Из почти подручных материалов. Не смотря на всю свою простоту, металлоискатель работает, он может найти монету на глубине до 10 см, кастрюлю на глубине до 30 см, а канализационный люк прибор видит на глубине 60 см. Это конечно немного, но для такого просто прибора довольно неплохо. Впрочем, если работать с ним на пляже или просто построить в ознакомительных целях, то зря времени вы не потеряете.

Материалы и инструменты для самоделки :
- полный перечень деталей платы можно увидеть на схеме, она включает микросхему К176ЛА7;
- провод для катушки (ПЭВ-2 0,08…0,09 мм);
- броневой магнитопровод;
- эпоксидка;
- наушники;
- паяльник с припоем;
- материалы для создания штанги, корпуса и так далее.

Процесс изготовления металлоискателя:

Шаг первый. Пару слов о схеме
L1 нужно намотать на каркасе с тремя секциями с подстроечным сердечником и разместить в броневом магнитопроводе диаметром 8.8 мм, сделанного из феррита 600НН. Всего катушка имеет 200 витков провода ПЭВ-2 0,08…0,09 мм.

Катушка L2 делается из куска алюминиевой трубки диаметром 6-9 мм и длиной 950 мм. Через нее нужно продеть 18 отрезков провода с хорошей изоляцией. Далее трубку нужно согнуть с помощью оправки, в диаметре она должна быть примерно 15 см. Отрезки провода соединяются последовательно. Индуктивность такого рода катушки должна находится в пределах 350 мкГн.

Концы трубки замыкать не нужно, но один из них надо соединить общим проводом.

Для описанной выше схемы автор использовал резиновый шланг с металлической основой внутри, а также цельный провод, покрытый лаком. Чтобы не повредить изоляцию, применялся пинцет с резиновыми трубочками на концах. Обмотку нужно зафиксировать как можно тщательно, иначе прибор будет давать ложные срабатывания.

Важно отметить тот факт, что кабель, идущий от платы к катушке, должен быть экранирован.

Шаг второй. Дальнейшая сборка и настройка
Для настройки ручку конденсатора нужно повернуть в среднее положение, а затем путем вращения подстроечного сердечника L1 нужно добиться отсутствия биений в наушниках. Настройка будет являться правильной, если при повороте ручки переменного конденсатора на небольшой угол в наушниках будет слышен гул.

Настройка проводится на расстоянии не менее одного метра от массивных металлических предметов.

Автору удавалось повышать чувствительность прибора в том случае, если ввернуть сердечник подстроечной катушки до упора, а путем регулирования настройки с помощью переменного конденсатора достичь почти полного отсутствия звука в наушниках. При этом, если включить наушники на полную мощность, звук будет тихим.

Если будет так, что звук в наушниках вообще не слышен, нужно на выводах 4 DD1 и DD2 проверить наличие П-образного сигнала, для таких целей будет нужен осциллограф. На выводе 11 и 8 DD3 должна быть смесь сигналов.

Также следует отметить, что в оригинальной схеме указано сопротивление R3 300 кОм, но с таким сопротивлением наушники работать не будут. Его нужно заменить на 3 кОм. Вместо конденсаторов 5600 пФ автор также использовал на 4700 пФ, так как первых найти не удалось.

К недостаткам схемы можно отнести то, что палата чувствительна к температуре окружающей среды, в связи с этим прибор нужно постоянно настраивать переменным конденсатором, добиваясь нулевых биений.

Шаг три. Завершающий этап сборки
Катушку автор рекомендует залить эпоксидкой, это позволит надежно зафиксировать провода. В противном случае неизбежно будут ложные срабатывания, так как в процессе поиска приходиться задевать о камни, палки и другие препятствия, к тому-же, катушку можно легко повредить. Вместо эпоксидки подойдет воск или пластилин, который нужно расплавить и залить. Парафин использовать не следует, так как он становится после застывания хрупким и не имеет эластичности. Если выбор пал на пластилин, то нужно позаботиться о том, чтобы он не вытек, разогревшись на солнце.

