Металлоискатель МИ-2 на транзисторах
В первой половине 70-х годов прошлого столетия в Советском Союзе был разработан и серийно выпускался металлоискатель МИ-2, который широко использовался в народном хозяйстве. Схема и конструкция этого прибора неоднократно дорабатывались и усовершенствовались. Один из известных вариантов металлодетектора МИ-2 можно рекомендовать начинающим радиолюбителям для повторения.
Принципиальная схема
Металлодетектор МИ-2 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. 2.12).
Рис. 2.12. Принципиальная схема металлоискателя МИ-2 (нажмите для увеличения)
Основу схемы прибора составляют измерительный и опорный генераторы, емкостной каскад, эмиттерный повторитель, триггер Шмитта и головные телефоны. Измерительный генератор выполнен на транзисторе Т1, включенном по схеме с общей базой. Рабочая частота этого генератора определяется параметрами колебательного контура, который состоит из поисковой катушки L1 и конденсаторов С3, С4. Напряжение обратной связи, необходимое для самовозбуждения, подается с коллектора транзистора Т1 в цепь эмиттера через емкостной делитель С3, С4. В результате на выходе измерительного генератора формируется синусоидальный сигнал с частотой 510 кГц.
Опорный генератор выполнен на транзисторе Т6 по схеме, аналогичной схеме измерительного генератора. Рабочая частота этого генератора определяется параметрами колебательного контура, который состоит из катушки L3 с латунным подстроечным сердечником и конденсаторов С12, С13 и С14. Колебания с опорного и измерительного генераторов через конденсаторы С5 и С11 поступают на вход смесителя, который выполнен на транзисторе Т2. В коллекторную цепь транзистора Т2 включен контур, состоящий из катушки L2 и конденсатора C6, в котором выделяются колебания разностной частоты.
Поисковая катушка L1, входящая в состав колебательного контура измерительного генератора, является датчиком, реагирующим на появление в зоне действия прибора металлических предметов. При приближении катушки L1 к такому предмету происходят изменение ее индуктивности и, как следствие, изменение частоты сигнала измерительного генератора. В результате частота сигнала на выходе смесительного каскада также изменится. Поскольку контур смесителя, выполненный на элементах L2 и C6, настроен на разностную частоту колебаний измерительного и опорного генераторов при отсутствии металлических предметов, изменение частоты сигнала приведет и к уменьшению амплитуды сигнала на выходе смесителя. Рабочая частота контура смесителя составляет 1 кГц.
Далее выделенный сигнал подается на эмиттерный повторитель, выполненный на транзисторе Т3 и служащий для согласования триггера Шмитта со смесителем. Триггер Шмитта выполнен на транзисторах Т4, Т5 и представляет собой электронное реле, реагирующее на изменение амплитуды входного сигнала. Режимы работы транзисторов Т4 и Т5 выбраны таким образом, чтобы триггер срабатывал при напряжении сигнала на входе более 0,5 В. Формируемый акустический сигнал подается на головные телефоны BF1.
Питание металлоискателя осуществляется от источника В1 напряжением 9 В, при этом потребляемый ток не превышает 4-5 мА.
Детали и конструкция
Конструктивно металлодетектор МИ-2 состоит из двух блоков. В состав блока поиска входят элементы, образующие измерительный генератор, в состав блока индикации - опорный генератор, емкостной каскад, эмиттерный повторитель и триггер Шмитта. Оба блока соединены между собой экранированным кабелем.
К используемым при сборке металлоискателя МИ-2 деталям не предъявляются какие-либо особые требования. Единственное ограничение связано лишь с габаритными размерами, поскольку большая часть деталей прибора смонтирована на двух сравнительно небольших печатных платах.
Детали блока поиска размещены на печатной плате размерами 70х35 мм, выполненной из одностороннего фольгированного гетинакса или стеклотекстолита (рис. 2.13).
Рис. 2.13. Печатная плата блока поиска металлоискателя МИ-2 (а) и расположение элементов на ней (б)
Детали блока индикации размещены на печатной плате размерами 150х75 мм, также выполненной из одностороннего фольгированного гетинакса или стеклотекстолита (рис. 2.14).
Рис. 2.14. Печатная плата блока индикации металлоискателя МИ-2 (а) и расположение элементов на ней (б)
В выпускавшемся серийно металлоискателе МИ-2 использовались резисторы типа МЛТ- 0,125, конденсаторы С1, С2, С8, С9, С15 и С16 - типа КЛС-1; С5, С11, С13 - КСО-1; конденсаторы С3, С4, С12, С14 - типа КСО-2; С6 - МБМ или МБМ-2; электролитические конденсаторы С7 и С10 - типа К50-3. Естественно, при повторении данного устройства можно использовать любые аналогичные детали из современной элементной базы. В качестве источника акустического сигнала подойдут головные телефоны типа ТОН-1.
