Détecteur de tension sensible

PIÈCES ET MATÉRIAUX

• Casque audio « casque fermé » de haute qualité
• Prise casque :prise femelle pour prise casque (catalogue Radio Shack n° 274-312)
• Petit transformateur de puissance abaisseur (catalogue Radio Shack n° 273-1365 ou équivalent, utilisant la prise d'enroulement secondaire 6 volts)
• Deux diodes de redressement 1N4001 (catalogue Radio Shack n° 276-1101)
• Résistance 1 kΩ
• Potentiomètre 100 kΩ (catalogue Radio Shack n° 271-092)
• Deux bornes de raccordement de style jack « banane » ou autre matériel de borne, pour la connexion au circuit du potentiomètre (catalogue Radio Shack n° 274-662 ou équivalent)
• Boîte de montage en plastique ou en métal

En ce qui concerne les écouteurs, plus la note de « sensibilité » en décibels (dB) est élevée, mieux c'est, mais écouter c'est croire :si vous voulez vraiment construire un détecteur avec une sensibilité maximale pour les petits signaux électriques, vous devriez essayer plusieurs modèles de casques différents. dans un magasin audio de haute qualité et « écoutez » pour ceux qui produisent un son audible pour le le plus bas réglage du volume sur une radio ou un lecteur CD. Attention, vous pourriez dépenser des centaines d'euros sur une paire d'écouteurs pour obtenir la meilleure sensibilité absolue !

Rassurez-vous, j'ai utilisé un ancien paire d'écouteurs de marque Radio Shack « Realistic » avec des résultats parfaitement adéquats, vous n'avez donc pas besoin d'acheter le meilleur.

Un transformateur est un appareil normalement utilisé avec des circuits à courant alternatif (« AC »), utilisé pour convertir le courant alternatif haute tension en courant alternatif basse tension, et à de nombreuses autres fins.

Il n'est pas important que vous compreniez sa fonction prévue dans cette expérience, si ce n'est que cela rend le casque plus sensible aux signaux électriques à faible courant.

Normalement, le transformateur utilisé dans ce type d'application (adaptation d'impédance des haut-parleurs audio) est appelé « transformateur audio », avec ses enroulements primaire et secondaire représentés par des valeurs d'impédance (1000 Ω :8 Ω) au lieu de tensions.

Un transformateur audio fonctionnera, mais j'ai trouvé que de petits transformateurs de puissance abaisseur de rapport 120/6 volts étaient parfaitement adaptés à la tâche, moins chers (surtout lorsqu'ils sont tirés d'un vieux radio-réveil de friperie), et bien plus encore robuste.

La cote de tolérance (précision) pour la résistance de 1 kΩ n'est pas pertinente. Le potentiomètre de 100 kΩ est une option recommandée pour l'incorporation dans ce projet, car il donne à l'utilisateur le contrôle du volume pour n'importe quel signal donné.

Même si une bande audio un potentiomètre conviendrait pour cette application, il n'est pas nécessaire. Un cône linéaire le potentiomètre fonctionne assez bien.

REFERENCES CROISEES

Leçons En Circuits Électriques , Volume 1, chapitre 8 : « Circuits de mesure en courant continu »

Leçons En Circuits Électriques , Volume 1, chapitre 10 :« Analyse du réseau CC » (en ce qui concerne le théorème de transfert de puissance maximale)

Leçons En Circuits Électriques , Tome 2, chapitre 9 :« Transformateurs »

Leçons En Circuits Électriques , Volume 2, chapitre 12 : « Circuits de mesure CA »

OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE

• Pour montrer la pratique de la soudure
• Pour montrer comment la détection de signaux électriques extrêmement faibles
• Pour montrer comment utiliser un potentiomètre comme diviseur de tension/atténuateur de signal
• Pour montrer comment utiliser des diodes pour « écrêter » la tension à un certain niveau maximum

SCHÉMA SCHÉMA

ILLUSTRATIONS

INSTRUCTIONS

Les écouteurs, très probablement des unités stéréo (haut-parleurs gauche et droit séparés) auront une prise à trois contacts.

Vous vous connecterez à seulement deux de ces trois points de contact. Si vous n'avez qu'un casque « mono » avec une prise à deux contacts, connectez-vous simplement à ces deux points de contact.

Vous pouvez soit connecter les deux haut-parleurs stéréo en série ou en parallèle. J'ai trouvé que la connexion en série fonctionnait le mieux, c'est-à-dire pour produire le plus de son à partir d'un petit signal :

Soudez bien toutes les connexions de fils. Ce système de détection est extrêmement sensible, et toute connexion de fil lâche dans le circuit ajoutera un bruit indésirable aux sons produits par le signal de tension mesuré.

