Detector de Metais PI-Russo Modificado - Análise de funcionameto

 

GERADOR DE PULSOS

Este artigo descreve o funcionameto do Detector de Metais PI-Russo, um dos mais usados pela facilidade de construção e de grande imunidade a interferências.  A desvantagem deste tipo de detector é o fato dele não discriminar o tipo de metal detectado. O gerador de pulso é típico em todos circuitos deste detector, ou seja, tem a função de gerar um pulso de alta potência na bobina rastreadora.

Uma bobina rastreadora deve ter uma indutância em torno de 350 a 450 uH e +/- 2 ohm de resistência dos fios. Uma bobina de 250 mm de diâmetro deve ter 22 espiras de fio 0,40 mm de diâmetro, uma resistência de 2,3 ohms e 380 uH de indutância. No final deste artigo vou deixar uma tabela de bobinas para vários diâmetros e formatos.

Gerador de pulsos

O gerador de pulsos utiliza um 555 como oscilador astável, gerando uma frequência entre 90 e 120 Hz e um pulso negativo com largura de 4% do período total. Para que este pulso possa chavear o mosfet que necessita de um pulso positivo, é usado o transistor T1 que faz a inversão. Os resistores R4 e R5 dividem este pulso, fornecendo uma tensão segura no gate do mosfet.

O pulso faz o mosfet saturar e carrega a bobina com uma corrente alta, limitada pela resistência da bobina. Esta corrente será alta, sendo dada pela tensão de alimentação dividida pela resistência da bobina, da resistência dos fios e a resistência de saturação do mosfet. Quando o mosfet abre o circuito, gera um pico de tensão enorme (Fcem), com mais de 900V. O resistor R6 colocado em paralelo com a bobina, reduz esta tensão para uns 300V. O mosfet escolhido deve ter uma tensão VDS bem maior para não queimar e também suportar uma corrente de pico de pelo menos uns 3,5 A.

Este pulso gera uma campo magnético que entra na terra e quando encontra uma metal, sofre uma deformação e retorna para a bobina. Como a tensão da bobina é muita alta para trabalhar com circuitos integrados, ela é reduzida pelo resistor R7 e os dois diodos em anti-paralelo D1 e D2. Este sinal grampeado é enviado para o ccto de tratamento do sinal pelo capacitor C5.

TRATAMENTO DO SINAL DE RETORNO

Tratamento do sinal de retorno capturado

Este sinal é amplificado pelo IC-2, passa pelos potenciômetros de ajustes e entram em IC-2 que funciona como um comparador. O capacitor C7 tem uma função importante no circuito, ele descarrega mais quando na proximidade com um metal e com isso, diminui a distância entre as tensão de comparação, causando o alargamento do pulso de saída. Ou seja, quanto mais próximo de um metal, mais largo será o pulso na saída e portanto, será ouvido mais clicks que são enviados ao alto falante. Na versão original deste detector você ouvira mais ou menos clicks no alto falante.

Modificação na saída para o alto falante

Nesta versão coloquei outro 555 (IC-3) funcionando como oscilador de áudio, cuja frequência pode variar de alguns hertz até uns 2.5 khz. A frequência é determinada pelos resistores R18, R19 e o transistor do opto-acoplador. Quando a bobina rastreadora está longe de algum metal, não vai aparecer pulsos na saída do comparador e o opto não será polarizado, portanto o oscilador não funciona. A medida que a bobina rastreadora se aproxima de um metal, os pulsos na saída do comparador vão alargando e o diodo do opto vai receber mais corrente, aumentando o acoplamento e diminuindo a resistência do seu transistor de saída. Isso aumenta a frequência do oscilador.

A fórmula da frequência do oscilador astável é F= [1,45 / (12k + Ropto + 2 x 27k) x 10nF].  Como se pode ver, o resistor do opto tem grande influencia na frequência. Quando o transistor do opto saturar, será atingido o maior valor de oscilação, por volta de 2.5 khz. Resumindo, quanto mais próximo de um metal a bobina rastreadora estiver, maior será a frequência de áudio no alto falante.

