Часть первая, теоретическая.

Схема чрезвычайно простая, при достаточно неплохих характеристиках. Однако, именно простота схемы заставляет относиться к сборке прибора без каких-либо вольностей в плане выбора номиналов компонентов устройства, настолько велика зависимость режимов работы устройства от каждого из них. Как говорил один персонаж известного мультика про домовёнка Кузю: «Каждая палка в лесу к чему-нибудь назначена, потому порядок…» J

Вначале, для улучшения понимания принципа работы данного девайса, напомним начинающим, на чём, собственно, основан принцип «импульсного» детектирования металла.

Принцип прост: поисковая катушка запитывается коротким импульсом тока, при резком прерывании которого в катушке возникает ЭДС самоиндукции, создающий, в свою очередь, импульс тока, наводящий в мишени вихревые токи. Эти токи, в соответствии с законами физики препятствуют резкому уменьшению тока в катушке и затягивают по времени спад напряжения на её выводах. Именно по увеличению времени спада ЭДС самоиндукции и обнаруживается металл: короткий импульс – металла нет, удлинился импульс – металл обнаружен. Вся задача прибора – измерить длину импульса в первом и втором случае и выдать сигнал обнаружения.

Как этот процесс организован в данном приборе, рассмотрим ниже на основе «базовой модели» на 555-ом таймере и ОУ 157УД2.

Импульс «накачки» катушки снимется с 3-й ноги таймера, инвертируется и усиливается транзистором Т1 и подаётся на затвор полевого ключа Т2, который и запитывает поисковую катушку мощными импульсами тока. Снимаемый с катушки измерительный импульс (а равно как и импульс накачки) через резистор R8 подаётся на диодный ограничитель, который защищает вход ОУ от перегрузок по напряжению.

Ниже мы видим эпюру напряжения на входе ОУ (3-я нога). Амплитуда ограничена диодами до уровня порядка 1-го вольта.

Далее, через С3 импульсы поступают на инвертирующий усилитель ОР1, где усиливаются и меняют полярность.

Смотрим на 13 ноге ОР1.

Импульсы проинвертированы и усилены.

 

С выхода ОР1 импульсы поступают на интегрирующую цепочку R12, R13 и С5, которая формирует измерительные напряжения для устройства сравнения на компараторе ОР2.

Теперь чуть подробнее.

ОР1 – инвертирующий усилитель, охваченный 100%-ой ООС по напряжению, т.е. является повторителем напряжения, заданного делителем R18, R10. Именно эта цепочка сопротивлений задаёт напряжение на входе и выходе ОР1. и, таким образом, задаёт режим работы ВСЕЙ СХЕМЫ, поскольку все остальные процессы жёстко привязаны к данному напряжению. Компаратор ОР2 работает так: за счёт тока, текущего через R12 и R13 на резисторе R14 создаётся падение напряжения. Поскольку, в данном случае инвертирующий вход компаратора более электроположителен, чем не инвертирующий, на его выходе низкий уровень напряжения, сигнал на динамик не подаётся. Если полярность напряжения на его входе изменится – изменится и состояние компаратора: на его выходе скачком появится положительное напряжение, в динамик поступит единичный «щелчок».

Теперь рассмотрим весь процесс в подробности. Выделим три цикла работы схемы.

1. Время между импульсами накачки.

В это время действуют режимы «покоя» схемы, конденсаторы С5 и С6 заряжаются до некого значения за счёт тока, текущего через R12 и R13. Как видно из схемы, на конденсаторе С5 напряжение выше, чем на С6, на выходе компаратора «0».

2. Время действия импульса накачки.

Импульс накачки тоже усиливается ОР1. За время его действия С5 дозаряжается до некого ещё большего значения напряжения, а напряжение на С6 практически не меняется, поскольку его ёмкость в 10 000 раз больше. Так как и в этом случае на конденсаторе С5 напряжение выше, чем на С6, на выходе компаратора «0».

3. Измерительный импульс.

Вот эпюра с 13 ноги ОР1 без металла.

 

Вот что в это время на 5-ой ноге компаратора.

(Импульс накачки завален, измерительный импульс сильно сглажен интегрирующей цепью. Напряжение во время его действия просаживается до уровня прим. 4.5 вольта.)

С началом действия измерительного импульса начинается разряд конденсатора С5 через цепочку R12 и R13. Напряжение на 5-ом входе компаратора начинает уменьшаться, а на 6-ом уменьшение происходит крайне незначительно, и всё по причине большой ёмкости С6.

 

Если измерительный импульс достаточно продолжителен, то в какой-то момент времени напряжение на С5 упадёт настолько, что на 5-й вывод компаратора изменит полярность относительного 6-го вывода и на выходе 9 появится напряжение и сигнал в динамике.

Смотрим те же точки, но с металлом перед катушкой:

 

13 нога.

 

 

5-я нога.

Как видим на 13 ноге измерительный импульс стал шире, а на 5-ой ноге ГЛУБЖЕ.

 

Напряжение на 5 ноге компаратора упало прим. до 3.5 вольта.

(На верхней эпюре видны два всплеска на измерительном импульсе – это сработал компаратор. Нижний всплеск – включение, верхний – выключение.)

 

Поднесём металл ближе:

 

 

13 нога.

 

 

5 нога.

 

 

На входе компаратора прим 2.5 вольта. Прибор орёт благим матом….

Вот, собственно, и всё: пред началом поиска металла резистором R13 мы устанавливаем такое напряжение на С5, которое не успевает упасть до критической отметки за время действия измерительного импульса. Но стоит ему удлиниться при внесении металла, как это напряжение уменьшается несколько больше и компаратор перебрасывается в единичное состояние. Мы слышим щелчок, мишень обнаружена.

 

 

Строим металлодетектор «Пират».