Металлоискатель на трех микросхемах к561ла7. Простой и надёжный металлоискатель своими руками

Металлоискатель работает на принципе биений, образующихся из-за разницы колебаний опорного и поискового генераторов (на 5—10-й гармонике, выбирается ближайшая но частоте).

Это позволяет доводить чувствительность прибора до высокого уровня, что становится возможным обнаруживать:

• пятикопеечную монету в грунте на глубине 10 см;
• стальную крышку люка или трубу — на глубине 65 см.

Выполняемый на доступной элементной базе, металлоискатель не требует тщательной настройки и неприхотлив в эксплуатации. Электропитание — от гальванической батареи «Крона».

Принципиальная схема

Принципиальная схема самодельного металлоискателя на принципе биений изображена на рисунке 1.

Поисковый генератор собран по так называемой схеме «емкостной трехточки» на логических элементах DD1.1, DD1.2 ИМС К561ЛА7. Его колебательный контур образован:

• поисковой катушкой L1;
• конденсаторами С2—С4;
• варикапом VD1, управляющее напряжение на который поступает с потенциометра R2, выполняющего функцию органа настройки на низкую частоту биений.

В схему дополнительно введен транзистор VT1. Его предназначение — обеспечить термокомпенсацию варикапа VD1. Если же изготавливаемому металлоискателю суждено работать в благоприятных условиях, при небольших колебаниях температуры окружающей среды, то VT1 можно исключить из данного устройства.

Рис. 1. Принципиальная схема самодельного металлоискателя с повышенной чуствительностью, работающего на принципе биений.

Опорный генератор реализован на двух логических элементах ЗИ-НЕ микросхемы DD2 (K561ЛA9). Частота стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1 (1 МГц).

И у перестраиваемого, и у опорного генераторов имеется по буферному каскаду (логический элемент DD1.3 и, соответственно, DD2.3), работающему на смеситель DD1.4. Выделяемый в смесителе сигнал разностной частоты поступает на усилитель (транзистор VT2) с эмиттерным повторителем (ѴТЗ).

Звуковым индикатором обнаружения металла в грунте служит микротелефонный капсюль BF1 от слухового аппарата.

Стабилизатор напряжения DA1 на 5 В обеспечивает «электронику» питанием, а полупроводниковый диод VD2 защищает от ошибочной полярности при подключении батареи.

Детали и настройка

Поисковый генератор нужно «вывести» на требуемую частоту 100—200 кГц, подбирая конденсаторы С2, СЗ. При среднем положении движка потенциометра R2 следует добиться, чтобы при возможно большем отношении частот опорного и поискового генераторов получить громко воспроизводимый капсюлем BF1 сигнал биений.

Усилитель с эмиттерным повторителем нужно настраивать подбором резисторов R10 и R12. Ориентиром должно служить напряжение 2,5 В на коллекторе ѴТ2 и на нагрузочном резисторе R14.

Юстировку термокомпенсации, выполненной на транзисторе VT1, следует осуществлять подбором резистора R5.

При этом нужно добиться, чтобы напряжение между коллектором и эмиттером VT1 находилось в пределах 2—2,5 В.

После этого катушку следует обертывать (с небольшим разрежением между соседними витками) полоской из алюминиевой фольги — для электростатического экранирования. Электрический контакт между концами такого экрана недопустим (в противном случае образуется замкнутый виток).

Полученную рамку-датчик еще нужно обмотать для защиты от повреждений двумя-тремя слоями изоляционной ленты, приклеить «эпоксидкой» к основанию из стеклотекстолита (нефольгированного!) толщиной 2—4 мм. С помощью кронштейна устройство можно прикрепить к несущей штанге, например, стеклопластиковой лыжной палке с ручкой и блоком.

Рис. 2. Печатная плата самодельного металлоискателя на принципе биений.

В корпусе блока нужно разместить гальваническую батарею «Крона» и всю «электронику», смонтированную на печатной плате. Соединение поисковой катушки с платой — коаксиальным кабелем, проходящим внутри несущей штанги.

