提高晶体管灵敏度的金属探测器。方案、说明

金属探测器对晶体管的灵敏度更高。无线电电子电气工程百科全书

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金属探测器的操作（本节讨论其方案和设计）是基于分析两个发生器振荡节拍变化的原理，其中一个发生器的频率是稳定的，而另一个发生器的频率是稳定的。当金属物体出现在探测器的覆盖区域时，第二个会发生变化。

在开发该设备时，我们尝试创建一种金属探测器，避免其他类似设计中固有的许多缺点。

尽管该装置的方案已经开发了20多年前，但其优点包括灵敏度较高、运行稳定以及能够区分有色金属和黑色金属。应用的电路解决方案确保了发电机工作频率的稳定性提高，从而可以估计 1 至 10 Hz 范围内的拍频。结果，器件的灵敏度提高了，其消耗的电流也降低了。

示意图

如前所述，所提出的设计是 BFO（拍频振荡器）类型金属探测器的众多选择之一，也就是说，它是一种基于分析两个频率的拍频原理的设备（图 2.10）。

米。 2.10. 灵敏度提高的金属探测器示意图（点击放大）

该装置由测量和参考振荡器、射频振荡检测器、前置放大器、第一限幅放大器、微分电路、第二限幅放大器和低频放大器组成。

使用两个基于晶体管 T1 和 T2 的简单 LC 振荡器作为测量和参考振荡器。这些晶体管是 K159NT1G 微电路的一部分，KXNUMXNTXNUMXG 微电路是放置在一个封装中的一对具有相同参数的晶体管。使用晶体管组件可以显着提高发生器频率的温度稳定性。

每个发生器按照电容性三点电路组装，而晶体管T1和T2按照共基极电路连接。

通过在每个晶体管的集电极和发射极之间引入正反馈来提供振荡的激励。发生器的工作频率由连接在晶体管T1和T2的集电极和发射极之间的频率设定电路的参数决定。在这种情况下，执行测量发生器功能的第一发生器的频率设定元件是探测线圈L1和电容器C1、C2和C3。第二个参考发生器的工作频率由电感器 L2 以及电容器 C6、C7 和 C9 的参数确定。在这种情况下，两个发生器都调谐到 40 kHz 的工作频率。在电阻R1-R4的帮助下，晶体管T1和T2的工作模式设置为直流。

在通过改变电容器C6的电容来设置该装置的过程中，对参考振荡器进行粗调以适应拍频的选定谐波。在这种情况下，电容器C6的电容可以在100到330pF之间变化。拍频的微调由可变电阻器 R7 执行，齐纳二极管 D1（在此电路中充当变容二极管）上的偏置会发生变化。

当可调谐发生器振荡电路的探测线圈L1接近金属物体时，其电感发生变化，从而导致发生器的工作频率发生变化。在这种情况下，如果线圈L1附近有黑色金属（铁磁体）制成的物体，则其电感增加，从而导致发电机的频率降低。有色金属降低了线圈L1的电感，发电机的工作频率提高。

由于测量振荡器和参考振荡器的信号混合而生成的 RF 信号在负载电阻 R5 上被隔离。在这种情况下，信号幅度随拍频变化，拍频等于射频信号的频率差。

RF 信号的低频包络由根据倍压方案在二极管 D2 和 D3 上制作的特殊检测器进行检测。在这种情况下，电容器C11提供对信号的高频分量的过滤。低频拍频信号从检测器的负载（电阻器 R6）通过电容器 C12 馈送到晶体管 T3 上的前置放大器。

放大的信号从晶体管T3的集电极通过电容器C13馈送到第一限幅放大器，该放大器在晶体管T4上形成并提供矩形脉冲的形成。在电阻器R11和R12组成的分压器的帮助下，偏置电压被施加到晶体管T4的基极，此时晶体管处于开启阈值。

到达晶体管 T4 基极的正弦信号在两侧均受到限制。结果，在电阻R13作用的级联负载上形成矩形脉冲，该矩形脉冲被电路C14、R14、R15进一步微分并转换成尖峰。在这种情况下，在每个脉冲的前端处形成正极性的峰，在下降处形成负极性的峰。应该注意的是，这些峰值的持续时间并不取决于矩形脉冲的重复率及其持续时间。

正峰值被馈送到晶体管T5的基极，负峰值被二极管D4截止。与晶体管T5类似，晶体管T4工作在关键模式下并限制输入信号，以便在由电阻器R16和R17形成的集电极负载上形成固定持续时间的短矩形脉冲。电容器 C15 对输出信号进行滤波并改善 BF1 耳机中信号的音调。

信号从音量控制电阻 R16 进入放大级，由晶体管 T6 和 T7 组成，根据所谓的复合晶体管电路连接。通过这种包含物，形成了具有高电流传输系数的与高功率pnp导电晶体管的等效物。然后放大的信号进入BF1耳机。

该设计中使用的从正弦信号生成脉冲信号的方法可以减少放大器消耗的功率，特别是在输出级中，因为晶体管T5、T6和T7在脉冲之间的间歇期间闭合。

金属探测器由电压为1V的电源B4,5供电，电流消耗不超过2mA。

细节和设计

组装灵敏度更高的金属探测器时，对所使用的部件没有特殊要求。唯一的限制与整体尺寸有关，因为该设备的大部分部件都安装在尺寸为 70x110 毫米的印刷电路板上，该印刷电路板由单面镀箔 getinax 或玻璃纤维制成。印刷电路板设计为使用固定电阻器 MLT-0,125、电容器 KSO、PM、MBM、K50-6 或类似电容器（图 2.11）。

