金属探测器说明书.docx
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金属探测器说明书
目录
前言-----------------------------------------------------------------1
1．课程设计任务------------------------------------------------2
2．总体方案框图设计-----------------------------------------4
3．单元电路具体设计-----------------------------------------5
3.1振荡器电路---------------------------------------------------5
3.2信号放大电路------------------------------------------------7
3.3整流电路-------------------------------------------------------8
3.4发光信号电路------------------------------------------------8
4．计算器件参数值---------------------------------------------9
5．选择相关元器件--------------------------------------------10
6．总体设计电路图--------------------------------------------11
7．实际电路调试------------------------------------------------12
8．收获、体会---------------------------------------------------13
9．参考文献-------------------------------------------------------15
10．附录------------------------------------------------------------15
前言
电子技术课程设计是在学生学习完电路分析基础、模拟电子技术、数字电子技术课程之后，针对课程的要求对学生进行综合训练的一个实践教学环节。
其主要目的是培养学生综合运用理论知识，联系实际要求作出独立设计，并进行安装调试的实际工作能力。
通过本教学环节，学生应达到如下基本要求：
（1）综合运用电子技术课程设计中所学到的理论知识，结合课程设计任务要求适当自学某些新知识，独立完成一个课题的理论设计。
（2）通过查阅手册和文献资料，熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用元器件的原则。
（3）掌握模拟电路的安装、测量与调试的基本技能，熟悉电子仪器的正确使用方法，能独立分析实验中出现的正常或不正常现象（或数据），独立解决调试中出现的正常或不正常现象（或数据），独立解决调试中所遇到的问题。
（4）学会撰写课程设计报告。
（5）培养实事求是、严谨的工作态度和严肃认真的工作作风。
1．课程设计任务
一、设计目的
根据常用的电子技术知识，以及可获得技术书籍与电子文档，初步形成电子设计过程中收集、阅读及应用技术资料的能力；熟悉电子系统设计的一般流程；掌握分析电路原理、工程计算及对主要技术性能进行测试的常见方法；最终，完成从设计图纸到实物搭建的整个过程，并调试作品。
二、任务与要求
1、了解信号获取、变换、调理与控制的基本原理；
2、掌握基本放大电路、振荡电路、整流电路、逻辑控制电路的应用；
3、采用分立元件设计金属探测器电路；
4、探测距离10～20毫米；
5、采用声或光报警；
6、工作电源为+3～+6V连续可调，输出电流0.5A。
参考方案：
参考原理：
探测变换电路以电感线圈作为金属探测元件，并由该电感和电容、放大电路构成三点式振荡电路，使振荡电路工作在临界状态，当有金属物品接近电感L（即探测器的探头）时，线圈中产生的电磁场将在金属物品中感应出涡流，这个能量损失来源于振荡电路本身，相当于电路中增加了损耗电阻。
如果金属物品与线圈L较近时，电路中的损耗加大，线圈Q值降低，使本来就处于振荡临界状态的振荡电路停止工作。
三、课程设计报告要求
1．封面
2．目录
3．正文
（1）课程设计任务书；
