Design-Projekt: Empfindlicher Audio-Detektor

IR Proximity Sensor / Obstacle Detector circuit on Breadboard | LM358 Op-Amp projects (Dezember 2018).

Anonim

Design-Projekt: Empfindlicher Audio-Detektor

Wechselstrom-Stromkreise


Frage 1

Die Auswahl von Step-Down-Transformatoren, die in einem Projekt wie diesem verwendet werden, ist nicht beliebig. Bei der Auswahl eines bestimmten Transformators müssen wir mehrere Faktoren berücksichtigen:

Wendet Verhältnis
Wicklungsspannung Bewertung (en)
Isolation (Sicherheit) Nennspannung
Aufwand (Transformatoren können teuer sein!)

Ein Windungsverhältnis zwischen 20: 1 und 10: 1 scheint für ein solches Projekt gut zu sein. Ich empfehle einen Transformator mit einer höchsten Hochspannungs-Wicklungsleistung und einer Wicklungs-zu-Wicklungs-Isolation, um einen maximalen Widerstand zwischen dem zu testenden Stromkreis (primär) und Ihren Kopfhörern (sekundär) zu bieten. Dies ist eine Sicherheitsfunktion - um sicherzustellen, dass Sie keinen Stromschlag erhalten, wenn der Detektor versehentlich an eine Quelle tödlicher Spannung angeschlossen ist. Ich empfehle auch, einen recycelten Transformator zu verwenden (dh aus irgendwelchen Schrottgeräten geborgen), anstatt einen neuen zu kaufen.

Identifizieren Sie einige allgemein verfügbare Transformatoren, die diese Kriterien erfüllen.

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Einfache 120-Volt- bis 6-Volt-Abwärtstransformatoren des Typs, der in der Stromversorgungsstufe von elektronischen Verbrauchergeräten, wie beispielsweise Radioweckern, verwendet wird, arbeiten gut. Ich habe sogar den Hochspannungstransformator von einem alten Mikrowellenherd (120 Volt primär, 2000 Volt sekundär) rückwärts als Abwärtstransformator verwendet, mit sehr guten Ergebnissen (ganz zu schweigen von einer hervorragenden Sicherheitsisolierung).

Natürlich funktionieren einfache 1000: 8 Ohm Audio-Anpassungstransformatoren angemessen, was die Signaldetektion betrifft. Diese Transformatoren bieten jedoch typischerweise nicht das gleiche Maß an Wicklungs-zu-Wicklungs-Isolation wie ein Leistungstransformator, und daher empfehle ich sie nicht für eine dauerhafte Konstruktion (nur für Proof-of-Concept-Schaltungen).

HINWEIS: Achten Sie bei der Bergung von Transformatoren auf alte Geräte, insbesondere Hochspannungsgeräte wie Mikrowellengeräte, auf alle geeigneten Sicherheitsvorkehrungen! Wenn Sie sich nicht sicher sind, wenden Sie sich an Ihren Schulungsleiter, bevor Sie mit der Demontage eines Geräts fortfahren. Viele elektronische Geräte enthalten Hochspannungskondensatoren, die lange nach dem Einschalten des Geräts lebensgefährliche Ladungen speichern können. Alle Kondensatoren müssen vor dem Berühren von Leitern in alten Geräten in angemessener Weise entladen werden!

Anmerkungen:

Stellen Sie sicher, dass Ihre Schüler tatsächlich recherchieren, wenn sie zu den von ihnen vorgeschlagenen Transformatorquellen kommen - einfach zu wiederholen, was sie in der Antwort lesen, ist nicht akzeptabel.

Es mag seltsam erscheinen, die Verwendung von Netzfrequenztransformatoren für diesen Zweck vorzuschlagen, bei denen der Frequenzbereich des (Audio-) Signals weit über 60 Hz liegen kann. Wir streben jedoch keine hohe Wiedergabetreue mit diesem Gerät an, sondern nur maximale Empfindlichkeit und maximale Sicherheit. Übrigens habe ich herausgefunden, dass AC-Netztransformatoren - wenn sie mit Spannungen betrieben werden, die weit unter ihren Wicklungsnennwerten liegen - eine vernünftige Arbeit der Audiosignalwiedergabe leisten, da der Magnetfeldfluss in dem Kern so unglaublich niedrig ist im Vergleich zu dem, was dort 50 Hz transformieren würde oder 60 Hz Netzspannung. Die Genauigkeit eines Audiosignals, das beispielsweise von einer Funkschaltung mit diesem Detektor abgefangen wird, ist für Diagnosezwecke ziemlich zufriedenstellend.

