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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Ein einfacher Metalldetektor basierend auf dem K155LA3-Chip. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Metalldetektoren Anfängern von Funkamateuren kann empfohlen werden, den Entwurf eines einfachen Metalldetektors zu wiederholen, dessen Grundlage ein Diagramm war, das Ende der 70er Jahre des letzten Jahrhunderts wiederholt in verschiedenen in- und ausländischen Fachpublikationen veröffentlicht wurde. Dieser Metalldetektor besteht aus nur einem Chip vom Typ K155LA3 und kann in wenigen Minuten zusammengebaut werden. Schematische Darstellung Das vorgeschlagene Design ist eine der vielen Optionen für Metalldetektoren vom Typ BFO (Beat Frequency Oscillator), das heißt, es handelt sich um ein Gerät, das auf dem Prinzip der Analyse der Schwebungen zweier Signale mit ähnlicher Frequenz basiert (Abb. 3.1). Darüber hinaus wird bei diesem Design die Änderung der Schlagfrequenz nach Gehör beurteilt.
Die Basis des Geräts bilden ein Mess- und Referenzoszillator, ein HF-Schwingungsdetektor, eine Anzeigeschaltung und ein Versorgungsspannungsstabilisator. Das fragliche Design verwendet zwei einfache LC-Oszillatoren, die auf dem IC1-Chip hergestellt sind. Der Schaltungsaufbau dieser Generatoren ist nahezu identisch. In diesem Fall ist der erste Generator, der der Referenzgenerator ist, aus den Elementen IC1.1 und IC1.2 aufgebaut, und der zweite, messende oder abstimmbare Generator, ist aus den Elementen IC1.3 und IC1.4 aufgebaut. Der Referenzoszillatorkreis wird durch den Kondensator C1 mit einer Kapazität von 200 pF und die Spule L1 gebildet. Die Messgeneratorschaltung verwendet einen variablen Kondensator C2 mit einer maximalen Kapazität von ca. 300 pF sowie eine Suchspule L2. In diesem Fall sind beide Generatoren auf eine Betriebsfrequenz von ca. 465 kHz abgestimmt. Die Ausgänge der Generatoren sind über die Entkopplungskondensatoren C3 und C4 mit einem HF-Oszillationsdetektor verbunden, der auf den Dioden D1 und D2 basiert und eine gleichgerichtete Spannungsverdopplungsschaltung verwendet. Die Last des Detektors ist der BF1-Kopfhörer, auf dem das Signal der Niederfrequenzkomponente isoliert wird. In diesem Fall überbrückt der Kondensator C5 die Last bei höheren Frequenzen. Nähert sich die Suchspule L2 des Schwingkreises eines abstimmbaren Generators einem Metallgegenstand, ändert sich ihre Induktivität, was zu einer Änderung der Betriebsfrequenz dieses Generators führt. Befindet sich darüber hinaus ein Gegenstand aus Eisenmetall (ferromagnetisch) in der Nähe der Spule L2, erhöht sich dessen Induktivität, was zu einer Verringerung der Frequenz des abstimmbaren Generators führt. Nichteisenmetall verringert die Induktivität der Spule L2 und erhöht die Betriebsfrequenz des Generators. Das durch die Mischung der Signale des Mess- und Referenzoszillators nach Durchlaufen der Kondensatoren C3 und C4 erzeugte HF-Signal wird dem Detektor zugeführt. In diesem Fall ändert sich die Amplitude des HF-Signals mit der Schwebungsfrequenz. Die niederfrequente Hüllkurve des HF-Signals wird durch einen Detektor aus den Dioden D1 und D2 isoliert. Der Kondensator C5 sorgt für die Filterung der Hochfrequenzkomponente des Signals. Als nächstes wird das Beat-Signal an den BF1-Kopfhörer gesendet. Die Stromversorgung der IC1-Mikroschaltung erfolgt von einer 1-V-Quelle B9 über einen Spannungsregler, der aus einer Zenerdiode D3, einem Ballastwiderstand R3 und einem Steuertransistor T1 besteht. Details und Design Zur Herstellung des betreffenden Metalldetektors können Sie jedes beliebige Steckbrett verwenden. Daher unterliegen die verwendeten Teile keinen Einschränkungen hinsichtlich der Gesamtabmessungen. Die Installation kann entweder montiert oder gedruckt sein. Wenn Sie einen Metalldetektor wiederholen, können Sie die Mikroschaltung K155LA3 verwenden, die aus vier 2I-NOT-Logikelementen besteht, die von einer gemeinsamen Gleichstromquelle gespeist werden. Als Kondensator C2 können Sie einen Abstimmkondensator aus einem tragbaren Radio verwenden. Die Dioden D1 und D2 können durch beliebige Hochfrequenz-Germaniumdioden ersetzt werden. Die L1-Spule der Referenzoszillatorschaltung sollte eine Induktivität von etwa 500 μH haben. Als solche Spule empfiehlt sich beispielsweise die Verwendung einer ZF-Filterspule eines Superheterodynempfängers. Die Messspule L2 enthält 30 Windungen PEL-Draht mit einem Durchmesser von 0,4 mm und ist in Form eines Torus mit einem Durchmesser von 200 mm gefertigt. Es ist einfacher, diese Spule auf einem starren Rahmen herzustellen, aber