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
Приведена принципиальная схема простого самодельного фото-реле на микросхеме серии К561. Фотореле предназначено для включения освещения снаступлением темноты и его выключения на рассвете. Датчиком уровня естественной освещенности служит фототранзистор FT1.
Ток на лампу подается через ключевой каскад на высоковольтных полевых ключевых транзисторах, работающих аналогично механическому выключателю. Поэтому, светильник может быть как на основе лампы накаливания, так и на основе любой энергосберегающей лампы (светодиодной, люминесцентной). Единственное ограничение - мощность лампы не должна быть более 200W.
Схема фотореле
В исходном состоянии, когда темно, конденсатор С1 заряжен. На выходе элемента D1.3 - единица. Она открывает полевые ключевые транзисторы VT2 и VТЗ, и через них поступает переменное напряжение 220V на светильник Н1. Резистор R5 ограничивает ток заряда емкости затворов полевых транзисторов.
Рис. 1. Принципиальная схема самодельного фото-реле на микросхеме К561ЛА7.
Когда светло сопротивление эмиттер -коллектор фототранзистора FT1 снижается (он открывается). Напряжение на соединенных вместе входах D1.1 равно логическому нулю. На выходе D1.1 -единица.
Транзистор VТ1 открывается и разряжает конденсатор С1 через резистор R3, ограничивающий ток разряда С1. Напряжение на соединенных вместе входах D1.2 падает до логического нуля. На выходе D1.2 возникает логический ноль. Транзисторы VТЗ и VТ2 закрыты, поэтому напряжение на светильник не поступает.
После очередного уменьшения освещенности сопротивление эмиттер-коллектор FT1 возрастает (фототранзистор закрывается). Через R1 на соединенные вместе входы элемента D1.1 поступает напряжение логической единицы. На выходе D1.1 - ноль, поэтому транзистор VТ1 закрывается.
Теперь конденсатор С1 начинает медленно заряжаться через R4. Спустя некоторое время (1,5-2 минуты) напряжение на нем достигает логической единицы. На выходе D1.3 напряжение увеличивается до логической единицы. Транзисторы VT2 и VТЗ открываются и светильник включается.
Благодаря задержке времени, вызванной зарядкой конденсатора С1 через R4, схема не реагирует на резкое и кратковременное увеличение освещенности, которое может иметь место, например, от влияния фар проезжающего в зоне видимости FT1 автомобиля.
Логическая схема питается от источника на диоде VD4 и параметрическом стабилизаторе VD1-R6. Конденсатор С2 сглаживает пульсации. Наиболее опасный в схеме элемент это резистор R6.
На нем падает значительное напряжение и мощность. При монтаже его выводы желательно не обрезать, а изогнуть и установить резистор так, чтобы его корпус был над платой и над всем монтажом. То есть, чтобы не возникало условия для пробоя на другие детали через пыль или влажность.
Детали и печатная плата
При мощности потребления светильником не более 200W транзисторам VТ2 и VТЗ никаких радиаторов не нужно. Можно работать и со светильником мощностью до 2000W, но с соответствующими радиаторами для этих транзисторов.
Схема собрана на миниатюрной печатной плате, показанной на рисунке.
Рис. 2. Печатная плата для схемы самодельного фотореле.
Вместо фототранзистора L-51P3C можно использовать другой фототранзистор, а так же, фоторезистор или фотодиод в обратном включении (анодом вместо эмиттера, катодом вместо коллектора).
В любом случае сопротивление R1 нужно подобрать так чтобы схема надежно срабатывала (в случае с фотодиодом сопротивление R1 придется существенно увеличить, а с фоторезистором, - его сопротивление будет зависеть от номинального сопротивления фоторезистора).
- Микросхема D1 - К561ЛЕ5 или К561ЛА7, а так же, К176ЛЕ5, К176ЛА7 или импортные аналоги типа CD4001, CD4011.
- Транзистор КТ3102 - любой аналогичный.
- Транзисторы IRF840 можно заменить на BUZ90 или другие аналоги, а так же, отечественными КП707Б - Г.
- Стабилитрон КС212Ж можно заменить любым стабилитроном на 10-12V.
- Диоды 1N4148 можно заменить любыми КД522, КД521. Выпрямительный диод
- 1N4004 можно заменить на 1N4007 или КД209.
- Все конденсаторы должны быть на напряжение не ниже 12V.
Налаживание
Все налаживание схемы фотореле сводится к настройке фотодатчика подбором сопротивления R1. При желании или необходимости менять настройку оперативно этот резистор можно заменить переменным.
