第12节 灵敏电压检测器 (修订中)
[TOC]
零件和材料
- 高品质“闭杯”音频耳机
- 耳机插孔：用于耳机插头的母插座（Radio Shack 目录 #274-312）
- 小型降压电源变压器（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（Radio Shack 目录 # 276-1101）
- 1 kΩ 电阻
- 100 kΩ 电位器（Radio Shack 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 目录号 274-662 或同等产品）
- 塑料或金属安装盒
关于耳机，以分贝 (dB) 为单位的“灵敏度”等级越高越好，但倾听是相信的：如果您认真地构建对小电信号具有最大灵敏度的检测器，您应该尝试几种不同的耳机型号在高质量的音频商店并“聆听”在收音机或 CD 播放器上以_最低音量设置产生可听见的声音。_请注意，您可能会花费数百美元购买一副耳机以获得绝对最佳的灵敏度！
不过请放心：我使用了一副_旧_的 Radio Shack “Realistic” 品牌耳机，效果非常好，因此您无需购买最好的。
_变压器 (opens new window)_是一种通常与交流 (“AC”) 电路一起使用的设备，用于将高压交流电转换为低压交流电，以及用于许多其他目的。
在这个实验中，你了解它的预期功能并不重要，它会使耳机对低电流电信号变得更加敏感。
通常，用于此类应用（音频扬声器阻抗匹配）的变压器称为“音频变压器”，其初级和次级绕组由阻抗值（1000 Ω：8 Ω）而不是电压表示。
音频变压器可以工作，但我发现 120/6 伏比的小型降压电源变压器非常适合这项任务，更便宜（尤其是从旧的旧货店闹钟收音机中取出时），而且更多崎岖。
1 kΩ 电阻器的容差（精度）额定值无关紧要。100 kΩ 电位器是纳入该项目的推荐选项，因为它使用户可以控制任何给定信号的响度。
即使_音频锥度_电位器适用于该应用，也不是必需的。_线性锥形_电位器工作得很好。
交叉引用
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”（关于最大功率传输定理）
电路课，第 2 卷，第 9 章：“变压器”
电路课程，第 2 卷，第 12 章：“交流计量电路”
学习目标
- 展示焊接实践
- 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
- 展示如何使用二极管将电压“削波”到某个最大值
原理图，示意图
插图
指示
耳机，很可能是立体声单元（单独的左右扬声器）将有一个三触点插头。
您将只连接到这三个接触点中的两个。如果您只有一个带有双触点插头的“单声道”耳机，只需连接到这两个触点即可。
您可以串联或并联两个立体声扬声器。我发现串联连接效果最好，也就是说，从小信号中产生最多的声音：
焊接好所有电线连接。该检测器系统非常敏感，电路中任何松动的导线连接都会在测量电压信号产生的声音中添加不需要的噪声。
与变压器初级绕组并联的两个二极管 (opens new window)（箭头状元件符号）与串联的 1 kΩ 电阻一起工作，以防止变压器初级线圈上的压降超过约 0.7 伏。
这只做一件事，一件事：限制耳机可以产生的声音量。该系统可以在没有二极管和电阻器的情况下工作，但电路中的音量没有限制，并且由于意外将测试线连接到大量电压源（如电池）而产生的声音可能会震耳欲聋！
一旦检测器组件安装在盒子内，接线柱为一对带有香蕉型插头的测试探针提供连接点。
您可以使用普通的万用表探头，也可以制作自己的探头，末端带有鳄鱼夹，以便安全地连接到电路。
检测器旨在用于平衡电桥测量电路、电位（零平衡）电压表电路，并检测音频范围内的极低振幅 AC（“交流电”）信号。 (opens new window)它是一种很有价值的测试设备，特别是对于没有示波器的低预算实验者。
它也很有价值，因为它允许您使用不同的身体感觉来解释电路的行为。
对于跨任何重要的电压源（1 伏或更大）的连接，检测器的极高灵敏度应该被削弱。
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
最初感应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间范围。
如果声音太大，请调低电位器并重试。如果太软，请调高并重试。
每当测试导线与被测电压源建立或断开接触时，检测器都会发出“咔哒”声。使用我便宜的耳机，我已经能够检测不到 1/10 微安 (< 0.1 µA) 的电流。
检测器灵敏度的一个很好的演示是将两个测试引线都触摸到您的舌头末端，并将灵敏度调整设置为最大。
金属与电解质接触产生的电压（称为_电流电压_）非常小，但足以在每次引线与舌头湿润的皮肤接触和断开时产生柔和的“咔哒”声。
尝试将耳机插头从插孔（插座）中拔出，并以类似的方式将其接触到舌头的末端。
您仍然应该听到轻柔的咔哒声，但它们的幅度会小得多。
耳机扬声器是“低阻抗”设备：它们需要低电压和“高”电流来提供强大的声功率。
__阻抗是衡量任何和所有形式的电流的阻力，包括交流电 (AC)。__相比之下，电阻是对直流电(DC)的严格衡量。
与电阻一样，阻抗以欧姆 (Ω) 为单位测量，但在方程式中用大写字母“Z”而不是大写字母“R”表示。
我们使用术语“阻抗”来描述耳机对电流的抵抗力，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，有些远高于耳机扬声器的标称 8 Ω。
这是一种技术上的说法，即它们无法提供大量电流。
正如最大功率传输定理所预测的那样，当耳机扬声器的阻抗与电压源的阻抗“匹配”时，它们将提供最大的声功率。
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“反冲”来帮助检测小直流信号，从而通过磁性存储电能并突然将其释放到耳机扬声器来“放大”信号。
我建议以永久性方式构建此检测器（将所有组件安装在盒子内并提供良好的测试引线），以便将来可以轻松使用。这样构建，它可能看起来像这样：
相关练习：
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