Теперь о радиодеталях, необходимых для сборки металлоискателя. Все их, включая полупроводниковые приборы и микросхемы, можно выбрать из разряда недорогих и широко распространенных. В частности, постоянные резисторы типа МЛТ-0,125.

В качестве потенциометра R2 может быть использован любой малогабаритный, желательно с выключателем. Последний на принципиальной электрической схеме условно не показан.

Конденсаторы постоянной емкости C1, С9 и С11 могут быть любыми малогабаритными, но с номиналами, указанными на принципиальной электрической схеме.

Более жесткие требования у конденсаторов С2, С4—С8: для большей надежности и долговечности их работы в разных условиях эти конденсаторы желательно выбирать из числа термостабильных. В частности, выполняющий роль «подстроечника» конденсатор СЗ предпочтительно установить керамический, как наиболее устойчивый к значительным резким перепадам температур (например, типа КТ4-23 емкостью 4—20 пФ).

А в качестве С10, С12—С15 можно использовать конденсатор К53-2, гарантирующие стабильную работу схемы.

L1 – наматывают на 3-х секционном каркасе с подстроечным сердечником (контура ПЧ радиоприёмника «Сокол-40») и помещают в броневой магнитопровод диаметром 8,8 мм из феррита 600НН. Катушка содержит 200 витков провода ПЭВ-2 0,08…0,09 мм. Я использовал случайную катушку ПЧ с алюминиевым экраном.
L2 – в алюминиевую тонкостенную трубку диаметром 6…9 мм и длинной около 950 мм продевают 18 отрезков провода в надёжной изоляции. Затем трубку сгибают на оправке диаметром примерно 15 см, а отрезки провода соединяют между собой последовательно. Индуктивность такой катушки должна быть примерно 350 мкГн. Концы трубки оставляют разомкнутыми, но один из них соединяют общим проводом. Я использовал резиновый шланг с металлической оплёткой внутри которого продёрнул цельный провод в лаковой изоляции с помощью пинцета. Губки пинцета нужно обернуть изолентой, чтобы не повредить изоляцию. Нужно позаботится, чтобы обмотка находилась как можно фиксировано иначе металлоискатель будет ложно срабатывать.
Плату размещают в металлическом, обязательно немагнитном корпусе.
Провода от платы до катушки L2 должны быть экранированы.
Приступая к налаживанию металлоискателя, ручку конденсатора устанавливают в среднее положение и, вращая подстроечный сердечник L1, добиваются появления в телефонах нулевых биений. Настройку можно считать правильной, если при малом повороте ручки переменного конденсатора в телефонах будет появляться звуковой сигнал низкой частоты. Проводить настройку следует на расстоянии не менее метра от массивных металлических предметов. В моём варианте получилось так, что чувствительность металлоискателя повышалась, если сердечник подстроечной катушки ввёрнут в неё до конца, а вращая переменным конденсатором можно было настроить отсутствие биений в двух местах. При этом звук в наушниках на полную громкость был тихим. Если звук вообще не появляется, то нужно осциллографом проверить наличие П-образного сигнала на выводах 4 DD1 и DD2, а на выводе 11 и 8 DD3 смесь сигналов. В оригинале вместо R3 3кОм указано 300кОм, но с таким сопротивлением звук в наушниках не появлялся. За неимением вместо конденсаторов 5600пФ я использовал 4700пФ.
На практике, такой металлоискатель себя показал хорошо. Им можно обнаружить монетку на глубине до 10 см, кастрюлю до 30 см, канализационный люк до 60 см.
Основной недостаток: из-за изменения температуры окружающего воздуха требуется подстраивать переменным конденсатором нулевую частоту биений. Хотелось бы увидеть предложения по устранению этого недостатка в данной схеме с (желательно с приведением примеров).

Рис.1 Схема металлоискателя

Схема простого и доступного металлоискателя на микросхеме К561ЛА7, она же CD4011BE. Данный металлоискатель сможет собрать своими руками даже начинающий радиолюбитель, но не смотря на простору схемы, он обладает достаточно не плохими характеристиками. Питается металлоискатель от обычной кроны, заряда которой хватит на долгое время, так как потребление мощность не большое.