Большую роль играет пространственная установка фотореле и светильника. Нужно сделать так, чтобы фотореле, а именно, фототранзистор располагался вне попадания на него прямого света от светильника. Например, если светильник расположен под непрозрачным навесом, то FT 1 должен быть где-то над этим навесом.
Логическая микросхема. Состоит из четырёх логических элементов 2И-НЕ. В состав каждого из этих элементов входят четыре полевых транзистора, два n-канальных - VT1 и VT2, два p-канальных - VT3 и VT4. Два входа А и В могут иметь четыре комбинации входных сигналов. Принципиальная схема и таблица истинности одного элемента микросхемы показаны ниже.
Логика работы К561ЛА7
Рассмотрим логику работы элемента микросхемы . Если на оба входа элемента подать напряжение высокого уровня, то транзисторы VT1 и VT2 будут находиться в открытом состоянии, а VT3 и VT4 в закрытом. Таким образом, на выходе Q будет напряжение низкого уровня. Если на любой из входов подать напряжение низкого уровня, то один из транзисторов VT1, VT2 будет закрыт, а один из VT3, VT4 открыт. Это установит напряжение высокого уровня на выходе Q. Такой же результат, естественно, будет если на оба входа микросхемы К561ЛА7 будет подано напряжение низкого уровня. Девиз логического элемента И-НЕ - ноль на любом входе даёт единицу на выходе.
| Вход | Выход Q | |
|---|---|---|
| A | B | |
| H | H | B |
| H | B | B |
| B | H | B |
| B | B | H |
Таблица истинности микросхемы К561ЛА7
Цоколёвка микросхемы К561ЛА7
На рисунке 2 показана схема простейшего реле времени с индикацией на светодиодах Отсчет времени начинается в момент включения питания выключателем S1. В самом начале конденсатор С1 разряжен и напряжение на нем мало (как логический ноль). По этому на выходе D1.1 будет единица, а на выходе D1.2 - ноль. Будет гореть светодиод HL2, а светодиод HL1 гореть не будет. Так будет продолжаться до тех пор, пока С1 не зарядится через резисторы R3 и R5 до напряжения, которое элемент D1.1 понимает как логическую единицу В этот момент, на выходе D1.1 возникает ноль, а на выходе D1.2 - единица.
Кнопка S2 служит для повторного запуска реле времени (когда вы ее нажимаете она замыкает С1 и разряжает его, а когда её отпускаете, - начинается зарядка С1 снова). Таким образом, отсчет времени начинается с момента включения питания или с момента нажатия и отпускания кнопки S2. Светодиод HL2 показывает, что идет отсчет времени, а светодиод HL1 - что отсчет времени завершен. А само время можно устанавливать переменным резистором R3.
На вал резистора R3 можно надеть ручку с указателем и шкалой, на которой подписать значения времени, измерив их при помощи секундомера. При сопротивлениях резисторов R3 и R4 и емкости С1 как на схеме, можно устанавливать выдержки от нескольких секунд до минуты и немного больше.
В схеме на рисунке 2 используется только два элемента микросхемы, но в ней есть еще два. Используя их можно сделать так, что реле времени по окончании выдержки будет подавать звуковой сигнал.
На рисунке 3 схема реле времени со звуком. На элементах D1 3 и D1.4 сделан мультивибратор, который вырабатывает импульсы частотой около 1000 Гц. Частота эта зависит от сопротивления R5 и конденсатора С2. Между входом и выходом элемента D1.4 включена пьезоэлектрическая «пищалка», например, от электронных часов или телефона-трубки, мультиметра. Когда мультивибратор работает она пищит.
Управлять мультивибратором можно изменяя логический уровень на выводе 12 D1.4. Когда здесь нуль мультивибратор не работает, а «пищалка» В1 молчит. Когда единица. - В1 пищит. Этот вывод (12) подключен к выходу элемента D1.2. Поэтому, «пищалка» пищит тогда, когда гаснет HL2, то есть, звуковая сигнализация включается сразу после того, как реле времени отработает временной интервал.
Если у вас нет пьезоэлектрической «пищалки» вместо неё можно взять, например, микродинамик от старого приемника или наушников, телефонного аппарата. Но его нужно подключить через транзисторный усилитель (рис. 4), иначе можно испортить микросхему.
Впрочем, если нам светодиодная индикация не нужна, - можно опять обойтись только двумя элементами. На рисунке 5 схема реле времени, в котором есть только звуковая сигнализация. Пока конденсатор С1 разряжен мультивибратор заблокирован логическим нулем и «пищалка» молчит. А как только С1 зарядится до напряжения логической единицы, - мультивибратор заработает, а В1 запищит На рисунке 6 схема звукового сигнализатора, подающего прерывистые звуковые сигналы. Причем тон звука и частоту прерывания можно регулировать Его можно использовать, например, как небольшую сирену или квартирный звонок
На элементах D1 3 и D1.4 сделан мультивибратор. вырабатывающий импульсы звуковой частоты, которые через усилитель на транзисторе VT5 поступают на динамик В1. Тон звука зависит от частоты этих импульсов, а их частоту можно регулировать переменным резистором R4.
