。安価なヘッドホンでも0.1 µA以下の電流を検出可能。シンプルなテスト：リードを舌先に触れる。濡れた皮膚のガルバニック電圧が微かなクリック音を生成。

ヘッドホンは低インピーダンスデバイス（≈8 Ω）のため、音を出すには低電圧だが大電流が必要。トランスが高インピーダンスソースをヘッドホンにマッチングし、最大電力伝達定理により電力伝達を最大化、微小DC信号さえ増幅する磁気「キックバック」を生成。

長期使用のため、すべてのコンポーネントをプラスチックまたは金属ボックスにマウントし、専用テストリードワイヤーを引き出します。この恒久構築で、将来の実験に即座に対応可能になります。

関連ワークシート

• Design Project: Sensitive Audio Detector Worksheet