Пропонований металошукач індукційного типу універсальний. Його простий датчик по конструкції і може бути виготовлений діаметром 0,1... 1 м. Приблизно пропорційно діаметру буде змінюватися розмір виявляються об'єктів і відстань, на якому металошукач ці об'єкти виявляє. Для стандартного датчика діаметром 180 мм глибина виявлення становить:
- монета
25 мм - 15 см; - пістолет - 40 см;
- каска - 60 див.
Прилад забезпечений найпростішим дискримінатором, який дозволяє відфільтрувати сигнали від невеликих залізних предметів, якщо останні не представляють інтересу для пошуку.
Структурна схема
Структурна схема наведена на рис. 14. Вона складається з декількох функціональних блоків.
Рис. 14. Структурна схема індукційного металошукача
Кварцовий генератор є джерелом прямокутних імпульсів, яких в подальшому формується сигнал, що надходить на котушку датчика. Сигнал генератора ділиться по частоті на 4 з допомогою кільцевого лічильника на тригерах. За кільцевій схемі лічильник виконаний для того, щоб на його виходах можна було сформувати два сигналу F1 і F2, зрушені один щодо одного по фазі на 90°, що необхідно для побудови схеми дискримінатора. Прямокутний сигнал (меандр) подається на вхід першого інтегратора, на виході якого виходить кусково-лінійне пікоподібне напруга. Другий інтегратор робить з "пили" сигнал, сильно наближається по формі до синусоїдальної і складається з півхвиль параболічної форми. Цей сигнал стабільної амплітуди надходить на підсилювач потужності, який являє собою перетворювач "напруга-струм", навантажений на котушку датчика. Напруга датчика вже не є стабільним по амплітуді, так як залежить від сигналу, відбитого від металевих об'єктів. Абсолютна величина цієї нестабільності дуже мала. Щоб збільшити її, тобто виділити корисний сигнал, у схемі компенсації відбувається віднімання вихідної напруги другого інтегратора з напруги на котушці датчика.
Тут свідомо опускаються багато деталі побудови підсилювача потужності, схеми компенсації та способу включення котушки датчика, роблять це опис більш простим для розуміння принципу роботи приладу, хоча і не цілком коректним. Детальніше - див. опис принципової схеми.
Зі схеми компенсації корисний сигнал надходить на вихідний підсилювач, де відбувається його посилення по напрузі. Синхронні детектори перетворять корисний сигнал повільно мінливі напруги, значення і полярність яких залежить від зсуву відбитого сигналу по фазі щодо сигналу напруги котушки датчика.
Іншими словами, вихідні сигнали синхронних детекторів є не чим іншим, як компонентами ортогонального розкладання вектора корисного відбитого сигналу базису векторів основних гармонік опорних сигналів F1 і F2.
У приймальний підсилювач неминуче проникає частина марного сигналу, не скомпенсованого схемою компенсації через її неідеальності. На виходах синхронних детекторів ця частина сигналу перетворюється на постійні складові. Фільтри верхніх частот (ФВЧ) відсікають даремні постійні складові, пропускаючи і посилюючи тільки мінливі компоненти сигналів, пов'язані з рухом датчика щодо металевих предметів. Дискримінатор видає керуючий сигнал для запуску формувача звукового сигналу тільки при певній комбінації полярностей сигналів на виході фільтрів, що виключає спрацювання звукової індикації від дрібних залізних предметів, іржі і деяких мінералів
Принципова схема
Принципова схема розробленого автором індукційного металошукача показана на рис.15 - вхідна частина, рис. 16 - синхронні детектори і фільтри, рис. 17 - дискримінатор і формувач звукового сигналу, рис. 18 - схема зовнішніх з'єднань.
Кварцовий генератор (рис. 15)
Кварцовий генератор зібраний на інверторах D1.1 - D1.3. Частота генератора стабілізована кварцовим або пьезокерамичним / резонатором Q з резонансною частотою 215 Гц - 32 кГц ("вартовий кварц"). Ланцюг R1C2 перешкоджає порушенню генератора на вищих гармоніках. Через резистор R2 замикається ланцюг ООС, через резонатор Q - ланцюг ПОС. Генератор відрізняється простотою, малим споживаним струмом, надійно працює при напрузі живлення 3...15 В, не містить підстроєних елементів і надто високоомних резисторів. Вихідна частота генератора близько 32 кГц.
