Hallo,
ich hab mal wieder mein Projekt ausgegraben, einen DCF77-Empfänger
selbst zu bauen. Ziel ist es dabei möglichst viel bzgl. Empfängerbau zu
lernen, aber nicht gleich zu kompliziert einzusteigen.
Bereits beim Aufbau des Schwingkreises bin ich jedoch auf eine Frage
gestoßen. Nämlich die Wahl der geeigneten Kapazität bzw. Induktivität.
Bei Wikipedia finde ich, wie bestimmt im Schulunterricht vor über 10
Jahren mal gelernt, die Formel für die Resonanzfrequenz:
L und C sind dabei die Werte der Induktivität (L) in Henry und der
Kapazität (C) in Farad. Die zu erreichende Resonanzfrequenz ist beim
DCF77-Empfänger 77.5kHz oder f_0 = 77500 Hz. Bei bekannter Kapazität
kommt man so auf die nötige Induktivität und umgekehrt. Soweit so gut.
Jetzt ist die Frage, wie man denn am günstigsten eine der beiden Werte
auswählt... um dann die andere zu berechnen.
Ich glaube gelesen zu haben (und das ist die 2. Frage), dass es günstig
sei L und Z etwa gleich zu dimensionieren. Ich glaube das war bei so
einer Seite zur Vorbereitung für die Funkamateuerprüfungs-Vorbereitung.
Ich nehme an, das liegt daran, dass Kapazität und Induktivität die
Energie im Wechsel "speichern" müssen und wenn eine der beiden Großen
kleiner dimensioniert ist, gibt es dann größere Verluste wenn die
Energie in diese verlagert werden muss.
Rein mathematisch bedeutete dies, dass L = C. Also für die Wahl z.B. des
Kondensators:
Der Kondensator wäre also mit ca. 2,05 µF zu wählen. Die Induktivität
entsprechend mit entsprechend rund 2,05 µH.
Dabei kommt man zum nächsten Problem: eine Keramische Induktivität mit
über 100 nF zu finden, wird schwierig. Man müsste also schon 20 * 100 nF
in Reihe schalten. Ok, immerhin würde das die Wirkung der
Fertigungsungenauigkeit (typ. +/-20%) der Kondensatoren reduzieren. Aber
ich frage mich, ob es wirklich nötig ist, für diese Schaltung 20
Bauteile allein für die Kapazität des Schwingkreises zu verbraten.
Möglicherweise hat man mit Folienkondensatoren Chancen, aber von denen
habe ich gerade keine mit diese Größe zur Verfügung.
Ich frage mich außerdem, in welcher Größenordnung die "Gleichheit" der
Größen von L und C hier zu sehen sind, also ab wann der Unterschied
wirklich eine Rolle spielt und ob das für meine Schaltung wirklich
Relevanz hat.
Sollte ich nicht mit einer 100nF Kapazität (+ kleiner regelbarer
Kondensator) und einer Induktivität von etwa 0,4 mH gut klar kommen?
Zum anderen habe ich letztlich bemerkt, dass es "Drosseln" und
"Festinduktivitäten" gibt. Ich dachte erst, "Drossel" wäre nur eine
andere Bezeichnung für "Spule", die korrektere Fachsprache wäre. Aber
ich denke inzwischen, dass die Drosseln anders aufgebaut sind und eher
für Schwingkreise ungeeignet sind... Habe ich mit dieser Vermutung
recht?
Also dann:
Wo liege ich richtig?
Was ist falsch?
Wie ist es denn richtig?
Erfahrungswerte?
So, nun warte ich mal auf Eure Hinweise und Kommentare zu meinen
Gedanken...
Grüße,
Stefan
Stefan K. schrieb:> Ich glaube gelesen zu haben (und das ist die 2. Frage), dass es günstig> sei L und Z etwa gleich zu dimensionieren.
Ach, wie kann man denn zwei unterschiedliche Größen gleich dimen-
sionieren? Dimensionierst Du kg und Meter auch immer gleich gross?
> Rein mathematisch bedeutete dies, dass L = C.
Du meinst XL und XC? Die sollten schon gleich gross sein, sonst
ist es nämlich kein Schwigkreis.
> Der Kondensator wäre also mit ca. 2,05 µF zu wählen. Die Induktivität> entsprechend mit entsprechend rund 2,05 µH.
"Kleines L und grosses C bringt die pannung in die Höh." :-)
Man sollte aber schon darauf achten, das der XL/XC-Wert zu den
Werten der übrigen Schaltung, also z.B. der Eingangsimpedanz Deines
Verstärkers passt.
> Dabei kommt man zum nächsten Problem: eine Keramische Induktivität mit> über 100 nF zu finden, wird schwierig.
Bis etwa 100µF sind die handelsüblich. Allerdings haben solche
KerKos einen hohen Tk, ein weiterer Aspekt, den Du beachten solltest
> Ich frage mich außerdem, in welcher Größenordnung die "Gleichheit" der> Größen von L und C hier zu sehen sind, also ab wann der Unterschied> wirklich eine Rolle spielt und ob das für meine Schaltung wirklich> Relevanz hat.
Siehe Schwingkreisformel. Wenns nicht passt, stimmt die Frequenz nicht.
> Zum anderen habe ich letztlich bemerkt, dass es "Drosseln" und> "Festinduktivitäten" gibt. Ich dachte erst, "Drossel" wäre nur eine> andere Bezeichnung für "Spule", die korrektere Fachsprache wäre. Aber> ich denke inzwischen, dass die Drosseln anders aufgebaut sind
Namen sind Schall und Rauch, wichtig sind die technischen Daten.
Typisch nimmt man für DCF77 einen bewickelten Ferritstab.
Je länger desto lieber. :-)
Gruss
Harald
> Ich glaube gelesen zu haben (und das ist die 2. Frage), dass es günstig> sei L und Z etwa gleich zu dimensionieren.
Wohl kaum.
In jedem elektrischen Schwingkreis gibt es eine Induktivität L mit der
SI-Einheit
1 Henry = 1 H = 1 V*s/A , die speichert Energie in ihrem Magnetfeld,
und eine Kapazität C mit der Einheit
1 Farad = A*s/V , die speichert Energie in ihrem elektrostatischen Feld.
Das "gleich" zu dimensionieren, geht also schon formal nicht.
