Непосредственное налаживание металлодетектора следует начать с установки нужной частоты колебаний, формируемых ВЧ-генератором. Частота колебаний ВЧ должна быть равна частоте кварцевого элемента Q1. Для выполнения данной регулировки рекомендуется воспользоваться цифровым частотомером. При этом значение частоты сначала грубо устанавливается изменением емкости конденсатора С4, а затем точно – регулировкой конденсатора С3.
При отсутствии частотомера настройку ВЧ-генератора можно провести по показаниям индикатора PA1. Кварц Q1 является элементом связи между измерительной и индикаторной частями прибора, поэтому его сопротивление в момент резонанса велико. Таким образом, о точной настройке колебаний ВЧ-генератора на частоту кварца будет свидетельствовать минимальное показание стрелочного прибора PA1.
Уровень чувствительности данного устройства регулируется резистором R7.
Порядок работыПри практическом использовании этого металлодетектора следует переменным резистором R7 установить стрелку индикатора PA1 на нулевое значение шкалы. При этом в определенной степени компенсируются изменения режимов работы, обусловленные разрядом батареи, изменением температуры окружающей среды или девиацией магнитных свойств грунта.
Если в процессе работы в зоне действия поисковой катушки L1 окажется какой-либо металлический предмет, стрелка индикатора PA1 отклонится. В этом случае при замыкании контактов выключателя S2 в головных телефонах появится звуковой сигнал.
Глава 3
Металлоискатели на микросхемах
В специализированной литературе много лет публикуются описания металлоискателей разных типов, выполненных на микросхемах. При этом предлагаемые конструкции отличаются не только используемой элементной базой, но и степенью сложности. В данной главе рассматриваются лишь некоторые схемотехнические решения, которые легли в основу как простых устройств, которые под силу собрать начинающим радиолюбителям, так и более сложных конструкций.
3.1. Простой металлоискатель на микросхеме К155ЛА3
Начинающим радиолюбителям можно рекомендовать для повторения конструкцию просго металлоискателя, основой для которого послужила схема, неоднократно публиковавшаяся в конце 70-х годов прошлого столетия в различных отечественных и зарубежных специализированных изданиях. Этот металлодетектор, выполненный всего на одной микросхеме типа К155ЛА3, можно собрать за несколько минут.
Принципиальная схемаПредлагаемая конструкция представляет собой один из многочисленных вариантов металлодетекторов типа BFO (Beat Frequency Oscillator), то есть является устройством, в основу которого положен принцип анализа биений двух сигналов, близких по частоте (рис. 3.1). При этом в данной конструкции оценка изменения частоты биений осуществляется на слух.
Рис. 3.1. Принципиальная схема металлоискателя на микросхеме К155ЛА3
Основу прибора составляют измерительный и опорный генераторы, детектор колебаний ВЧ, схема индикации, а также стабилизатор питающего напряжения.
В рассматриваемой конструкции использованы два простых LC-генератора, выполненные на микросхеме IC1. Схемотехнические решения этих генераторов практически идентичны. При этом первый генератор, который является опорным, собран на элементах IC1.1 и IC1.2, а второй, измерительный или перестраиваемый генератор, выполнен на элементах IC1.3 и IC1.4.
Контур опорного генератора образован конденсатором С1 емкостью 200 пФ и катушкой L1. В контуре измерительного генератора используются конденсатор переменной емкости С2 с максимальной емкостью примерно 300 пФ, а также поисковая катушка L2. При этом оба генератора настроены на рабочую частоту примерно 465 кГц.
Выходы генераторов через развязывающие конденсаторы СЗ и С4 подключены к детектору колебаний ВЧ, выполненному на диодах D1 и D2 по схеме удвоения выпрямленного напряжения. Нагрузкой детектора являются головные телефоны BF1, на которых выделяется сигнал низкочастотной составляющей. При этом конденсатор С5 шунтирует нагрузку по высшим частотам.
При приближении поисковой катушки L2 колебательного контура перестраиваемого генератора к металлическому предмету ее индуктивность изменяется, что вызывает изменение рабочей частоты данного генератора. При этом, если вблизи катушки L2 находится предмет из черного металла (ферромагнетика), ее индуктивность увеличивается, что приводит к уменьшению частоты перестраиваемого генератора. Цветной же металл уменьшает индуктивность катушки L2, а рабочую частоту генератора увеличивает.