Рис.15. Принципова електрична схема індукційного металошукача. Вхідна частина (натисніть для збільшення)
Кільцевий лічильник (рис. 15)
Кільцевий лічильник виконує дві функції. По-перше, він ділить частоту генератора на 4, до типової для таких приладів частоти 8 кГц. По-друге, він формує два опорних сигналу для синхронних детекторів, зрушених відносно один одного на 90° по фазі.
Кільцевий лічильник являє собою два D-тригера D2.1 і D2.2, замкнуті в кільце з інверсією сигналу по кільцю Тактовий сигнал - загальний для обох тригерів. Будь вихідний сигнал першого тригера D2.1 має зсув по фазі на плюс-мінус чверть періоду (тобто на 90°) відносно будь-якого вихідного сигналу другого тригера D2.2.
Інтегратори (рис. 15)
Інтегратори виконані на ОУ D3.1 і D3.2. Їх постійні часу визначаються ланцюгами R3C6 і R5C9. Режим по постійному струму підтримується резисторами R4, R6. Розділові конденсатори С5, С8 перешкоджають накопиченню статичної похибки, яка може вивести інтегратори з режиму зважаючи на їх велику посилення по постійному струму. Номінали елементів, що входять в схеми інтеграторів вибрані так, щоб сумарний зсув фази обох інтеграторів на робочій частоті 8 кГц складав рівно 180° з урахуванням як основних RC-ланцюгів, так і з урахуванням впливу розділових ланцюгів і кінцевого швидкодії ОУ при обраної корекції. Ланцюги корекції ОУ інтеграторів - стандартні і складаються з конденсаторів ємністю 33 пФ.
Підсилювач потужності (рис.15)
Підсилювач потужності зібраний на ОП D4.2 з паралельною ООС по напрузі. Термокомпенсированный токозадающий елемент, що складається з резисторів R72, R78 і терморезистора R73 (див. рис. 18), включений між виходом другого інтегратора і інвертується вхід ОУ D4.2. Навантаження підсилювача, що є одночасно елементом ООС, являє собою коливальний контур, що складається з котушки датчика L1 і конденсатора С61.
В нумерації резисторів і конденсаторів на схемах рис. 15-18 пропущені деякі позиції, що I пов'язане з численними модифікаціями схеми індукційного металошукача і це не є помилкою.
Коливальний контур настроєний у резонанс на чверть частоти кварцового резонатора задаючого генератора, тобто на частоту подається на нього сигналу. Модуль повного опору коливального контуру на резонансній частоті становить близько 4 кОм. Параметри котушки датчика L1 такі: число витків - 100, марка проводу - ПЕЛ, ПЕВ, ПЕЛШО 0,2...0,5, середній діаметр і діаметр оправки для намотування - 165 мм Котушка має екран з алюмінієвої фольги, підключений до загальної шині приладу. Для запобігання утворення короткозамкненого витка від екрану вільна невелика частина, близько 1 см, довжини кола обмотки котушки.
Елементи датчика R72, R73, R78, L1, С61 підібрані так, щоб: по-перше, були рівні за значенням напруги на вході і на виході підсилювача потужності. Для цього необхідно, щоб опір ланцюга R72, R73, R78 було дорівнює модулю повного опору коливального контуру L1, С61 на резонансній частоті 8 кГц, а точніше, 8192 Гц. Цей модуль опору становить, як уже говорилося, близько 4 кОм і його значення повинно уточнюватись для конкретного датчика. По-друге, температурний коефіцієнт опору (ТКС) ланцюга R71-R73 повинен збігатися за величиною і за знаком з ТКС модуля повного опору коливального контуру L1, С61 на резонансній частоті, що досягається: грубо - шляхом вибору номіналу терморезистора R73, а точно - вибором співвідношення R72-R78 і досягається експериментально при налаштуванні.
Температурна нестабільність коливального контуру пов'язана з нестабільністю, першу чергу, омічного опору мідного проводу котушки. При зростанні температури опір зростає, що збільшує втрати в контурі і зменшує його добротність. Тому модуль його повного опору на резонансній частоті зменшується.
Резистор R18 не грає в схемі принципової ролі і служить для підтримки ОУ D4.2 у режимі при відключеній відповідної частини роз'єму Х1. Ланцюг корекції ОУ D4.2 - стандартна і складається з конденсатора ємністю 33 пФ.