( Am besten >> http://de.wikipedia.org/wiki/Schwingkreis )
Kleine Betrachtung:
Im Fall des "Schwingens" pendelt ein gewisser Energiebetrag mit der
Frequenz f0 ( erste Formel oben ) hin- und her, von L auf C und wieder
zurück usw.
Werden die real unvermeidlichen Verluste wg. Spulendrahtwiderstand u.a.
nicht ausgeglichen, klingt die Schwingung ab.
(Nur) theoretisch kann man L und C natürlich völlig unterschiedlich für
eine gewünschte f0 dimensionieren, also L "gross" und C "klein" bzw.
umgekehrt.
Das Ergebnis aus realen Bauteilen muss aber in die gewünschte Schaltung
passen !
Ein Kriterium dafür ist u.a. der Wechselstromwiderstand Z bei f0, d.h.
Z = 2*Pi*f0*L = 1/(2*Pi*f0*C)
Insgesamt ist das nicht trivial; dem nicht ganz so Erfahrenen empfiehlt
sich durchaus die Copy & paste-Methode ( frei nach G. ):
Besser gut abgeguckt als das Rad selbst neu und völlig falsch
erfunden ...
@Harald:
> Ach, wie kann man denn zwei unterschiedliche Größen gleich dimen-> sionieren? Dimensionierst Du kg und Meter auch immer gleich gross?
Bei Kilogramm und Meter ist das tatsächlich schwierig. Aber z.B. ginge
es bei Masse [kg] und Energie [J] ( Stichwort: E = m * c² ).
> Du meinst XL und XC? Die sollten schon gleich gross sein, sonst> ist es nämlich kein Schwigkreis.
Ahaaa... jetzt macht das ganze langsam mehr Sinn! Also soll der
Scheinwiderstand gleich groß sein.
OK, dann gilt:
sowie
bzw.:
umgestellt nach L dann:
eingesetzt in:
ergibt:
Hm, wie's aussieht, kommt dann f_0 = f_0 heraus...
Fazit: das XL = XC steckt also in der Gleichung schon drin.
> "Kleines L und grosses C bringt die pannung in die Höh." :-)
Ich nehme mal an, es geht um "Spannung", nicht um "Pannen"... Wie hab
ich denn die Eselsbrücke (bzw. das Sprichwort) genauer zu verstehen? Je
kleiner das L desto höher die Spannung und je größer die Kapazität desto
höher die Spannung?
Meine Vermutung dazu: Kann man also über die Dimensionierung von L und C
(also das Verhältnis der beiden) die effektive Spannung und die
Stromstärke der erregten Wechselspannung im Schwingkreis bestimmen?
Ansatz: Bei kleinerer Kapazität C muss die Spannung höher sein, um die
gleiche Energiemenge darin zu speichern. Irgendwie widerspricht das
jetzt dem Sprichwort? Oder aber auch nicht: Weil vielleicht bei höherer
Spannung im Kondensator die Verluste größer sind?
> Man sollte aber schon darauf achten, das der XL/XC-Wert zu den> Werten der übrigen Schaltung, also z.B. der Eingangsimpedanz Deines> Verstärkers passt.
Bzgl. der Eingangsimpedanz muss ich mal erst einmal noch genau belesen.
Aber es geht darum, wie stark der Verstärker die Quelle (hier den
Schwingkreis) belastet. Richtig?
Ich hatte angedacht eine Darlington-Schaltung (2x BC337-16;
Emitterschaltung) zu verwenden. Allerdings ist mir noch immer nicht ganz
klar, wieviel Spannung/Stromstärke ich hier am Eingang erwarten kann.
Letztlich hängt das natürlich von verschiedensten Faktoren ab (z.B.
Antennenlänge, korrekte Ausrichtung, Entfernung zum Sender, ...). Aber
eine "Hausnummer" für die Größenordnung wäre natürlich hilfreich.
> Bis etwa 100µF sind die handelsüblich. Allerdings haben solche> KerKos einen hohen Tk, ein weiterer Aspekt, den Du beachten solltest
Tk = Temperaturkoeffizient...
Wie genau spielt der denn in der Sache mit rein?
Also die Theorie is so grob klar: je nach Temperatur ändert sich die
Kapazität, was die Resonanzfrequenz des Schwingkreises ändert, wenn sich
der Kondensator erwärmt. Der Kondensator erwärmt sich einerseits durch
die Außentemperatur und zum anderen durch den fließenden Wechsel-Strom.
Ich nehme an, dass der Scheinwiderstand XC hier für die Verlustleistung
am Kondensator wichtig ist... je kleiner XC desto größer die
Verlustleistung bei gleicher Spannung (P = U_c²/XC).
Allerdings frage ich mich, ob die geringe Leistung, die in dem
Empfängerschwingkreis umgesetzt wird, wirklich eine Rolle für die
Erwärmung des Kondensators bzw. dessen Kapazität spielt. Wahrscheinlich
ist die Außentemperatur zu 99,9% ausschlaggebend, richtig?
Auch frage ich mich, welcher Faktor hier eine größere Rolle spielt und
bis zu welchem Tk-Wert man noch "gute" Ergbnisse erwarten kann.
Das hängt dann wohl von meinen maximalen Abweichungen von 20°C
Außentemperatur ab und wie genau Resonanzfrequenz passen muss (bzw. wie
dicht die Sender in diesem Frequenzbereich gesäht sind; Stichwort:
Trennschärfe).
Wenn wir mal annehmen, dass ich -aktuell- sowieso manuell die
Sendersuche durchführe und die Raumtemperatur sich nur um +/- 2 Kelvin
ändert...
Nehmen wir mal als Beispiel diesen 1 µF Kerko:
www.conrad.de/ce/de/product/453382/
Das Datenblatt ist sehr allgemein gehalten und die technischen Daten in
der Produktübersicht sagen nicht einmal aus, welcher "Typ" (NP0, X7R,
Z5U, Y5V) das ist.
Bei X7R wären das ca. 0,2% Abweichung je °Kelvin.
Bei Z5U etwa 1,47% pro °Kelvin.
Und bei Y5V etwa 0,4% Abweichung je Kelvin...
Allerdings bei NP0 nur 30ppm/°K; also ~0,003% pro Kelvin.
Ich nehme also an, für einen Schwingkreis eigentlich nur
"NP0"-Kondensatoren sinnvoll sind!?
> Namen sind Schall und Rauch, wichtig sind die technischen Daten.
Alles klar.
