金屬探測儀的工作原理

由金屬探測器的電路框圖可以看出，本金屬探測器由高頻振蕩器、振蕩檢測器、音頻振蕩器和功率放大器等組成。

高頻振蕩器
由三極管VT1和高頻變壓器T1等組成，是一種變壓器反饋型LC振蕩器。T1的初級線圈L1和電容器C1組成LC并聯(lián)振蕩回路，其振蕩頻率約200kHz，由L1的電感量和C1的電容量決定。T1的次級線圈L2作為振蕩器的反饋線圈，其“C”端接振蕩管VT1的基極，“D”端接VD2。由于VD2處于正向?qū)顟B(tài)，對高頻信號來說，“D”端可視為接地。在高頻變壓器T1中，如果“A” 和“D”端分別為初、次級線圈繞線方向的首端，則從“C”端輸入到振蕩管VT1基極的反饋信號，能夠使電路形成正反饋而產(chǎn)生自激高頻振蕩。振蕩器反饋電壓的大小與線圈L1、L2的匝數(shù)比有關(guān)，匝數(shù)比過小，由于反饋太弱，不容易起振，過大引起振蕩波形失真，還會使金屬探測器靈敏度大為降低。振蕩管VT1的偏置電路由R2和二極管VD2組成，R2為VD2的限流電阻。由于二極管正向閾值電壓恒定（約0.7V），通過次級線圈L2加到VT1的基極，以得到穩(wěn)定的偏置電壓。顯然，這種穩(wěn)壓式的偏置電路能夠大大增強VT1高頻振蕩器的穩(wěn)定性。為了進一步提高金屬探測器的可靠性和靈敏度，高頻振蕩器通過穩(wěn)壓電路供電，其電路由穩(wěn)壓二極管VD1、限流電阻器R6和去耦電容器C5組成。振蕩管VT1發(fā)射極與地之間接有兩個串聯(lián)的電位器，具有發(fā)射極電流負(fù)反饋作用，其電阻值越大，負(fù)反饋作用越強，VT1的放大能力也就越低，甚至于使電路停振。RP1為振蕩器增益的粗調(diào)電位器，RP2為細調(diào)電位器。

振蕩檢測器
振蕩檢測器由三極管開關(guān)電路和濾波電路組成。開關(guān)電路由三極管VT2、二極管 VD2等組成，濾波電路由濾波電阻器R3，濾波電容器C2、C3和C4組成。在開關(guān)電路中，VT2的基極與次級線圈L2的“C”端相連，當(dāng)高頻振蕩器工作時，經(jīng)高頻變壓器T1耦合過來的振蕩信號，正半周使VT2導(dǎo)通，VT2集電極輸出負(fù)脈沖信號，經(jīng)過π型RC濾波器，在負(fù)載電阻器R4上輸出低電平信號。當(dāng)高頻振蕩器停振蕩時，“C”端無振蕩信號，又由于二極管VD2接在VT2發(fā)射極與地之間，VT2基極被反向偏置，VT2處于可靠的截止?fàn)顟B(tài)，VT2集電極為高電平，經(jīng)過濾波器，在R4上得到高電平信號。由此可見，當(dāng)高頻振蕩器正常工作時，在R4上得到低電平信號，停振時，為高電平，由此完成了對振蕩器工作狀態(tài)的檢測。

音頻振蕩器
音頻振蕩器采用互補型多諧振蕩器，由三極管VT3、VT4，電阻器R5、R7、 R8和電容器C6組成?；パa型多諧振蕩器采用兩只不同類型的三極管，其中VT3為NPN型三極管，VT4為PNP型三極管，連接成互補的、能夠強化正反饋的電路。在電路工作時，它們能夠交替地進入導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)，產(chǎn)生音頻振蕩。R7既是VT3負(fù)載電阻器，又是VT3導(dǎo)通時VT4基極限流電阻器。R8是 VT4集電極負(fù)載電阻器，振蕩脈沖信號由VT4集電極輸出。R5和C6等是反饋電阻器和電容器，其數(shù)值大小影響振蕩頻率的高低。

