Радио-конструктор:      Простой металлоискатель на микросхеме К561ЛА7.                                         (021)

 

                Эта схема  металлоискателя из всех простых схем показала наилучшие результаты. С помощью данного устройства можно обнаруживать как чёрные металлы (арматуру в стенах помещений), так и металлические предметы в грунте (как чёрные, так и цветные). Глубина обнаружения зависит от размера металлического предмета (небольшие предметы обнаруживаются на глубине до 12 см). Работа схемы основана на биении частот двух генераторов, собранных на базе отечественной микросхемы К561ЛА7, состоящей из четырёх логических элементов 2И-НЕ (К561ЛА7 можно заменить на К561ЛЕ5 или импортный аналог CD4011). Из схемы видно, что на элементах DD1.3 и DD1.4 собран образцовый генератор, с частотой которого будет сравниваться частота поискового генератора, собранного на элементах DD1.1 и DD1.2. Рассмотрим, как работают элементы схемы: Частота образцового генератора определяется параметрами конденсатора С1 и общим сопротивлением переменных резисторов R1 и R2 и лежит в пределах 200 – 300КГц. Частота поискового генератора задаётся параметрами контура С2,L1 (находится в пределах 100КГц), то есть зависит от ёмкости конденсатора и индуктивности катушки и является постоянной (условно, т.к. стабильность частоты зависит во многом от изменения температуры, напряжения питания, влажности). При работе поискового генератора вырабатывается не только основная частота 100КГц, но и кратные ей гармоники 200КГц, 300КГц, 400КГц и так далее. Чем выше гармоника, тем ниже её уровень. При работе образцового генератора (ОГ) на частоте 300КГц «нужная» нам гармоника поискового генератора (ПГ) – третья, то есть тоже 300КГц. Если мы устанавливаем резисторами R2 и R3 частоту ОГ 305КГц, а частота ПГ равна 100КГц, то третья гармоника ПГ, равная 300КГц (частоты свыше 20КГц уже не определяются на слух), с выхода конденсатора С4 смешивается с частотой ОГ на выходе конденсатора С3. Далее эти частоты поступают на диодный смеситель VD1, VD2, собранный по схеме удвоения напряжения (в один полупериод сигналы с выходов генераторов проходят через диод VD1 и заряжают конденсаторы С3 и С4, во второй полупериод напряжения с выходов генераторов складываются с напряжениями заряженных конденсаторов С3 и С4 и поступают через диод VD2 на головные телефоны Т. Диодный смеситель, выполняя роль детектора, выделяет разностную частоту 305КГц – 300КГц = 5КГц, которая в виде тонального сигнала слышна в наушниках. Почему выбрано такое соотношение частот генераторов 300КГц к 100КГц? Это наиболее оптимальное соотношение. Более высокие гармоники значительно уступают в силе сигнала и уже не прослушиваются в наушниках, а более низкие гармоники не дают такой разницы в изменении частоты, -  при попадании металлического предмета в зону приёмной катушки незначительно изменяется её индуктивность, что влияет на частоту ПГ. Например, частота стала не 100.000Гц, а 100.003Гц. Разница в 3 герца на слух мало уловима, но на третьей гармонике 100.003Гц будут равны 300.009Гц, и разница с частотой ОГ будет равна 9Гц, что более заметно на слух и увеличивает чувствительность прибора. Диоды VD1,VD2 могут быть любыми, но обязательно германиевыми. С6 служит для шунтирования высокочастотных составляющих сигнала на выходе смесителя. Наушники головных телефонов надо соединить последовательно (на фото показаны выводы телефонных гнёзд для последовательного подключения стандартных стереонаушников). Все эти правила позволяют наиболее эффективно использовать выходной сигнал, не прибегая к дополнительным усилителям, усложняющим нашу конструкцию. В нашем случае громкость сигнала не влияет на чувствительность прибора. Главное в настройке – установить правильно частоту биений и ориентироваться на её изменение. Теперь к главному элементу нашей схемы – поисковой катушке. От качества её изготовления будет зависеть способность прибора к обнаружению металлических предметов.

