Розробка структурної схеми металошукача на биттях

Принцип дії металошукача на биттях заснований на порівнянні значень частоти коливань двох генераторів: опорного і пошукового [7]. Пошуковий генератор змінює частоту під дією на його коливальний контур металевого предмета. Зміна індуктивності котушки призводить до зміни частоти пошукового генератора. Далі частота пошукового генератора порівнюється з частотою опорного генератора за допомогою змішувача. Сигнал з виходу змішувача фільтрується і надходить на підсилювач звуку і далі на навушники

У сучасних металошукачів, до яких можна віднести і розглянуту конструкцію, опорний генератор працює на частоті, на порядок відрізняється від тієї, що виникає в полі пошукової котушки.

Структурна схема металошукача представлена на рис. 2.1

Рис. 2.1. Структурна схема металошукача на биттях

Пошуковий і опорний генератори налаштовуються на однакову частоту. При зміні частоти пошукового генератора на виході змішувача з'являється сигнал різницевої частоти. Оператор сприймає цей сигнал на слух через навушники.

Метод биття, у порівнянні з іншими відомими методами, менш ефективний, проте більш простий в реалізації. Побудовані з його використанням металошукачі компактні, не вимагають ретельної настройки і заходів щодо жорсткої стабілізації частоти, невибагливі в експлуатації, завдяки чому і отримали широке поширення.

Пошуковий генератор (генератор сигналів) – електронний пристрій, міра для відтворення електромагнітного сигналу (синусоїдального, імпульсного, шумового або спеціальної форми). Генератори застосовуються для перевірки і налаштування радіоелектронних пристроїв, каналів зв'язку, при перевірці і калібрування засобів вимірювальної техніки та в інших цілях.

Генератор в залежності від виду сигналу містить різні функціональні вузли. Спільними вузлами, для різних видів генераторів, є: джерело вихідного сигналу (перебудовується автогенератор або стабілізований кварцовий синтезатор частоти), підсилювачі, вихідні формувачі сигналу, вихідний аттенюатор, пристрої та ланцюга управління, ланцюги стабілізації вихідного рівня сигналу і блок живлення.

Додатково, в складі генератора можуть бути різні модулятори, формувачі часових інтервалів і інші пристрої. У деяких генераторах форма вихідного сигналу синтезується цифровим методом, за допомогою цифро-аналогового перетворювача (ЦАП). Існують також генератори сигналу оптичного діапазону, їх робота заснована на принципах квантової електроніки.

Як відомо, опорним генератором є електронний генератор, призначений для генерації електричних тактових імпульсів заданої частоти (зазвичай прямокутної форми) для синхронізації сигналів та процесів в цифрових пристроях – електронних обчислювальних машинах (ЕОМ), електронних годинниках і таймерах, у мікропроцесорній та іншій цифровій техніці. Тактові імпульси часто використовуються як еталонна частота – рахуючи їх кількість, можна, наприклад, вимірювати часові інтервали.

У мікропроцесорній техніці один тактовий імпульс, як правило, відповідає одній базовій операції. Обробка однієї інструкції може проводитися за один або кілька тактів роботи мікропроцесора, в залежності від типу конструкції. Частота тактових імпульсів визначає швидкість обчислень.

У складних пристроях тактовий генератор одночасно генерує декілька імпульсів, зміщених один відносно одного по фазі, що дозволяє синхронізувати елементи таких пристроїв. Багатофазні тактові генератори, наприклад, використовуються в апаратних системах з конвеєром команд. Зміщення імпульсів по фазі досягається поділом частоти або лініями затримки сигналу.

Розглянемо види опорних генераторів:

1. Кварцовий генератор на біполярному транзисторі (рис. 2.2).

У цій схемі опорного генератора баланс амплітуд забезпечується транзистором VT1 а баланс фаз - контуром Z1, C1, C2. Генератор зібраний за стандартною схемою Колпітца. Відмінністю є те, що замість котушки індуктивності застосовується кварцовий резонатор ZQ1. Слід зауважити, що в даній схемі не обов'язково для забезпечення стабільної роботи схеми застосовувати емітерну стабілізацію.