Схема компенсації (рис. 15)
Основні елементи схеми компенсації, які реалізують віднімання вихідного напруги другого інтегратора напруги з котушки датчика - це резистори R15, R17 з однаковою величиною опору. З їх загальної точки з'єднання корисний сигнал надходить на вихідний підсилювач. Додаткові елементи завдяки яким досягається ручне налаштування і налаштування приладу - це потенціометри R74, R75 (рис. 18). З цих потенціометрів можна зняти сигнал, лежить у діапазоні [-1, +1] від сигналу напруги датчика (або практично рівного йому по амплітуді вихідного сигналу другого інтегратора). Регулюванням зазначених потенціометрів досягається мінімальний сигнал на вході приймального підсилювача і нульові сигнали на виходах синхронних детекторів.
Через резистор R16 частина вихідного сигналу одного потенціометра підмішується в схему компенсації безпосередньо, а з допомогою елементів R11-R14, С14-С16 - з зрушенням в 90° з виходу іншого потенціометра.
ОУ D4.1 є основою компенсатора вищих гармонік схеми компенсації. На ньому реалізований подвійний інтегратор з інверсією, постійні часу якого задаються звичайною для інтегратора ланцюгом паралельною ООС по напрузі R7C12, а також конденсатор С16 з усіма оточуючими його резисторами. На вхід подвійного інтегратора надходить меандр з частотою 8 кГц з виходу елемента D1.5. Через резистори R8, R10 з меандру віднімається основна гармоніка. Сумарне опір цих резисторів становить близько 10 кОм і підбирається експериментально при налаштуванні по мінімуму сигналу на виході ОУ D4.1. Залишилися на виході подвійного інтегратора вищі гармоніки надходять на схему компенсації тією ж амплітудою, що і вищі гармоніки, проникаючі через основні інтегратори. Співвідношення фаз таке, що на вході приймального підсилювача вищі гармоніки з зазначених двох джерел практично компенсуються.
Вихід підсилювача потужності не є додатковим джерелом вищих гармонік, я так як висока добротність коливального контуру (близько 30) забезпечує високу ступінь придушення вищих гармонік.
Вищі гармоніки, в першому наближенні, не впливають на нормальну роботу приладу, навіть якщо вони багаторазово перевершують корисний відбитий сигнал. Тим не менш, їх необхідно зменшувати, щоб приймальний підсилювач не потрапив I в режим обмеження, коли верхівки "коктейлю"
з вищих гармонік на його виході починають зрізати зважаючи кінцевого значення напруги живлення ОУ. Такий перехід підсилювача в нелінійний режим різко знижує коефіцієнт посилення по корисному сигналу.
Елементи D1.4 і D1.5 запобігають утворенню кільця паразитної через ПОС резистор R7 зважаючи ненульового значення вихідного со- | спротиву виходу тригера D2.1. Спроба підключити резистор R7 безпосередньо до тригера призводить до самозбудженню схеми компенсації на низькій частоті.
Ланцюг корекції ОУ D4.2 - стандартна і складається з конденсатора ємністю 33 пФ.
Приймальний підсилювач (рис. 15)
Приймальний підсилювач - двухкаскадный. Його перший каскад виконаний на ОП D5.З 1 паралельною ООС по напрузі. Коефіцієнт посилення по корисному сигналу становить: Кі = R19/R17 = -5. Другий каскад виконаний на ОП D5.2 з послідовної ООС по напрузі. Коефіцієнт посилення Ки = R21/R22 + 1 = 6. Постійні часу розділових ланцюгів обрані такими, щоб на робочій частоті створюваний ними набіг по фазі компенсував запізнювання сигналу, обумовлене кінцевим швидкодією ОУ. Ланцюги корекції ОУ D5.1 і D5.2 - стандартні та складаються з конденсаторів ємністю 33 пФ.
Рис. 16. Принципова електрична схема індукційного металошукача. Синхронні детектори та фільтри
Синхронні детектори (рис. 16)
Синхронні детектори однотипні і мають ідентичні схеми, тому буде розглянуто тільки один з них, верхній за схемою. Синхронний детектор складається з балансного модулятора, інтегруючої ланцюга підсилювача постійних сигналів (УПС). Балансний модулятор реалізований на основі інтегральної складання аналогових ключів D6.1 на польових транзисторах. З частотою 8 кГц аналогові ключі по черзі замикають на загальну шину виходи "трикутника" інтегруючої ланцюга, що складається з резистор R23 і R24 і конденсатор С23. Сигнал опорної частоти надходить на балансний модулятор з одного з виходів кільцевого лічильника. Цей сигнал є керуючим для аналогових ключів.
Сигнал на вхід "трикутника" інтегруючої ланцюга надходить через розділовий конденсатор С21 з виходу приймального підсилювача.
