1.2 Електрична схема металошукача
Схема металошукача приведена на рис.3.
Рис.3.
L1 – котушка індуктивності 6.8 мГн.
R1 – резистор номіналом 200 кОм.
R2 – резистор номіналом 100 кОм.
C1 – конденсатор номіналом 2.2 мкФ.
C2 – конденсатор номіналом 10 мкФ.
C3 – конденсатор номіналом 2.2 мкФ.
S1 – динамік номіналом 8 Ом.
1.3 Принцип роботи таймера ne555
У даній схемі металошукача мікросхема NE555 використовується як генератор прямокутних імпульсів. Для опису роботи пристрою розглянемо більш детальну схему наведену на рис.4.
Рис.4.
Спочатку роздивимось роботу таймера без LC кола.
Таймер генерує послідовність прямокутних імпульсів які визначаються RC ланцюжком.
У початковому стані конденсатор С1 розряджений і на входах обох компараторів низький рівень, близький до нуля. Компаратор 2 перемикає внутрішній тригер в 1, і як наслідок цього на виході таймера (контакт 3 ) встановлюється високий рівень. Транзистор Т1 закривається і конденсатор С1 починає заряджатися через коло резисторів R1 і R2.
Коли , в результаті зарядки , напруга на конденсаторі досягає 2 /3 напруги живлення , компаратор 1 перемикає тригер , який в свою чергу встановлює низький рівень на виході таймера (Контакт 3). Транзистор Т1 відкривається і через резистор R2 починає розряджатися конденсатор С. Як тільки напруга на конденсаторі досягне 1/3 напруги живлення , компаратор 2 знову перемкне тригер і на виході таймера (контакт 3 ) знову з'явиться високий рівень. Транзистор Т1 закриється і конденсатор С знову почне заряджатися.
Частота імпульсів , залежить від величин C1 , R1 і R2 , і розраховується за формулою .
Опори R1 і R2 підставляються в Омах ;
Ємність конденсатора C1 - у Фарада ;
Результат в виходить в Герцах .
Рис.5.
Час між початком одного та початком наступного імпульсу називається періодом ( t ) . Воно складається з тривалості самого імпульсу ( t1 ) і проміжком між імпульсами ( t2) .
Значення t1 і t2 можна розрахувати за такими формулами:
t1 = ln2 * (R1 + R2) C1 = 0.693 * ( 200 + 100) * 2.2 * ( 10 ^ ( -3 )) = 0,45 с.
t2 = 0.693R2C1 = 0.693 * 100 * 2.2 * ( 10 ^ ( -3 )) = 0.15 с.
t = t1 + t2 = 0.6 c.
f = 1/t = 1.33 Гц
У даній схемі :
R1 = 200 кОм.
R2 = 100 кОм.
C1 = 2.2 мкФ.
В результаті при відсутності LC ланцюга схема видає характерні клацання частотою 1.33 Гц.
Розділ 2 розрахунок частоти lc контура
Розглянемо схему з LC ланцюгом.
У початковий момент конденсатори С3, C1 розряджені, і на входах обох компараторів низький рівень близький до нуля. Компаратор К2 перемикає внутрішній тригер і встановлює на виході 3 високий рівень. Конденсатори С3, С1 починають швидко заряджатися через індуктор L1 активний опір , якого малий.
При досягненні напруги в 2/3 U живлення на вході 2,6, компаратор1 перемикає тригер в 0, який в свою чергу встановлює низький рівень на виході 3. Конденсатори С1, С3 починають розряджатися. При досягненні напруги 1/3 U живлення на вході 2,6 компаратор 2 знову встановлює високий рівень на виході 3.
Таким чином виникає коливальний LC контур де С , ємність коливального контуру складається з послідовно увімкнених конденсаторів С1 і С3.
С = С3 * С1 / ( С3 + С1) = 2.2 * 2.2 / (2.2 +2.2 ) = 1.1 мкФ
L = 6,8 мГн
Високочастотні коливання в LC контурі мають вигляд синусоїди.
Таким чином період коливань в контурі дорівнює:
T = 2*3.14* (LC ) ^ 0.5 = 2 * 3.14 * (6.8 * 10 ^ (-3) * 1.1 * 10 ^ (-6)) ^ 0.5 = 0.00038 [ c ]
Частота коливань дорівнює f = 1 / T = 2600 [ Гц ]
Висока частота коливального контуру створює високочастотні звукові сигнали на динаміці S1.
Високочастотні коливання контуру підсумовуються з низькочастотними коливаннями створюваними RC колом конденсатора С2 в результаті чого на динаміці створюється характерний переривчастий звук.
Сигнали на виходах 2,6 та на виході 3 мікросхеми мають вигляд рис.6.
Рис.6.
Якщо до індуктора L піднести магніт то магнітний потік індуктора L взаємодіє з полем магніту в результаті зменшуючи магнітний потік в котушці . В наслідок цього індуктивність котушки зменшується і частота в коливальному контурі зростає. Динамік S1 видає звуки більш високої частоти. Таким чином схема реагує на магнітне поле .