> Typisch nimmt man für DCF77 einen bewickelten Ferritstab.
Ja, die hab ich schon öfter gesehen... in ein paar Funkuhren. Damit
spart man sich wohl auch die "Antenne", weil die große Ferritspule die
elektromagnetischen Wellen im Umfeld in ausreichender Menge (wenn auch
stark Richtungsabhängig) aufnimmt und damit gleich in den Schwingkreis
einspeist.
Es müsste aber auch mit ner langen Drahtantenne und einer sauberen
Erdung am Schwingkreis gehen, oder? Ich wollte vorerst mal nicht auf
fremde DCF-Empfänger zurückgreifen und dort Teile entnehmen... Einen
Ferritkern hätte ich grad nicht da, nur Spulendraht... also blieben
Luftspulen, die aber für gleiche Induktivität bestimmt viele viele
Windungen haben müssen und dann auch gleich einen ordentlich höheren
Leitungs-Widerstand hätten.
PS: Auf jedenfall schon mal Danke an Dich, Harald. Jetzt schau ich mir
gleich mal die anderen Postings an...
> Die Güte ist das Kriterium für das Verhältnis von L und C.
Leider stimmt das für reale Bauteile nicht ganz, denn sonst würde man
einen Schwingkreis bestehend aus 1H und 4pF nehmen. Eine Induktivität
mit einem Henry auf eine Ferritantenne gewickelt hätte ca. 4000
Windungen, einen Drahtwiderstand von >1kOhm, nicht zu reden von der
parasitären Kapazität und dem Proximity-Effekt.
In der Regel wählt man ein XL = Xc zwischen 200 Ohm und 5k, einen Wert,
den man auch als Widerstand in jeder typischen Transistorschaltung
einsetzen würde. Dies entspricht einer Induktivität von 0,5mH bis 10mH
und einer Kapazität zwischen 8,5nF und 420pF. Eine Güte weit über 100
wird man wohl mit einer Ferritantenne nicht erreichen, typische Werte
liegen bei ~70.
Alternativ könnte eine Induktivität aus Schalenkernen verwendet werden.
Damit sind auch Güten über 300 erreichbar. Selbst dann beträgt die
Bandbreite noch 250 Hz bei -3dB.
> mit einer 100nF Kapazität (+ kleiner regelbarer> Kondensator) und einer Induktivität von etwa 0,4 mH
Du meinst 10nF und 0,4mH. Das würde so noch knapp im Rahmen liegen. Der
kleine, regelbare Kondensator bewirkt bei 10nF nicht viel. Abgestimmt
wird durch Verschieben der Spule auf dem Ferritstab. Bei der Kombination
4mH und 1nF ginge es auch mit einem kleinen Drehko.
@U. B.:
>> Ich glaube gelesen zu haben (und das ist die 2. Frage), dass es günstig>> sei L und Z etwa gleich zu dimensionieren.>> Wohl kaum.
Richtig! Den Verständnisfehler hat mir Harald grad schon vor Augen
geführt... Das hab ich nun verstanden.
Danke trotzdem für's raussuchen.
> Kleine Betrachtung:> [...]> (Nur) theoretisch kann man L und C natürlich völlig unterschiedlich für> eine gewünschte f0 dimensionieren, [...]>> Das Ergebnis aus realen Bauteilen muss aber in die gewünschte Schaltung> passen !
Da geht's dann z.B. um die Eingangsimpedanz der Verstärkerschaltung,
richtig? Und: Je "größer" die Spule desto mehr Energie nimmt die schon
mal von umliegenden Magnetfeld auf... Gibt's da noch mehr Zusammenhänge,
die man kennen sollte?
> Ein Kriterium dafür ist u.a. der Wechselstromwiderstand Z bei f0, d.h.>> Z = 2*Pi*f0*L = 1/(2*Pi*f0*C)
Ahja... also wie ich ja oben heraus bekommen habe, steckt diese
Gleichheit (XL = XC) ja schon in der Schwingkreis-Gleichung für die
Resonanzfrequenz drin. Allerdings scheint Z = XC = XL nach dieser Formel
mit größerer Induktivität und kleinerer Kapazität größer zu werden.
Zur Erklärung: Bis eben war XC und XL für mich gedanklich nämlich noch
getrennt für die Betrachtung des Gesamtwiderstands... Aber ja, die sind
ja gleich im Schwingkreis.. langsam wirds. ...DANKE U.B.!
Jetzt ist mir auch klar, warum die Kapazität (mal von anderen Faktoren
abgesehen) möglichst groß gewählt werden sollte...
Hm, aber das widerspricht nun meiner Annahme, eine "große" Spule sei
gut, weil sie mehr Energie aus dem Umfeld aufnimmt...
Außerdem: Das mit den Impedanzen ist noch relativ neu für mich, das hab
ich vor 1-2 Monaten erst realisiert, dass das existiert... Daher
erwächst mir die Frage: Ist die Ausgangsimpedanz des Schwingkreises
gleich dem Scheinwiderstand (also Z = XL = XC)? Könnte es so einfach
sein... oder doch wieder etwas komplizierter?
> Insgesamt ist das nicht trivial; dem nicht ganz so Erfahrenen empfiehlt> sich durchaus die Copy & paste-Methode ( frei nach G. ):
Ja, also nen Langwellen-Empfänger hab ich schon erfolgreich nach gebaut
(fertiger Bausatz mit Schritt-für-Schritt-Anleitung).
Aber ich würde schon gern lernen, wie man die Schaltung selbst entwerfen
kann... Meine Devise: wenn man das nicht kann, hat man irgendwas nicht
verstanden! Und es zu verstehen ist ja das Ziel...
> Besser gut abgeguckt als das Rad selbst neu und völlig falsch> erfunden ...
Hm, wobei man beim Falschmachen viel lernen kann... man muss nur am Ende
herausfinden, was der Fehler war.
Stefan K. schrieb:>> "Kleines L und grosses C bringt die Spannung in die Höh." :-)>> Ich nehme mal an, es geht um "Spannung", nicht um "Pannen"... Wie hab> ich denn die Eselsbrücke (bzw. das Sprichwort) genauer zu verstehen? Je> Je kleiner das L desto höher die Spannung und je größer die Kapazität> desto höher die Spannung?
Da man "Cs" idealer als "Ls" herstellen kann, sollte die Induktivität
nicht größer als nötig sein. Aber man sollte das auch nicht übertreiben.