Постійна часу інтегруючої ланцюга t = -R23*C23 = R24*C23. Більш детально про схемою синхронного детектора можна прочитати в розд. 2.1.
ОП УПС D7 має стандартну ланцюг корекції, що складається з конденсатора ємністю 33 пФ для ОУ типу К140УД1408. У разі використання ОУ типу К140УД12 (з внутрішньої корекцією) конденсатор корекції не потрібен, проте необхідний додатковий токозадающий резистор R68 (показаний пунктиром).
Фільтри (рис. 16)
Фільтри однотипні і мають ідентичні схеми, тому буде розглянуто тільки один з них, верхній за схемою.
Як вже зазначалося вище, за типом фільтр відноситься до ФВЧ. Крім того, на нього в схемою покладено роль подальшого посилення випрямленої синхронним детектором сигналу. При реалізації подібного роду фільтрів виникає металошукачі специфічна проблема. Суть її полягає в наступному. Корисні сигнали, що надходять з виходів синхронних детекторів, є порівняно повільними, тому нижня гранична частота ФВЧ зазвичай знаходиться в діапазоні 2... 10 Гц. Динамічний діапазон сигналів по амплітуді дуже великий, він може досягати 60 дБ на вході фільтра. Це означає, що фільтр дуже часто буде працювати в нелінійному режимі перевантаження по амплітуді. Вихід з нелінійного режиму після впливу таких великих перевантажень по амплітуді для лінійного ФВЧ може затягтися на десятки секунд (як і час готовності приладу після включення харчування), що робить найпростіші схеми фільтрів непридатними для практики.
Для вирішення зазначеної проблеми йдуть на всілякі хитрощі. Найбільш часто фільтр розбивають на три-чотири каскаду з порівняно невеликим посиленням і більш-менш рівномірним розподілом времязадающіх ланцюжків по каскадам. Таке рішення прискорює вихід пристрою в нормальний режим після перевантажень. Однак для його реалізації потрібно велике число ОУ.
У запропонованій схемі ФВЧ - однокаскадний. Для зменшення наслідків перевантажень він виконаний нелінійним. Його постійна часу для великих сигналів приблизно в 60 разів менше, ніж для сигналів малої амплітуди.
Схемотехнически ФВЧ являє собою підсилювач напруги на ОУ D9.1, охоплений ланцюгом ООС через інтегратор на ОУ D10. Для малого сигналу, частотні і часові властивості ФВЧ визначаються дільником з резисторів R45, R47, постійної часу інтегратора R43 C35 і коефіцієнтом підсилення підсилювача напруги на ОУ D9.1. При збільшенні вихідної напруги ФВЧ після певного порогу починає позначатися вплив ланцюжка діодів VD1-VD4, які і є основним джерелом нелінійності. Ланцюг на великих сигналах шунтує резистор R45, збільшуючи тим самим глибину ОНС в ФВЧ і зменшуючи постійну часу ФВЧ.
Коефіцієнт посилення по корисному сигналу становить близько 200. Для придушення високочастотних перешкод у схемі фільтра є конденсатор С31. ОУ підсилювача напруги D9.1 має стандартну ланцюг корекції, що складається з конденсатора ємністю 33 пФ. ОУ інтегратора D10 має ланцюг корекції, що складається з конденсатори ємністю 33 пФ для ОУ типу К140УД1408. У разі використання ОУ типу К140УД12 (з внутрішньої корекцією) конденсатор корекції не потрібен, однак необхідний додатковий токозадающий резистор R70 (показаний пунктиром).
Рис. 17. Принципова електрична схема індукційного металошукача. Дискримінатор і формувач звукового сигналу (натисніть для збільшення)
Дискримінатор (рис. 17)
Дискримінатор складається з компараторів на ОУ D12.1, D12.2 і одновибраторов на тригерах D13.1, D13.2. При проходженні датчика металошукача над металевим предметом на виходах фільтрів виникає корисний сигнал у вигляді двох напівхвиль напруги протилежної полярності, наступних одна за іншої одночасно на кожному виході. Для невеликих предметів із заліза сигнали на виходах обох фільтрів будуть синфазны: вихідна напруга "хитнеться" спочатку в мінус, а потім в плюс і повернеться до нуля. Для неферомагнітних металів і великих залізних предметів відгук буде інший: вихідна напруга тільки першого (верхнього за схемою фільтра) "хитнеться" спочатку в мінус, а потім в плюс. Реакція на виході другого фільтра буде протилежною: вихідна напруга "хитнеться" спочатку в плюс, а потім в мінус.