Sie können darauf verzichten. In diesem Fall kann jeder geeignete runde Gegenstand, beispielsweise ein Glas, als temporärer Rahmen verwendet werden. Die Windungen der Spule werden in großen Mengen gewickelt, anschließend vom Rahmen entfernt und mit einer elektrostatischen Abschirmung abgeschirmt, bei der es sich um ein offenes Band aus Aluminiumfolie handelt, das über ein Bündel von Windungen gewickelt ist. Der Abstand zwischen Anfang und Ende der Bandwicklung (der Abstand zwischen den Enden des Siebes) muss mindestens 15 mm betragen. Bei der Herstellung der Spule L2 muss besonders darauf geachtet werden, dass die Enden des Abschirmbandes nicht kurzgeschlossen werden, da in diesem Fall eine kurzgeschlossene Windung entsteht. Um die mechanische Festigkeit zu erhöhen, kann die Spule mit Epoxidkleber imprägniert werden. Als Quelle der Tonsignale sollten Sie hochohmige Kopfhörer mit möglichst hohem Widerstand (ca. 2000 Ohm) verwenden. Beispielsweise reicht das bekannte Telefon TA-4 oder TON-2 aus. Als Stromquelle V1 können Sie beispielsweise einen Krona-Akku oder zwei in Reihe geschaltete 3336L-Akkus verwenden. In einem Spannungsstabilisator kann die Kapazität des Elektrolytkondensators C6 zwischen 20 und 50 μF und die Kapazität C7 zwischen 3 und 300 pF liegen. Die Spannung am Ausgang des Stabilisators von 68 V wird durch den Trimmwiderstand R000 eingestellt. Diese Spannung bleibt auch dann erhalten, wenn die Batterien stark entladen sind. Es ist zu beachten, dass die Mikroschaltung K155LAZ für die Stromversorgung aus einer 5-V-Gleichstromquelle ausgelegt ist. Daher können Sie bei Bedarf die Spannungsstabilisierungseinheit aus der Schaltung ausschließen und eine 3336L-Batterie oder ähnliches als Stromquelle verwenden, was Ihnen dies ermöglicht um ein kompaktes Design zusammenzustellen. Die Entladung dieser Batterie beeinträchtigt jedoch sehr schnell die Funktionalität dieses Metalldetektors. Deshalb wird ein Netzteil benötigt, das eine stabile Spannung von 5 V liefert. Es sollte zugegeben werden, dass der Autor als Stromquelle vier große, runde importierte Batterien verwendet hat, die in Reihe geschaltet sind. Dabei wurde durch einen integrierten Stabilisator vom Typ 5 eine Spannung von 7805 V erzeugt. Die Platine mit den darauf befindlichen Elementen und die Stromquelle werden in eine beliebige geeignete Kunststoff- oder Holzkiste gelegt. Auf dem Gehäusedeckel sind ein Drehkondensator C2, ein Schalter S1 sowie Anschlüsse zum Anschluss der Suchspule L2 und des Kopfhörers BF1 verbaut (diese Anschlüsse und Schalter S1 sind im Schaltplan nicht eingezeichnet). Einrichtung Wie bei der Einstellung anderer Metalldetektoren sollte dieses Gerät unter Bedingungen eingestellt werden, bei denen Metallgegenstände mindestens einen Meter von der L2-Suchspule entfernt sind. Zunächst müssen Sie mit einem Frequenzmesser oder Oszilloskop die Betriebsfrequenzen der Referenz- und Messgeneratoren anpassen. Durch Anpassung des Kerns der Spule L465 und ggf. Wahl der Kapazität des Kondensators C1 wird die Frequenz des Referenzoszillators auf ca. 1 kHz eingestellt. Vor der Einstellung müssen Sie den entsprechenden Anschluss des Kondensators C3 von den Detektordioden und dem Kondensator C4 trennen. Als nächstes müssen Sie den entsprechenden Anschluss des Kondensators C4 von den Detektordioden und vom Kondensator C3 trennen und durch Einstellen des Kondensators C2 die Frequenz des Messgenerators so einstellen, dass sich ihr Wert um etwa 1 kHz von der Frequenz des Referenzgenerators unterscheidet. Nachdem alle Verbindungen wieder hergestellt sind, ist der Metalldetektor betriebsbereit. Ablauf der Arbeit Die Durchführung von Sucharbeiten mit dem betrachteten Metalldetektor weist keine Besonderheiten auf. Im praktischen Einsatz des Geräts sollte der variable Kondensator C2 verwendet werden, um die erforderliche Frequenz des Schwebungssignals aufrechtzuerhalten, die sich ändert, wenn die Batterie entladen wird, sich die Umgebungstemperatur ändert oder eine Abweichung der magnetischen Eigenschaften des Bodens auftritt. Ändert sich während des Betriebs die Signalfrequenz im Kopfhörer, deutet dies auf das Vorhandensein eines Metallgegenstandes im Erfassungsbereich der L2-Suchspule hin. Bei der Annäherung an einige Metalle nimmt die Frequenz des Schwebungssignals zu, bei der Annäherung an andere nimmt sie ab. Durch Ändern des Tons des Schwebungssignals können Sie mit etwas Erfahrung leicht feststellen, aus welchem Metall, ob magnetisch oder nicht magnetisch, das erkannte Objekt besteht. Autor: Adamenko M. V.
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