Для прерывания звука служит второй мультивибратор на элементах D1.1 и D1.2. Он вырабатывает импульсы значительно более низкой частоты. Эти импульсы поступают на вывод 12 D1 3. Когда здесь логический ноль мультивибратор D1.3-D1.4 выключен, динамик молчит, а когда единица - раздается звук. Таким образом, получается прерывистый звук, тон которого можно регулировать резистором R4, а частоту прерывания - R2. Громкость звука во многом зависит от динамика. А динамик может быть практически любым (например, динамик от радиоприемника, телефонного аппарата, радиоточка, или даже акустическая система от музыкального центра).
На основе этой сирены можно сделать охранную сигнализацию, которая будет включаться каждый раз, когда кто-то открывает дверь в вашу комнату (рис. 7).
Микросхема к561ла7 в своё время была популярна и даже любима. Вполне заслуженно, так как в ту пору это был этакий "универсальный солдат", позволявший строить не только логику, но и различные генераторы, и даже усиливать аналоговые сигналы. Забавно, что и сегодня в поисковики отправляется много запросов типа описание микросхемы К561ЛА7 , аналог к561ла7 , генератор на к561ла7, генератор прямоугольных импульсов на К561ЛА7 и т.п.
К сожалению, не всё так просто с этой вобщем-то полезной микросхемой...
Удивительно мне было обнаружить, что, например, Texas Instruments по-прежнему выпускают то, полным аналогом
чего является - микросхему CD4011A. Для любопытных - вот ссылка на страницу с документацией или datasheet на CD4011A от TI .
Обратите внимание, что цоколёвка к561ла7 отличается от привычной раскладки 4х 2И-НЕ ТТЛ (к155ла3 и компания).
Микросхема действительно удобна:
- Пренебрежимо малый входной ток утечки - отличительная черта всей КМОП логики
- Ток потребления в статическом режиме - обычно доли микроампер
- Возможность работать от 3 до 15 вольт питающего напряжения
- Симметричная, хоть и небольшая (меньше миллиампера) нагрузочная способность выходов
- Микросхема была доступна даже в непростые советские времена. Сегодня же вообще - 3 рубля штучка, а то и дешевле.
Для того, чтобы быстренько смакетировать одно плечо моста бустера DCC, я привычно использовал к561ла7 для построения классического релаксационного генератора на КМОП логике.
Резистор R2 и конденсатор C1 задают частоту генерации, примерно равную 0.7/R2C1. Резистор R1 ограничивает ток разряда конденсатора C1 через защитные диоды на входе первого инвертора Q1.
Принцип работы генератора вкратце таков: конденсатор охватывает два инвертора положительной обратной связью, таким образом получается защёлка, триггер. Проделайте мысленный эксперимент: замените конденсатор и R1 проводником, при этом влиянием R2 можно пренебречь (но только ненадолго).
Через R2 на верхнюю по схеме обкладку конденсатора подаётся ток, перезаряжающий конденсатор "в другую сторону", тоесть не дающий нашей защёлке оставаться в одном состоянии бесконечно долго. Этот ток и определяет время перезаряда конденсатора, а, следовательно, и частоту генерации. Поскольку по ВЧ защёлка охвачена положительной обратной связью в точности как в мысленном эксперименте, только что проведённом - переключение в идеале должно происходить с максимально возможной для ключей скоростью: малейшее нарастание напряжения на выходе Q2 напрямую подаётся на вход Q1, что приводит к уменьшению напряжения на выходе Q1 и ещё большему нарастанию напряжения на выходе Q2.
Формы сигналов на входе и выходе Q1:
Вот как несимпатично всё выглядит на выходах Q1 и Q2:
- R1 = 91 КОм
- R2 = 33 КОм
- C1 = 10 нФ
- C2 = 2.2 нФ
- F = 1.3 КГц
Для серьёзного дизайна я бы лично не стал пользоваться таким генератором прямоугольных импульсов . Даже простенький обладает лучшей стабильностью и выдаёт весьма чистенький прямоугольник.
Пожалуйста, если вам этот материал помог в чём-либо, или даже просто вызвал приятные ностальгические воспоминания - поделитесь с другими. Для этого просто "кликните" на иконку сети, в которой вы зарегистрированы, чтобы ваши друзья получили ссылку на данную статью. Спасибо!
