Мой феррозондовый магнитометр

Мой прототип феррозондового магнитометра состоит из генератора прямоугольных импульсов, делителя частоты на 4,  операционного усилителя, включенного по схеме компаратора, ключевого каскада, двуполярного источника питания.

В дальнейшем я планирую добавить активный фильтр второй гармоники и детектор.

Узлы магнитометра -

Генератор - вырабатывает прямоугольный однополярный сигнал,

Времязадающие элементы генератора - резистор R2 и конденсатор C2 - определяют частоту генерации. Генератор вырабатывает импульсы со скважностью ~ 0,5 (меандр).
сигнал генератора

Делитель - делит частоту сигнала генератора на четыре (два делителя на два),

Делитель уменьшает частоту сигнала и обеспечивает симметрию сигнала (скважность = 0,5), что важно для исключения четных гармоник, создающих помехи при измерении.
сигнал после первого делителя

сигнал после второго делителя

Компаратор - превращает однополярный сигнал с выхода делителя в двуполярный,

 

Ключевой каскад - усиливает двуполярный сигнал с выхода компаратора по мощности, подавая усиленный сигнал на обмотку катушки феррозонда.
Ключевой каскад собран по схеме "push-pull". Такая схема состоит из комплементарной пары биполярных транзисторов (например, n-p-n транзистор TIP41C и p-n-p транзистор TIP42C). Возможны два варианта такой схемы - с общими коллекторами или общими эмиттерами.
Схема с общими коллекторами

В этой схеме каждый транзистор представляет собой усилитель с общим коллектором. При положительном напряжении на входе открывается верхний транзистор VT1 и через нагрузку протекает  сумма базового и коллекторного токов транзистора. При отрицательном напряжении на входе открывается нижний транзистор VT2 и через нагрузку протекает  сумма базового и коллекторного токов транзистора.
Преимуществами такой схемы является низкое выходное сопротивление и то, что ток базы протекает и в нагрузке, т.е. не тратится бесполезно. Недостатком этой схемы является то, что напряжение на выходе не достигает напряжения источника питания (схема не является "rail-to-rail"). Такие схемы использовались в прежних конструкциях.

Схема с общими эмиттерами

В подавляющем большинстве современных конструкций используется схема с общими эмиттерами, которая позволяет напряжению на выходе достигать напряжения питания (схема является "rail-to-rail"). В таких схемах биполярные транзисторы часто заменяются MOSFET-ами.
Выход ключевого каскада может быть подключен к трансформатору, настроенного в резонанс с частотой выходного сигнала с помощью подбора емкости конденсатора, подключенного параллельно первичной обмотке трансформатора. Это позволяет получить на вторичной обмотке почти синусоидальный сигнал, который через согласующую цепь поступает в катушку магнитометра.

Двуполярный источник питания - преобразует однополярное напряжение питания в двуполярное.

Магнитные свойства различных сердечников
Для работы такого феррозонда необходимо, чтобы ток обмотки возбуждения вводил сердечник в насыщение. Для этого необходимо исследовать магнитные свойства различных сердечников. Об этом можно прочитать здесь.

Эксперименты с магнитометром