Привет, Хабр! Что общего между радиоприемником, датчиком охранной сигнализации, металлоискателем и музыкальным инструментом терменвоксом? Прежде всего, все эти устройства реагируют на электрические и магнитные поля.
И многие из них имеют что-то общее в принципе работы.
Сегодня мы изучим историю и принцип работы металлоискателей – индуктивных и емкостных датчиков, узнаем, что такое гетеродинный , а также соберем и протестируем простой прототип.
Эта история началась очень давно.
В 1918 году изобретатель частотной модуляции в радиосвязи (благодаря которой мы можем слушать высококачественные стереопередачи на ультракоротких волнах) Двин Армстронг и Уолтер Шоттки изобретатель одноименного диода с малым прямым падением напряжения.
.
Фактически, Уолтер Герман Шоттки не изобрел полупроводниковый диод, но разработал новаторскую теорию физических процессов в кристаллах, в частности, атомных вакансий, предсказавшую эффект Шоттки, используемый в этих самых диодах.
Он также изобрел вакуумный тетрод — электронную лампу с защитной сеткой, позволившую значительно уменьшить проходную ёмкость и увеличить внутреннее сопротивление.
И коэффициент усиления, а точнее, наклон характеристики.
А Эдвин Говард Армстронг много сделал для мира радиосвязи.
Например, регенеративные и сверхрегенеративные приемники с положительной обратной связью, позволившие получить отличную чувствительность при небольшом количестве ламп, то есть низкой цене и высокой доступности.
Но следует отметить, что эти радиоприемники капризны в настройке, и при неправильной настройке они могут излучать в эфир помехи, мешая окружающим радиослушателям.
Особенно это было актуально в эпоху гигантских винтажных антенн, размеры которых компенсировали несовершенство электронного оборудования.
Частотная модуляция позже оказалась жизненно важной для записи цифровой информации на магнитные носители.
Так что без Армстронга не было бы «жестких дисков» или жестких дисков.
Как и на дискетах, если вы помните, что такое дисковод. 
Вы точно не помните, что такое QSL-карточка.
В противном случае напишите комментарий.
Армстронг также занимался радарами, в том числе участвовал в проекте «Диана», заложившем основу радиолокационной астрономии.
Сигналы радара направлялись в сторону Луны и принимались как специалистами проекта, так и радиолюбителями.
Хотя это все официальные версии.
Для чего на самом деле были нужны огромные антенны HAARP и подобных проектов, мнения у разных людей разные.
Вы можете поделиться своим.
▍ Супергетеродин
Так, в 1917-18 годах руководитель полуторакиловаттной радиостанции Эйфелевой башни Люсьен Леви (на фото слева) подал два патента на супергетеродинный радиоприемник, который в 1918 году был построен на основе идей Леви работавшим тогда под его руководством Джоном Армстронгом.
Независимо от них, в 1918 году супергетеродин был изобретен Вальтером Шоттки, работавшим в немецкой компании Siemens & Halske.
Супергетеродин — радиоприемник, в котором помимо приемного колебательного контура имеется генератор — гетеродин, настраиваемый синхронно с последним.
Смешивание его сигнала с усиленным радиочастотным сигналом приводит к получению двух сигналов.
Частота первой представляет собой сумму двух частот и не используется; фильтры подавляют это.
А вот второй сигнал, частота которого равна разности частот входного сигнала и гетеродина, проходит через фильтр промежуточной частоты, а затем на детектор и усилитель звука.
Такая система позволяет существенно повысить чувствительность и избирательность радиоприемника, поскольку тракт промежуточной частоты не требует перестройки и может быть реализован очень точно.
Например, с помощью кварцевых или керамических резонаторов.
Принцип действия самого гетеродина был открыт еще раньше.
В 1901 году канадец Реджинальд Обри Фессенден изобрел и применил гетеродин, разница частоты с частотой принимаемого сигнала была в звуковом диапазоне.
Это позволяло принимать немодулированный телеграфный сигнал, который представлял собой просто синусоидальную волну несущей частоты.
А сам факт биения с разной частотой при сложении двух колебаний известен еще с древних времен.
История его открытия теряется далеко в веках.
Beats помогают настраивать музыкальные инструменты.
Например, гитары и другие щипковые струны настраиваются по ударам между открытой струной и соседней, нажатой на определенном ладу, а также по гармоникам над определенными ладами.