Frage 2

Die Reihenwiderstände und parallel geschalteten Dioden in dieser Schaltung wirken als ein Spannungsbegrenzungsnetzwerk. Warum ist es wahrscheinlich wichtig, die Signalspannung zu begrenzen oder zu "klammern", bevor sie den Rest der Schaltung erreicht. "# 2"> Antwort anzeigen Antwort ausblenden

Das Clipping-Netzwerk schützt Ihr Gehör bei versehentlicher Verbindung mit einer großen Signalquelle.

Anmerkungen:

Ihre Studenten sind vielleicht noch nicht mit der Funktionsweise von Halbleiterdioden vertraut. Erklären Sie zunächst, dass Dioden nur Strom in einer Richtung leiten, und selbst dann leiten sie nicht, bis der Spannungsabfall über ihnen ungefähr 0, 7 Volt beträgt (für Siliziumdioden).

Frage 3

Kann dieser Detektor verwendet werden, um das Vorhandensein von Gleichstrom (DC) oder nur Wechselstrom innerhalb des Audiofrequenzbereichs anzuzeigen? Wie wäre es mit AC-Signalen jenseits des Audiofrequenzbereichs?

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Dieser Detektor ist nützlich zum Detektieren des Vorhandenseins von Signalen über einen extrem breiten Frequenzbereich (und bis auf Null - DC), obwohl der Detektor zugegebenermaßen viel mehr Information über die Art des Signals liefert, wenn seine Frequenz innerhalb des Audiobereichs liegt. Um diesen Detektor für DC-Signale und für Signale oberhalb des Audiobereichs zu verwenden, bedarf es einiger Kreativität, aber es ist sicherlich möglich!

Anmerkungen:

Lassen Sie Ihre Schüler ihre Erfolge mit der Signalerkennung oberhalb und unterhalb des Audiofrequenzbereichs teilen. Welche Technik (en) lieferte die besten (empfindlichsten) Ergebnisse?

Frage 4

Wenn der Kopfhörer an den Eingang Ihrer Audio-Detektorschaltung angeschlossen ist, was ist der niedrigste aktuelle Signalpegel, den Sie hören können, gemessen mit einem empfindlichen Milliamperemeter, das zwischen Ihrem Detektor und einer Signalquelle in Reihe geschaltet ist?

Vergleichen Sie dies mit der geringsten Menge an hörbarem Signalstrom für den Kopfhörer direkt. Welche Komponente des Detektorkreises ist verantwortlich für diese erhöhte Empfindlichkeit? # 4>> Antwort anzeigen Antwort ausblenden

Der Transformator. Aber kannst du erklären warum?

Anmerkungen:

Dies ist eine sehr praktische Möglichkeit für Studenten, die Bedeutung der Impedanzanpassung mit Transformatoren zu erfahren.

Frage 5

Angenommen, ich möchte das "Brummen" der Welligkeitsspannung von einem Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Netzteil unter Verwendung dieses Detektors hören. "Welligkeitsspannung", falls Sie es nicht wissen, ist eine kleine Wechselspannung, die einer großen Gleichspannung überlagert ist. Wenn ich meinen Detektor einfach direkt an die Anschlüsse des Netzteils anschließe, höre ich ein lautes "Klicken". Wenn ich den Lautstärkeregler nach unten drücke, bis das "Klicken" erträglich ist, ist das Brummen zu schwach, um es zu hören. Wenn ich den Lautstärkeregler weit genug nach oben drehe, um das Brummen zu hören, ist der "Klick" viel zu laut für Komfort.

Wie kann ich den Detektor so einrichten, dass er nur den AC-Anteil (die "Welligkeitsspannung") des Netzteilausgangs und nicht den DC-Anteil erkennt?

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Dies ist tatsächlich ziemlich einfach zu tun, und es schließt das Verbinden eines bestimmten Komponententyps in Reihe mit den Testleitungen des Detektors ein. Ich werde Ihnen nicht direkt sagen, was diese Komponente ist, aber ich gebe Ihnen einen Hinweis: Sie werden das gleiche tun, was in einem Oszilloskop gemacht wird, wenn Sie den "Kopplungs" -Schalter von der "DC" -Position auf die stellen "AC" -Position.

Follow-up-Frage: Ändern Sie das Schaltbild um einen AC / DC-Koppelschalter, damit die Kopplung des Detektors genau wie bei einem Oszilloskop von einem Modus in den anderen umgeschaltet werden kann.

Anmerkungen:

Es wäre sehr hilfreich, wenn ein AC-DC-Netzteil mit beträchtlicher Restwelligkeit für Studenten verfügbar wäre, um diese Übung durchzuführen.

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