高灵敏度音频检测器：捕捉超微弱电信号
零件与材料
- 高灵敏度评级（dB）封闭式音频耳机
- 母头耳机插座（如 Radio Shack #274-312 或同等）
- 小型降压变压器（120V → 6V）；使用 6V 次级绕组
- 两个 1N4001 整流二极管
- 1kΩ 电阻
- 100kΩ 电位器（音频锥度或线性均可）
- 两个香蕉插头接线柱（或类似）用于电位器电路
- 塑料或金属外壳用于安装元件
耳机选择至关重要：分贝灵敏度评级越高，检测器拾取微弱信号能力越强。在优质音频店试听多款型号，寻找音量最低时仍能清晰发声的型号。
虽然高端耳机能提升性能，但普通耳机——如旧款 Radio Shack "Realistic" 型号——对大多数实验已足够。
相关文献
《电路课程》第一卷，第八章："DC Metering Circuits"（直流测量电路）
《电路课程》第二卷，第九章："Transformers"（变压器）
《电路课程》第二卷，第十二章："AC Metering Circuits"（交流测量电路）
学习目标
- 掌握基础焊接技术
- 理解变压器在阻抗匹配中的应用
- 检测极微小电信号
- 利用二极管钳位限制最大电压
原理图
实物接线图
实验步骤
按直流实验章节 "Sensitive Voltage Detector"（高灵敏度电压检测器）的制作步骤操作。若已制作该检测器，可跳过初始搭建。
多数耳机为三触点立体声插头。连接其中两个触点即可；若为两触点单声道耳机，直接使用。
两个耳机单元可串联或并联。经验表明串联接法对微弱信号响应最强：
所有连接必须可靠焊接——松动接触会引入噪声。变压器初级两端的两个二极管与串联 1kΩ 电阻将输入电压钳位至约 0.7V，限制耳机输出并防止意外高压损坏。
接线柱为安装在外壳内的检测器提供香蕉插头测试探针的可靠连接点。可使用标准万用表笔或鳄鱼夹导线。
该检测器适用于电桥平衡、零位电压表设置，以及听取音频范围内极低幅度交流信号。
它提供了一种不同于示波器的感官感知电路行为的宝贵替代方案。
测量 >1V 电压时，需在电路前端加入分压器衰减检测器灵敏度：
对未知信号，将 100kΩ 电位器设至约半程。上下调节直到音频输出既不刺耳也不微弱。
检测器可感应直流和射频信号。测试笔接触或脱离信号源时均可听到微弱"咔哒"声。廉价耳机可检测 <0.1µA 直流电流和高达 2MHz 的射频信号。
一个引人注目的演示：将测试笔尖触碰舌尖并将灵敏度调至最大。金属-电解质接触产生的伽伐尼电压，每次接触湿润皮肤都会产生柔和的咔哒声。
拔下耳机插头直接触碰舌尖仍有咔哒声，但幅度更低。耳机单元为低阻抗器件，需低电压大电流才能产生显著声功率。
阻抗（Z）衡量对交流的阻碍，电阻（R）衡量对直流的阻碍，单位均为欧姆（Ω）。多数微弱信号源内阻远高于耳机典型 8Ω，限制了电流输送。
利用变压器将耳机阻抗与信号源阻抗匹配，根据最大功率传输定理可获得最佳声输出。变压器在电路断开时产生的感应反冲电压，也能有效放大微小直流信号供耳机检测。
长期使用建议将检测器制作在固定外壳内，配备固定测试导线。
相关练习册
- Design Project: Sensitive Audio Detector Worksheet（设计项目：高灵敏度音频检测器练习册）
- Impedance Matching With Transformers Worksheet（变压器阻抗匹配练习册）
工业技术