Вихідні імпульси компараторів запускають один з одновибраторов на тригерах D13.1, D13.2. Одночасно одновібратори запуститися не можуть - перехресна ОС через діоди VD9, VD11 блокує запуск одновібратора, якщо інший вже запущений. Тривалість імпульсів на виходах одновибраторов становить близько 0,5 з, і це в кілька разів більше, ніж тривалість обох сплесків корисного сигналу при швидкому русі датчика. Тому другі напівхвилі вихідних сигналів фільтрів вже не впливають на рішення дискримінатора - за першим сплесків корисного сигналу він запускає один з одновибраторов, інший при цьому блокується і такий стан фіксується на час 0,5 с.
Щоб виключити спрацьовування компараторів від перешкод, а також, щоб затримати за часу вихідний сигнал першого фільтра відносно другого, на входах компараторів встановлені інтегруючі ланцюги R49, С41 і R50, С42. Постійна часу ланцюга R49, С41 в кілька разів більше, тому при одночасному парафії двох негативних півхвиль з виходів фільтрів першим спрацьовує компаратор D12.2 і запускається одновібратор на тригері D13.2, видавши керуючий сигнал ("ферро" - залізо).
Формувач звукового сигналу (рис. 17)
Формувач звукового сигналу складається з двох ідентичних керованих генераторів звукової частоти на тригерах Шмідта з логікою І на вході D14.1, D14.2. Запускається кожен генератор безпосередньо вихідним сигналом відповідного одновібратора дискримінатора. Верхній генератор спрацьовує за команді "метал" з верхнього виходу одновібратора - неферромагнитная мішень або великий залізний предмет і видає тональну посилку з частотою близько 2 кГц. Нижній генератор спрацьовує по команді "ферро" з виходу нижнього одновібратора - невеликі залізні предмети і видає тональну посилку з частотою близько 500 Гц. Тривалості посилок дорівнюють тривалості імпульсів на виходах одновибраторов. Елементом D14.3 здійснюється змішування двох тональних сигналів генераторів. Елемент D14.4, включений по схемі інвертора, призначений для реалізації мостової схеми включення пьезоизлучателя. Резистор R63 обмежує сплески споживається мікросхемою D14 струму, викликані ємнісним характером імпедансу пьезоизлучателя. Це є профілактичним заходом щодо зменшення впливу наведень по харчуванню і запобігання можливого самозбудження підсилювального тракту.
Схема зовнішніх з'єднань (рис. 18)
Рис. 18. Принципова електрична схема індукційного металошукача. Схема зовнішніх з'єднань
На схемі зовнішніх з'єднань показані елементи, не встановлені на друкованій платі приладу і підключаються до неї за допомогою електричних роз'ємів. До таких елементів відносяться:
- потенціометри налаштування і балансування R74, R75;
- датчик з кабелем та роз'ємом підключення;
- захисні діоди з харчування VD13, VD14;
- перемикач режимів роботи S1.1-S1.6;
- вимірювальні прилади W1, W2;
- батареї живлення;
- пьезоизлучатель Y1.
Призначення перерахованих елементів, в основному, очевидне і не вимагає додаткових пояснень.
Типи деталей і конструкція
Типи використовуваних мікросхем наведені в табл. 5.
Таблиця 5. Типи використовуваних мікросхем
Замість мікросхем серії К561 можливе використання мікросхем серії К1561. Можна спробувати застосувати деякі мікросхеми серії К176.
Здвоєні операційні підсилювачі (ОП) серії К157 можна замінити будь-якими подібними за параметрами поодинокими ОП загального призначення (з відповідними змінами в цоколевке і ланцюгах корекції), хоча застосування здвоєних ОУ зручніше (зростає щільність монтажу). Бажано, щоб застосовувані типи ОУ не поступалися рекомендованим типами по швидкодії. Особливо це стосується мікросхем D3-D5.
ОУ синхронних детекторів і інтеграторів ФВЧ по своїм параметрам повинні наближатися до прецизійним ОУ. Крім типу, зазначеного в таблиці, підійдуть К140УД14, 140УД14. Можливе застосування мікропотужних ОУ К140УД12, 140УД12, КР140УД1208 у відповідній схемі включення.
До застосовуваним у схемі металошукача резисторам не пред'являється особливих вимог. Вони лише повинні мати міцну і мініатюрну конструкцію і бути зручні для монтажу. З метою отримання максимальної термостабільності слід використовувати в схемах датчика, інтеграторів і в схемі компенсації тільки металлопленочные резистори. Номінал потужності, що розсіюється 0,125...0,25 Вт.