>> Man sollte aber schon darauf achten, das der XL/XC-Wert zu den>> Werten der übrigen Schaltung, also z.B. der Eingangsimpedanz Deines>> Verstärkers passt.>> Bzgl. der Eingangsimpedanz muss ich mal erst einmal noch genau belesen.> Aber es geht darum, wie stark der Verstärker die Quelle (hier den> Schwingkreis) belastet. Richtig?
Ja.
> Ich hatte angedacht eine Darlington-Schaltung (2x BC337-16;> Emitterschaltung) zu verwenden.
Da nimmt man eher einen FET.
> Allerdings bei NP0 nur 30ppm/°K; also ~0,003% pro Kelvin.>> Ich nehme also an, für einen Schwingkreis eigentlich nur> "NP0"-Kondensatoren sinnvoll sind!?
Ja.
>> Typisch nimmt man für DCF77 einen bewickelten Ferritstab.> Ja, die hab ich schon öfter gesehen... in ein paar Funkuhren. Damit> spart man sich wohl auch die "Antenne", weil die große Ferritspule die> elektromagnetischen Wellen im Umfeld in ausreichender Menge (wenn auch> stark Richtungsabhängig) aufnimmt und damit gleich in den Schwingkreis> einspeist.>> Es müsste aber auch mit ner langen Drahtantenne.
Sicherlich. Wenn die einige km lang ist. Rechne mal die Wellenlänge aus.
und einer sauberen
> also blieben Luftspulen,
Das kannst Du bei kleinen Frequenzen vergessen.
Gruss
Harald
@Wolfgang:
> Die Güte ist das Kriterium für das Verhältnis von L und C.
Einen Wert für die "Güte" habe ich bisher nur bei den technischen Daten
der Spulen gesehen. Zum Beispiel bei
http://www.reichelt.de/////index.html?ARTICLE=1124 ist "Q min: 70 bei
f(Q) 0,079 MHz" angegeben.
Daher dachte ich, es handle sich dabei um eine Eigenschaft des
Baueelements... sowas wie welche frequenzabhängige "Verzerrungen" des
Signals zu erwarten sind.
> Für DCF77 ist eine hohe Güte erforderlich.
Kann man das "hohe Güte" evtl. auch irgendwie in Zahlen angeben?
Hinweis: Ich möchte vorerst nur den simplen Signalanteil verarbeiten,
d.h. die amplitudenmodulierten Bits... also "kurze" (0) oder "lange" (1)
Anhebung der Signalstärke. Also das was man theoretisch auch hört (und
mit viel Geschick wahrscheinlich auch per Hand entschlüssel könnte).
Die aufmodulierten Zusatz-Informationen auf dem Träger sind mir erst
einmal egal...
für die Güte gilt:
Q = Rp*sqrt(C/L) Rp=Parallelwiderstand (oder Dämpfungswiderstand)
des Parallelschwingkreises
Ersetzt man C durch 1/(4*pi^2 * F^2 * L) so kann man die Güte auch durch
L und f angeben.
Wähle einen Kondensator von 500pF - 1000pf und eine Spule auf einem
Ferritstab, so ist dieser gleichzeitig eine Antenne und Schwingkreis.
Großes L besitzt viele Windungen und eine gute Signalausbeute an der
Antenne. Die Güte ist klein=> schlechte Unterdrückung von
Nachbarfrequenzen.
Großes C (z.B. 10nF - 100nF) ergibt eine hohe Güte aber eine geringere
Windungszahl auf der Antenne und somit deutlich schwächere Signale.
Die Induktivität von reichelt ist nicht als Schwingkreisspule geeignet.
Sie hat zu große Verluste.
W.
B e r n d W. schrieb:>> Die Güte ist das Kriterium für das Verhältnis von L und C.>> Leider stimmt das für reale Bauteile nicht ganz, denn sonst würde man> einen Schwingkreis bestehend aus 1H und 4pF nehmen. Eine Induktivität> mit einem Henry auf eine Ferritantenne gewickelt hätte ca. 4000> Windungen, einen Drahtwiderstand von >1kOhm, nicht zu reden von der> parasitären Kapazität und dem Proximity-Effekt.
Ah, wieder ein Zusammenhang klarer... der Gesamtwiderstand ist ja der
Drahtwiderstand + der Scheinwiderstand!!! Und der muss dann minimiert
werden, korrekt? Also z.B. einen guten Spulenkern nehmen, damit möglich
wenige Windungen nötig sind ... und dann ggf. noch einen größeren
Leitungsdurchmesser des Spulendrahts.
> In der Regel wählt man ein XL = Xc zwischen 200 Ohm und 5k, einen Wert,> den man auch als Widerstand in jeder typischen Transistorschaltung> einsetzen würde.
Super, so eine "Hausnummer" hab ich gesucht. Also 200 Ohm - 5 kOhm ...
Frage: nur für den Blindwiderstand oder für Leitungs+Blindwiderstand
zusammen? Letzteres macht für mich mehr Sinn...
> Dies entspricht einer Induktivität von 0,5mH bis 10mH> und einer Kapazität zwischen 8,5nF und 420pF. Eine Güte weit über 100> wird man wohl mit einer Ferritantenne nicht erreichen, typische Werte> liegen bei ~70.> Alternativ könnte eine Induktivität aus Schalenkernen verwendet werden.> Damit sind auch Güten über 300 erreichbar. Selbst dann beträgt die> Bandbreite noch 250 Hz bei -3dB.
Aha, ich hab das mal etwas gegooglet und
http://de.wikipedia.org/wiki/Schwingkreis#Kreisg.C3.BCte gefunden...
Also gilt wohl Q = f_0 / B oder andersherum: B = f_0 / Q. Wobei Q der
Wert für die Güte und B die Bandbreite ist bei der die Signalstärke am
"Randbereich" auf höchstens ~0,707 gedämpft wird.
Eine hohe Güte bedeutet also eine niedrige Bandbreite... und damit
höhere Trennschärfe???
Bei dem Artikel wird zwischen Serien- und Parallelschwingkreis
unterschieden. Ich nehme mal an, ich habe bei meinem Fall einen
Parallelschwingkreis.... also Kondensator und Spule parallel geschalten
und dann greife ich mir irgendwo die Spannung (z.B. die über der Spule
oder einem Teil davon) ab für die Verstärkung.
