При разработке этого металлоискателя ставилась задача создать малогабаритное высокоэкономичное устройство с хорошей повторяемостью и высокими эксплуатационными характеристиками, используя широкораспостраненные и недорогие детали. Анализ большинства распространенных схем показал, что все они питаются от источника с напряжением не ниже 9 В (то есть «Крона»), а это и дорого и не экономично. Так, собранный на микросхеме K561ЛE5 металлоискатель работает от одной батареи не более 6—8 часов.
Поисковые катушки у большинства устройств или с отводами, или имеют несколько обмоток. Чувствительность у простых металлоискателей невысокая, а более сложные требуют применения кварцевых резонаторов или других дефицитных деталей.
В итоге А. Мельниковым была разработана схема (рис. 2.44, а) металлоискателя на биениях, как самого простого в настройке и использовании.
Рис. 2.44. Металлоискатель с низковольтным питанием
а — принципиальная схема; б — принципиальная схема, собранная целиком
на кремниевых транзисторах типа КТ315Б; в — пример навесного монтажа
Функционально разработанная схема включает в свой состав:
♦ два генератора (катушка колебательного контура одного из них и является поисковой);
♦ балансный смеситель;
♦ усилитель звуковой частоты, нагруженный на наушники.
Для таких низковольтных устройств как нельзя более подходят барьерные генераторы, устойчиво работающие от напряжения питания 0,8 В и более (для кремниевых транзисторов).
Еще одним их достоинством является то, что на их выходе постоянная составляющая напряжения (относительно коллектора, соединенного с корпусом прибора) равна 0,65 В и стабилизирована (эмиттерно-базовый переход транзистора играет роль стабистора). Этот эффект используется для стабилизации рабочей точки балансного смесителя.
Усилитель звука однотранзисторный.
Для такого усилителя звука желательно применить транзистор с коэффициентом передачи тока не менее 200.
Генераторы работают на разных частотах:
♦ поисковый — примерно на частоте 100 кГц;
♦ опорный — на частоте 200 или 300 кГц.
Таким образом, балансный смеситель выделяет биения между частотой опорного генератора и 2-й или 3-й гармоникой поискового.
Примечание.
Такое решение позволяет резко уменьшить явление «захвата» частоты поискового генератора, что в простых схемах не позволяет установить частоту биений ниже 200 Гц, а также повышает чувствительность — изменение частоты поискового генератора на 10 Гц изменяет частоту биений на 20 (или 30) Гц.
Конечно, можно еще больше повысить частоту опорного генератора, но в этом случае уровень биений становится очень маленьким, а это значит, что:
♦ понижается громкость звука;
♦ нестабильность увеличивается, что затрудняет работу. Следует отметить, что температурная стабильность схемы
невысокая, но практически это не сильно влияет на результаты:
♦ во-первых, в колебательных контурах применяются одинаковые контурные конденсаторы, поэтому их частота изменяется одинаково, в одну и ту же сторону, а в итоге частота биений не меняется;
♦ во-вторых, некоторые несложные конструктивные меры позволяют увеличить термостабильность металлоискателя.
А именно актуальны такие требования:
♦ поисковая катушка должна иметь жесткую конструкцию;
♦ должно быть применено правильное экранирование;
♦ плата и корпус должны быть жестко закреплены на штанге.
Совет.
Провод от катушки до схемы должен быть экранированным, желательно применить тонкий телевизионный кабель.
Сама штанга должна быть из сухого дерева или стеклопластика.
Плату в корпусе желательно залить парафином. Это не только защитит от влажности, но и от быстрых перепадов температуры.
Изготовление поисковой катушки
Поисковая катушка выполняется из кабеля «витая пара», которым проводят локальные сети.
Совет.
Кабель обязательно должен быть экранированным, 5-й категории, желательно для наружной прокладки (у него толще изоляция и катушка получается жестче).
Четыре витка кабеля следует уложить кольцом с внешним диаметром примерно 25 см, причем:
♦ уложить сначала два внешних витка друг над другом;
♦ затем обмотать в четырех местах изолентой;
♦ затем намотать два витка внутри.
Все это потом нужно разрезать в середине и обмотать изолентой.
Совет.
Для такой обмотки лучше использовать матерчатую изоленту.
С обоих концов разреза зачистить изоляцию примерно на полтора сантиметра, концы проводов облудить. Экранирующую фольгу следует обрезать.
Провод, идущий вместе с фольгой, с одной стороны обкусывать, с другой — соединить с одним из проводов кабеля.
Примечание.
