Электронная гирлянда на микросхеме К155ЛА3 и транзисторах
Что-то не так?
Пожалуйста, отключите Adblock.
Портал QRZ.RU существует только за счет рекламы, поэтому мы были бы Вам благодарны если Вы внесете сайт в список исключений. Мы стараемся размещать только релевантную рекламу, которая будет интересна не только рекламодателям, но и нашим читателям. Отключив Adblock, вы поможете не только нам, но и себе. Спасибо.
Как добавить наш сайт в исключения AdBlockЭлектронная гирлянда (рис.1) содержит минимальное количество недефицитных радиоэлементов, имеет небольшие габаритные размеры, пожаро- и электробезопасная. Питание гирлянды осуществляется от источника постоянного тока напряжением 5…6 В, обеспечивающим ток не менее 90 мА. Можно использовать блок питания от микрокалькулятора, компьютера или батарею с номинальным напряжением 6 В.
Принцип работы. Сигналы с кольцевого мультивибратора, собранного на элементах DD1.2…DD1.4 через токоограничительные резисторы R4, R6, R8 поступают на базу транзисторов VT2…VT4, которые работают в ключевом режиме и коммутируют светодиоды VD1 …VD25. Генератор на элементе DD1.1 с периодом колебаний приблизительно 5…15 с управляет работой кольцевого мультивибратора. Таким образом, гирлянда работает в прерывистом режиме — постоянное свечение всех
светодиодов изменяется режимом их поочередного включения («бегущие огни»), что не так монотонно воспринимается, как беспрерывное поочередное включение. Светодиод VD25 — индикатор работы гирлянды. По характеру его свечения можно судить об исправности работы генераторов и частоты их переключения, что удобно при настраивании, когда остальные светодиоды не подключены или в цепи их питания обрыв.
На рис.2 и 3 показаны печатная плата и вид со стороны радиоэлементов соответственно. Резистор R3* подбирается при настройке по наибольшей устойчивости работы генератора на транзисторе VT1. При установке конденсатора С1 * = 7 мкФ вместо 100 мкФ увеличивается частота прерываний работы кольцевого мультивибратора. От ближайших аналогов гирлянда отличается наличием режима прерывания, возможностью питания от БП калькулятора или батареи (электробезопасная), доступностью радиоэлементов.
В.С. Федула, г.Хмельницкий
Маячок на микросхеме.
Собираем светодиодный маячок
Такой маячок можно собрать как завершённое сигнальное устройство, например, на велосипед или просто ради развлечения.
Маяк на микросхеме устроен проще некуда. В его состав входит одна логическая микросхема, яркий светодиод любого цвета свечения и несколько элементов обвязки.
После сборки маячок начинает работать сразу после подачи на него питания. Настройки практически не требуется, за исключением подстройки длительности вспышек, но это по желанию. Можно оставить всё как есть.
Вот принципиальная схема «маячка».
Итак, поговорим об используемых деталях.
Микросхема К155ЛА3 представляет собой логическую микросхему на базе транзисторно-транзисторной логики – сокращённо называемой ТТЛ. Это означает, что данная микросхема создана из биполярных транзисторов. Микросхема внутри содержит всего лишь 56 деталей — интегральных элемента.
Существуют также КМОП или CMOS микросхемы. Вот они уже собраны на полевых МДП-транзисторах. Стоит отметить тот факт, что у микросхем ТТЛ энергопотребление выше, чем у КМОП-микросхем. Но зато они не боятся статического электричества.
В состав микросхемы К155ЛА3 входит 4 ячейки 2И-НЕ. Цифра 2 означает, что на входе базового логического элемента 2 входа. Если взглянуть на схему, то можно убедиться, что это действительно так. На схемах цифровые микросхемы обозначаются буквами DD1, где цифра 1 указывает на порядковый номер микросхемы. Каждый из базовых элементов микросхемы также имеет своё буквенное обозначение, например, DD1.1 или DD1.2. Здесь цифра после DD1 указывает на порядковый номер базового элемента в микросхеме. Как уже говорилось, у микросхемы К155ЛА3 четыре базовых элемента. На схеме они обозначены как DD1.1; DD1.2; DD1.3; DD1.4.