Damit gilt hier wohl (mit R_L = Leitungswiderstand der Spule):
und:
also im Resonanzfall (R_p = R_pr):
Wikipedia
>>> mit einer 100nF Kapazität (+ kleiner regelbarer>> Kondensator) und einer Induktivität von etwa 0,4 mH>> Du meinst 10nF und 0,4mH. Das würde so noch knapp im Rahmen liegen. Der> kleine, regelbare Kondensator bewirkt bei 10nF nicht viel. Abgestimmt> wird durch Verschieben der Spule auf dem Ferritstab. Bei der Kombination> 4mH und 1nF ginge es auch mit einem kleinen Drehko.
Sollte ich mich tatsächlich verrechnet haben? Muss ich dann gleich mal
in Ruhe prüfen...
Hm, ja... also ich wollte eigentlich mit einer Festinduktivität + Drehko
arbeiten. Aber ich hab grad mal die Werte geprüft, der Drehco hat nur
280pF. Das bewirkt parallel zu einem 100nF-Kondensator wirklich nichts
bemerkbares...
Hieße also: Entweder den Kondensator kleiner dimensionieren... bei 10nF
wären das nur +/- 2.8% für (L*C) was aber nur mit Potenz 0,5 (Wurzel)
bei der Festlegung der Resonanz-Frequenz eingeht. Dafür müsste also der
Kondensator schon mal eine hohe Fertigungsgenauigkeit haben, denn die
müsste ja auch mit ausgeglichen werden.. Ja, das ist ganz klar zu wenig.
Bei C = 1nF wären das entsprechend +/- 28%. Das könnte schon gehen, wenn
man einen guten Kondensator erwischt hat...
Allerdings bekomme ich 4mH mit den Festinduktivitäten aus dem
"Radiobausatz" (1x 220µH und 2x 47µH => 314 µH) nicht zusammen.
Ich hatte dann noch 2 großere Festinduktiven gekauft. Also die
"Drosseln" von denen ich gesprochen habe... Gehäuse ist viereckig,
hellblau mit Beschriftung "10k | B 9 | Neosid" und "2,2k | S 2 |
Neosid"; Sieht etwa so aus:
http://www.riedl-electronic.at/onlineshop/catalog/images/neodin.jpg
Ich nehme an, es handelt sich um "Entstördrosseln"; Wenn ich das richtig
verstehe, ist die erste Angabe die Induktivität in µH also die eine hat
dann wohl 10mH die andere 2,2mH.
Angenommen es wäre wirklich egal, dass es sich hier um eine
"Entstördrossel" handelt... müsste man also mit der 10mH-Drossel und
400pF als Kapazität arbeiten können. Wenn man den Drehko mit als "140µF
+/- 140µF" betrachtet, bräuchte man parallel zum Drehko noch eine
Kapazität von etwa 260 pF. Richtig?
Frage: Hat man mit der Entstördrossel (Leitungswiderstand ist 100 Ohm)
Chancen? Oder sind Entstördrosseln "anders" gewickelt ... der Name
suggeriert mir hier irgendwie halt, dass die eher dafür da ist Energie
zu "schlucken"....
@Harald:
> Da man "Cs" idealer als "Ls" herstellen kann, sollte die Induktivität> nicht größer als nötig sein. Aber man sollte das auch nicht übertreiben.
Alles klar...
>> Ich hatte angedacht eine Darlington-Schaltung (2x BC337-16;>> Emitterschaltung) zu verwenden.>> Da nimmt man eher einen FET.
Ohne jetzt frech zu sein: Wieso?
Ich will ja auch was lernen... und wer nicht fragt bleibt dumm oder so
;-)
Ich nehme spontan an, weil man sich dann weniger um Vorwiderstände und
sowas kümmern muss... ich wollt halt mal bei Transistorschaltungen
bleiben, weil ich grad meine Aversion gegen Transistoren bekämpfe G
Hintergrund: Ich habs bis vor 1-2 Wochen nicht hinbekommen, selbst eine
Bipolar-Transistorschaltung zu entwerfen... und das ist mir nun endlich
geglückt. Daher wollt ich da mein Wissen etwas vertiefen...
Ansonsten hätt ich hier grad noch nen HCF4007UBE (3x N- und PMOS drin)
rum liegen...
Ansonsten hätte ich noch eine Reihe von OPAMPs (TL072CN) rumliegen, die
von der Grenzfrequenz passen könnten.
> Sicherlich. Wenn die einige km lang ist. Rechne mal die Wellenlänge aus.> und einer sauberen>>> also blieben Luftspulen,>> Das kannst Du bei kleinen Frequenzen vergessen.
Ja, also ne Luftspule mit entsprechend hoher Induktivität bekomm ich mit
dem bissl Spulendraht wahrscheinlich nicht zusammen... die Variante, den
Kondensator entsprechend riesig zu gestalten fällt auch so ziemlich aus.
Wobei ich für diesen Zweck diesen einen Folienkondensator selbst
gebastelt hatte... ich meine den mit meinem selbstgebastelten
Kapazitätsmesser (mit µC per Messung der Lade/Entladezeit über bekannten
Widerstand) etwa 150nF zusammen bekommen zu haben. Wenn man also viel
Aluminiumfolie und Klarsichtfolie (sagen wir 1-10kg) verballert, müssen
wir es mit einer kleinen Luftspule vielleicht doch hinbekommen GGGG.
Oder wir nehmen nehmen ein paar hundert oder tausend von diesen kleinen
blauen Entstörkondensatoren (100 nF).
Allerdings brauche ich dann noch eine gute Antwort auf "Sag, was hast du
da in diesem Schrank drin verbaut?"... denn "Ach, das ist nur der
Schwingkreis meines selbstgebauten DCF-Empfängers" wäre etwas peinlich
GGG.
@Wolfgang:
> Q = Rp*sqrt(C/L) Rp=Parallelwiderstand (oder Dämpfungswiderstand)> des Parallelschwingkreises> Ersetzt man C durch 1/(4*pi^2 * F^2 * L) so kann man die Güte auch durch> L und f angeben.
Hm, das muss ich mir nochmal in Ruhe anschauen, was dann heraus kommt.
Aber auf jeden Fall ist Q dann von L und f_0 abhängig, soweit kann ich
mal folgen.
> Großes L / Großes C
Super Erklärung/Zusammenfassung. Danke!
> Die Induktivität von reichelt ist nicht als Schwingkreisspule geeignet.> Sie hat zu große Verluste.