Sensor de bateria descarregada

O equipamento é alimentado por um conjunto de 3 baterias de Lítio 18650 que fornecem 11 volts. A tensão de 8,25V  indica que as baterias estão descarregadas. Foi utilizado um pequeno circuito com o TL431, usado no modo comparador para monitorar o estado das baterias. Os resistores R8 e R9 dividem esta tensão e quando ela for menor que 2,5V (Vref), apaga o Led

Alguns dados sobre detectores por pulso

Em geral pode-se dizer que a profundidade teórica máxima da detecção de uma bobina é de cinco vezes o seu diâmetro e o tamanho mínimo de um objeto detectado com uma bobina é cinco por cento do seu diâmetro. Então uma bobina com o diâmetro de 23cm alcançaria 1,15 metros e detectaria um objeto com um tamanho maior que 1,15cm, teoricamente.

Amostra do som ao aproximar de um metal

Um pouco de matemática

Exemplo:

Tensão de alimentação: 11V

Resistência da  bobina: 3,75 ohms (resistencia do fio, Ron do mosfet, fiação e etc)

Resistência de amortecimento:  R6 = 220 ohm

Ipico = 11/ 3,75 = 2,9A

Vcem = 2,9 x 220 ohm = 638 Volts (tensão gerada quando o mosfet abre)

Tabela para construção de bobinas

Cg.

Wattímetro de RF Analógico - 4,5 a 150Mhz

 

Resolvi montar este wattímetro analógico depois que ganhei este medidor da Honeywell de 100uA, com amortecimento de fundo de escala, que é um espetáculo, rs.

Ele mede potencia direta nas faixas de 10 e 50 W, e potência refletida (ROE).

A montagem é muito simples, e o mais trabalhoso é fazer a placa do detector. Mas quem já é craque em fazer PCB vai tirar de letra. Os diodos detectores 1N60, capacitores de filtros vão ficar nesta placa e os potenciômetros de ajustes, devem ficar numa placa separada.

Para o ajuste da potência será necessário um wattímetro confiável para usar como referência e uma carga de 50 ohms. Faça a montagem conforme a imagem acima. Entre com qualquer potência entre 1 a 10W e meça no wattímetro referência e depois meça neste aparelho na escala de 10W, ajustando o potenciômetro P1 para mostrar a mesma medida da referência. Depois repita esta operação entrando com qualquer entre 10 e 50W na escala de 50W e ajuste no potenciômetro P2. 

Para o ajuste da potência refletida é preciso ajustar P3 e P4 para mostrar a mesma leitura DC

.

Ajustar a potência direta: Use a montagem da figura 1 e entre com uma potência de 5W. Meça a tensão DC no terminal do meio do potenciômetro P3. Ajuste para 3/4 do valor máximo e anote o valor lido. Agora faça a montagem conforme a figura 2 usando a mesma potência de 5W.  Meça a tensão DC no terminal do meio do potenciômetro P4 e ajuste para a mesma leitura lida no terminal do meio de P3. 

Feito isso está calibrado o aparelho.

Fazendo uma leitura de Potencia Refletida: (Faça a montagem da fig. 1).

Passe a chave de modo para CAL. Ajuste no potenciômetro P5 para o ponteiro deslocar até o fim da escala. Agora coloque a chave em SWR e será medida a potencia refletida. O Potenciômetro P5 fica no painel do instrumento. Outra coisa, a variação do ponteiro em SWR não vai indicar uma potencia em watts, mas uma relação de medida entre a potencia direta e a refletida. Será necessário, então, uma escala de ROE, que vai indicar a relação entre a impedância da saída do Transmissor e a impedância da antena. Se forem bem próximas, o ROE vai ficar próximo de 1:1.1,  Rtx / Rant = 1. Por exemplo: se a antena está com 70 ohms e o transmissor com 50 ohms o ROE será 1:1.4 (70/50).