功率放大器
功率放大器由三極管VT5、揚聲器BL等組成。從多諧振蕩器輸出的正脈沖音頻信號經(jīng)限流電阻器R9輸入到VT5的基極，使其導(dǎo)通，在BL產(chǎn)生瞬時較強的電流，驅(qū)動揚聲器發(fā)聲。由于VT5處于開關(guān)工作狀態(tài)，而導(dǎo)通時間又非常短，因此功率放大器非常省電，可以利用9V積層電池供電。

高頻振蕩器探測金屬的原理
調(diào)節(jié)高頻振蕩器的增益電位器，恰好使振蕩器處于臨界振蕩狀態(tài)，也就是說剛好使振蕩器起振。當(dāng)探測線圈L1靠近金屬物體時，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，會在金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生渦電流，使振蕩回路中的能量損耗增大，正反饋減弱，處于臨界態(tài)的振蕩器振蕩減弱，甚至無法維持振蕩所需的最低能量而停振。如果能檢測出這種變化，并轉(zhuǎn)換成聲音信號，根據(jù)聲音有無，就可以判定探測線圈下面是否有金屬物體了。

互補型多諧振蕩器的工作原理
接通電源時，由于VT3基極接有偏置電阻器R1、R3而被正向偏置，假設(shè)VT3集電極電流處于上升階段，VT4基極電流隨之上升，導(dǎo)致VT4集電極電流劇增，VT4集電極電位隨之迅速升高，由VT4輸出的電流通過與之相連的R5向C6 充電，流經(jīng)VT3的基極入地，又導(dǎo)致VT3基極電流進一步升高。如此反復(fù)循環(huán)，強烈的正反饋使得VT3、VT4迅速進入飽和導(dǎo)通狀態(tài)，VT4集電極處于高電平，使多諧振蕩器進入第一個暫穩(wěn)態(tài)過程。隨著電源通過飽和導(dǎo)通的VT4經(jīng)R5向C6充電，當(dāng)VT3基極電流下降到一定程度時，VT3退出飽和導(dǎo)通狀態(tài)，集電極電流開始減小，導(dǎo)致VT4集電極電流減小，VT4集電極電位下降，這一過程又進一步加劇了向C6充電電流迅速減小，VT3基極電位急劇降低而使 VT3截止，VT4集電極迅速跌至低電平，多諧振蕩器翻轉(zhuǎn)到第二個暫穩(wěn)態(tài)。多諧振蕩器剛進入第二暫穩(wěn)態(tài)時，先前向C6充電的結(jié)果，其電容器右端為正，左端為負(fù)，現(xiàn)在C6右端對地為低電平，由于電容器C6兩端電壓不能躍變，故VT3基極被C6左端負(fù)電位強烈反向偏置，使兩只三極管在較長時間繼續(xù)保持截止?fàn)顟B(tài)。在C6放電時，電流從電容器右端流出，主要流經(jīng)R5、（R8）、R9、VT5發(fā)射結(jié)入地，又經(jīng)過電源、R6、R1、R3流回電容器C6左端。直到C6 放電結(jié)束，電源繼續(xù)通過上述回路開始對C6反向充電，C6左端為正。當(dāng)C6兩端的電位上升至0.7V，VT3開始進入導(dǎo)通狀態(tài)，經(jīng)過強烈正反饋，迅速進入飽和導(dǎo)通狀態(tài)，使電路再次發(fā)生翻轉(zhuǎn)，重復(fù)先前的暫穩(wěn)態(tài)過程，如此周而復(fù)始，電路產(chǎn)生自激多諧振蕩。從電路工作過程可以看出，向C6充電時，充電電阻器R5 電阻值較小，因此充電過程較快，電路處在飽和導(dǎo)通狀態(tài)時間很短；而在C6放電時，需要流經(jīng)許多有關(guān)電阻器，放電電阻器總的數(shù)值較大，因而放電過程較慢，也就是說電路處于截止時間較長。因此，從VT4集電極輸出波形占空比很大，正脈沖信號的脈寬很窄，其振蕩頻率約330Hz 。