Металлоискатель собран всего на одной микросхеме К561ЛА7 (CD4011BE), которая достаточно распространенная и доступная. Для настройки нужен осцилограф или частотаметр, но если собрать схему правильно, то эти приборы и не понадобятся вовсе.

Схема металлоискателя

Чувствительность металлоискателя

Что касается чувствительность, но она достаточно не плохая для такого простого прибора, скажем металлическую банку от консервы видит на расстоянии до 20 см. Монету номиналом 5 рублей, до 8 см. При обнаружении металлического предмета, в наушниках будет слышет тон, чем ближе катушка к объекту, тем тон сильнее. Если предмет имеет большую площадь, скажем как канализационный люк или кастрюля, то глубина обнаружения увеличивается.

Компоненты металлоискателя

• Транзисторы можно использовать любые низкочастотные маломощные, такие на КТ315, КТ312, КТ3102 или их зарубежные аналоги ВС546, ВС945, 2SC639, 2SC1815
• Микросхема соответственно К561ЛА7, заменить её можно на аналог CD4011BE или К561ЛЕ5
• Диоды маломощные такие как кд522Б, кд105, кд106 или аналоги: in4148, in4001 и подобные.
• Конденсаторы 1000 пФ, 22 нФ и 300 пФ должны быть керамическими, а лучше, подайдут слюдяные, если такие имеются.
• Переменный резистор 20 кОм, нужно взять с выключателем или выключатель отдельно.
• Медный провод для катушки, подойдет ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0,5-0,7мм
• Наушники обычные, низкоомные.
• Батарея питания на 9 вольт, крона вполне годится.

Немного информации:

Плату металлоискателя можно поместить в пластиковый корпус от автоматов, как его сделать можете прочитать в этой статье: . В данном случае, была использована соединительная коробка))

Если не путать номиналы деталей, если спаять схему правильно и но инструкции намотать катушку, то металлоискатель заработает сразу без особых настроек.

Если при первом включении металлоискателя, в наушниках не слышно писка и изменения частоты при регулировке регулятора «ЧАСТОТА» - значит нужно подбирать резистор 10 кОм, стоящий последовательно с регулятором и/или конденсатор в этом генераторе (300 пф). Тем самым мы делаем одинаковыми частоты образцового и поискового генераторов.

При возбуждении генератора, появления свиста, шипения или искажений, припаять конденсатор 1000 пф (1nf) с шестого вывода микросхемы на корпус, как показано на схеме.

Осциллографом или частотомером посмотреть частоты сигналов на выводах 5 и 6 микросхемы К561ЛА7. Добиться их равенства вышеописанным методом настройки. Рабочая частота генераторов может колебаться от 80 до 200 кГц.

Защитный диод (любой маломощный) нужен для защиты микросхема, если к примеру вы не правильно подключите батарею, а такое бывает не редко.))

Катушка металлоисктеля

Катушка наматывается проводом ПЭЛ или ПЭВ 0,5-0,7 мм на оправе, диаметр которой может быть от 15 до 25 см и содержит 100 витков. Чем меньше диаметр катушки, тем меньше чувствительность, но больше избирательность мелких предметов. Если вы собираетесь использовать металлоискатель для поиска чёрного металла, то лучше изготовить катушку большего диаметра.

Катушка может содержать от 80 до 120 витков, после намотки необходимо плотно обмотать её изолентой как показано на схеме ниже.

Теперь необходимо по верх изоленты, намотать тонкую фольгу, подойдёт пищевая или от шоколада. Обматывать нужно не до конца, а оставить пару сантиметров, как показано ниже. Обратите внимание, фольга наматывается аккуратно, лучше нарезать ровные полоски шириной 2 сантиметра и обматывать катушку как изолентой.

Теперь снова плотно обматываем катушку изолентой.