An welchem Kriterium seh' ich das denn? Spontan würde ich schätzen
"Widerstand 75,0 Ohm".
Allerdings: Nachdem Bernd meinte XL=XC von 200 Ohm und 5k wären üblich,
dachte ich die 75 Ohm fielen bei dieser Größenordnung nicht zu stark ins
Gewicht (für die Gesamtverlustleistung).
> Wähle einen Kondensator von 500pF - 1000pf und eine Spule auf einem> Ferritstab, so ist dieser gleichzeitig eine Antenne und Schwingkreis.
Komm ich denn um den Ferritstab echt nicht drum herum?
Was ist mit der "Entstördrossel"?
@Wolfgang Schmidt
> Ersetzt man C durch 1/(4*pi^2 * F^2 * L)> so kann man die Güte auch durch L und f angeben.
Du unterschlägst aber Rp. Dieser enthält die Gesamtverluste des
Schwingkreises. Wenn sich L ändert, ändert sich leider automatisch auch
Rp.
Man kann die Ferritantenne als Kern eines Übertragers betrachten, bei
dem die Primärwicklung weit entfernt steht (in Mainflingen). Der
Ferritstab zieht Magnetfelder an und leitet sie durch die
Sekundärwicklung. Der Schwingkreis kommt bei 77,5kHz in Resonanz und
verhält sich wie eine Spannungsquelle mit dem Innenwiderstand Rp. Der Rp
kann mehrere 100k betragen. Am Ferritkern kommt bei unveränderter
Position immer die gleiche Energiemenge an. Bei einer höheren
Windungszahl oder einer höheren Güte erhöht sich zwar die Spannung,
bricht jedoch bei Belastung stärker ein. Deshalb wird, wie schon
erwähnt, in der Regel ein JFet verwender oder über eine Anzapfung
ausgekoppelt.
> Die Induktivität von reichelt ist nicht als Schwingkreisspule geeignet
Die Güte von 70 entspricht aber ungefähr der bei meiner Ferritantenne.
Ich hatte sogar mit einer axialen Fastron-Drossel DCF77 empfangen. Durch
den kleinen Kern werden allerdings weniger Feldlinien "eingefangen".
Diese Kerne sehen aus wie eine kleine Hantel. Im Umkreis von 50-100 km
könnte das reichen.
> Eine hohe Güte bedeutet also eine niedrige Bandbreite...> und damit höhere Trennschärfe???
Ja
> 10mH die andere 2,2mH.
Da würde ich eher 2,2mH und 1,9nF verwenden. Wie koppelst Du die Antenne
an? Einfach dranklemmen verstimmt den Schwingkreis. Du könntest mit der
Festkapazität aus 2 einzelnen Kondensatoren einen Spannungsteiler bilden
und dort die Antenne anschließen.
> Also z.B. einen guten Spulenkern nehmen, damit möglich> wenige Windungen nötig sind ...
Diese Kerne mit einem hohen AL-Wert haben aber auch höhere
Eisenverluste.
> ggf. noch einen größeren Leitungsdurchmesser des Spulendrahts.
Dem sind physikalische Grenzen gesetzt, außerdem gibt es noch den
Skineffekt. Deshalb wird für eine hohe Güte oft auch Litze verwendet.
Zumindest jedoch umsponnener Draht, damit sich die einzelnen Windungen
nicht direkt berühren.
> XL=XC von 200 Ohm und 5k wären üblich, dachte ich die 75 Ohm> fielen bei dieser Größenordnung nicht zu stark ins Gewicht
Die fallen bei 200 Ohm stärker ins Gewicht als bei 5k. Die 2,2mH haben
bei 77,5kHz ein XL von 1,075k. Trotzdem ist die Dämpfung vermutlich zu
groß.
Dann probiers doch mal mit der 220µH Spule und 19nF.
> Die Güte von 70 entspricht aber ungefähr der bei meiner Ferritantenne.> Ich hatte sogar mit einer axialen Fastron-Drossel DCF77 empfangen.> [...]> Im Umkreis von 50-100 km> könnte das reichen.
Also ich bin 200-250km weg (Luftlinie). Das dürfte dann wohl nicht mehr
so einfach gehen ;-)
> Durch> den kleinen Kern werden allerdings weniger Feldlinien "eingefangen".> Diese Kerne sehen aus wie eine kleine Hantel.
Deswegen wollte ich die Variante wählen, bei der man eine lange
Drahtantennenschleife mit der Spule in Reihe schaltet, um die
elektromagnetischen Wellen in Stromfluss umzuwandeln. Der restliche
Schwingkreis fungiert dann als "Frequenzfilter".
@Bernd:
> Da würde ich eher 2,2mH und 1,9nF verwenden. Wie koppelst Du die Antenne> an? Einfach dranklemmen verstimmt den Schwingkreis. Du könntest mit der> Festkapazität aus 2 einzelnen Kondensatoren einen Spannungsteiler bilden> und dort die Antenne anschließen.
Bei 2,2mH wird das mit den 280µF-Drehko etwas knapp. Deswegen wollt ich
die 10mH nehmen... Kann aber gern beides mal austesten.
Die Antenne soll, wie grad geantwortet, eine Drahtschleife in Serie zur
Induktivität sein. Dann wird die Induktivität etwas größer, aber das
schadet ja nicht weiter, solange der Wert stabil ist... abgestimmt wird
ja dann sowieso manuell am Drehko...
Ähm, und Spannungsteiler mit 2 Kondensatoren??
Ich nehm mal an, das ist ein Spannungsteiler im Sinne der
"Wechselstromtechnik" ... D.h. Kondensator wirkt als frequenzabhängiger
Widerstand. Also Du meinst parallel zum Schwingkreis zwei in Serie
geschaltene Kondensatoren und dazwischen dann eine Antenne dran?
Hm... Sorry, also da komm ich jetzt grad nicht mehr mit... Warum willst
Du da die Spannung "teilen"?
>> Also z.B. einen guten Spulenkern nehmen, damit möglich>> wenige Windungen nötig sind ...> Diese Kerne mit einem hohen AL-Wert haben aber auch höhere> Eisenverluste.