Терморезистор R73 повинен мати негативний ТКС і номінал близько 4,7 кОм. Рекомендований тип КМТ - 17 Вт.
Потенціометри компенсації R74, R75 бажані багатооборотні типу СП5-44 або з нониусной підстроюванням типу СП5-35. Можна обійтися і звичайними потенціометрами будь-яких типів. У цьому випадку бажано їх використовувати два. Один - для грубої підстроювання, номіналом 10 кОм, включений у відповідності зі схемою. Інший - для точного підстроювання, включений за схемою реостата в розрив одного з крайніх висновків основного потенціометра, номіналом 0,5...1 кОм.
Конденсатори С45, С49, С51 - електролітичні. Рекомендовані типи - К50-29, К50-35, К53-1, К53-4 та інші малогабаритні. Інші конденсатори, за винятком конденсаторів коливального контуру датчика, - керамічні типу К10-7 (до номіналу 68 нФ) і метало - плівкові типу К73-17 (номінали вище 68 нФ).
Конденсатор контуру С61 - особливий. До нього пред'являються високі вимоги по точності і термостабільності. Конденсатор С61 складається з декількох (5...10 шт.) конденсаторів, включених паралельно. Настройка контуру в резонанс здійснюється підбором кількості конденсаторів і їх номіналу. Рекомендований тип конденсаторів К10-43. Їх група по термостабільності - МПО (т. е. приблизно нульовою ТКЕ). Можливе застосування прецизійних конденсаторів і інших типів, наприклад, К71-7. Зрештою, можна спробувати використовувати старовинні термостабільні слюдяні конденсатори з срібними обкладками типу КСВ або які-небудь полістирольні конденсатори.
Діоди VD1-VD12 типу КД521, КД522 або аналогічні малопотужні кремнієві. В як діодів VD1-VD4 і VD5-VD8 зручно також використовувати інтегральні мостові діодні складання типу КД906. Висновки (+) і (-) діодного складання спаюються разом, а висновками (~) вона включається в схему замість чотирьох діодів. Захисні діоди VD13-VD14 типів КД226, КД243, КД247 та інші малогабаритні на струм від 1 А.
Микроамперметры - будь-якого типу на струм 50 мкА з нулем посередині шкали (-50 мкА...0...+50 мкА). Зручні малогабаритні микроамперметры, наприклад типу М4247.
Кварцовий резонатор Q - будь-який малогабаритний часовий кварц (аналогічні використовуються також в портативних електронних іграх).
Перемикач режимів роботи - будь-якого типу малогабаритний поворотний галетный або кулачковий на 5 положень і 6 напрямків. Батареї живлення типу 3R12 (за міжнародного позначенню) або "квадратні" (по нашому).
Пьезоизлучатель Y1 - може бути типу ЗП1-ЗП18. Гарні результати виходять при використання pied - зоизлучателей імпортних телефонів (йдуть у величезних кількостях "у відвал" при виготовленні телефонів з визначником номера).
Роз'єми Х1-ХЗ - стандартні, під пайку на друковану плату, з кроком висновків 2,5 мм. Подібні роз'єми широко застосовуються в даний час в телевізорах та іншої побутової техніки. Роз'єм Х4 повинен бути зовнішнього виконання, з металевими зовнішніми деталями, бажано - з посрібленими або позолоченими контактами і герметичним виходом на кабель. Рекомендований тип - РС7 або РС10 з різьбовим або байонетним з'єднанням.
Друкована плата
Конструкція приладу може бути досить довільною. При її розробці слід врахувати рекомендації, викладені нижче в параграфах, присвячених датчикам і конструкції корпусів. Основна частина елементів принципової схеми приладу розміщується на друкованій платі.
Рис. 19. Топологія доріжок друкованої плати. Вид з боку деталей
Рис. 20. Топологія доріжок друкованої плати. Вид з боку пайки
Друкована плата електронної частини металошукача може бути виготовлена на основі готової універсальної макетної друкованої плати під DIP корпусу мікросхем з кроком 2,5 мм. В цьому випадку монтаж ведуть одножильним мідним дротом в лудженим ізоляції. Така конструкція зручна для експериментальної роботи.
