Металлоискатели

Вы начали делать ремонт квартиры. Но вот беда, неизвестно, как в стене проходит электропроводка, есть ли там металлическая арматура и где. В таких случаях сверлить стену опасно. Можно (в лучшем случае) сломать сверло или бур, если они попадут в арматуру, ну, а если на пути сверла попадется электропроводка, то опасности поражения электротоком не избежать. Или скажем, засорилась металлическая труба и простыми методами ее не прочистить. Нужно только менять. Но где она проходит? Ломать всю стенку или разбирать пол?

В этих да и во многих других случаях помогут металлоискатели, описания которых предлагаются вашему вниманию.

Описание работы металлоискателя NK293

На Рис. 1 *ис. 2 показаны общий вид собранной печатной платы и электрическая схема металлоискателя.

Схема металлоискателя собрана на двух транзисторах. На транзисторе ТЗ построен генератор, а на транзисторах Т1 и Т2 — индикаторная часть.

Рассмотрим сначала работу генератора. При включении питания в коллекторной цепи начинает протекать ток. При этом в нагрузке (контур L2C2) возникают свободные колебания. Через катушку связи L1, индуктивно связанную с контуром, колебания передаются на вход транзистора через конденсатор С1. В результате усиления в контуре возникают колебания, совпадающие по фазе с первоначальными. Если эти колебания имеют достаточную мощность для компенсации потерь энергии в контуре, то установится незатухающая генерация. Для того чтобы усиленные колебания имели нужную фазу, необходимо правильно включить катушку связи L1. Переменные напряжения на коллекторе транзистора и на его базе должны быть в противофазе.

Транзисторы имеют такое отрицательное свойство, как зависимость обратного тока коллектора от температуры. С ним приходится бор оться. В рассматриваемой схеме стабилизация режима транзистора выполнена по схеме с фиксированным током базы. Такая схема отли

чается минимальным числом деталей и малым потреблением тока от источника питания. Она не влияет на входное сопротивление каскада. Так, для нормального режима работы транзистора необходимо, чтобы на эмиттерном переходе было постоянное падение напряжения в десятые доли вольта (напряжение смещения базы). Ток, проходя через эмитгерный переход, создает на нем падение напряжения. Но его недостаточно. Необходимо дополнительное смещение. Для этого надо подать на базу транзистора напряжение от источника питания коллекторной цепи. В схеме генератора это сделано с помощью резистора R3, что обеспечиваег относительное постоянство положения рабочей точки, частично устраняя последствия влияния температуры.

Но у этой схемы имеются и недос татки. Такой способ смещения пригоден лишь тогда, когда каскад работает при незначительных изме

нениях температуры окружающей среды (например, в помещении). Второй недостаток - из-за большого разброса и нестабильности статического коэффициента передачи тока р, даже у однотипных транзисторов, режим работы каскада становится неустойчивым при смене транзистора, а также с течением времени.

Резистор R4 ограничивает максимальный допустимый ток транзистора. Потенциометром Р и подстроечным резистором TR устанавливается оптимальный режим возбуждения и амплитуды напряжения частоты сигнала на элементах контура.

Теперь рассмотрим работу индикаторной части схемы. В отсутствие металлических предметов рядом с контуром генератор вырабатывает сигнал максимальной амплитуды, при котором транзистор Т1 находится в режиме насыщения каждый положительный полупериод выходного сигнала генератора. В отрицательный полупериод сигнала, когда транзистор Т1 закрыт, происходит заряд конденсатора СЗ через резистор R1. Транзистор Т2 постоянно закрыт, светодиод LED погашен.

Когда с помощью потенциометра Р и подстроенного резистора TR устанавливается порог срабатывания (светодиод LED будет прерывисто светиться), транзистор Т1 выводится из состояния насыщения. Сопротивление участка коллектор—эмиттер повышается, конденсатор СЗ не успевает полностью разрядиться, напряжение на базе транзистора Т2 увеличивается, но оно остается пульсирующим. В тот момент, когда напряжение на базе транзистора Т2 достигает порога открывания, через участок коллектор—эмиттер протекает ток, достаточный для зажигания светодиода.

Когда вблизи индуктивного датчика располагается металлический предмет, то индуктивная связь между контурами изменяется, и напряжения сигнала генератора на базе транзистора Т1 уже недостаточно для его открывания. Транзистор Т1 закрыт. Конденсатор СЗ полностью наряжается, транзистор Т2 постоянно открыт, светодиод светится с максимальной яркостью, показывая наличие скрытых металлических предметов.