Катушка готова, теперь можно закрепить её на каркас из диэлектрика, изготовить штангу и собрать всё до кучи. Штангу можно спаять из полипропиленовых труб и фитингов, диаметром 20 мм.

Для соединения катушки со схемой, подойдёт двойной экранированный провод (экран на корпус), например тот, который соединяет телевизор с DVD плеером (аудио-видео).

Как должен работать металлоискатель

При включении, регулятором «частота», в наушниках устанавливаем низкочастотный гул, при приближении к металлу изменяется частота.

Второй вариант, чтоб гул в ушах «не стоял», установить нулевые биения, т.е. совместить две частоты. В наушниках тогда будет тишина, но как только катушку подносим к металлу - частота поискового генератора изменяется и в наушниках появляется писк. Чем ближе к металлу - тем выше частота в наушниках. Но чувствительность при этом способе не велика. Прибор среагирует только при сильной расстройке генераторов, например при поднесении к крышке от банки.

Расположение DIP деталей на плате.

Расположение SMD деталей на плате.

Плата металлоискателя в сборе

Большинство металлоискателей построены по схеме нулевых биений, это когда имеется 2-а генератора с постоянной и поисковой частотой, при этом частота поискового генератора зависит от индуктивности поисковой катушки. Повысить чувствительность металлоискателя построенного по такому методу можно если поднять опорную частоту примерно в 10 раз больше частоты поискового генератора. Используя такой метод удалось получить металлоискатель способный обнаружить копеечную монету на глубине до 1 м.

Схема такого металлоискателя показана на рисунке. В ней использованы 2-е микросхемы К561ЛА7, на D1 выполнен поисковый генератор и выходной усилитель, на D2 выполнен опорный генератор(с кв. резонатором).
В поисковом генераторе используется 2-а элемента D1.1 D1.2. Частота генерации задается контуром состоящим из поисковой катушки L1 и емкостей С1 С2 VD1. Варикап VD1 служит для подстройки частоты в небольших пределах в процессе работы. Сама подстройка производиться резистором R3 который изменяет напряжение на варикапе.
Генераторный режим (ПОС) задается элементами R2 C4 C5 C6. С выходов обоих генераторов импульсы поступают на D2.4 на котором выполнен смеситель, и на его выходе появляется сигнал биения частот. Этот сигнал поступает на усилитель мощности D1.4 и далее поступает на звукоизлучатель(головные телефоны или китайские наушники). Регулировка громкости R6.

Электронная часть схемы смонтирована в корпусе из фольгированного текстолита. При этом в корпусе должна быть экранированная перегородка между микросхемами(между генераторами). Поисковая катушка намотана на кольце сделанного из кембрика внешним диаметром 15 мм. Можно использовать трубку из пластмассы или штырь такого диаметра из мягкой пластмассы. В любом случае диаметр кольца должен быть 200мм. На кольцо наматывают 50 витков ПЭЛШО 0,27 или ПЭЛ 0,27-0,35. После обмотку обматывают изолентой и затем катушку экранируют при помощи алюминиевой фольги.
Настройка сводится к настройке контура L1C1 на 100кГц при среднем положении R3(контроль частоты на выводе 10 D1.3).

Литература — РК

• Похожие статьи

Войти с помощью:

Случайные статьи

• 05.07.2017

  Предложенная методика расчета трансформаторного источника питания позволяет рассчитать его основные параметры, такие как емкость сглаживающего фильтра, основные параметры диодов и трансформатора. Данная методика расчета позволяет рассчитать источник питания с выходным током до 1 А. Для расчета необходимо задать всего три параметра: Постоянное выходное напряжение источника питания Максимальный ток нагрузки Коэффициент …

• 28.09.2014

  Данный вольтметр можно применить для измерения постоянного тока и напряжения от 0 до 100В и от 0 до 10А. Диапазон вольтметра разбит на 4 диапазона: 0…1В, 0…10В, 0-100В, 0…10А. Максимальное индицируемое число 999. На микросхеме NTE2054 собран АЦП с максимальным выходным напряжением 999мВ, в АЦП предусмотрены выходы для динамической …