Разработка электрической принципиальной схемы

В соответствии с электрической структурной схемой импульсного металлоискателя, а также с учетом выбранной элементной базы, разрабатываем принципиальную схему устройства.

Мощный ключ собран на полевом транзисторе VT1. Так как полевой транзистор IRF740 имеет емкость затвора более 1000пФ, для его быстрого закрытия используется предварительный каскад на транзисторе VT2.

Скорость открытия мощного ключа уже не столь критична из-за того, что ток в индуктивной нагрузке нарастает постепенно. Резисторы R1,R3 предназначены для "гашения" энергии самоиндукции. Защитные диоды VD1,VD2 ограничивают перепады напряжения на входе дифференциальногоусилителя. Дифференциальный усилитель собран на DA1.1. Микросхема DA1 представляет собой счетверенный операционный усилитель TL074. Его отличительными свойствами являются высокое быстродействие, малое потребление, низкий уровень шумов, высокое входное сопротивление, а также возможность работы при напряжениях на входах, близких к напряжению питания. Коэффициентуcилениядифференциального усилителя составляет около 7 и определяется номиналами резисторов R3, R6, R9, R11.Приемный усилитель DА1.2 представляет собой не инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления 57. Во время действия высоковольтной части импульса самоиндукции этот коэффициент снижается до 1 с помощью аналогового ключа D2.1 что предотвращает перегрузку входного усилительного тракта и обеспечивает быстрое вхождение в режим для усиления слабого сигнала. Транзисторы VT3 и VT4 предназначены для согласования уровней управляющих сигналов, подаваемых с микроконтроллера на аналоговые ключи.

С помощью второго интегратора DА1.3 производится автоматическая балансировка входного усилительного тракта по постоянному току. Постоянная интегрирования 240 мс. выбрана достаточно большой, чтобы эта обратная связь не влияла на усиление быстро изменяющегося полезного сигнала. С помощью этого интегратора на выходе усилителя DА1.2 при отсутствии сигнала поддерживается уровень +5 В.Измерительный первый интегратор выполнен на DА1.4. На время интегрирования полезного сигнала открывается ключ D2.2 и соответственно закрывается ключ D2.4. На ключе D2.3 реализован логический инвертор.

После завершения интегрирования сигнала ключ D2.2 закрывается и открывается ключ D2.4. Накопительный конденсатор C6 начинает разряжаться через резистор R21. Время разряда будет пропорционально напряжению, которое установилось на конденсаторе C6 к концу интегрирования полезного сигнала. Это время измеряется с помощью микроконтроллера, который осуществляет аналого-цифровое преобразование. Для измерения времени разряда конденсатора C6 используются аналоговый компаратор и таймеры, которые встроены в микроконтроллер CPU.С помощью светодиодов VD3 .VD8 производится световая индикация. Кнопка S1 предназначена для начального сброса микроконтроллера. С помощью переключателей S2 и S3 задаются режимы работы устройства. С помощью переменного резистора R29 регулируется чувствительность металлоискателя.

В соответствие со структурной схемой, приведенной на рисунке 1, учитывая расчеты и выбор элементной базы, разрабатываем принципиальную схему цифрового устройства.

Дифференциальный усилитель

Рисунок 10 - Электрическая принципиальная схема дифференциального усилителя

Дифференциальный усилитель собран на D1.1. Микросхема D1 представляет собой счетверенный операционный усилитель TL074. Его отличительными свойствами являются высокое быстродействие,

малое потребление, низкий уровень шумов, высокое входное сопротивление, а также возможность работы при напряжениях на входах, близких к напряжению питания.

Мощный ключ

Рисунок 11 - Электрическая принципиальная схема мощного ключа

Мощный ключ собран на полевом транзисторе VT1. Так как полевой транзистор IRF740 имеет емкость затвора более 1000пФ, для его быстрого закрытия используется предварительный каскад на транзисторе VT2. Скорость открытия мощного ключа уже не столь критична из-за того, что ток в индуктивной нагрузке нарастает постепенно. Резисторы R1,R3 предназначены для "гашения" энергии самоиндукции. Защитные диоды VD1,VD2 ограничивают перепады напряжения на входе дифференциального усилителя.

Приемный усилитель

Рисунок 12 - Электрическая принципиальная схема приемного усилителя

Приемный усилитель D1.2 представляет собой не инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления 57. Во время действия высоковольтной части импульса самоиндукции этот коэффициент снижается до 1 с помощью аналогового ключа D2.1 что предотвращает перегрузку входного усилительного тракта и обеспечивает быстрое вхождение в режим для усиления слабого сигнала.

Другие стьтьи в тему

Радиоволновый метод обеспечения безопасности помещений
Актуальность темы дипломной работы заключается в том, что системы защиты и охраны периметра занимают ведущее место в обеспечении охраны объектов различного назначения. Этими объектами являются промышленные объекты, объекты повышенного риска (химические предприятия), склады, ангары, х ...

Разработка предложений по созданию усовершенствованного варианта металлодетектора
В современном мире остро стоит проблема защиты человека от террористической угрозы. Известно, что одним из средств контроля проноса оружия и запрещенных предметов в места массового скопления людей и на охраняемые объекты являются металлодетекторы. Металлодетекторами (metal detector до ...