 

Esta placa tem 75 x 66 mm

 Arquivos para montagem

DipMeter 2024

Mixer de Áudio - Dois canais de Linha e 2 de Microfone

MIXER DE ÁUDIO DE 2 CANAIS DE LINHA E 2 MICROFONE

Mixer de áudio de 2 canais de microfone e dois de linha com equalizador

A montagem ficou meio esquisita porque primeiro fiz o mixer, aí resolvi colocar um equalizador para melhorar o som e depois montei um bargraph stereo. Então ficou cada ccto numa placa diferente.

Mas o resultado foi ótimo, funcionou muito bem.

Mixer

Equalizador de tons

Bargraph stereo

                                                                                                                 É isso!

Preamplificador de áudio de 3 tons (grave, medios e agudos)

Excelente Pré Amplificador de audio com controle de graves, medios e agudos. Pode ser alimentado com +/- 12V trocando os reguladores para 7812 e 7912 e entrada de 15V. Pode ser usado os CIs: LM4558, MC1458, TL072.

 

Fonte com saída positiva e negativa para refência de até 10ma

Esta fonte gera uma tensão positiva e negativa apartir de um transformador com saída de 2 fios. Esta fonte negativa deve ser usada como referência de até uns 10ma para, ou por exemplo, tensão negativa de um opamp. Observe a polaridade dos capacitores C1, C2 e C3. A tensão negativa pode ser ajustada para uma tensão maior com a troca do zener. A saída de 16,9V será enviada para um regulador com a tensão desejada.

 

Radio Ondas Curtas

 Radio de Ondas Curtas na faixa de 9,4 a 17,0 Mhz (31 a 19 mts)

Antigamente as comunicações a longas distâncias eram feitas por rádios nas faixas de HF, ou seja, nas frequências entre 3 a 30 Mhz. Estas ondas refletem na ionosfera ionizada e voltam a terra dando saltos de mais de 1000 km. A ionização é causada pelo efeito das radiações do sol sobre a atmosfera da terra. Na recepção por saltos acontece muito o fenômeno de "fading" ou desvanecimento, que causa aquelas variações no sinal recebido. Mas era o que tinha de melhor na época.

Neste projeto foi usado o circuito integrado CD 2003 porque ele não precisa de bobinas no circuito de FI, usando somente um filtro cerâmico de 455 khz. As únicas bobinas necessárias são as do oscilador local e de sintonia de RF. Elas foram enroladas nas formas de transformadores de FI de FM. Como amplificador de audio foi usado o LM386. 

Esquema:

A bobina de antena tem 3 enrolamentos, L1, L2 e L3.  L2 recebe o sinal da antena e acopla com o ccto sintonizado em L3 que transfere o sinal para a entrada do CI via L1. Estas bobinas são necessárias para fazer o casamento de impedância entre a antena, a entrada do amplificador e o ccto sintonia. Sem elas a sintonia ficaria sem seletividade e muito atenuada. A bobina do oscilador é simples, composta de um único enrolamento. Os capacitores C2 e C17 em série com o capacitor variável, ajustam o range da frequência de sintonia definida para a recepção. Em paralelo com esta bobina foi colocado um diodo zener de 33V, usado como varicap, para fazer uma sintonia fina. Este ccto é composto pelo diodo D3, R7, RV1, C14 e C15. X1 é o filtro cerâmico de 455 khz. O sinal no pino 11 é a saída do detector de AM e depois de filtrado por C5, R1 e C16, vai para o amplificador de áudio. R4 ajusta o nível máximo de entrada do amplificador.

A alimentação será de 9 a 12V, com proteção contra inversão de polaridade  feita por D2.  Usei um regulador 7806 de 1A por ter aqui no laboratório, mas pode ser utilizado um 78L06 sem problemas.  O zener D1 de 4,7V regula a tensão de alimentação do CD2003.