Описание работы металлоискателя NS019

Принцип работы предлагаемого модернизированного варианта металлоискателя ничем не отличается от предыдущей схемы. Общий вид платы в сборе и электрическая схема показаны на Рис. 3 и Рис. 4 соответственно.

В электрическую схему рассматриваемого металлоискателя введен параметрический стабилизатор напряжения R6, D4, что уменьшило влияние изменения напряжения питания на работу схемы.

В схеме генератора применена более эффективная (хотя более сложная и менее экономичная) схема стабилизации рабочей точки транзистора TR1, чем в предыдущем наборе. Она называется схемой с фиксированным напряжением смещения на базе. Резисторы R1 и R3, подключены параллельно источнику питания и составляют делитель напряжения, ток которого обычно выбирают в 2...5 раз больше базового.

При использовании такой схемы повышается стабильность режима работы транзистора, т. к. изменения тока в цепях эмиттера и коллектора транзистора незначительно влияют на величину напряжения смещения. Ток делителя напряжения не следует выбирать слишком боль

шим. Для обеспечения большого тока потребуется более мощный источник питания.

Резистор R2 в цепи эмиттера - стабилизирующий. Падения напряжений на резисторах R2 и R3 приложены в противофазе. Поэтому результирующее напряжение смещения базы будет определяться их разностью. Резистор R2 создает отрицательную обратную связь по постоянному току. Если под влиянием температуры токи в транзисторе начнут изменяться, то, например, при повышении тока эмиттера увеличится и напряжение на нем. Соответственно уменьшится напряжение смещения на базе, что вызовет уменьшение тока. В результате такого изменения одновременно в противоположные стороны ток остается почти постоянным, и режим работы получается более стабильным.

Выходной сигнал снимается с коллектора транзистора генератора, а это значит, что амплитуда напряжения сигнала намного выше, чем если бы он снимался с катушки связи. В индикаторной части схемы включена цепь R5-C5, которая предотвращает ее самовозбуждение.

Сборка устройств

Перед сборкой устройств ознакомьтесь с рекомендациями, которые даются в начале этой книги. Чтобы избежать выхода из строя радиоэлементов, старайтесь соблюдать общепринятые правила монтажа. Перечень радиоэлементов, входящих в наборы NK293 и NS019, представлены соответственно в Табл. 1 и Табл. 2.

Монтажные схемы с расположением элементов на плате набора NK293 и внешними соединениями набора NS019 показаны на Рис. 5 и Рис. 6 соответственно.

При формовке выводов элементов расстояние от корпуса элемента до начала изгиба вывода должно быть не менее 2 мм.

После монтажа металлоискателя NK293 катушки датчика необходимо намотать на ферритовый стержень. Катушка L1 содержит 60 витков, катушка L2 - 100 витков. Они располагаются на общем феррито

вом сердечнике. Намотка катушек выполняется виток к витку на бумажных гильзах. Бумажные гильзы дают возможность перемещать катушки датчика относительно друг друга в процессе настройки. Расстояние между катушками должно быть не менее 8 мм.

Для настройки металлоискателя потенциометр Р установить в среднее положение. С помощью подстроечного резистора TR установить порог срабатывания устройства, при котором светодиод LED будет прерывисто светиться. Затем на расстоянии 3...6 см от индуктивного датчика надо расположить металлический предмет и регулировкой потенциометра Р добиться постоянного включения светодиода. При удалении металлоискателя от металлического предмета на расстояние более 10 см светодиод должен погаснуть. Если металлоискатель не заработал, необходимо поменять местами выводы катушки связи L1.

Катушки индуктивности датчика металлоискателя NS019 наматываются на ферритовый сердечник виток к витку. Катушка L1 имеет 80 витков, L2 - 50 витков провода. Элементами R1 и R2 устанавливается чувствительность прибора. Настройка аналогична предыдущей схеме.

Если металлоискатель сразу не заработал, воспользуйтесь методикой поиска неисправности, изложенной в начале книги. Убедитесь в том, что монтаж сделан правильно, осмотрите устройство на наличие неисправных деталей и коротких замыканий между дорожками. Попробуйте также поменять местами выводы катушки связи. После этого металлоискатель обязательно заработает.