重复此设计时，作为晶体管组件（晶体管 T1 和 T2），您可以使用具有任何字母索引的 K159NT1 芯片。然而，目前并不总是能够找到它。因此，如有必要，建议使用具有相同或可能接近参数（静态电流传输系数和初始集电极电流）的两个 KT315G 类型晶体管来代替晶体管组件。

提高晶体管灵敏度的金属探测器

提高晶体管灵敏度的金属探测器
米。 2.11. 具有更高灵敏度的金属探测器的印刷电路板（a）和元件布置（b）

在放大级（晶体管T3、T4和T5）中，可以安装KT342G、KT315E或KT503A-KT3102E类型的晶体管来代替KT3102B类型的晶体管。 KT502E（T6）型晶体管可以完全用KT361代替，K503E（T7）型晶体管可以用任意字母索引的KT315代替。但在这种情况下，耳机必须是高电阻的（例如TON-2或TEG-1）。使用低阻手机时，晶体管T7必须功率更大，例如KT603B或KT608B型。

作为齐纳二极管 D1，您还可以使用 D808-D813 或 KS156A 类型的齐纳二极管。二极管 D2 和 D3 可以是 D1、D9 或 D10 系列中的任何一个。线圈L2包含250匝直径为2毫米的PEV-0,1电线，缠绕在磁路SB-23-11a上。在其制造过程中，您可以使用其他核心。最主要的是成品线圈的电感为4 mH。

测量线圈L1包含100匝直径为1毫米的PEV-0,3线，并制成直径为160毫米的圆环形状。这种线圈在刚性框架上更容易制作，但你也可以不用它。在这种情况下，任何合适的圆形物体，例如罐子，都可以用作临时框架。线圈的匝数被散装缠绕，然后将它们从框架中取出并用静电屏蔽屏蔽，静电屏蔽是缠绕在一束匝上的开放铝箔带。胶带缠绕起点和终点之间的间隙（屏幕两端之间的间隙）必须至少为 10 毫米。

在制造线圈L1时，必须注意确保屏蔽带的端部不会闭合，因为在这种情况下会形成短路线圈。为了增加机械强度，线圈可以用环氧树脂胶浸渍。

将约一米长的两芯屏蔽电缆的导体焊接到线圈端子上，在其另一端安装 SSH-3 连接器或任何其他合适的小型连接器。电缆护套必须连接到线圈屏蔽上。在工作位置，线圈连接器连接到位于设备主体上的配合连接器。

高灵敏度金属探测器由电压为 1 V 的电源 B4,5 供电。作为此类电源，您可以使用所谓的 3336L 方形电池或串联的 316、343 型三个元件。

将其上带有元件的印刷电路板和电源放置在任何合适的塑料或木箱中。可变电阻器R7和R16、用于连接搜索线圈L1的连接器X1、开关S1以及用于连接耳机BF2的连接器X1安装在外壳盖上。

设立

与其他金属探测器的调整一样，本装置的调整必须在金属物体距离 L1 搜索线圈至少 1,5 m 的情况下进行。

金属检测机的直接调整应从选择所需的拍频开始。为此，建议使用示波器或数字频率计。使用示波器时，其探头必须连接到电阻器R1、R4、R5和电容器C8的连接点，即连接到检波器输入端。此时的波形类似于调制射频信号的波形。另外，通过调节L2线圈以及选择电容器C2和C6的电容值，需要保证调制频率(拍频)约为10Hz。

使用数字频率计设置金属探测器时，频率计应先连接到晶体管T1的集电极电路，然后再连接到晶体管T2的集电极。选择前述元件的参数（线圈L2的电感，电容器C2和C6的电容），需要保证晶体管T1和T2集电极上的信号的频率差大约为10赫兹。

此外，通过选择电阻器R8，可以设置晶体管T3上的级联的最大增益。在没有示波器和频率计数器的情况下，无需它们即可选择所需拍频。此时，必须先将电阻R7的滑块拨至中间位置，然后通过旋转L2线圈的调谐铁芯，使手机中出现频率约为1-5Hz的喀哒声。如果无法设定所需的频率，则应选择电容器C6的容量。为了减少地面背景的影响，拍频的最终选择应在探测线圈L1接近地面时进行。

这样就完成了设置具有更高灵敏度的金属探测器的过程。

工作程序

在该金属探测器的实际使用中，应通过可变电阻R7来维持拍频信号所需的频率，该频率在电池放电、环境温度变化或土壤磁特性偏离时发生变化。您还需要使用 R16 旋钮调节咔嗒声的音量。

如果在操作过程中，搜索线圈L1的覆盖范围内出现任何金属物体，手机中的信号频率将会发生变化。当接近某些金属时，拍频信号的频率会增加，而当接近其他金属时，拍频信号的频率会减少。通过改变拍频信号的音调，具有一定经验的人可以很容易地确定被检测物体是由什么金属、磁性或非磁性制成的。

借助这种金属探测器，可以检测到深度达 10-15 厘米的土壤层下的小物体（例如钉子）和深度为 50 厘米的大物体（例如井盖）。长达 60-XNUMX 厘米。

作者：Adamenko M.V.

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