Помимо всего прочего в схеме нежно заменить резистор R3, его номинал должен быть 300 кОм. Также нужно настроить частоту образцового генератора таким образом, чтобы в наушниках слышались уверенные и четкие щелчки. Чувствительность прибора определяется частотой следования щелчков, чем она ниже, тем лучше. С такими настройками автор находит копеечную монету СССР на глубине 10 см, которая лежит горизонтально.

Если сделать частоту щелчков высокой, то наличие металла под поисковой катушкой можно определить по изменению звучания.

Автор собрал также еще один такой прибор и у него обнаружилась проблема - отсутствие звука в наушниках. Решением стало удаление из схемы конденсатора С7. Также автор убрал регулятор громкости, поскольку звучание само по себе стало тише. С такой доработкой прибор не утратил чувствительности.

Корпус для прибора из пластика можно купить в радиомагазине, автору он обошелся в 31 рубль. Для экранирования схемы из картона нужно вырезать "рубашку" и обвернуть фольгой. Края фольги крепятся к картону скотчем, потом с помощью степлера крепится провод и подключается к минусу.

Также в схему нужно установить электролитический конденсатор 47-100 мкф после включения питания с напряжением не менее 10В.

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

Рассмотрим схемы четырех электронных приборов построенных на микросхеме К561ЛА7 (К176ЛА7). Принципиальная схема первого прибора показана на рисунке 1. Это мигающий фонарь. Микросхема вырабатывает импульсы, которые поступают на базу транзистора VT1 и в те моменты, когда на его базу поступает напряжение единичного логического уровня (через резистор R2) он открывается и включает лампу накаливания, а в те моменты, когда напряжение на выводе 11 микросхемы равно нулевому уровню лампа гаснет.

График, иллюстрирующий напряжение на выводе 11 микросхемы показан на рисунке 1А.

Рис.1А
Микросхема содержит четыре логических элемента "2И-НЕ", входы которые соединены вместе. В результате получается четыре инвертора ("НЕ". На первых двух D1.1 и D1.2 собран мультивибратор, вырабатывающий импульсы (на выводе 4), форма которых показана на рисунке 1А. Частота этих импульсов зависит от параметров цепи, состоящей из конденсатора С1 и резистора R1. Приблизительно (без учета параметров микросхемы) эту частоту можно рассчитать по формуле F = 1/(CxR).

Работу такого мультивибратора можно пояснить так: когда на выходе D1.1 единица, на выходе D1.2 - нуль, это приводит к тому, что конденсатор С1 начинает заряжаться через R1, а вход элемента D1.1 следит за напряжением на С1. И как только это напряжение достигнет уровня логической единицы, схема как-бы переворачивается, теперь на выходе D1.1 будет ноль, а на выходе D1.2 единица.

Теперь уже конденсатор станет разряжаться через резистор, а вход D1.1 будет следить за этим процессом, и как только напряжение на нем станет равно логическому нуля схема опять перевернется. В результате уровень на выходе D1.2 будут импульсы, а на выходе D1.1 тоже будут импульсы, но противофазные импульсам на выходе D1.2 (рисунок 1А).

На элементах D1.3 и D1.4 выполнен усилитель мощности, без которого, в принципе, можно обойтись.

В данной схеме можно использовать детали самых разных номиналов, пределы, в которые должны укладывать параметры деталей отмечены на схеме. Например, R1 может иметь сопротивление от 470 кОм до 910 кОм, конденсатор С1 иметь емкость от 0,22 мкФ до 1,5 мкФ, резистор R2 - от 2 кОм до 3 кОм, таким же образом подписаны номиналы деталей и на других схемах.

Рис.1Б
Лампа накаливания - от карманного фонаря, а батарея питания - либо плоская на 4,5В, либо "Крона" на 9В, но лучше если взять две "плоские", включенные последовательно. Цоколевка (расположение выводов) транзистора КТ815 показана на рисунке 1Б.