（2）总体方案框图设计
（3）单元电路具体设计
（4）计算器件参数值
（5）选择相关元器件
（6）画出总体设计电路图
（7）实际电路调试，对调试过程中出现的问题给出定性的分析，最终能实现预计的效果。
4．课程设计中的收获和体会
5．参考文献
四、评分标准
项目
评分比例
得分
课程设计出勤
10%
课程设计态度
20%
课程设计报告
40%
课程设计答辩
30%
课程设计总成绩
五、任务安排
周次
工作日
工作内容
第
一
周
1
明确课程设计任务和内容，了解课题的基本情况，查阅相关资料。
2
根据任务要求进行总体方案设计和论证，单元电路设计和论证。
3
总体电路设计及完善，电路元器件参数确定，画出图纸。
4
实物安装，电路调试，参数调整，电路调整。
5
实物安装，电路调试，参数调整，电路调整。
第
二
周
1
电路性能指标测试，进一步完善电路。
2
写出课程设计说明书初稿。
3
修改和完善课程设计内容及说明书。
4
提交课程设计说明书和能实现设计要求的电路实物，答辩。
5
提交课程设计说明书和能实现设计要求的电路实物，答辩。
六、所需安装调试工具
操作台、稳压电源、面包板、斜口钳、镊子、数字式万用表等。
2．总体方案框图设计
简易金属探测器总体方案框图设计：
注：
振荡器电路中电感线圈是带铁芯的线圈。
当振荡电路调到临界振荡时，线圈旁没金属时发光二极管亮，当有金属靠近时发光二极管亮灭掉。
3．单元电路具体设计
3.1振荡器电路图：
金属探测器的探头是一个关键元件，它是一个带磁心的电感线圈。
磁心可选Φ10的收音机天线磁棒，截取15mm，再用绝缘板或厚纸板做两个直径为20mm的挡板，中间各挖一个Φ10mm的孔，然后套在磁心两端，如图1所示。
最后Φ0.31的漆包线在磁心上绕300匝。
这样做的探头效果最好。
如果不能自制，也可以买一只6.8mH的成品电感器，但必须是那种绕在“工”字形磁心上的立式电感器，而且电感器的电阻值越小越好。
振荡器电路图
金属探测器电路中的主要部分是一个处于临界状态的振荡器，当有金属物品接近电感L（即探测器的探头）时，线圈中产生的电磁场将在金属物品中感应出涡流，这个能量损失来源于振荡电路本身，相当于电路中增加了损耗电阻。
如果金属物品与线圈L较近，电路中的损耗加大，线圈值降低，使本来就处于振荡临界状态的振荡器停止工作。
从而控制后边发光二极管的亮灭。
电路工作原理：
在这个电路中三极管VT1与外围的电感器和电容器构成了一个电容三点式振荡器。
它的交流等效电路（不考虑RP和R2的作用如图5所示，当图5中三极管基极有一正信号时，由于三极管的反向作用使它的集电极信号为负。
两个电容器两端的信号极性如图5所示，通过电容器的反馈，三极管基极上的信号与原来同相，由于这是正反馈，所以电路可以产生振荡，RP和R1的存在，消弱了电路中的正反馈信号，使电路处于刚刚起振的状态下.
金属探测器的振荡频率约为40KHz，主要由电感L、电容器C1、C2决定。
调节电位器RP减小反馈信号，使电路处在刚刚起振的状态。
电阻器R2是三极管VT1的基极偏置电阻。
3.2信号放大电路图:
微弱的振荡信号通过电容器C4、电阻器送到由三极管VT2、电阻器R4、R5及电容器C5等组成的电压放大器进行放大。
3.3整流电路图:
由二极管VD1和VD2进行整流，电容器C6进行滤波。
3.4发光信号电路图：
整流滤波后的直流电压使三极管VT3导通，它的集电极为低电平，发光二极管VD3亮。
在金属探测器的电感探头L接近金属物体时，振荡电路停振，没有信号通过电容器C4，三极管VT3的基极得不到正电压，所以三极管VT3截止，发光二极管熄灭。
4．计算器件参数值
5．选择相关元器件
L6.8mH的成品电感器（带有铁芯）
Rp1W5025.1K
Rp2W504510K
C11030.01uF
C21030.01uF
C31030.01uF
C41040.1uF
C51040.1uF
C6电解电容（带正负）2.2uF
R13.3K
R2680K
R33.3K
R42M
R56.8K
R6100K
VD11N4148
VD21N4148
VD3发光二极管
VT13DG6C高频硅管
VT23DG6C高频硅管
VT33DG6C高频硅管
电源3V
S开关
6．总体设计电路图
金属探测器的振荡频率约为40KHz，主要由电感L、电容器C1、C2决定。
调节电位器RP减小反馈信号，使电路处在刚刚起振的状态。
电阻器R2是三极管VT1的基极偏置电阻。
微弱的振荡信号通过电容器C4、电阻器送到由三极管VT2、电阻器R4、R5及电容器C5等组成的电压放大器进行放大。