Рис. 2.2. Схема кварцового генератора на біполярному транзисторі

2. Кварцовий генератор колекторної стабілізації режиму роботи транзистора (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Кварцовий генератор колекторної стабілізації режиму роботи транзистора

3. Кварцовий генератор з розв'язкою частотозадаючих кіл від виходу схеми (рис. 2.4).

На короткочасну стабільність коливань опорного генератора найбільший вплив робить навантаження. При присутності на виході опорного генератора сторонніх коливань можливе захоплення його коливань. В результаті кварцовий генератор буде виробляти коливання з частотою перешкод.

Для того, щоб це явище не проявлялося в опорному генераторі на його виході зазвичай ставлять підсилювач, основне призначення якого не пропустити зовнішні коливання в кварцовий генератор.

Рис. 2.4. Кварцовий генератор з розв'язкою частотозадаючих кіл від виходу схеми

Існують такі форми котушок індуктивності металошукачів: еліптична, прямокутна, “метелик”, кругла (рис. 2.5)

Рис. 2.5. Форми котушок індуктивності металошукачів: а – еліптична; б – прямокутна; в – “метелик”; г – кругла

Кругла форма є найбільш проста і зрозуміла. Прямокутна форма котушок властива старим міношукачам. З огляду на рухи котушкою з боку в бік, виходить, що для користувача важливий її розмір виключно в довжину, а не в ширину, отже, котушка може бути скільки завгодно вузька по ширині, зате довжина її буде впливати на те, скільки необхідно зробити помахів на кожен крок.

Тому еліптична форма – найбільш зручна. А прибравши, зайву площа по краях котушки, ми зменшимо кількість ґрунту, який одночасно перебуває в полі видимості приладу, що полегшує його балансування. Так ми отримуємо значну перевагу, яка найбільш добре використовується в подвійних котушках. Наступний тип форми – “метелик”. Характерний для подвійних котушок середнього і великого діаметру і отримав свою назву завдяки схожості з крилами метелика. Це пояснюється використанням двох окремих контурів еліптичної форми, які об'єднуються в одному корпусі.

В залежності від модифікацій металошукачів на практиці в якості індикаторних пристроїв (рис 2.6) застосовують: стрілковий індикатор, динамік, навушники.

Рис. 2.6. Металошукач з: а – стрілковим індикатором; б – динаміком;
в – з навушниками

Фільтр нижніх частот –фільтр, який пропускає низькі частоти, та послаблює частоти, розташовані вище частоти відсікання фільтру.

На рис. 2.7 зображена схема фільтру на основі RC-ланцюга, який відсікає високочастотні коливання. Реактивний опір конденсатора зменшується з частотою, а отже конденсатор пропускає тільки високочастотні сигнали, й тим краще, чим вища частота. У результаті на високих частотах конденсатор шунтує сигнал. На виході такого чотирьохполюсника залишиться лише сигнал низької частоти.

Рис. 2.7. Фільтр нижніх частот

Змішувач частот – це пристрій призначений для перетворення сигналів однієї частоти в сигнал іншої частоти без зміни форми коливання. наприклад перетворення звукової хвилі 20 гц - 20 кГц (які сприймає слух людини) на середньохвильову частоту 800 кГц, на якій ведеться радіо мовлення підсиливши їх кілька разів. Звичайно це дуже спрощено на практиці хвиля проходить кілька змішувачів фільтрів каскадів підсилення. Змішувачі є одним з головних елементів перетворювачів частоти в сучасних радіоприймальних пристроях. Змішувачі підрозділяються на два основних типи:

– адитивні, в яких сумується напруга сигналу і гетеродину і потім детектується яким-небудь нелінійним елементом.

– мультиплікативні, в яких напруга гетеродину і сигналу перемножуються.