No amplificador de áudio o capacitor eletrolítico C9 ajusta o ganho para 200 e R5 e C8 formam a rede Zobel para amortecer as oscilações do alto falante.

Bobinas:

L1 e L2 - 6 espiras

L3 - 36 espiras

L4 - 32 espiras

Usar fio 32 AWG em todas bobinas e enrolar na fôrma da bobina de 10.7 Mhz de radios FM, conforme desenho acima

Ajustes:

Depois de conferir toda a montagem e sem o circuito integrado CD 2003, ligar a fonte de 9 ou 12V e conferir as tensões na placa. Verificar. a tensão na saída do regulador que deve ser de 6V, verificar a tensão no pino 6 do U2  se está com 4,7V. Tudo ok, instale o CD2003. 

Ao ligar deve aparecer um chiado no alto falante o que indica que tá tudo bem.  Tente sintonizar uma estação na sua região variando CV. Depois ajuste o ferrite de L3 para um maior volume. Você pode tentar localizar as estações variando, também, o ferrite de L4 (oscilador local). 

Se contar com um frequencímetro as coisas ficam bem mais fácil. Faça uma sonda de RF enrolando 2 espiras de fio 22, aproxime esta sonda de L4 (o mais distante possível para não interferir no oscilador) e messa a  frequência do oscilador local. Ajuste o ferrite para que esta frequência seja a da recepção desejada mais a frequência de FI (455khz).  

Por exemplo:

Coloque o capacitor variável no máximo (todo para a esquerda); 

frequência de recepção desejada = 9.400 khz (início da faixa de 31metros)

frequência do oscilador local deve ser ajustada para 9.855 khz

Agora  procure uma radio qualquer e ajuste o ferrite da bobina de antena L3 para o maior nível de áudio; 

Ajuste o variável no mínimo (todo para a direita) até sintonizar alguma radio e ajuste o trimer da bobina L3 para o máximo de sinal de audio no alto falante.

A sensibilidade é bastante boa, recebo BBC, Voz da America, Radio nacional da Espanha etc, etc

                                 Método térmico, imprimir sem espelhar

                                 Placa com tamanho de 100 x 50 mm

Links para montagem

Qualquer dúvida me contate. 

É isso!

 

Amplificador Classe D de 50W

 

Nesta postagem quero mostrar uma montagem que fiz de um amplificador classe D de 50W. Ele usa o chip TL494 como modulador PWM e dois Mosfet 50N60, além de três transistores BD. A montagem fica muito barata e o resultado é muito bom. Pode ser alimentado por uma fonte de 30 a 60V com 3 amperes. Ele deve ter uma outra fonte, de baixa corrente, entre 8 a 12V  para polarizar os MosFet.

O oscilador do TL494 funciona em 120 Khz e o filtro de saída tem a frequência de corte em 19Khz. A bobina L1 do filtro passa baixo deve ser construída com um toroide retirado de uma fonte de computador. Enrolar umas 20 voltas bem distribuídas no toroide e medir a indutância. Caso necessário aumentar ou diminuir o número de espiras até conseguir os 106uH. Os dois capacitores (C11 e C12) de 470nF devem ter uma tensão de isolamente no mínimo de 250V. Usar de preferência, aqueles, tipo X2  usados nos filtros EMI de fontes chaveadas que tem baixas perdas. 

Eu fiquei surpreso com a potência e a qualidade de áudio que obtive. Para um circuito tão simples, foi realmente uma surpresa boa. 

Os MosFet canal N pode ser o IRF540, IRF460m IRF250, IRF4227. 

Na fonte usei um transformador que tinha dois secundários. Um de 30 VCA e outro de 12VCA. Para a fonte de potência usei dois capacitores de 1000uF e uma ponte retificadora de 8A que tinha aqui. Para a fonte de polarização dos MosFet, usei 4 diodos 1N4007 e o regulador 7808.

                                         

                                           Dimensão: 145 x 42 mm

                                          É isto!