3.3. Простой металлоискатель на микросхеме К561ЛЕ5

Помимо рассмотренных в предыдущих разделах данной главы металлодетекторов существуют и другие варианты устройств на микросхемах, работа которых основана на принципе биений. Одна из таких конструкций создана на базе металлоискателя, разработанного И. Нечаевым из г. Курска (С подробным описанием прибора И. Нечаева можно ознакомиться в журнале "Радио" №1 за 1987 год).

Принципиальная схема

Как уже упоминалось, рассматриваемый металлодетектор представляет собой один из многочисленных вариантов прибора типа BFO (Beat Frequency Oscillator), то есть является устройством, в основу которого положен принцип анализа биений двух частот. При этом в данной конструкции оценка изменения частоты осуществляется на слух.

Рис. 3.4.
Принципиальная схема металлоискателя на микросхеме К176ЛЕ5

Основу схемы этого прибора составляют измерительный и опорный генераторы, смеситель и схема акустической индикации (рис. 3.4). Опорный и измерительный генераторы выполнены на элементах микросхемы IC1.

Опорный генератор собран на элементе IC1.1. Отрицательная обратная связь по постоянному току между выходом (вывод 3) и входом (выводы 1, 2) данного элемента осуществляется через резистор R1 и катушку индуктивности L1. Параметры катушки L1 и резистора R1 выбраны так, что элемент работает на линейном участке передаточной характеристики. Таким образом создаются условия для возбуждения каскада на частоте примерно 100 кГц, которая определяется параметрами элементов контура L1C1С2C3. Элемент IC1.1 обладает высоким входным сопротивлением, поэтому добротность контура и стабильность частоты генератора сравнительно высоки. Резистор R3 ослабляет шунтирующее влияние выходного сопротивления элемента на контур. При необходимости частоту колебаний опорного генератора можно изменять в небольших пределах конденсатором переменной емкости С2.

Измерительный генератор выполнен по аналогичной схеме на элементе IC1.2. При этом рабочая частота данного генератора определяется параметрами элементов контура L2C4С5. Катушка L2 является поисковой. При приближении поисковой катушки L2 колебательного контура перестраиваемого генератора к металлическому предмету ее индуктивность изменяется, что вызывает изменение рабочей частоты генератора.

Колебания с опорного и измерительного генераторов поступают на входы элемента IC1.3, выполняющего функции смесителя сигналов. В результате на выходе элемента IC1.3 будут присутствовать не только сигналы основных частот генераторов, но и сигналы гармонических составляющих разностных и суммарных частот. Одним из самых мощных будет сигнал разностной частоты, который выделяется на резисторе R4. Остальные сигналы подавляются фильтром, в состав которого входят резистор R3 и конденсатор C6.

Выходной сигнал через регулятор громкости R4 подается непосредственно на головные телефоны BF1. Использовать дополнительный низкочастотный усилитель не требуется, поскольку амплитуда выходного сигнала элемента IC1.3 составляет несколько вольт.

Питание на микросхему IC1 подается от источника В1 напряжением 9 В.

Детали и конструкция

Для изготовления рассматриваемого металлоискателя можно использовать любую макетную плату. Поэтому к используемым деталям не предъявляются какие-либо ограничения, связанные с габаритными размерами.

В статье И. Нечаева рекомендуется расположить детали данного металлодетектора (за исключением поисковой катушки L2, резистора R4, разъема Х1 и выключателя S1) на печатной плате размерами 60х55 мм (рис. 3.5), изготовленной из одностороннего фольгированного гетинакса или текстолита.

a



б

Рис. 3.5.
Печатная плата (а) и расположение элементов (б) металлоискателя на микросхеме К561ЛЕ5

Неиспользуемые входные выводы четвертого элемента микросхемы IC1 необходимо соединить с общим проводом. В данном приборе можно использовать микросхемы серий К176, К561, К564, содержащие не менее трех логических элементов "или - не" или "и - не", например типа К561ЛЕ5, К561ЛА7, К561ЛА9 или К561ЛЕ10.

В качестве конденсатора С2 рекомендуется использовать любой конденсатор переменной емкости от малогабаритного радиоприемника. Максимальная емкость этого конденсатора должна быть не менее 150 пФ. Остальные конденсаторы могут быть любыми малогабаритными керамическими, например типа КЛС, КМ или КТ. Необходимо отметить, что для повышения термостабильности устройства конденсаторы С1, С3-С5 должны иметь ТКЕ не хуже М750 или М1500.

Постоянные резисторы могут быть любыми малогабаритными, например типа МЛТ-0,125. Переменный резистор R4 может иметь сопротивление от 10 до 68 кОм. При этом в качестве такого регулятора не рекомендуется использовать резисторы, механически соединенные с выключателем питания S1.