Более того, настройщики фортепиано и других гармоник не придерживаются пифагорейских чистых квинт и чистых октав, то есть не настраивают струны и другие генераторы тонов до тех пор, пока не прекратятся удары, а отсчитывают определенное количество ударов в секунду.
Так они достигают желаемой структуры.
Например, современная ровная темперация, которая позволяет легко транспонировать и модулировать музыкальные фрагменты и работает от тональности к тональности.
Или хороший темперамент, который любил Иоганн Себастьян Бах, но не любил ровного темперамента.
Или что-то еще, историческое или экспериментальное.
А самые точные на сегодняшний день тюнеры — устройства для настройки музыкальных инструментов — используют стробоскопический эффект или его визуализацию на экране.
Этот эффект также является одним из явлений биений разностной частоты при сложении двух колебаний, даже если речь идет о механических колебаниях струны и оптической модуляции яркости света.
▍ Терменвокс
В 1919-20 гг.Лев Сергеевич Термен , будущий начальник и по совместительству узник той самой «шарашки», в которой оказался Александр Солженицын, на основе которой он позже написал «В круге первом», изобрел музыкальный инструмент этерофон, более известный как терменвокс.
Он стал первым в мире ЭМИ – электронным музыкальным инструментом.
Напишите в комментариях, что на этом фото видно об использовании тайного атмосферного электричества.
Это сейчас модно.
Как мог быть изобретен музыкальный инструмент в лаборатории, где были разработаны емкостные датчики для научных целей и целей безопасности? - Почти просто.
В конце концов, терменвокс — это емкостный датчик.
Но чтобы увидеть и услышать инструмент в датчике, нужно любить музыку и быть музыкантом.
А Термен, выпускник Петербургской консерватории по классу виолончели, очень любил музыку.
Терменвокс в классическом виде состоит из двух электронных генераторов, колебательный контур одного из которых подключен к антенне.
Поднеся к нему руку, можно изменить частоту вибраций и таким образом получить музыкальный тон разностной частоты, который улавливается и усиливается звуковоспроизводящей аппаратурой.
То есть терменвокс — это супергетеродин.
Вторая антенна работает аналогичным образом и служит для управления громкостью звука, позволяя создавать мастерское амплитудное вибрато, также известное как тремоло.
Терминологические конфликты о том, что называть вибрато, а что тремоло, очень популярны среди музыкантов, хотя и не так сильно, как дискуссии о том, кто из звездных музыкантов не умеет играть на своем инструменте.
Но гораздо более популярны споры о том, какой темперамент лучше.
Последние – удел избранных.
Что касается терменвоксов, то большинство их моделей вообще не обеспечивают музыканту фиксированного диапазона высоты звука.
Высота ноты полностью зависит от исполнителя.
И лишь немногие терменвоксы реализуют квантование частоты, иначе говоря, автонастройку.
На сегодняшний день самым успешным серийным производителем терменвоксов является компания Роберта Моуг — пионер и непревзойденный изобретатель аналоговых синтезаторов.
На фото он с Клара Рокмор , ведущего исполнителя на терменвоксе в мире.
А здесь Бильбо Бэггинс с «Кольцом власти» демонстрирует инновационный полотенцесушитель, работающий от атмосферного электричества.
Внутри кафедры находится тайник с красной ртутной амальгамой.
На самом деле это Боб Моаг играет на терменвоксе.
Хотя предки Льва Сергеевича Пьер Тьен и Франсуа Клод Термен были известными ювелирами и работали с амальгамой.
Их произведения хранятся в Лувре, Эрмитаже и Оружейной палате.
Например, этот скипетр Георгия XII. 
▍ Металлоискатель
А если внешнее воздействие оказывается не на емкость колебательного контура через антенну, а на его индуктивность, то в результате получается, соответственно, не емкостной, а индуктивный датчик, то есть металлоискатель.С помощью которого можно найти сокровища вроде скипетра или просто металлолома.
Что тоже интересно.
Свист в наушниках металлоискателя – это биение, возникающее при расстройке контура с катушкой датчика относительно эталонного.
А расстройка через изменение индуктивности вызывается металлическим предметом, находящимся рядом с катушкой.
Сейчас мы соберем один из самых простых вариантов металлоискателя.
Как обычно из набора с Алиэкспресс.
Дроссели, изготовленные печатным монтажом, приятно держать в руках.
Это не только ощущение прикосновения к современным технологиям, но и стабильность параметров за счет жесткости конструкции.
Стабильность повторяема, поскольку печатные платы производятся серийно с высокой точностью.