Поисковая катушка L1 выполнена в виде кольца диаметром около 300 мм. Витки катушки заключены в электростатический экран из дюралюминиевой трубки диаметром 8 мм и толщиной стенок 1 мм. Для изготовления катушки необходимо сделать жгут из десяти кусков провода ПЭВ-2 диаметром 0,96 мм и длиной 1250 мм. Сначала жгут нужно протащить в полихлорвиниловую трубку длиной 1000 мм, а затем - в дюралюминиевую трубку длиной 960 мм. Дюралюминиевую трубку с находящимися в ней проводами надо изогнуть по шаблону в кольцо. В качестве экрана можно использовать и обычную алюминиевую фольгу. Куски проводов соединяются последовательно с помощью распайки на колодке, установленной в корпусе блока поиска.
При изготовлении катушки L1 нужно особенно внимательно следить за тем, чтобы не произошло замыкание концов экранирующей трубки, поскольку в этом случае образуется короткозамкнутый виток. Поэтому концы экрана желательно изолировать резиновой трубкой. Катушка L2 смесителя наматывается на кольцевом ферритовом сердечнике М2000 НМ-А-К38х24х7. Она имеет 200 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,47 мм и установлена на печатной плате блока индикации.
Катушка L3 опорного генератора содержит 135 витков провода ПЭЛШО диаметром 0,1 мм, которые наматываются на каркасе диаметром 7-9 мм с подсторечным сердечником, изготовленным из латуни. При необходимости с подробным описанием специальной конструкции катушки L3 можно ознакомиться в журнале "Радио" № 4 за 1973 год.
Корпус блока поиска выполнен из дюралюминия. Поисковая катушка L1 и блок поиска закреплены на нижней части специальной ручки. Корпус блока индикации также изготовлен из дюралюминия. На крышке корпуса устанавливаются разъем для подключения блока поиска (на принципиальной схеме не указан), выключатель S1, а также разъем Х1 для подключения головных телефонов BF1. В крышке также должно быть отверстие для ручки регулировки катушки L3. В качестве источника питания В1 можно использовать, например, две батарейки 3336Л, соединенные последовательно.
Налаживание
Основными этапами при налаживании металлоискателя МИ-2 являются установка порога срабатывания триггера и выбор частоты опорного генератора.
Порог срабатывания триггера устанавливается с помощью подбора сопротивления резистора R11. Для этого следует отпаять от коллектора транзистора Т2 вывод конденсатора С8 и подать на этот конденсатор сигнал от звукового генератора напряжением 0,5 В с частотой 1 кГц. Величину сопротивления резистора R11 необходимо подобрать такой, чтобы при незначительном уменьшении амплитуды сигнала звукового генератора звук в головных телефонах исчезал, а ток коллектора транзистора Т5 становился равным нулю.
Грубая настройка частоты сигнала, формируемого опорным генератором, выполняется подбором емкости конденсатора С12. Более точно значение частоты устанавливается подбором емкости конденсатора С18. Указанные регулировки следует проводить в условиях, когда металлические предметы удалены от поисковой катушки L1 на расстояние не менее 1,5 м. Частота опорного генератора определяется с помощью частотомера или осциллографа. При этом конденсатор С11 должен быть отпаян от эмиттера транзистора Т6.
Затем необходимо установить среднюю частоту опорного генератора. Для этого следует восстановить соединение конденсатора С11 с эмиттером транзистора Т6, блок поиска отсоединить от блока индикации и частотомером измерить частоты опорного генератора при установке ручки настройки катушки L3 в крайние положения. Средняя частота опорного генератора определяется как среднее арифметическое значений измеренных частот. При необходимости величины емкостей конденсаторов С12 и С13 подбираются так, чтобы средняя частота опорного генератора отличалась от частоты измерительного генератора на 1 кГц.
После настройки частот измерительного и опорного генераторов вращением подстроечного сердечника катушки L3 на выходе смесительного каскада надо установить уровень напряжения сигнала немного более 0,5 В. В этом случае с частотой поступающего сигнала триггер будет переключаться, а в головных телефонах будет слышен звуковой сигнал.
Порядок работы
Проведение поисковых работ с помощью металлоискателя МИ-2 не имеет каких-либо особенностей. Если в зоне действия данного прибора окажется металлический предмет, то при приближении к нему поисковой катушки L1 в головных телефонах будет прослушиваться тон изменяющейся частоты, спадающий по громкости. Если катушку еще приблизить к металлическому предмету, то напряжение сигнала на выходе смесителя станет меньше порога срабатывания триггера. Триггер перестанет переключаться, а звуковой сигнал в головных телефонах исчезнет.
При необходимости в процессе поиска можно осуществлять подстройку металлодетектора на частоту биений, регулируя положение сердечника катушки L3.
В соответствии с данными, полученными при практическом использовании металлоискателя МИ-2, крупные металлические предметы (например, крышку колодца) можно обнаружить на расстоянии 600-800 мм, мелкие (например, отвертку) - на расстоянии 70-100 мм, а на монеты средней величины прибор начинает реагировать с расстояния 30-50 мм.
Автор: Адаменко М.В.