Второе устройство - реле времени, таймер со звуковой сигнализацией окончания установленного временного промежутка (рисунок 2). В основе лежит мультивибратор, частота которого сильно увеличена, по сравнению с пред-идущей конструкцией, за счет уменьшения емкости конденсатора. Мультивибратор выполнен на элементах D1.2 и D1.3. Резистор R2 взять такой же как R1 в схеме на рисунке 1, а конденсатор (в данном случае С2) имеет значительно меньшую емкость, в пределах 1500-3300 пФ.

В результате импульсы на выходе такого мультивибратора (вывод 4) имеют звуковую частоту. Эти импульсы поступают на усилитель, собранный на элементе D1.4 и на пьезокрамический звукоизлучатель, который при работе мультивибратора издает звук высокого или среднего тона. Звукоизлучатель - пьезокерамический зуммер, например от звонка телефона-трубки. Если он имеет три вывода нужно подпаять любые два из них, а потом опытным путем выбрать из трех два таких, при подключении которых громкость звука максимальная.

Рис.2

Мультивибратор работает только тогда, когда на выводе 2 D1.2 будет единица, если ноль - мультивибратор не генерирует. Происходит это потому, что элемент D1.2 это элемент "2И-НЕ", который, как известно, отличается тем, что если на его один вход подать нуль, то на его выходе будет единица независимо от того, что происходит на его втором входе.

Некоторые цифровые микросхемы КМОП-логики, такие как К176ЛА7, К176ЛЕ5, К561ЛА7,К561ЛЕ5, а так же зарубежные аналоги 4001, 4011 могут работать и в линейном усилительном режиме.

Для этого вход и выход логического элемента нужно соединить резистором или RC-цепью отрицательной обратной связи, которая подаст напряжение с выхода элемента на его же вход и в результате на входе и выходе элемента установится одно и то же напряжение, где-то между значением логического нуля и логической единицы. По постоянному току элемент окажется в режиме усилительного каскада.

А коэффициент усиления будет зависеть от параметров этой цепи ООС. В таком режиме логические элементы выше указанных микросхем можно использовать в качестве аналоговых усилителей.

Принципиальаня схема маломощного УНЧ

На рисунке 1 показана схема маломощного УНЧ на основе микросхемы К561ЛА7 (4011). Усилитель получается двухкаскадный, если вообще здесь уместно говорить о каскадах. Первый каскад выполнен на логическом элементе D1.1, его вход и выход связаны между собой цепью ООС состоящей из резисторов R2, R3 и конденсатора С4.

Практически коэффициент усиления здесь зависит от соотношения сопротивлений резисторов R2 и R3.

Рис.1. Принципиальная схема усилителя мощности низкой частоты на микросхеме К176ЛА7.

Входной сигнал ЗЧ через регулятор громкости на резисторе R1 поступает через разделительный конденсатор С1 на вход элемента D1.1. Им сигнал усиливается и поступает на выходной усилитель мощности на оставшихся трех элементах микросхемы, включенных параллельно для увеличения их выходной мощности.

Нагружен выходной каскад на миниатюрный динамик В1 через разделительный конденсатор C3. Выходная мощность не оценивалась, но субъективно УНЧ работает примерно так же громко, как УНЧ карманного радиоприемника с выходной мощностью около 0,1W.

Динамики пробовал самые разные, от 4 Ом до 120 Ом. Работает с любым. Конечно, громкость различается. Налаживания практически никакого не требуется.

При напряжении питания более 5-6V появляются существенные искажения.

Схема радиовещательного приемника прямого усиления

На втором рисунке показана схема радиовещательного приемника прямого усиления для приема радиостанций в диапазоне длинных или средних волн.

Схема УНЧ почти такая же как на рисунке 1, но отличается тем, что один элемент микросхемы из выходного каскада исключен и на нем сделан усилитель радиочастоты, при этом, естественно, мощность выходного каскада, в теории, снизилась, но практически на слух какой-либо разницы замечено не было.

