Настройщик ориентируется по разности частот. Разность равна нулю, если частоты совпадают. Такое явление, происходящее, кстати говоря, с любыми (электрическими, механическими, звуковыми и другими) колебаниями, и получило название нулевых биений.
Если частоты колебаний струны и камертона неодинаковы, настройщик слышит разность колебаний струны и камертона. Натягивая или ослабляя струну, он добивается совпадения частот камертона и струны, то есть получает нулевые биения между собственными частотами камертона и струны. Если складывать в смесителе электрические колебания, то наблюдается та же картина. При равенстве частот генераторов получается разностная частота, равная нулю. При работе генераторов на различных частотах в результате получается частота, равная разности частот двух генераторов.
В нашем миноискателе первый электронный генератор работает на частоте 465 000 гц (465 кгц). Это означает, что в нагрузке генератора мы получаем колебания электрического тока с частотой 465 тысяч раз в минуту. Если такие колебания подать непосредственно в наушники, то мы ничего не услышим: человек не может слышать звуки с частотой более 15 000—20 000 колебаний в секунду (15–20 кгц). Второй генератор миноискателя работает с частотой 470 кгц. Если колебания первого и второго генераторов сложить в смесителе, то на выходе смесителя мы получим разностную частоту:
470 кгц — 465 кгц = 5 кгц.
Вот эти колебания уже можно подавать в наушники. Звук с частотой 5 кгц мы хорошо слышим.
Посмотрите на рисунок 5.
Рис. 5. Блок-схема настоящего миноискателя.
На нем показано, как соединяются генераторы и смеситель. Если катушку контура второго генератора (№ 2) приблизить к «мине», индуктивность контура (как и в простом миноискателе) изменится, а следовательно, и частота генератора будет иной, и разностная частота сразу же будет заметна на слух. Чем ближе будет находиться катушка второго генератора к «мине», тем сильнее изменится тон звука в наушниках. Может даже наступить такой момент, когда звук будет настолько низким, что мы перестанем его слышать. Это случится, когда катушка второго генератора приблизится вплотную к «мине» и разность частот генераторов станет совсем незначительной, то есть когда мы обнаружим место, где спрятана «мина».
Принципиальная схема одного из вариантов миноискателя изображена на рисунке 6.
Рис. 6. Принципиальная схема настоящего миноискателя.
Первый генератор, частота колебаний которого постоянна и равна примерно 465 кгц, собран на транзисторе Т1. Схема такого генератора получила название емкостной трехточки, потому что все три электрода транзистора подключены к конденсаторам, с помощью которых становится возможной работа генератора. Частота генерируемых колебаний напряжения определяется величинами элементов контура L1C2С3С4. Резисторы R1, R2 и R3 служат для создания устойчивой работы транзистора Т1. С помощью этих резисторов на электроды транзистора подаются необходимые напряжения питания, что позволяет получить определенный режим работы транзистора. Кроме этого, указанные резисторы создают такие условия работы транзистора, что генератор может работать при значительных колебаниях окружающей температуры. А это очень важно, так как миноискатели используют и в зимнюю стужу, и в летнюю жару.
Как мы уже говорили, частота колебаний, развиваемых первым генератором, равна 465 кгц. Можно взять элементы контура L1С2 другие, и тогда генератор будет работать на иных частотах. Мы взяли эту частоту исключительно из-за того, что катушки индуктивности для работы в таком контуре можно приобрести в любом радиомагазине или взять из старого радиоприемника.
Напряжение с такой частотой выделяется на резисторе R3 и через конденсатор C6 поступает на смеситель, собранный на транзисторе Т2. Конденсатор С6 необходим для того, чтобы постоянное напряжение от источников питания не попало через резистор R5 на эмиттер транзистора Т1 и не нарушило нормальную работу первого генератора.
Резистор R4 и конденсатор С5 образуют ячейку развязывающего фильтра, предотвращающего влияние одного генератора на другой. Ведь частоты, на которых работают оба генератора, не очень отличаются одна от другой, и, если не будет развязывающего фильтра, оба генератора будут работать точно на одной частоте, и миноискатель будет бездействовать.
Одной ячейки фильтра может оказаться недостаточно, поэтому по другую сторону смесителя установлена еще одна ячейка, состоящая из резистора R7 и конденсатора С7.
Второй генератор собран по такой же схеме, что и первый, с той лишь разницей, что частота настройки его может изменяться в небольших пределах с помощью конденсатора переменной емкости С11. Этим конденсатором можно настроить второй генератор при отсутствии «мины» точно на частоту первого. Благодаря нулевым биениям звук в наушниках в этом случае исчезнет.
Вторым отличием генератора, собранного на транзисторе Т3, является конструктивное оформление катушки индуктивности L2 его резонансного контура. Эта катушка выполнена в виде большой, диаметром 20–35 см, круглой рамки, укрепленной на деревянной штанге.
Переменное напряжение со второго генератора подается на смеситель через конденсатор С10. Резисторы R5 и R6 относятся к смесителю и образуют такой же делитель напряжения питания, как и резисторы R1 и R2 в первом генераторе и R9, R10 во втором. Этот делитель нужен для создания необходимого режима работы транзистора Т2 смесителя. Нагрузкой смесителя служат головные телефоны (наушники) Тлф. Кроме функций смешивания электрических колебаний от двух генераторов, смеситель еще и усиливает суммарные колебания, что делает звук в наушниках более громким и отчетливым.
Катушку L2 при поиске «мин» перемещают вдоль исследуемой поверхности. Как только рядом с катушкой появляется металлическая «мина», близость массивного металлического предмета меняет индуктивность катушки, а следовательно, меняется и частота колебаний, генерируемая вторым генератором. Это изменение частоты мы отчетливо слышим в наушниках при приближении к «мине».
Итак, наш миноискатель работает следующим образом. При включении питания (батарея КБС-Л-0,50 от карманного фонаря или батарея «Крона» от малогабаритного транзисторного приемника) с помощью выключателя Вк1 оба генератора начинают работать. Высокочастотное напряжение с генератора, собранного на транзисторе T1, через конденсатор С6 поступает на базу смесителя (транзистор Т2). На базу этого же транзистора через конденсатор С10 поступают и высокочастотные колебания от генератора, собранного на транзисторе Т3. В нагрузке смесителя-усилителя образуются и сумма и разность и много других комбинационных частот в результате сложения двух высокочастотных колебаний. Нас интересует только разность этих колебаний, которую мы сможем услышать в наушниках.
Уменьшение или увеличение разностной частоты произойдет тогда, когда катушка индуктивности резонансного контура второго генератора будет приближаться к разыскиваемой «мине».
Корпусом миноискателя может служить любая пластмассовая, деревянная или металлическая коробочка размерами 108x68 мм. Очень удобно поместить миноискатель в пластмассовом корпусе от карманного приемника. Такие корпуса имеются в продаже.
Монтаж миноискателя и все его детали, кроме катушки L2 и наушников, размещены на гетинаксовой плате размерами 57x45 мм и толщиной 1,5–2,0 мм. Для монтажной платы можно использовать любой другой листовой изоляционный материал, даже тонкую фанеру.