Більш акуратна і надійна конструкція друкованої плати виходить при розводці доріжок традиційним способом під задану схему. Через її складності, в цьому разі друкована плата повинна бути з двостороннім металізацією. Використана автором топології друкованих доріжок наведена на рис. 19 - сторона друкованої плати з боку установки деталей і на рис. 20 - сторона друкованої плати з боку пайки. Малюнок топології наведено не в натуральну величину. Для зручності виготовлення фотошаблона автор наводить розмір друкованої плати по зовнішній рамці малюнка - 130x144 (мм).
Особливості друкованої плати:
- перемички, без яких розведення друкованої плати виявилася неможливою;
- загальну шину, яка виконана у вигляді сітчастого малюнка максимально можливої площі на платі;
- розташування отворів по вузлах сітки з кроком 2,5 мм, - мінімальна відстань між центром отвору і середньою лінією провідника або між середніми лініями двох сусідніх провідників - 1,77 мм;
- напрямок прокладання окремих провідників друкованої плати по куту кратно 45°.
Щільність провідників на друкованій платі не надто висока, що дозволяє виготовити малюнок під травлення в домашніх умовах. Для цього рекомендується використовувати тонкий скляний рейсфедер або голку шприца зі спиляним вістрям у комплекті з пластиковою трубкою.
Малюнок зазвичай виконують нітрофарбою, кузбас-лаком, цапон-лаком і т. п. барвниками, розведеними відповідними розчинниками до зручної концентрації.
Звичайний реагент для травлення стандартної друкарської плати з склотекстоліти з мідною фольгою 35...50 мкм - водний розчин хлорного заліза FeCl3. Відомі і інші способи виготовлення друкованих плат в домашніх умовах.
Розташування деталей на друкованій платі наведено на рис. 21 (мікросхеми, роз'єми, діоди і кварцовий резонатор), на рис. 22 (резистори і перемички) і на рис. 23 (конденсатори).
Рис. 21. Розташування елементів на друкованій платі. Роз'єми, мікросхеми, діоди і кварцовий резонатор
Рис. 22. Розташування елементів на друкованій платі. Резистори
Рис. 23. Розташування елементів на друкованій платі. Конденсатори
Налагодження приладу
Налагоджувати прилад рекомендується в такій послідовності.
1. Перевірити правильність монтажу за принциповою схемою. Переконатися в відсутність коротких замикань між сусідніми провідниками друкованої плати, сусідніми ніжками мікросхем і т. п.
2. Підключити батареї або двуполярный джерело живлення, строго дотримуючи полярність. Включити прилад і виміряти споживаний струм. Він повинен становити кожній шині живлення близько 40 мА. Різке відхилення виміряних значень від зазначеної величини свідчить про неправильність монтажу або несправності мікросхем.
3. Переконатися в наявності на виході генератора чистого меандру з частотою близько 32 кГц.
4. Переконатися в наявності на виходах тригерів D2 меандру з частотою близько 8 кГц.
5. Переконатися в наявності на виході першого інтегратора пилкоподібної напруги, а на виході другого - практично синусоїдальної з нульовими постійними складовими.
Увага! Подальше налаштування приладу необхідно проводити при відсутності поблизу котушки датчика металошукача великих металевих предметів, включаючи вимірювальні прилади! В іншому випадку, при переміщенні цих предметів або при переміщенні датчика щодо них прилад засмутиться, а при наявності великих металевих предметів поблизу датчика настройка буде неможливою.
6. Переконатися в працездатності підсилювача потужності за наявності на його виході синусоїдальної напруги частотою 8 кГц з нульовою постійною складовою (при підключеному датчику).
7. Налаштувати коливальний контур датчика в резонанс шляхом підбору кількості конденсаторів коливального контуру і їх номіналу. Контроль налаштування проводиться грубо - по максимальній амплітуді напруги контуру, точно - за зсуву фази на 180° між вхідним і вихідним напругами підсилювача потужності.
8. Замінити резисторний елемент датчика (резистори R71-R73) постійним резистором. Підібрати його величину так, щоб вхідна і вихідна напруги підсилювача потужності були рівні по амплітуді.
9. Переконатися в працездатності приймального підсилювача, для чого перевірити режим його ОУ і проходження сигналу.
10. Переконатися в працездатності схеми компенсації вищих гармонік. Потенціометрами налаштування R74, R75 домогтися мінімуму основної гармоніки сигналу на виході приймального підсилювача. Підбором додаткового резистора R8 домогтися мінімуму вищих гармонік на виході приймального підсилювача. При цьому відбудеться деякий розбаланс по основній гармоніці. Усунути його налаштуванням потенціометрами R74, R75 і знову домогтися мінімуму вищих гармонік з допомогою підбору резистора R8, і так кілька разів.