Конденсатор C1 – электролитический, ёмкостью 470 микрофарад (мкФ). Рабочее напряжение этого конденсатора может быть любым (10V, 16V, 25V,…). Главное, чтобы оно было не меньше 6,3 вольт. Рабочее напряжение электролитического конденсатора указывается на его корпусе. Также напомним, что электролитический конденсатор является полярным элементом, поэтому впаивать его в схему нужно с соблюдением полярности.
Светодиод (обозначен на схеме как HL1) может быть любым на напряжение 3 вольта. Можно установить красный индикаторный светодиод, но лучше применить яркий светодиод красного, синего или зелёного цвета свечения. У ярких светодиодов, как правило, прозрачный корпус и большая светоотдача, чем у обычных индикаторных. В темноте вспышку такого светодиода можно заметить на приличном расстоянии.
Если в мастерской радиолюбителя имеется беспаечная макетная плата, то на ней можно быстро собрать маячок буквально за пару минут. Так, например, сделал и я. В качестве светодиода был использован яркий светодиод белого и красного свечения.
Менять длительность вспышки светодиода можно и с помощью конденсатора C1. Правда, при этом длительность будет меняться ступенчато, а не плавно, как это можно сделать с помощью переменного резистора, установленного вместо постоянного R1. В схему можно устанавливать конденсатор C1 ёмкостью от
В качестве источника питания можно использовать регулируемый блок питания, собранный своими руками или промышленный. На его выходе необходимо выставить напряжение 4,5 – 5 вольт. Подавать более 5 вольт на схему не рекомендуется, так как микросхема может сгореть. Максимальное напряжения питания, которое выдерживает микросхема К155ЛА3, составляет 6 вольт, но при этом эксплуатационные параметры не гарантируются. Поэтому подавать на микросхему больше 5,5 вольт просто опасно.
Также можно запитать схему от трёх последовательно включенных батареек по 1,5 вольт каждая. Подойдут, например, «пальчиковые» батарейки типоразмера АА (LR6). На схеме, как раз, и изображена составная батарея питания GB1 напряжением 4,5 вольта. Перед тем, как собрать составную батарею питания, прочтите статью о том, как правильно соединять батарейки. Пригодится не раз.
Выключатель S1 может быть любым. Можно заменить его кнопкой с фиксацией. Так как схема потребляет незначительный ток, то выключатель может быть любым, по возможности миниатюрным.
Постоянный резистор R1 можно заменить подстроечным или переменным на 1,5 килоома. Это позволит менять длительность вспышки яркого светодиода. О том, как определить основные параметры постоянного резистора, читайте в статье о параметрах резистора.
Если взглянуть на принципиальную схему более внимательно, то можно заметить, что буквенное обозначение резистора R1* имеет звёздочку *. И это неспроста.
Так на схемах обозначаются элементы, номинал которых необходимо подстраивать (подбирать) во время налаживания схемы для того, чтобы добиться нужного режима работы схемы. В данном случае с помощью этого резистора можно настроить длительность вспышки светодиода.
В других схемах, которые вы можете встретить, подбором сопротивления резистора, обозначенного звёздочкой, нужно добиться определённого режима работы, например, транзистора в усилителе. Как правило, в описании схемы приводится методика настройки. В ней описывается, как можно определить, что работа схемы настроена верно. Обычно это делается замером тока или напряжения на определённом участке схемы. Для схемы маяка всё гораздо проще. Настройка производится чисто визуально и не требует замера напряжений и токов.
На принципиальных схемах, где устройство собрано на микросхемах, как правило, редко можно обнаружить элемент, номинал которого нужно подбирать. Да это и не удивительно, так как микросхемы это по сути уже настроенные элементарные устройства. А, например, на старых принципиальных схемах, которые содержат десятки отдельных транзисторов, резисторов и конденсаторов звёздочку
Теперь поговорим о цоколёвке микросхемы К155ЛА3. Если не знать некоторых правил, то можно столкнуться с неожиданным вопросом: «А как определить номер вывода микросхемы?» Тут нам на помощь придёт так называемый ключ. Ключ – это специальная метка на корпусе микросхемы, указывающая точку отсчёта нумерации выводов. Отсчёт номера вывода микросхемы, как правило, ведётся против часовой стрелки. Взгляните на рисунок, и вам всё станет ясно.
К выводу микросхемы К155ЛА3 под номером 14 подключается плюс «+» питания, а к выводу 7 – минус «-». Минус считается общим проводом, по зарубежной терминологии обозначается как GND.
Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница
Также Вам будет интересно узнать:
Простые схемы на чипе 74LS00
? LiveJournal- Find more
- Communities
- RSS Reader
- Shop
- Help
- Login
- CREATE BLOG Join
- English
(en)
- English (en)
- Русский (ru)
- Українська (uk)
- Français (fr)
- Português (pt)
- español (es)
- Deutsch (de)
- Italiano (it)
- Беларуская (be)
Читать книгу Металлоискатели Михаила Адаменко : онлайн чтение
Глава 3
Металлоискатели на микросхемах
В специализированной литературе много лет публикуются описания металлоискателей разных типов, выполненных на микросхемах. При этом предлагаемые конструкции отличаются не только используемой элементной базой, но и степенью сложности. В данной главе рассматриваются лишь некоторые схемотехнические решения, которые легли в основу как простых устройств, которые под силу собрать начинающим радиолюбителям, так и более сложных конструкций.
3.1. Простой металлоискатель на микросхеме К155ЛА3
Начинающим радиолюбителям можно рекомендовать для повторения конструкцию просго металлоискателя, основой для которого послужила схема, неоднократно публиковавшаяся в конце 70-х годов прошлого столетия в различных отечественных и зарубежных специализированных изданиях. Этот металлодетектор, выполненный всего на одной микросхеме типа К155ЛА3, можно собрать за несколько минут.
Принципиальная схема
Предлагаемая конструкция представляет собой один из многочисленных вариантов металлодетекторов типа BFO (Beat Frequency Oscillator), то есть является устройством, в основу которого положен принцип анализа биений двух сигналов, близких по частоте (рис. 3.1). При этом в данной конструкции оценка изменения частоты биений осуществляется на слух.
Рис. 3.1. Принципиальная схема металлоискателя на микросхеме К155ЛА3
Основу прибора составляют измерительный и опорный генераторы, детектор колебаний ВЧ, схема индикации, а также стабилизатор питающего напряжения.
В рассматриваемой конструкции использованы два простых LC-генератора, выполненные на микросхеме IC1. Схемотехнические решения этих генераторов практически идентичны. При этом первый генератор, который является опорным, собран на элементах IC1.1 и IC1.2, а второй, измерительный или перестраиваемый генератор, выполнен на элементах IC1.3 и IC1.4.
Контур опорного генератора образован конденсатором С1 емкостью 200 пФ и катушкой L1. В контуре измерительного генератора используются конденсатор переменной емкости С2 с максимальной емкостью примерно 300 пФ, а также поисковая катушка L2. При этом оба генератора настроены на рабочую частоту примерно 465 кГц.
Выходы генераторов через развязывающие конденсаторы СЗ и С4 подключены к детектору колебаний ВЧ, выполненному на диодах D1 и D2 по схеме удвоения выпрямленного напряжения. Нагрузкой детектора являются головные телефоны BF1, на которых выделяется сигнал низкочастотной составляющей. При этом конденсатор С5 шунтирует нагрузку по высшим частотам.
При приближении поисковой катушки L2 колебательного контура перестраиваемого генератора к металлическому предмету ее индуктивность изменяется, что вызывает изменение рабочей частоты данного генератора. При этом, если вблизи катушки L2 находится предмет из черного металла (ферромагнетика), ее индуктивность увеличивается, что приводит к уменьшению частоты перестраиваемого генератора. Цветной же металл уменьшает индуктивность катушки L2, а рабочую частоту генератора увеличивает.
ВЧ-сигнал, сформированный в результате смешивания сигналов измерительного и опорного генераторов после прохождения через конденсаторы С3 и С4, подается на детектор. При этом амплитуда сигнала ВЧ изменяется с частотой биений.
Низкочастотная огибающая ВЧ-сигнала выделяется детектором, выполненным на диодах D1 и D2. Конденсатор С5 обеспечивает фильтрацию высокочастотной составляющей сигнала. Далее сигнал биений поступает на головные телефоны BF1.
Питание на микросхему IC1 подается от источника В1 напряжением 9 В через стабилизатор напряжения, образованный стабилитроном D3, балластным резистором R3 и регулирующим транзистором T1.
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. Монтаж может быть как навесной, так и печатный.
При повторении металлодетектора можно использовать микросхему К155ЛА3, состоящую из четырех логических элементов 2И-НЕ, питающихся от общего источника постоянного тока. В качестве конденсатора С2 можно использовать конденсатор настройки от переносного радиоприемника (например от радиоприемника «Альпинист»). Диоды D1 и D2 можно заменить любыми высокочастотными германиевыми диодами.