Les deux diodes (symboles de composants en forme de flèche) connectées en parallèle avec l'enroulement primaire du transformateur, ainsi que la résistance de 1 kΩ connectée en série, fonctionnent ensemble pour empêcher que plus d'environ 0,7 volt ne tombe sur la bobine primaire du transformateur.

Cela fait une chose et une seule :limiter la quantité de son que les écouteurs peuvent produire. Le système fonctionnera sans les diodes et la résistance en place, mais il n'y aura pas de limite au volume sonore dans le circuit, et le son résultant causé par la connexion accidentelle des cordons de test à une source de tension importante (comme une batterie) peut être assourdissant !

Les bornes de raccordement fournissent des points de connexion pour une paire de sondes de test avec des fiches bananes, une fois que les composants du détecteur sont montés dans un boîtier.

Vous pouvez utiliser des sondes multimètre ordinaires ou fabriquer vos propres sondes avec des pinces crocodiles aux extrémités pour une connexion sécurisée à un circuit.

Les détecteurs sont destinés à être utilisés pour équilibrer les circuits de mesure en pont, les circuits de voltmètre potentiométriques (null-balance) et à détecter les signaux alternatifs de très faible amplitude (« courant alternatif ») dans la plage de fréquences audio. C'est un équipement de test précieux, en particulier pour l'expérimentateur à petit budget sans oscilloscope.

Il est également précieux dans la mesure où il vous permet d'utiliser un sens corporel différent pour interpréter le comportement d'un circuit.

Pour une connexion sur toute source de tension non négligeable (1 volt et plus), la sensibilité extrêmement élevée du détecteur doit être atténuée.

Cela peut être accompli en connectant un diviseur de tension à « l'avant » du circuit :

SCHÉMA SCHÉMA

ILLUSTRATION

Ajustez le potentiomètre du diviseur de tension de 100 kΩ à environ la moyenne lors de la détection initiale d'un signal de tension d'amplitude inconnue.

Si le son est trop fort, baissez le potentiomètre et réessayez. S'il est trop mou, augmentez-le et réessayez.

Le détecteur produit un « clic » chaque fois que les cordons de test établissent ou rompent le contact avec la source de tension testée. Avec mes écouteurs bon marché, j'ai pu détecter des courants inférieurs à 1/10 de microampère (<0,1 µA).

Une bonne démonstration de la sensibilité du détecteur consiste à toucher les deux pistes de test jusqu'au bout de votre langue, avec le réglage de sensibilité réglé au maximum.

La tension produite par le contact métal-électrolyte (appelée tension galvanique ) est très petit, mais suffisant pour produire de légers « clics » à chaque fois que les fils entrent en contact avec la peau humide de votre langue.

Essayez de débrancher la fiche du casque de la prise (prise) et de la toucher de la même manière jusqu'au bout de votre langue.

Vous devriez toujours entendre des clics légers, mais leur amplitude sera beaucoup plus faible.

Les haut-parleurs pour casque sont des appareils à « basse impédance » :ils nécessitent une faible tension et un courant « élevé » pour fournir une puissance sonore substantielle.

L'impédance est une mesure de l'opposition à toutes les formes de courant électrique, y compris le courant alternatif (AC). La résistance, par comparaison, est une mesure stricte de l'opposition à direct courant (CC).

Comme la résistance, l'impédance est mesurée dans l'unité de l'Ohm (Ω), mais elle est symbolisée dans les équations par la lettre majuscule "Z" plutôt que la lettre majuscule "R".

Nous utilisons le terme « impédance » pour décrire l'opposition du casque au courant, car ce sont principalement les signaux CA auxquels les écouteurs sont normalement soumis, et non le courant continu.

La plupart des petites sources de signaux ont des impédances internes élevées, certaines bien supérieures aux 8  nominaux des haut-parleurs du casque.

C'est une manière technique de dire qu'ils sont incapables de fournir des quantités substantielles de courant.

Comme le prédit le théorème de transfert de puissance maximale, la puissance sonore maximale sera délivrée par les haut-parleurs du casque lorsque leur impédance est « adaptée » à l'impédance de la source de tension.

Le transformateur fait cela. Le transformateur aide également à détecter les petits signaux CC en produisant un « rebond » inductif à chaque fois que le circuit du cordon de test est interrompu, « amplifiant » ainsi le signal en emmagasinant magnétiquement de l'énergie électrique et en la libérant soudainement vers les haut-parleurs du casque.

Je recommande de construire ce détecteur de manière permanente (monter tous les composants à l'intérieur d'une boîte et fournir de jolis fils de test) afin qu'il puisse être facilement utilisé à l'avenir. Construit comme tel, il pourrait ressembler à ceci :

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Projet de conception :Feuille de travail du détecteur audio sensible