Этот провод будет выводом начала обмотки. Следует обратить внимание, что экран ни в коем случае не должен образовывать короткозамкнутый виток!
Далее выводы кабеля нужно соединить согласно последовательно, ошибиться практически невозможно, потому что все восемь проводов разного цвета. В итоге должна получиться катушка из 32 витков с приличной влагостойкостью и жесткостью.
Изготовление другого варианта катушки
Другой вариант катушки мотается обмоточным проводом толщиной не менее 0,3 мм. Можно вбить несколько гвоздей в доску на расстоянии 40 см и намотать проволоку (34 витка) на них, затем аккуратно снять катушку и обмотать изолентой.
Затем катушку нужно экранировать. Лучше всего обмотать ее фольгой, взятой из старого электролитического конденсатора.
Внимание.
Надо иметь в виду, что внутри электролитического конденсаторов находится щелочной электролит, поэтому разматывать фольгу с конденсатора желательно под струей воды, чтобы электролит не разъел пальцы.
Фольгу нужно наматывать так, чтобы она не образовала короткозамкнутого витка, между началом и концом обмотки должен быть промежуток около 1 см.
Примечание.
Пытаться припаять провод к фольге бесполезно — она алюминиевая и не лудится, поэтому поверх фольги нужно намотать несколько витков голого луженого провода — это и будет вывод экрана.
Его уже можно будет соединить с одним из концов катушки. Далее этот конец соединить с оплеткой экранированного провода, идущего от катушки к плате, и на плате, с общим проводом.
Второй конец катушки нужно соединить с центральной жилой провода и на плате с базой первого транзистора поискового генератора. Поверх фольги снова намотать изоленту.
Особенности применения различных катушек
От размера катушки зависят тактико-технические характеристики металлоискателя. Катушка диаметром 35 см уверенно ловит трак от гусеницы трактора на глубине 80 см, но не обнаруживает монеты, кольца, гвозди и прочую мелочь. Этот вариант прекрасно подходит для поиска черного металла, когда представляют интерес именно массивные железяки (металлолом).
Для поиска колец, монет на пляже необходима катушка диаметром 15 см. Маленькая катушка диаметром 15 см состоит из 6 витков кабеля или 50 витков провода. Глубина обнаружения монет примерно 15 см. Катушка диаметром около 25 см — компромиссное решение, она имеет 40—45 витков.
Детали металлоискателя — самые доступные. Резисторы и конденсаторы практически любого типа, транзисторы в генераторах можно применить КТ315 (лучше с буквами Б, Г, Е, некоторые экземпляры с буквами А и В работать отказались — мал коэффициент передачи тока).
Отлично работают КТ3102, КТ368.
Внимание.
Транзисторы балансного смесителя обязательно должны быть германиевыми.
Любой транзисторный приемник 70-80х годов выпуска обеспечит вас ими в достатке. Подойдут П416 с любой буквой, П422, П423, П401, ГТ309, ГТ322, ГТ313. В селекторах телевизоров СКМ-24 имеются транзисторы ГТ346А.
Поскольку рабочие частоты схемы не очень высокие, то подойдут даже П27, П28, МП39Б, МП42Б, которые применялись в усилителях воспроизведения катушечных магнитофонов.
В усилителе 34 желательно применить транзистор с самым большим коэффициентом передачи тока из имеющихся в наличии.
Катушка опорного генератора намотана на стандартной арматуре контуров ПЧ от китайских магнитол и приемников. Некоторые катушки имеют встроенный конденсатор, который необходимо удалить.
Катушка аккуратно разматывается, и если в ней больше 85 витков, то она аккуратно наматывается тем же проводом. Если витков меньше, то 85 витков наматывается любым обмоточным проводом.
Провод должен быть достаточно тонким, иначе нужное количество витков не уместится. В крайнем случае можно намотать 75 витков.
Емкость контурных конденсаторов не обязательно соблюдать точно, желательно только применять в обоих генераторах конденсаторы одного номинала и типа — для лучшей термостабильности. Емкость 4700 пФ может быть от 3300 до 5100 пФ, вместо 2200 пФ можно применить 1500 или 1800 пФ.
Печатная плата не разрабатывалась, оказалось разумнее отказаться от печатного монтажа и собрать прибор на тонком (0,5 мм) куске текстолита, соединяя между собой детали их собственными выводами. Пример такого монтажа, занимающего размер менее половины спичечного коробка, на рис. 2.44, в.
Использовались транзисторы КТ3102 и ГТ322 в металлических корпусах.