Détecteur audio haute sensibilité pour signaux électriques ultra-faibles

Pièces et Matériaux

• Casque audio fermé à haute sensibilité (dB)
• Prise jack femelle pour casque (ex. Radio Shack #274-312 ou équivalent)
• Petit transformateur abaisseur (120 V → 6 V) ; utilisez l'enroulement secondaire 6 V
• Deux diodes redresseuses 1N4001
• Résistance 1 kΩ
• Potentiomètre 100 kΩ (taper audio optionnel ; linéaire convient)
• Deux bornes de type banane (ou similaires) pour le circuit du potentiomètre
• Boîtier en plastique ou métal pour monter les composants

Le choix du casque est crucial : plus la sensibilité en décibels est élevée, mieux le détecteur captera les signaux faibles. Testez plusieurs modèles dans un magasin audio de qualité et écoutez le volume le plus bas qui produit encore un son clair.

Bien que des casques haut de gamme puissent améliorer les performances, un modèle modeste — comme un vieux modèle Radio Shack « Realistic » — s'est avéré suffisant pour la plupart des expériences.

Littérature Connexe

Lessons In Electric Circuits, Volume 1, chapitre 8 : « Circuits de mesure DC »

Lessons In Electric Circuits, Volume 2, chapitre 9 : « Transformateurs »

Lessons In Electric Circuits, Volume 2, chapitre 12 : « Circuits de mesure AC »

Objectifs d'Apprentissage

• Maîtriser les techniques de base de soudure
• Comprendre l'utilisation du transformateur pour l'adaptation d'impédance
• Détecter des signaux électriques extrêmement faibles
• Utiliser des diodes pour limiter la tension à un niveau maximal

Schéma Électrique

Illustration

Instructions

Suivez les étapes de construction du « Détecteur de tension sensible » décrit dans le chapitre des expériences DC. Si vous avez déjà construit ce détecteur, vous pouvez passer la configuration initiale.

La plupart des casques sont des unités stéréo à trois contacts. Connectez-vous à deux de ces contacts ; si vous avez un casque mono à deux contacts, utilisez ceux-ci.

Vous pouvez câbler les deux haut-parleurs du casque en série ou en parallèle. Le câblage en série s'est avéré donner la réponse la plus forte pour les petits signaux :

Soudez toutes les connexions solidement — les contacts lâches ajoutent du bruit indésirable. Les deux diodes aux bornes de l'enroulement primaire du transformateur, avec la résistance de 1 kΩ en série, limitent la tension d'entrée à environ 0,7 V. Cela limite la sortie du casque et protège contre une exposition accidentelle à haute tension.

Les bornes banane fournissent des points de connexion sécurisés pour les sondes de test de type banane une fois le détecteur monté dans le boîtier. Utilisez des sondes de multimètre standard ou des pinces crocodiles pour une connexion fiable.

Le détecteur est idéal pour équilibrer les circuits en pont, les configurations de voltmètre à équilibrage nul, et pour entendre des signaux AC de très faible amplitude dans la gamme audio.

Il offre une alternative précieuse à l'oscilloscope, permettant une perception sensorielle différente du comportement des circuits.

Pour mesurer des tensions supérieures à 1 V, atténuez la sensibilité du détecteur avec un diviseur de tension. Insérez le diviseur à l'avant du circuit :

Réglez le potentiomètre 100 kΩ à environ mi-course pour un signal inconnu. Ajustez vers le haut ou le bas jusqu'à ce que la sortie audio ne soit ni trop forte ni trop faible.

Le détecteur peut détecter des signaux DC et RF. Un faible « clic » est audible chaque fois que les sondes touchent ou se déconnectent de la source. Avec des casques bon marché, des courants DC inférieurs à 0,1 µA et des signaux RF jusqu'à 2 MHz ont été détectés.

Une démonstration frappante consiste à toucher les sondes au bout de votre langue avec la sensibilité maximale. La tension galvanique du contact métal-électrolyte produit un doux clic à chaque fois que les sondes touchent la peau humide.

Retirer la fiche du casque et toucher le bout de la langue produit encore des clics, mais à une amplitude plus faible. Les haut-parleurs de casque sont des dispositifs à faible impédance ; ils ont besoin de basse tension et de fort courant pour une puissance sonore significative.

L'impédance (Z) mesure l'opposition au AC, tandis que la résistance (R) mesure l'opposition au DC. Les deux sont exprimées en ohms (Ω). La plupart des sources de petits signaux ont des impédances internes bien supérieures aux 8 Ω typiques des casques, limitant la délivrance de courant.

En adaptant l'impédance du casque à l'impédance de la source avec un transformateur, le théorème du transfert de puissance maximal assure une sortie sonore optimale. Le transformateur génère également un retour inductif à l'ouverture du circuit, amplifiant efficacement les minuscules signaux DC pour les casques.

Pour une utilisation à long terme, construisez le détecteur dans un boîtier permanent avec des fils de test fixes.

Fiches Connexes

• Projet de conception : Fiche de travail détecteur audio sensible
• Fiche de travail : Adaptation d'impédance avec transformateurs