Was sind jetzt wieder "Eisenverluste"? Also, ich hab soweit gelernt,
dass man kein "Eisenstangen" nimmt sondern nur Kerne aus "Eisenpulver"
weil massives Eisen wohl irgendwelche negativen Effekte hat. Aber mehr
ist da nicht hängen geblieben. Ich kann nur vermuten, dass es dabei um
Magnetisierung des Kerns geht... Sprich: der Eisenkern (bzw. die
Eisenpartikel) zu ner Art Dauermagnet werden würde... In wie fern liege
ich hier richtig/falsch?
> Dem sind physikalische Grenzen gesetzt, außerdem gibt es noch den> Skineffekt. Deshalb wird für eine hohe Güte oft auch Litze verwendet.> Zumindest jedoch umsponnener Draht, damit sich die einzelnen Windungen> nicht direkt berühren.
Ok, Skineffekt hab ich mal gegooglet... denke das hab ich mal grob
verstanden. Wird reichen, wenn man so grob kappiert hat, dass der
Skineffekt durch Wirbelströme eine Art "Widerstand" zum induzierten
Strom bildet und damit zu weniger Leistungsaufnahme führt. Oder?
Hallo Stefan
Ich hab das mit der Reihenschaltung ausprobiert. Dabei liegen 2 Drosseln
mit 33mH, 140 Ohm parallel, was 16.5mH ergibt mit 70 Ohm Widerstand. In
Reihe dazu meine Loopantenne (Quadrat mit 1,6m Länge). Parallel dazu
einen Drehko mit 15-500 pF. Ungefähr in Mittelstellung kommt der DCF77
mit 5mVss an. Jedoch sind ziemlich viel Störungen mit drauf. Sehr
selektiv ist das nicht.
> keine "Eisenstangen" nimmt sondern nur Kerne aus "Eisenpulver"> weil massives Eisen wohl irgendwelche negativen Effekte hat.
Es handelt sich um verklebtes Eisenpulver. Je mehr Eisenpulver sich im
Kern befindet, desto höher der AL-Wert und desto weniger Windungen sind
nötig. Aber proportional zur Pulvermenge und proportional zur Frequenz
steigen die Ummagnetisierungsverluste.
Skineffekt
Je höher die Frequenz, desto weniger tief fließt der Strom im Draht. Da
deshalb weniger Querschnitt für den Strom zur Verfügung steht, erhöht
sich für HF der Widerstand.
Proximity-Effekt
Jeder Draht verursacht bei seiner Nachbarwindung Wirbelströme. Dies
macht sich als schlechtere Güte bemerkbar. Die Verluste verringern sich,
wenn sich die Drähte nicht berühren.
@Bernd:
> Dann probiers doch mal mit der 220µH Spule und 19nF.
Ich hab mal einen Schwingkreis-Rechner (
http://home.arcor.de/wetec/rechner/cskreis.htm ) bemüht:
* R = 0.8 Ohm
* C = 19 nF
* L = 220 µH
FRAGE: Ich hab bei Widerstand R (bei der Seite oben) den von mir
gemessenen Widerstand der Spule eingetragen, ist das richtig so?
Die berechnete Ressonanzfrequenz wäre dann 77,845 kHz und die Kreisgüte
aber nur 0,007 (Absolute Bandbreite: >10 MHz). Denke mal das würde von
der Theorie her mal schon nix werden...
Also die 220 µH Spule ist die auf dem Radio-Bastel-Bausatz... und die
hat (gemessen) einen Widerstand von 0.8 Ohm. Also nicht verwechseln mit
den 100 Ohm der 10-mH-Spule...
Für die 2,2mH-Spule (mit R_L = 10.1 Ohm) kommt man dann (R = 10.1 Ohm,
C = 2 nF, L = 2.2 mH) auf eine Güte von 0,01 (bzw. B = 7,88 MHz).
Für die 10mH-Spule (mit R_L = 55.3 Ohm) kommt man auf (R = 55.3 Ohm, C =
420 pF, L = 10 mH) und eine Kreisgüte von 0,011 (bzw. B = 6,852 MHz).
Also das ist alles nicht so dolle...
Jetzt scheint aber die Güte zu steigen, wenn man R erhöht. Also z.B. R =
200kOhm => Güte: ~41; Bandbreite B = 2 kHz für die letzte Spule.
Ich mein nen Widerstand von 200kOhm da rein zu klemmen, ist ja kein
Ding. Aber so einfach kann das ja nicht sein. Irgendwo is da ein Haken!
Ich nehme mal an, dann wird das Signal insgesamt stärker gedämpft und
der Schwingkreis fängt nicht richtig an zu Schwingen... oder er schwingt
so "schwach", sodass ich das Signal kaum detektieren kann?
Der Ohmsche Widerstand des Drahtes ist der Reihen-Widerstand, Du hast
ihn beim Parallelwiderstand eingegeben. Es gibt allerdings eine Formel
zum Umrechnen.
@Bernd:
> Ich hab das mit der Reihenschaltung ausprobiert. Dabei liegen 2 Drosseln> mit 33mH, 140 Ohm parallel, was 16.5mH ergibt mit 70 Ohm Widerstand. In> Reihe dazu meine Loopantenne (Quadrat mit 1,6m Länge). Parallel dazu> einen Drehko mit 15-500 pF. Ungefähr in Mittelstellung kommt der DCF77> mit 5mVss an. Jedoch sind ziemlich viel Störungen mit drauf. Sehr> selektiv ist das nicht.
Also... ich hab jetzt auch mal praktisch probiert. Und zwar mit den
Spulen 10mH und 2.2mH in Serie (zusammen 12.2mH); dann weiterhin in
Serie eine Antennenschleife (0,9 Meter würd ich schätzen) und dann
Parallel dazu der Drehko (~280 µF) und ebenso parallel einen 220pF
Scheibenkondensator. Damit müsste man C = 220-500pF steuern können; L =
12.2 mH; für 77.5kHz müsste C = 345pF sein...
Deswegen habe ich mal den Verstärkerteil des Radio-Bausatzes benutzt.
Dieser benutzt einen IC (TA7642) für die "HF"-Verstärkung (parallel dazu
ein 100nF-Kerko als NF-Tiefpass) und hinten dran kommt ein Transistor
(BC547B) in Emitterschaltung, der über einen 47µF-Elko angekopptelt ist.
Die Schaltung habe ich über einen 100nF-Kerko an den Schwingkreis
gekoppelt und zwar innerhalb der "Spule", also zwischen der 10mH und der
2.2mH-Spule.