Катушка L1 контура опорного генератора может быть выполнена на каркасе от катушки контура ПЧ любого малогабаритного транзисторного приемника. Например, в металлодетек-торе И. Нечаева эта катушка намотана на трехсекционном каркасе контура ПЧ радиоприемника "Сокол-403". При этом катушка L1 помещена в броневой сердечник диаметром 8,6 мм из феррита 600НН с подстроечником диаметром 2,8 и длиной 12 мм из такого же феррита. Катушка L1 содержит 200 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,09 мм.

Для изготовления поисковой катушки L2 рекомендуется использовать отрезок медной или алюминиевой трубки с внутренним диаметром 6-8 мм и длиной около 950 мм. Внутри трубки следует протянуть жгут из 18 отрезков провода МГТФ диаметром 0,07 мм, предварительно протянутых в полихлорвиниловую трубку. Дюралюминиевую трубку с находящимися в ней проводами надо изогнуть по шаблону в кольцо диаметром около 300 мм. Конец провода, являющийся началом первого витка, следует припаять к соответствующему выводу конденсатора С4, начало второго витка - к концу первого витка и так далее. Конец последнего витка припаивается к соответствующему выводу конденсатора С5. В результате получится катушка, содержащая 18 витков и имеющая индуктивность примерно 350 мкГ.

При изготовлении катушки L2 нужно особенно следить за тем, чтобы не произошло замыкания концов экранирующей трубки, поскольку в этом случае образуется короткозамкнутый виток.

Вместо тонкостенной трубки для изготовления экрана можно использовать и обычную алюминиевую фольгу. В этом случае дополнительную жесткость конструкции катушки L2 можно придать, если расположить ее между двумя дисками из фанеры или гетинакса соответствующих размеров.

В качестве источника звуковых сигналов следует использовать высокоомные головные телефоны с возможно большим сопротивлением (около 2000 Ом). Подойдут, например, широко известные телефоны ТА-4 или ТОН-2. При использовании низкоомных телефонов металло-искатель следует дополнить каскадом на транзисторе КТ315Б, установив резистор R3 сопротивлением 10 кОм, а конденсатор С6 - емкостью 1000 пФ.

В качестве источника питания В1 можно использовать, например, батарейку "Крона" или две батарейки типа 3336Л, соединенные последовательно.

Печатная плата с расположенными на ней элементами и источник питания размещаются в любом подходящем металлическом корпусе. На крышке корпуса устанавливаются переменный резистор R4, разъем Х1 для подключения головных телефонов BF1, разъем Х2 для подключения поисковой катушки L2 и выключатель S1.

Налаживание

Как и при регулировке других металлоискателей, налаживание данного прибора следует проводить в условиях, когда металлические предметы удалены от поисковой катушки L2 на расстояние не менее одного метра.

Сначала необходимо настроить рабочую частоту опорного генератора. Для этого первоначально частота опорного генератора устанавливается равной рабочей частоте измерительного генератора с помощью регулировки положения подстроечного сердечника катушки L1 до полного пропадания звукового сигнала в головных телефонах, то есть до установки нулевых биений. Предварительно ротор конденсатора С2 следует установить примерно в среднее положение. В результате при незначительном повороте ручки конденсатора С2 в любую сторону в телефонах должен появляться звук низкого тона. При необходимости для настройки частоты опорного генератора можно воспользоваться частотомером или осциллографом.

Рекомендуемая разность частот опорного и измерительного генераторов должна составлять 400-500 Гц. При этом частота опорного генератора должна быть выше частоты измерительного генератора. Выбор столь высокого значения разностной частоты объясняется тем, что оба генератора, опорный и измерительный, выполнены на элементах одного общего кристалла микросхемы, и поэтому между ними неизбежно возникают паразитные связи, устранить которые практически невозможно. Этот факт и вынуждает использовать в данном металлоискателе биения частотой более 100-300 Гц, что неизбежно приводит к снижению его чувствительности.

Порядок работы

При безошибочном монтаже, исправных деталях и правильной регулировке рассматриваемый металлоискатель готов к работе сразу после окончания настройки.

Перед началом поисковых работ конденсатором С2 желательно установить возможно меньшую частоту биений. Это позволит повысить чувствительность прибора, поскольку обеспечит регистрацию даже небольших изменений частоты измерительного генератора. Однако очень низкую частоту биений выбрать не удастся, потому что на ней громкость звука в телефонах резко понизится.

Если в процессе работы частота сигнала в головных телефонах изменится, то это свидетельствует о наличии в зоне действия поисковой катушки L2 какого-либо металлического предмета. При приближении катушки к предметам из магнитных металлов (например из железа, феррита или никеля) частота сигнала биений будет увеличиваться, а при приближении к предметам из немагнитных металлов (например из алюминия, меди или латуни) - уменьшаться. По изменению тона сигнала биений, имея определенный опыт, можно легко определить, из какого металла, магнитного или немагнитного, изготовлен обнаруженный предмет.

Уровень громкости сигнала в головных телефонах регулируется резистором R4.