Катушка L1 контура опорного генератора должна иметь индуктивность около 500 мкГ. В качестве такой катушки рекомендуется использовать, например, катушку фильтра ПЧ супергетеродинного приемника.
Измерительная катушка L2 содержит 30 витков провода ПЭЛ диаметром 0,4 мм и выполнена в виде тора диаметром 200 мм. Эту катушку проще изготовить на жестком каркасе, однако можно обойтись и без него. В этом случае в качестве временного каркаса можно использовать любой подходящий по размерам круглый предмет, например банку. Витки катушки наматываются внавал, после чего снимаются с каркаса и экранируются электростатическим экраном, который представляет собой незамкнутую ленту из алюминиевой фольги, намотанную поверх жгута витков. Щель между началом и концом намотки ленты (зазор между концами экрана) должна составлять не менее 15 мм.
При изготовлении катушки L2 нужно особенно следить за тем, чтобы не произошло замыкание концов экранирующей ленты, поскольку в этом случае образуется короткозамкнутый виток. В целях повышения механической прочности катушку можно пропитать эпоксидным клеем.
Для источника звуковых сигналов следует применить высокоомные головные телефоны с возможно большим сопротивлением (около 2000 Ом). Подойдет, например, широко известный телефон ТА-4 или ТОН-2.
В качестве источника питания В1 можно использовать, например, батарейку «Крона» или две батарейки типа 3336Л, соединенные последовательно.
В стабилизаторе напряжения емкость электролитического конденсатора С6 может составлять от 20 до 50 мкФ, а конденсатора С7 – от 3 300 до 68 000 пФ. Напряжение на выходе стабилизатора, равное 5 В, устанавливается подстроечным резистором R4. Такое напряжение будет поддерживаться неизменным даже при значительной разрядке батарей.
Необходимо отметить, что микросхема К155ЛАЗ рассчитана на питание от источника постоянного тока напряжением 5 В. Поэтому при желании из схемы можно исключить блок стабилизатора напряжения и использовать качестве источника питания одну батарейку типа 3336Л или аналогичную ей, что позволяет собрать компактную конструкцию. Однако разрядка этой батарейки очень быстро отразится на функциональных возможностях данного металлодетектора. Именно поэтому необходим блок питания, обеспечивающий формирование стабильного напряжения 5 В.
Следует признать, что в качестве источника питания автор использовал четыре большие круглые батарейки импортного производства, соединенные последовательно. При этом напряжение 5 В формировалось интегральным стабилизатором типа 7805.
Плата с расположенными на ней элементами и источник питания размещаются в любом подходящем пластмассовом или деревянном корпусе. На крышке корпуса устанавливаются переменный конденсатор С2, выключатель S1, а также разъемы для подключения поисковой катушки L2 и головных телефонов BF1 (эти разъемы и выключатель S1 на принципиальной схеме не указаны).
Налаживание
Как и при регулировке других металлоискателей, данный прибор следует настраивать в условиях, когда металлические предметы удалены от поисковой катушки L2 на расстояние не менее одного метра.
Сначала с помощью частотомера или осциллографа необходимо настроить рабочие частоты опорного и измерительного генераторов. Частота опорного генератора устанавливается равной примерно 465 кГц регулировкой сердечника катушки L1 и, при необходимости, подбором емкости конденсатора С1. Перед регулировкой потребуется отсоединить соответствующий вывод конденсатора С3 от диодов детектора и конденсатора С4. Далее нужно отсоединить соответствующий вывод конденсатора С4 от диодов детектора и от конденсатора С3 и регулировкой конденсатора С2 установить частоту измерительного генератора так, чтобы ее значение отличалось от частоты опорного генератора примерно на 1 кГц.
После восстановления всех соединений металлоискатель готов к работе.
Порядок работы
Проведение поисковых работ с помощью рассмотренного металлодетектора не имеет каких-либо особенностей. При практическом использовании прибора следует переменным конденсатором С2 поддерживать необходимую частоту сигнала биений, которая изменяется при разряде батареи, изменении температуры окружающей среды или девиации магнитных свойств грунта.
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 к некоторым металлам частота сигнала биений будет увеличиваться, а при приближении к другим – уменьшаться. По изменению тона сигнала биений, имея определенный опыт, можно легко определить, из какого металла, магнитного или немагнитного, изготовлен обнаруженный предмет.
