Металлоискатель на микросхеме серий К176, К561, К564
Принцип действия
Принцип действия этого металлоискателя основан на сравнении частот двух генераторов, один из которых опорный со стабильной частотой, а частота другого (поискового) изменяется под влиянием близко расположенных металлических предметов.
Принципиальная схема
Принципиальная схема приведена на рис. 2.24, а. Опорный генератор собран на элементе DD1.1. Через резистор R1 и катушку индуктивности L1 осуществляется отрицательная обратная связь по постоянному току между выходом и входом элемента. Благодаря этому элемент выходит на линейный участок передаточной характеристики. Этим создаются условия для возбуждения каскада на частоте примерно 100 кГц. Эта частота определяется параметрами контура L1C1C2C3.
Рис. 2.24. Металлоискатель на микросхеме серий К176, К561, К564: а - принципиальная схема; б - печатная плата; в - дополнительный согласующий каскад
Логический элемент микросхемы обладает высоким входным сопротивлением, поэтому добротность контура и стабильность частоты генератора сравнительно высоки. Резистор R1 ослабляет шунтирующее влияние выходного сопротивления элемента на контур. Форма колебаний на контуре синусоидальная, а на выходе элемента - прямоугольная. Частоту колебаний можно изменять в небольших пределах конденсатором переменной емкости С2.
Поисковый генератор собран на элементе DD1.2 по аналогичной схеме, но катушка индуктивности L2 - выносная, заключенная в экранирующую металлическую трубку. Прямоугольные колебания с эталонного и поискового генераторов поступают на входы элемента DD1.3, работающего смесителем сигналов.
На выходе элемента будут как сигналы основных частот генераторов, так и разностных и суммарных частот (в том числе и частот гармонических составляющих). Одним из самых мощных будет сигнал разностной частоты - они выделяется на резисторе R4. Остальные сигналы подавляются фильтром R3C6. Амплитуда выходного сигнала элемента DD1.3 достаточно большой, составляет несколько вольт. Поэтому необходимости в дополнительном усилителе 34 нет.
К выходному разъему XS1 подключают высокоомные головные телефоны, например, ТОН-2 с последовательно соединенными капсюлями. Громкость звука регулируется переменным резистором R4. При использовании низкоомных телефонов металлоискатель следует дополнить каскадом на транзисторе VT1 (рис. 2.24, в), установив резистор R3 сопротивлением 10 кОм, а конденсатор С6 емкостью 1000 пФ.
Элементная база и рекомендуемые замены
В металлоискателе можно использовать микросхемы серий К176, К561, К564, содержащие не менее трех логических элементов ИЛИ-НЕ или И-НЕ, например, К561ЛЕ5, К561ЛА7, К561ЛА9, К561ЛЕ10. Переменный конденсатор - от радиоконструктора "Юность КП101" или другой малогабаритный с максимальной емкостью не менее 150 пФ. Остальные конденсаторы - КЛС, КМ, КТ, причем конденсаторы С1, СЗ-С5 должны быть с ТКЕ не хуже М750, М1500. Это повысит термостабильность устройства.
Переменный резистор R4 - СП3-3в сопротивлением 68, 47, 33, 22 и даже 10 кОм, но механически соединенный с выключателем питания SA1, остальные резисторы - МЛТ мощностью 0,125 Вт. Катушка L1 выполнена на трехсекционном каркасе контура ПЧ радиоприемника "Сокол-403", помещенном в броневой сердечник диаметром 8,6 мм из феррита 600НН с подстроечником диаметром 2,8 мм и длиной 12 мм из такого же феррита. Она должна содержать 200 витков провода ПЭВ-2,0,09.
Изготовление катушек
Катушку L2 выполняют так. В алюминиевую тонкостенную трубку диаметром примерно 7 мм и длиной около 950 мм продеть 18 проводников МГТФ-0,07. Затем трубку согнуть на оправке, а витки соединить последовательно друг с другом.
Индуктивность катушки должна быть равна примерно 350 мкГн. Концы трубки оставить разомкнутыми, но к одному из них подключить проводник, соединенный с общим проводом.
Конструкция
Разъем XS1 - розетка для подключения головных телефонов. Источник питания - батарея "Крона" или аккумулятор. Детали металлоискателя, кроме катушки L2, батареи и разъема, следует разместить на печатной плате (рис. 2.24, б) из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1-1,5 мм со стороны печатных проводников.
Неиспользуемые входные выводы четвертого элемента микросхемы следует соединить с общим проводом. Печатную плату желательно разместить в металлическом корпусе (лучше алюминиевом). В нем нужно прорезать окна под ручки резистора R4 и конденсатор С2. К верхней части корпуса нужно прикрепить катушку L2, а к нижней - ручку, внутри которой размещен источник питания, а снаружи установлен разъем XS1.
Наладка
При правильном монтаже и исправных деталях налаживание сводится к установке требуемой частоты эталонного генератора. Для этого ручку конденсатора С2 следует установить примерно в среднее положение. Подстроечником катушки L1 желательно добиться в телефонах нулевых биений (пропадания звука).
Если настройка правильная, при незначительном повороте ручки конденсатора в любую сторону в телефонах будет появляться звук низкого тона. Такую настройку нужно проводить на расстоянии не менее метра от массивных металлических предметов.
Использование металлоискателя
Пользуются металлоискателем так. Конденсатором С2 устанавливают возможно меньшую частоту биений. Это позволит повысить его чувствительность, поскольку будут заметны даже небольшие изменения частоты перестраиваемого генератора. К сожалению, очень низкую частоту выставить не удастся, потому что на ней громкость звука в телефонах резко падает.
При приближении катушки L2 к металлическому предмету ее индуктивность будет изменяться, а, значит, изменится и частота поискового генератора. Если обнаруженный предмет сделан из магнитного материала (железа, феррита, никеля), индуктивность увеличится, а частота уменьшится. Если обнаружен предмет из немагнитного материала (алюминия, меди, латуни), то индуктивность уменьшится, а частота увеличится.
Следуя указанному выше правилу, при поиске магнитных материалов частоту опорного генератора следует устанавливать выше частоты поискового генератора. Тогда при приближении к такому материалу частота поискового генератора будет уменьшаться, а частота биений - увеличиваться.
При поиске немагнитных материалов частоту опорного генератора следует устанавливать ниже частоты поискового. Если же сразу установить частоту опорного генератора выше частоты поискового на 400-500 Гц, то увеличение частоты биений будет свидетельствовать о приближении металлоискателя к предмету из магнитного металла, а уменьшение ее - к немагнитному.
Автор: Нечаев И.