然后由二极管VD1和VD2进行整流，电容器C6进行滤波。
整流滤波后的直流电压使三极管VT3导通，它的集电极为低电平，发光二极管VD3亮。
在金属探测器的电感探头L接近金属物体时，振荡电路停振，没有信号通过电容器C4，三极管VT3的基极得不到正电压，所以三极管VT3截止，发光二极管熄灭。
7．实际电路调试
所需安装调试工具：
操作台、直流电源、面包板、剥线钳、镊子、数字式万用表等。
电子电路调试及故障排除:
1．调试前检查
电子电路装接完毕后，不要急于通电测试，而首先必须做好以下调试前的检查工作。
（1）检查连线情况
（2）检查元器件装接情况
（3）检查电源输入端与公共接地端间有否短路
2．电子电路调试
（1）通电观察
（2）静态调试
（3）动态调试
3．电子电路故障排除
（1）常见故障
a．测试设备引起的故障，可能有测试设备本身就有故障，功能不灵或测试棒损坏使用权之无法测试；还有可能操作者对仪器使用不正确引起故障
b．电路元器件本身因原引起的故障。
c．人为引起故障。
d．电路接触不良引起的故障。
e．各种干扰引起的故障。
4．电子电路干扰
（1）干扰源
干扰源种类很多，常见的有：
a．接地处不当引进的干扰。
b．“共地”是抑制噪声和防止干扰的重要手段。
d．感应干扰。
（2）检查排除故障的基本方法
a．直接观察法直接观察法是指不使用任何仪器，而只利用人的视觉、听觉、嗅觉以及直接碰摸元器件作为手段来发现问题，寻找和分析故障。
b．参数测试法参数借助于仪器帮助发现问题，并应用理论知识分析找出
故障原因。
d．对比法
怀疑某一电路存在问题时，可将此电路的参数与工作状态和相同的正常电路进行一一对比，从中分析故障原因判断故障点。
f．断路法
断路法用于检查短路故障最有效。
其也是一种逐步缩小故障范围的方法。
8．收获、体会
本次设计基本完成，设计制作的一个简易金属探测器。
在制作的过程中，遇到了很多的问题，同时也学到了很多东西。
设计初期，通过查阅各种关于简易金属探测器电路工作原理的书籍，初步确定了制作方案。
制作方案确定后开始实物来搭建电路，在搭建电路时出现了很多问题，例如三极管引脚的判别，电解电容是有正负极的，电阻可以通过色环来快速读出其值等。
这些问题都是要我们仔细留意的，认真检查中做出来的，这也更加证明了理论与实践的差别。
实践中还有很多外界的干扰和误差，这个在理论中没法考虑到的。
正是在不断解决这些问题的同时，制作的电路也越来越成熟。
本以为搭建完电路通电后，只要通下电就完成了，可是后来才发现通电调试才是这次实验最困难的阶段，因为会有各种原因会导致通电失败，例如线路本身接错的，由于对面包板制作原理不理解会使线路造成短路、断路等情况；还有在制作导线时，如果线头做的不好会导致线路的接触不良，在通电调试时就会出现时亮时不亮的情况，然后就慢慢查线路了，做完后总结出刚做时不要只求速度也要做的精细，因为欲速则不达嘛，反复查多次线路不如一次性仔细的做。
当然在接完线通电调试前，再检查下有正负区分的器件有没有接反是必要，这会为你省去一些多余的复查和通过成功率。
除上面一些原因外，电路还是不好，可以检查下使用的元器件的好坏。
基本上只要上述的因素都排除后，再把调节振荡电路的反馈的电位器调至使振荡电路临界振荡，当有金属靠近线圈时便会使发光二极管熄灭，无金属靠近线圈时发光二极管一直亮，电路的通电调试就完成了。
通过制作这个简易的金属探测器，我发现电子技术强大的功能和广大的发展空间，再次觉得这方面课程的使用性，并激发了我对其的兴趣。
了解电子技术对我们日常生活带来的便利，不由得感慨科学的伟大。
其实制作起来还是比较漫长的过程，这需要我们认真、耐心、坚持不懈的努力才能成功的。
作为现当代的工科学者，我们要把理论和实践相结合，只有不断的将理论运用到实践中去，才能更好的理解所学知识，提高自己的动手能力和独立思考的能力。
希望学校在这方面提供我们更多的平台，鼓励同学们的动手能力和创新发展。
9．参考文献
张凤言.电子电路基础（第二版）[M].北京：
高等教育出版社，1995.
张肃文.高频电子线路（第二版）[M].北京：
高等教育出版社，1984
廖惜春.模拟电子技术基础[M].武汉：
华中科技大学出版社，2008
清华大学通信教研组编.高频电子线路.北京：
北京人民邮电出版社，1983
10．附录
电路板安装图
电路板元件安装图
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