На фото два пленочных конденсатора, но мне достался более дешевый вариант комплекта, где все конденсаторы, кроме оксидного, он же электролитный, представляют собой дисковые керамические «флажки».
Немного обидно, но не смертельно.
Это будет работать.
▍Изучаем схему
На схеме мы видим не два, а всего один LC-генератор на транзисторе Q1. Параллельный колебательный контур образован индуктивностью L1 и емкостью С3. L2 — катушка обратной связи, C2 — ее изоляция по постоянному току.
R1 — резистор смещения, задающий режим Q1, а C1 — фильтр питания.
Секрет схемы кроется в подстроечном резисторе W. Его сопротивление задает коэффициент усиления каскада на Q1, а двигатель этого подстроечного резистора следует настроить при настройке устройства так, чтобы генерация была на грани сбоя.
Детектор собран на транзисторах Q2 и Q3. Когда генератор работает и амплитуда колебаний в цепи L1C3 превышает 0,6 вольта (это порог открытия кремниевого транзистора Q2, также известный как напряжение прямого смещения эмиттерного перехода), Q2 открывается отрицательной полуволной и разряжает конденсатор.
С4. В этом случае Q3 закрыт и зуммер не звучит. Когда в колебательном контуре происходит отток энергии на какой-либо металлический предмет, мощности вынужденных колебаний в контуре уже недостаточно для функционирования обратной связи.
Генерация прерывается, Q3 закрывается, C4 заряжается, Q3 открывается.
Зуммер включается и подает звуковой сигнал, сигнализируя о наличии обнаруженного металла.
Обратите внимание, что это самозвучащий зуммер, выполненный в виде автомобильного гудка.
Принцип работы предельно прост. Электромагнит притягивает мембрану, которая разрывает цепь электромагнита.
Ток в катушке прерывается и магнитное поле исчезает. Мембрана возвращается и снова касается контакта.
Цепь замыкается и все повторяется снова.
▍ Сборка и тестирование
Как работает этот игрушечный металлоискатель, а также состав комплекта и процесс сборки можно посмотреть на видео.Устройство то пронзительно и противно визжит, то модулировано пищит, как птичье пение.
Что высоко оценили все мои кошки, которых у меня много.
При каждом эксперименте с металлоискателями они собирались вокруг, как будто происходило что-то величественное и очень интересное.
Даже лазерная указка и кошачьи игрушки менее привлекательны для мохнатых грабителей, чем это забавное приспособление.
Металлоискатель действительно реагировал на все металлы, которые были в моем распоряжении: ферромагнитные, парамагнетики и диамагнетики, включая ртуть.
▍ Выводы
В очередной раз комплект собрался без проблем, и устройство сразу заработало.Поэтому надо продолжать покупать и собирать радиоприемники.
Потому что травить и сверлить платы всегда будет некогда.
Расскажите в комментариях о своем опыте изготовления и использования металлоискателей, а также электронных музыкальных инструментов и радиоприемников.
Лично я в 1990-х годах построил около десятка приёмников, в том числе супергетеродинных и ламповых, а также перестроил несколько телевизоров, заменив ламповый ПТК на полупроводниковый селектор, что облегчило настройку прибора и добавило дециметровый диапазон.
Электронная музыка и гитарные эффекты — мое нынешнее хобби.
И раз уж мы заговорили о металлоискателях, не будем забывать, что поиски различных предметов на разных территориях регулируются законами, а также могут привлечь нежелательное внимание со стороны людей, нарушающих эти законы.
Мы подойдем к своему хобби честно и ответственно.
Спасибо за внимание! В следующий раз будем изучать и собирать что-нибудь еще электронное.
Теги: #Научно-популярный #Сделай сам или Сделай сам #Электроника для начинающих #Читальный зал #радио #ruvds_articles #ruvds_articles #радиоприемник #тереминвокс #металлоискатель #гетеродин
-
Перевод Dynamics Gp На Иностранный Язык
19 Oct, 24 -
Анатомия Модульного Тестирования
19 Oct, 24 -
Интеграция Проекта Vuejs+Ts С Sonarqube
19 Oct, 24 -
Пресс-Портреты - В Отдельный Раздел
19 Oct, 24 -
Reactos 0.4.7: Павел Дуров Больше Не Пуйщн
19 Oct, 24 -
Поздравляем!
19 Oct, 24 -
Стартап Для... Кроликов.
19 Oct, 24