И так, на элементе D1.4 выполнен УРЧ. Для его перевода в усилительный режим между его выходом и входом включена цепь ООС, состоящая из резистора R4 и входного контура, образованного катушкой L1 и переменным конденсатором C6.

Рис.2. Принципиальная схема приемника на микросхеме К176ЛА7, К176ЛЕ5, CD4001.

Контур подключен ко входу УРЧ непосредственно, это стало возможным благодаря высокому входному сопротивлению элементов ИМС КМОП-логики.

Катушка L1 является магнитной антенной. Она намотана на ферритовом стержне диаметром 8 мм и длиной 12 мм (можно любой длины, но чем длиннее, тем лучше чувствительность приемника). Для приема на средних волнах обмотка должна содержать 80-90 витков.

Для приема на длинных волнах - около 250. Провод, практически любой обмоточный. Средневолновую катушку мотать виток к витку, длинноволновую - внавал 5-6-ю секциями.

Переменный конденсатор С6 - от «легендарного» набора для сборки приемника «Юность КП-101» 80-х годов прошлого века. Но, конечно же, можно и какой-то другой. Следует заметить, что используя КПЕ от карманного супергетеродинного приемника, соединив его секции параллельно (будет максимальная емкость 440-550 пФ в зависимости от типа КПЕ) можно будет уменьшить число витков катушки L1 в два и более раза.

С выхода УРЧ на D1.4 усиленное напряжение ВЧ поступает через разделительный конденсатор С8 на диодный детектор на германиевых диодах VD1 и VD2. Диоды должны быть обязательно германиевыми. Это могут быть Д9 с другими буквенными индексами, а так же, диоды Д18, Д20, ГД507 или зарубежного производства.

Продетектированный сигнал выделяется на конденсаторе С9 и через регулятор громкости на R1 поступает на УНЧ, выполненный на остальных элементах данной микросхемы.

Применение логических элементов в других схемах

Рис.3. Схема магнитного датчика на логическом элементе.

Логические элементы в усилительном режиме можно использовать и в других схемах, например, на рисунке 3 показана схема магнитного датчика, на выходе которого появляется импульс переменного напряжения, когда магнит перемещается перед катушкой, либо перемещается сердечник катушки.

Параметры катушки зависят от конкретного устройства, в котором этот датчик будет работать. Возможно так же, включение в качестве катушки динамического микрофона или динамического громкоговорителя, чтобы данная схема работала как усилитель сигнала от него. Например, в схеме, где нужно реагировать на шум или удары по поверхности, на которой этот датчик закреплен.

Тульгин Ю. М. РК-2015-12.

Некоторые цифровые микросхемы КМОП-логики, такие как К176ЛА7, К176ЛЕ5, К561ЛА7,К561ЛЕ5, а так же зарубежные аналоги 4001, 4011 могут работать и в линейном усилительном режиме.

Для этого вход и выход логического элемента нужно соединить резистором или RC-цепью отрицательной обратной связи, которая подаст напряжение с выхода элемента на его же вход и в результате на входе и выходе элемента установится одно и то же напряжение, где-то между значением логического нуля и логической единицы. По постоянному току элемент окажется в режиме усилительного каскада.

А коэффициент усиления будет зависеть от параметров этой цепи ООС. В таком режиме логические элементы выше указанных микросхем можно использовать в качестве аналоговых усилителей.

Принципиальаня схема маломощного УНЧ

На рисунке 1 показана схема маломощного УНЧ на основе микросхемы К561ЛА7 (4011). Усилитель получается двухкаскадный, если вообще здесь уместно говорить о каскадах. Первый каскад выполнен на логическом элементе D1.1, его вход и выход связаны между собой цепью ООС состоящей из резисторов R2, R3 и конденсатора С4.

Практически коэффициент усиления здесь зависит от соотношения сопротивлений резисторов R2 и R3.