3.2. Простой металлоискатель на микросхеме К176ЛЕ5
Как уже указывалось ранее, среди начинающих радиолюбителей большой популярностью пользуются схемы металлодетекторов, которые работают по принципу анализа частоты сигнала биений, возникающего при смешивании двух близких по частоте сигналов (принцип BFO). Такие приборы просты в изготовлении и налаживании, о чем можно судить, ознакомившись со следующей конструкцией.
Принципиальная схема
Как и в металлодетекторе, рассмотренном в предыдущем разделе, данный прибор собран всего на одной микросхеме (рис. 3.2). Однако отличия заключаются не только в другом типе используемой микросхемы, но и в схемотехнике опорного и измерительного генераторов. Несколько иное построение схемы позволило обойтись без конденсатора переменной емкости, а также использовать всего одну катушку индуктивности.
Рис. 3.2. Принципиальная схема металлоискателя на микросхеме К176ЛЕ5
Основу прибора составляют измерительный и опорный генераторы, детектор колебаний ВЧ и схема индикации.
Как и в упомянутой конструкции, в рассматриваемом приборе использованы два простых генератора, выполненные на элементах микросхемы IC1. При этом первый генератор, который является опорным, собран на элементах IC1.1 и IC1.2, а второй, измерительный или перестраиваемый генератор выполнен на элементах IC1.3 и IC1.4.
Рабочая частота опорного генератора зависит от суммарного сопротивления резисторов R1 и R2, а также от емкости конденсатора С1. Подстроечным резистором R1 обеспечивается грубое, а переменным резистором R2 – плавное изменение частоты генератора. Частота измерительного генератора зависит от емкости конденсатора С2 и индуктивности катушки L1, которая является поисковой.
Выходы обоих генераторов через развязывающие конденсаторы С3 и С4 подключены к детектору ВЧ-колебаний, выполненному на диодах D1 и D2 по схеме удвоения выпрямленного напряжения.
С выхода детектора низкочастотный сигнал подается непосредственно на головные телефоны BF1. Конденсатор С5 обеспечивает шунтирование нагрузки по высшим частотам.
При приближении поисковой катушки L1 колебательного контура перестраиваемого генератора к металлическому предмету ее индуктивность изменяется, что вызывает изменение рабочей частоты генератора. Если вблизи катушки L1 находится предмет из черного металла, ее индуктивность увеличивается, что приводит к уменьшению частоты измерительного генератора. Цветной же металл уменьшает индуктивность катушки L1, при этом рабочая частота генератора возрастает.
ВЧ-сигнал, сформированный в результате смешивания сигналов измерительного и опорного генераторов после прохождения через конденсаторы С3 и С4, подается на детектор. При этом амплитуда сигнала ВЧ изменяется с частотой биений.
Низкочастотная огибающая ВЧ-сигнала выделяется детектором, выполненным на диодах D1 и D2. Конденсатор С5 обеспечивает фильтрацию высокочастотной составляющей сигнала. Далее сигнал биений поступает на головные телефоны BF1.
Питание на микросхему IC1 подается от источника В1 напряжением 9 В.
Детали и конструкция
Все детали простого транзисторного металлоискателя за исключением поисковой катушки L1, резисторов R1 и R2, разъемов Х1 и Х2 и выключателя S1 расположены на печатной плате размерами 80х22 мм, изготовленной из одностороннего фольгированного гетинакса или текстолита.
К деталям, применяемым в данном устройстве, не предъявляются какие-либо особые требования. Естественно, рекомендуется использовать любые малогабаритные конденсаторы и резисторы, которые без проблем можно разместить на печатной плате (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Печатная плата (а) и расположение элементов (б) металлоискателя на микросхеме К176ЛЕ5
В данном приборе помимо микросхемы К176ЛЕ5 можно использовать микросхемы К176ЛА7, К176ПУ1, К176ПУ2, К561ЛА7, К564ЛА7 или К564ЛН2.
Подстроечный резистор R1 может быть типа СП5-2, а переменный резистор R2 – типа СПО-0,5 (вполне подойдут и другие малогабаритные резисторы), конденсатор С6 – типа К50-12 или любой другой на номинальное напряжение не менее 10 В. Остальные конденсаторы могут быть любыми малогабаритными керамическими, например типа КМ-6.