    Поисковая катушка (ПК) состоит из 50 витков медного провода типа ПЭВ, ПЭЛ, ПЭЛШО диаметром 0,2 – 0,6 мм, намотанных на оправке диаметром 12 – 18см. Способов изготовления ПК несколько. Можно нарисовать окружность диаметром 12 – 18 см на фанере, доске, фанере и др., забить по окружности гвозди, затем намотать вокруг гвоздей катушку, связать её по кругу прочно нитками, потом выдернуть гвозди. Можно намотать катушку на любую соответствующего диаметра круглую пластиковую конструкцию (например, отрезок пластиковой канализационной трубы, нижнюю часть пластмассового ведёрка, которые выбрасываются магазинами после продажи сельди, солений. Лишняя часть отрезается. Намотанную таким образом катушку желательно пропитать лаком или краской (только не нитро! Растворитель повредит лаковую изоляцию провода катушки) чтобы заполнить полости между витками, в которые может в дальнейшем попасть вода. После высыхания катушку необходимо плотно обмотать изолентой по всей поверхности. Для улучшения защитных свойств ПК и уменьшения влияния на неё внешних электрических  полей, её необходимо экранировать. Можно сразу намотать катушку на согнутой в окружность и пропиленной по внешней стороне ножовкой по металлу или «болгаркой» с тонким диском медной или алюминиевой трубке, а проще взять алюминиевую фольгу для запекания, разрезать на полосы и этими полосами обмотать от начального до конечного отводов катушку, оставив не намотанным разрыв около 1 – 2 см. В противном случае получится короткозамкнутый виток, который не позволит работать катушке. Учитывая, что не у всех есть возможность припаять «земляной»  провод к алюминиевому экрану, можно зачистить 3 – 8 см изоляции с провода, обмотав оголённым концом алюминиевый экран и примотав его плотно изолентой. Желательно изолированные соединительные провода от катушки до платы также экранировать алюминиевой фольгой, соединив её с тем же заземляющим проводом тем же методом, что и в катушке. Настройку прибора можно начинать уже после намотки ПК до её пропитки и экранирования. Всё остальное – это уже усовершенствование прибора. Если всё собрано правильно, то после подключения ПК к схеме и подаче питания (соблюдайте полярность подключения источника питания и правильность установки микросхемы в панельку) в наушниках, при вращении переменного резистора R2 «Грубо», будут слышны биения частот генераторов. При отсутствии специальных приборов (осциллограф, частотомер) работу генераторов можно определить любым вольтметром, подключенным вместо наушников. Отпаяв от диодного смесителя конденсатор С4, вольтметр покажет работу ОГ в виде напряжения приблизительно равного напряжению питания схемы. И наоборот, отпаяв С3, мы увидим по аналогичным показаниям вольтметра работу ПГ. Работа обоих проявляется в прослушивании тона биений в наушниках. Резистор R2 позволяет перестраивать частоту ОГ в широком диапазоне, что проявляется в многократно появляющихся биениях в наушниках. Теперь надо внимательно проверить эти биения, выбрать наиболее «мощные» (резистор R3 должен находиться в среднем положении). При проверке каждой из гармоник, резистор R2 надо установить в такое положение, чтобы «звонкий» тон сигнала шёл на понижение тона. Дальнейшую настройку необходимо проводить резистором R3 «Точно» и добиться того, чтобы тон биений перешёл в хрип и щелчки. Это положение и есть рабочее с максимальной чувствительностью. Далее берём предмет из чёрного металла и подносим к катушке – тон сигнала должен увеличиться. При поднесении к катушке предмета из цветного металла (алюминий, медь, латунь), тон сигнала должен наоборот уменьшиться или полностью сорваться. Если это не происходит или происходит наоборот, необходимо перестроить ОГ на другую гармонику и проделать всё сначала. Как только вы нашли «нужную» гармонику,  необходимо запомнить положение R2 и в дальнейшем работать только с R3, максимально настраиваясь на рабочий участок биений. Чем точнее вы на него настроитесь, тем выше будут результаты поиска. После того, как вы поняли принцип работы, можно приступать к совершенствованию поисковой катушки. При сборке схемы металлические части переменных резисторов R2, R3 необходимо соединить с общим (минусовым) проводом, иначе приближение руки к ручке будет влиять на частоту биений. Желательно, для уменьшения влияния внешних факторов, схему прибора поместить в металлический корпус, соединённый с общим