敏感音频检测器

零件和材料

• 高品质“封闭式”音频耳机
• 耳机插孔：用于耳机插头的母插孔（Radio Shack 目录编号 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 目录号 #276-1101）
• 1 kΩ 电阻
• 100 kΩ 电位计（Radio Shack 目录号 #271-092）
• 两个“香蕉”插孔式接线柱或其他终端硬件，用于连接到电位计电路（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，但聆听是可信的：如果您认真地想构建一个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一家高品质的音频商店，“听”哪些声音是最低 收音机或 CD 播放器上的音量设置。

请注意，您可能要花数百美元购买一副耳机才能获得绝对最佳的灵敏度！不过请放心：我用过旧 一副 Radio Shack “Realistic” 品牌耳机，效果非常好，所以你不需要买最好的。

通常，此类应用中使用的变压器（音频扬声器阻抗匹配）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 伏特比的小型降压电源变压器完全适合这项任务，而且更便宜（尤其是从旧的旧货店闹钟收音机中取出时）等等坚固耐用。Ω:8 Ω) 而不是电压。音频变压器可以工作，但我发现 120/6 伏特比的小型降压电源变压器完全适合这项任务，而且更便宜（尤其是从旧的旧货店闹钟收音机中取出时）等等坚固耐用。

1 kΩ 电阻器的容差（精度）额定值无关紧要。 100 kΩ 电位计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。即使一个audio-taper 电位器适用于这种应用，它不是必需的。 线性锥度 电位器效果很好。

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 2 卷，第 9 章：“变形金刚”

电路课程 ，第 2 卷，第 12 章：“交流计量电路”

学习目标

• 学习焊接的基本实践
• 说明使用变压器进行阻抗匹配
• 举例说明极小电信号的检测
• 说明如何使用二极管将电压“限幅”到某个最大值

原理图

插图

说明

该实验在结构上与 DC 实验章节中描述的“灵敏电压检测器”相同。如果你已经构建了这个检测器，你可以跳过这个实验。

耳机，最有可能是立体声装置（独立的左右扬声器）将有一个三触点插头。您将仅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。

您可以串联或并联连接两个立体声扬声器。我发现串联效果最好，也就是说，可以从小信号中产生最大的声音：

焊接好所有电线连接。该检测器系统极其灵敏，电路中任何松动的接线都会在测量电压信号产生的声音中增加不需要的噪声。与变压器初级绕组并联的两个二极管以及串联的 1 kΩ 电阻器一起工作，将输入电压“削”到最大约 0.7 伏。

这做一件事而且只做一件事：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引线连接到大电压源（如电池）上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，接线柱就会为一对带有香蕉式插头的测试探头提供连接点。您可以使用普通的万用表探头，也可以自己制作末端带有鳄鱼夹的探头，以确保与电路的安全连接。

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，以及检测音频范围内极低幅度的交流（“交流”）信号。

它是一款非常有价值的测试设备，特别适合没有示波器的低成本实验者。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。

对于跨任何重要电压源（1 伏及更高）的连接，检测器的极高灵敏度应减弱。这可以通过将分压器连接到电路的“前端”来实现：

原理图

插图

最初感应未知幅度的电压信号时，将 100 kΩ 分压器电位计调整到大约中间范围。如果声音太大，请将电位器调小，然后再试一次。如果太软，把它调大再试一次。

该检测器甚至可以感应直流和射频信号（分别低于和高于音频范围的频率），只要测试引线与被测源接触或断开，就会听到“咔嗒”声。使用我的廉价耳机，我已经能够检测到小于 1/10 微安 (<0.1 µA) DC 的电流，以及高达 2 MHz 的类似低幅度射频信号。

检测器灵敏度的一个很好的证明是将两个测试引线都接触到舌头的末端，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，但足以在每次导线与您舌头的湿皮肤接触和断开接触时产生轻柔的“咔嗒”声。

尝试从插孔（插座）上拔下耳机插头，然后用同样的方式将其接触到舌头的末端。您应该仍会听到轻柔的咔嗒声，但它们的振幅会小得多。耳机扬声器是“低阻抗”设备：它们需要低电压和“高”电流才能提供充足的声音功率。

阻抗是对任何和所有形式的电流（包括交流电 (AC)）的抵抗力的量度。相比之下，抵抗是对直接反对的严格衡量标准 电流（直流）。与电阻一样，阻抗也以欧姆 (Ω) 为单位测量，但在方程中用大写字母“Z”而不是大写字母“R”来表示。

我们使用术语“阻抗”来描述耳机对电流的抵抗，因为耳机通常受到的主要是交流信号，而不是直流。

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。这是一种技术方式，表示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，耳机扬声器将提供最大声功率。变压器就是这样做的。

变压器还可以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，从而通过磁性储存电能并突然将其释放到耳机扬声器来“放大”信号。

与低压交流电源实验一样，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漂亮的测试引线），以便将来轻松使用。

如此构造，它可能看起来像这样：

相关工作表：

• 设计项目：敏感音频检测器工作表
• 阻抗匹配与变压器工作表