Для изготовления катушки L1 рекомендуется использовать отрезок медной или алюминиевой трубки с внутренним диаметром 8-10 мм и длиной около 630 мм. Внутри трубки следует протянуть жгут из 20 отрезков провода ПЭЛШО диаметром 0,5 мм, предварительно протянутых в полихлорвиниловую трубку. Дюралюминиевую трубку с находящимися в ней проводами надо изогнуть по шаблону в кольцо диаметром около 200 мм. Конец провода, являющийся началом первого витка, следует припаять к одному из выводов конденсатора С2, начало второго витка – к концу первого витка и так далее. Конец последнего витка припаивается ко второму выводу конденсатора С2. В результате получится катушка, содержащая 20 витков. При изготовлении катушки L1 нужно особенно следить за тем, чтобы не произошло замыкание концов экранирующей трубки, поскольку в этом случае образуется короткозамкнутый виток.
Для изготовления экрана можно использовать и обычную алюминиевую фольгу. В этом случае дополнительную жесткость конструкции катушки L1 можно придать, если расположить ее между двумя дисками из фанеры или гетинакса соответствующих размеров.
В качестве источника звуковых сигналов рекомендуется применять любые высокоомные головные телефоны с сопротивлением около 2000 Ом. Подойдет широко известный телефон ТА-4 или ТОН-2.
Источником питания В1 может служить батарейка «Крона» или две батарейки типа 3336Л, соединенные последовательно.
Печатная плата с расположенными на ней элементами и источник питания размещаются в любом подходящем пластмассовом или деревянном корпусе. На крышке корпуса устанавливаются подстроечный резистор R1 и переменный резистор R2, разъем Х1 для подключения головных телефонов BF1, а также выключатель S1.
Поисковая катушка L1 располагается на конце любой удобной ручки.
Налаживание
Налаживание рассматриваемого металлоискателя следует проводить в условиях, когда металлические предметы удалены от поисковой катушки L1 на расстояние не менее одного метра.
Сначала необходимо настроить рабочие частоты опорного и измерительного генераторов, предварительно установив движки резисторов R1 и R2 в среднее положение. Установку частот желательно контролировать с помощью частотомера или осциллографа. Частота опорного генератора грубо устанавливается регулировкой резистора R1, а более точно – переменным резистором R2. При необходимости можно подобрать емкость конденсатора С1. Перед выполнением этой регулировки потребуется отсоединить соответствующий вывод конденсатора С3 от диодов детектора и от конденсатора С4. Далее, отсоединив соответствующий вывод конденсатора С4 от диодов детектора и от конденсатора С3, подбором емкости конденсатора С2 следует выбрать частоту измерительного генератора так, чтобы ее значение отличалось от частоты опорного генератора примерно на 500-1000 Гц.
К сожалению, выбрать более низкую частоту биений для получения высокой чувствительности невозможно по ряду причин. Во-первых, при таких близких частотах двух генераторов возможен «захват» частоты одного генератора другим, что приведет к их взаимной синхронизации. А во-вторых, на сигналы низких частот биений, на которых достигается максимальная чувствительность (например, при частоте биений 1-10 Гц) головные телефоны практически не реагируют.
После восстановления всех соединений вращением движка резистора R1 следует добиться наиболее низкого тона в головных телефонах.
При появлении помех или сбоев в работе прибора, обусловленных взаимным влиянием генераторов, между выводами 7 и 14 микросхемы IC1 рекомендуется впаять конденсатор емкостью 0,01-0,1 мкФ.
Порядок работы
При практическом использовании прибора необходимую частоту сигнала биений следует поддерживать переменным резистором R2. Частота биений может изменяться под влиянием различных факторов (например, при изменении температуры окружающей среды, девиации магнитных свойств грунта или разряде батареи).
Если в процессе работы в зоне действия поисковой катушки L1 окажется какой-либо металлический предмет, то частота сигнала в телефонах изменится. При приближении к некоторым металлам частота сигнала биений будет увеличиваться, а при приближении к другим – уменьшаться. По изменению тона сигнала биений, имея определенный опыт, можно легко определить, из какого металла, магнитного или немагнитного, изготовлен обнаруженный предмет.
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.
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.
Рис. 3.4. Принципиальная схема металлоискателя на микросхеме К561ЛЕ5
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.
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 металлодетекторе 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 металлоискатель 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.