Рис.1. Принципиальная схема усилителя мощности низкой частоты на микросхеме К176ЛА7.

Входной сигнал ЗЧ через регулятор громкости на резисторе R1 поступает через разделительный конденсатор С1 на вход элемента D1.1. Им сигнал усиливается и поступает на выходной усилитель мощности на оставшихся трех элементах микросхемы, включенных параллельно для увеличения их выходной мощности.

Нагружен выходной каскад на миниатюрный динамик В1 через разделительный конденсатор C3. Выходная мощность не оценивалась, но субъективно УНЧ работает примерно так же громко, как УНЧ карманного радиоприемника с выходной мощностью около 0,1W.

Динамики пробовал самые разные, от 4 Ом до 120 Ом. Работает с любым. Конечно, громкость различается. Налаживания практически никакого не требуется.

При напряжении питания более 5-6V появляются существенные искажения.

Схема радиовещательного приемника прямого усиления

На втором рисунке показана схема радиовещательного приемника прямого усиления для приема радиостанций в диапазоне длинных или средних волн.

Схема УНЧ почти такая же как на рисунке 1, но отличается тем, что один элемент микросхемы из выходного каскада исключен и на нем сделан усилитель радиочастоты, при этом, естественно, мощность выходного каскада, в теории, снизилась, но практически на слух какой-либо разницы замечено не было.

И так, на элементе D1.4 выполнен УРЧ. Для его перевода в усилительный режим между его выходом и входом включена цепь ООС, состоящая из резистора R4 и входного контура, образованного катушкой L1 и переменным конденсатором C6.

Рис.2. Принципиальная схема приемника на микросхеме К176ЛА7, К176ЛЕ5, CD4001.

Контур подключен ко входу УРЧ непосредственно, это стало возможным благодаря высокому входному сопротивлению элементов ИМС КМОП-логики.

Катушка L1 является магнитной антенной. Она намотана на ферритовом стержне диаметром 8 мм и длиной 12 мм (можно любой длины, но чем длиннее, тем лучше чувствительность приемника). Для приема на средних волнах обмотка должна содержать 80-90 витков.

Для приема на длинных волнах - около 250. Провод, практически любой обмоточный. Средневолновую катушку мотать виток к витку, длинноволновую - внавал 5-6-ю секциями.

Переменный конденсатор С6 - от «легендарного» набора для сборки приемника «Юность КП-101» 80-х годов прошлого века. Но, конечно же, можно и какой-то другой. Следует заметить, что используя КПЕ от карманного супергетеродинного приемника, соединив его секции параллельно (будет максимальная емкость 440-550 пФ в зависимости от типа КПЕ) можно будет уменьшить число витков катушки L1 в два и более раза.

С выхода УРЧ на D1.4 усиленное напряжение ВЧ поступает через разделительный конденсатор С8 на диодный детектор на германиевых диодах VD1 и VD2. Диоды должны быть обязательно германиевыми. Это могут быть Д9 с другими буквенными индексами, а так же, диоды Д18, Д20, ГД507 или зарубежного производства.

Продетектированный сигнал выделяется на конденсаторе С9 и через регулятор громкости на R1 поступает на УНЧ, выполненный на остальных элементах данной микросхемы.

Применение логических элементов в других схемах

Рис.3. Схема магнитного датчика на логическом элементе.

Логические элементы в усилительном режиме можно использовать и в других схемах, например, на рисунке 3 показана схема магнитного датчика, на выходе которого появляется импульс переменного напряжения, когда магнит перемещается перед катушкой, либо перемещается сердечник катушки.

Параметры катушки зависят от конкретного устройства, в котором этот датчик будет работать. Возможно так же, включение в качестве катушки динамического микрофона или динамического громкоговорителя, чтобы данная схема работала как усилитель сигнала от него. Например, в схеме, где нужно реагировать на шум или удары по поверхности, на которой этот датчик закреплен.

Тульгин Ю. М. РК-2015-12.