11. Переконатися в працездатності синхронних детекторів. При правильно налаштованому датчику і при правильно налагодженій схемі компенсації вихідні напруги синхронних детекторів встановлюються в нуль приблизно при середньому положенні движків потенціометрів R74, R75. Якщо цього не відбувається (при відсутність помилок в монтажі), необхідно точніше налаштувати контур датчика і точніше підібрати його резисторний елемент. Критерієм правильної остаточної налаштування датчика є балансування приладу (тобто установка нуля на виходах синхронних детекторів) в середньому положенні движків потенціометрів R74, R75. При налаштування слід переконатися, що поблизу стану балансування на рух рукоятки потенціометра R74 реагує тільки прилад W1, а на рух рукоятки потенціометра R75 - тільки прилад W2. Якщо рух рукоятки одного з потенціометрів поблизу стану балансування відображається на двох приладах одночасно, то з такою ситуацією треба або змиритися (при цьому кілька важче буде балансувати прилад при кожному включенні), або точніше підібрати номінал конденсатора С14.
12. Переконатися в працездатності фільтрів. Постійна складова напруги на їх виходах не повинна перевищувати 100 мВ. Якщо це не так, слід змінити конденсатори С35, С37 (навіть серед плівкових типу К73-17 попадаються браковані з опором витоку одиниці - десятки мегаом). Може знадобитися і заміна ОУ D10 і D11. Переконатися в реагуванні фільтрів на корисний сигнал, який можна зімітувати невеликими поворотами рукояток R74, R75. Спостерігати вихідний сигнал фільтрів зручно безпосередньо з допомогою стрілочних приладів W1 і W2. Переконатися повернення вихідної напруги фільтрів в нуль після впливу сигналів великої амплітуди (не пізніше, ніж через пару секунд).
Може так виявитися, що несприятлива електромагнітна обстановка утруднить налагодження приладу. У цьому випадку стрілки микроамперметров будуть здійснювати хаотичні або періодичні коливання при налагодженому стані приладу в положеннях перемикача S1 "Режим 1" ш "Режим 2". Описане небажане явище пояснюється наведеннями вищих гармонік мережі 50 Гц на котушку датчика. На значній відстані від проводів з електрикою коливання стрілок при налагодженому приладі повинні бути відсутніми. Аналогічне явище може спостерігатися і при самовозбуждении ОУ інтеграторів.
13. Переконатися в працездатності дискримінатора та схеми формування звукового сигналу.
14. Провести термічну компенсацію датчика. Для цього спочатку необхідно налаштувати і відбалансувати металошукач з резистором замість резистивного елемента датчика. Потім трохи нагріти датчик на батареї опалення або охолодити у холодильнику. Зазначити, в якому положенні движка потенціометра "метал" R74 буде досягатися балансування приладу при зміні температури датчика. Заміряти опір резистора, тимчасово встановленого в датчику, і замінити його на ланцюг R72, R73, R78 з термистором і з резисторами таких номіналів, щоб сумарний опір зазначеної ланцюга було б одно опору замінного постійного резистора. Витримати датчик при кімнатній температурі не менше півгодини і повторити експеримент із зміною температури. Порівняти отримані результати. Якщо точка балансування за шкалою движка R74 зміщується в одну сторону, значить, датчик недокомпенсирован і необхідно посилити вплив термістора, послабивши шунтирующее дію резистора R72, для чого збільшити його опір, а опір додаткового резистора R71 - зменшити (для збереження значення опору всього ланцюжка постійної). Якщо ж точка балансування для цих двох експериментів зміщується в різні сторони, то датчик перекомпенсирован і необхідно послабити вплив термістора, посиливши шунтирующее дія резистора R72, для чого зменшити його опір, а опір додаткового резистора R71 - збільшити (для збереження величини опору всього ланцюжка постійної). Провівши кілька експериментів з підбором резисторів R71 і R72, необхідно домогтися, щоб налаштований і отбалансированный прилад не втрачав здатності для балансування при зміні температури на 40 °С (охолодження від кімнатної температури до температури морозильної камери холодильника).
При наявності неполадок і відхилень у поведінці окремих вузлів схеми металошукача слід діяти за загальноприйнятою методикою:
- перевірити відсутність самозбудження ОУ;
- перевірити режими ОУ по постійному току;
- перевірити сигнали і логічні рівні входів/виходів цифрових мікросхем, і т. д. і т. п.
Автор: Щедрін А. В.