ВЧ-сигнал, сформированный в результате смешивания сигналов измерительного и опорного генераторов после прохождения через конденсаторы С3 и С4, подается на детектор. При этом амплитуда сигнала ВЧ изменяется с частотой биений.
Низкочастотная огибающая ВЧ-сигнала выделяется детектором, выполненным на диодах D1 и D2. Конденсатор С5 обеспечивает фильтрацию высокочастотной составляющей сигнала. Далее сигнал биений поступает на головные телефоны BF1.
Питание на микросхему IC1 подается от источника В1 напряжением 9 В через стабилизатор напряжения, образованный стабилитроном D3, балластным резистором R3 и регулирующим транзистором T1.
Детали и конструкцияДля изготовления рассматриваемого металлоискателя можно использовать любую макетную плату. Поэтому к используемым деталям не предъявляются какие-либо ограничения, связанные с габаритными размерами. Монтаж может быть как навесной, так и печатный.
При повторении металлодетектора можно использовать микросхему К155ЛА3, состоящую из четырех логических элементов 2И-НЕ, питающихся от общего источника постоянного тока. В качестве конденсатора С2 можно использовать конденсатор настройки от переносного радиоприемника (например от радиоприемника «Альпинист»). Диоды D1 и D2 можно заменить любыми высокочастотными германиевыми диодами.
Катушка L1 контура опорного генератора должна иметь индуктивность около 500 мкГ. В качестве такой катушки рекомендуется использовать, например, катушку фильтра ПЧ супергетеродинного приемника.
Измерительная катушка L2 содержит 30 витков провода ПЭЛ диаметром 0,4 мм и выполнена в виде тора диаметром 200 мм. Эту катушку проще изготовить на жестком каркасе, однако можно обойтись и без него. В этом случае в качестве временного каркаса можно использовать любой подходящий по размерам круглый предмет, например банку. Витки катушки наматываются внавал, после чего снимаются с каркаса и экранируются электростатическим экраном, который представляет собой незамкнутую ленту из алюминиевой фольги, намотанную поверх жгута витков. Щель между началом и концом намотки ленты (зазор между концами экрана) должна составлять не менее 15 мм.
При изготовлении катушки L2 нужно особенно следить за тем, чтобы не произошло замыкание концов экранирующей ленты, поскольку в этом случае образуется короткозамкнутый виток. В целях повышения механической прочности катушку можно пропитать эпоксидным клеем.
Для источника звуковых сигналов следует применить высокоомные головные телефоны с возможно большим сопротивлением (около 2000 Ом). Подойдет, например, широко известный телефон ТА-4 или ТОН-2.
В качестве источника питания В1 можно использовать, например, батарейку «Крона» или две батарейки типа 3336Л, соединенные последовательно.
В стабилизаторе напряжения емкость электролитического конденсатора С6 может составлять от 20 до 50 мкФ, а конденсатора С7 – от 3 300 до 68 000 пФ. Напряжение на выходе стабилизатора, равное 5 В, устанавливается подстроечным резистором R4. Такое напряжение будет поддерживаться неизменным даже при значительной разрядке батарей.
Необходимо отметить, что микросхема К155ЛАЗ рассчитана на питание от источника постоянного тока напряжением 5 В. Поэтому при желании из схемы можно исключить блок стабилизатора напряжения и использовать качестве источника питания одну батарейку типа 3336Л или аналогичную ей, что позволяет собрать компактную конструкцию. Однако разрядка этой батарейки очень быстро отразится на функциональных возможностях данного металлодетектора. Именно поэтому необходим блок питания, обеспечивающий формирование стабильного напряжения 5 В.
Следует признать, что в качестве источника питания автор использовал четыре большие круглые батарейки импортного производства, соединенные последовательно. При этом напряжение 5 В формировалось интегральным стабилизатором типа 7805.
Плата с расположенными на ней элементами и источник питания размещаются в любом подходящем пластмассовом или деревянном корпусе. На крышке корпуса устанавливаются переменный конденсатор С2, выключатель S1, а также разъемы для подключения поисковой катушки L2 и головных телефонов BF1 (эти разъемы и выключатель S1 на принципиальной схеме не указаны).