Leider habe ich außer "Pfeifgeräuschen" nichts gehört.. also nichts, was
sich nach DCF77 angehört hätte. Das müsste ja rythmisch aller Sekunde
einen Puls geben... Ein wenig wie Morsecode halt nur halt ordentlich
flott...
Habs auch leider nach einigem herumprobieren nicht hinbekommen, den
DCF77 zu empfangen. Normalen Radio-Empfang (Hörfunk) hab ich hingegen
hinbekommen... einfaches austauschen der Schwingkreiskomponenten
funktionierte jedenfalls mal nicht.
Vielleicht opfere ich ja doch den einen Funkwecker, der nicht mehr so
ganz fit ist und baue die Ferritspule aus... zumindest um mal eine
Referenz zu haben, wie's ist, wenn's funktioniert. Die Frage ist nur, ob
man im Wecker auch die Kapazität findet... sonst ist Rätselraten
angesagt, was die Induktivität der Spule angeht und wie groß
entsprechend die Kapazität des Schwingkreises dimensioniert werden muss.
So... Ich muss morgen wieder auf Arbeit... also ist für heute definitiv
mal Schluss.
Stefan
B e r n d W. schrieb:> Variante 1 und 2 scheinen eine ähnliche Güte zu haben. An dem Punkt> erscheint mir der Zweite am interessantesten.
Ah, auf die Idee den Schwingkreis so im LTSpice zu simulieren bin ich
auch nicht gekommen. Damit werd' ich auch mal rumspielen.
>> Der Ohmsche Widerstand des Drahtes ist der Reihen-Widerstand, Du hast>> ihn beim Parallelwiderstand eingegeben. Es gibt allerdings eine Formel>> zum Umrechnen.
Hm, ok, dann muss ich mir diese Formel mal raussuchen...
Wie gesagt: morgen...
Ich danke mal soweit...
Stefan
Stefan K. schrieb:> Leider habe ich außer "Pfeifgeräuschen" nichts gehört.. also nichts, was>> sich nach DCF77 angehört hätte.
Wenn Du erfolgreich eine Langwellen-Empfänger (nach)gebaut hast, würde
ich den als erste Basis zum Testen auch nutzen. Aber das theoretische
Berechnen des Schwingkreises und ein reines "Hören" von DCF77 wird Dich
nicht zum Ziel bringen. DCF77 kann man besser auf einem Oszilloskop
"sehen". Ich vermute Du hast selbst (noch) kein Oszi, vielleicht hast Du
die Möglichkeit Dir eines zu leihen, oder ein gebrauchtes, analoges, in
der Bucht zu erwerben. Du vermeidest so den Frust, dass es nicht
funktioniert....
Und ein DCF77-Empfang ist wirklich ein schöner Einstieg in die
Materie... und auch kein Hexenwerk.
Gruß
Tom
@Tom:
> Wenn Du erfolgreich eine Langwellen-Empfänger (nach)gebaut hast, würde> ich den als erste Basis zum Testen auch nutzen.
Hmhm... ich bin mir da noch unsicher, ob die Schaltung so optimal dafür
ist. Ich vermute nämlich fast, dass da irgendwie (wenn vllt. auch
indirekt) eine Lautstärkenanpassung drin ist. Dazu weiß ich zu wenig
darüber was in dem Empfänger-IC abgeht...
Und wenn das so ist, werd ich vom DCF77-Signal nicht mehr viel sehen,
weil das ja die Amplitude ändert und die Lautstärkeanpassung
wahrscheinlich viel zu schnell reagiert... und damit filtert die mir
genau die Information heraus, die ich brauche.
> Aber das theoretische> Berechnen des Schwingkreises und ein reines "Hören" von DCF77 wird Dich> nicht zum Ziel bringen. DCF77 kann man besser auf einem Oszilloskop> "sehen".
Zumindest ist es definitiv schwieriger. Wobei ich das Gefühl hatte das
Signal schon mal rein bekommen zu haben bei früheren Versuchen.
Allerdings so nur als rhythmisches Klicken irgendwo im Rauschen...
könnte also auch irgend nen Fehler/Überlast in der
(Verstärker-)Schaltung gewesen sein oder einfach ein Spannungseinbruch
aufgrund fehlender Leistung (weil Betrieb über nur eine 1,5V-AA-Zelle).
> Ich vermute Du hast selbst (noch) kein Oszi, vielleicht hast Du> die Möglichkeit Dir eines zu leihen, oder ein gebrauchtes, analoges, in> der Bucht zu erwerben. Du vermeidest so den Frust, dass es nicht> funktioniert....
Ich hätte wie gesagt ein "Soundkarten-Oszilloskop". Das dürfte für DCF77
noch gehen, weil 77500 Hz bekommt man mit 192kHz Samplingrate noch hin.
Also Signale bis 96kHz müssten gehen...
Die Frage ist, ob die Empfindlichkeit ausreichend ist und die
Eingangsimpedanz der Soundkarte "passt"... ansonsten brauch ich wohl
einen Impedanzwandler.
Wo bzw. Wie müsste ich denn "messen"? Direkt Oszi parallel zum
Schwingkreis? (Dann wird mir vermutlich gleich die induzierte Spannung
einbrechen, weil das einfach zu wenig Leistung ist)
Theoretisch könnte ich probieren den Schwingkreis mit einem
Frequenz-Sweep + FFT-Analyse auszumessen, aber dann müsste ich den
Schwingkreis in ein geerdetes Metallgehäuse stecken... sonst freuen sich
die Nachbarn ;-) Und so nen Metallgehäuse hab ich leider auch grad nicht
da. Sollte man aber vllt. mal drüber nachdenken eines zu organisieren,
wenn man mit Funktechnik rumspielt. Evtl. irgend nen altes
Computer-Netzteil ... Technik raus, Erde außen fest dran und dann
Testobjekte rein. Hab mal umgerechnet... Die Wellenlänge ist bei 96kHz
noch >3000m, d.h. die Wellen sollten trotz kleiner Löcher brav
reflektiert werden.
Jedenfalls... so könnte ich dann sicher sein, dass die Frequenz richtig
eingestellt ist und sehen/messen wie gut die Trennschärfe ist.
PS: Was für ein Oszilloskop (bzw. welche technischen Daten) sollte ich
mir denn am besten zulegen? Wahrscheinlich ist auch nen
Funktionsgenerator nicht verkehrt. Allerdings überleg ich mir aktuell
noch, den selbst zu basteln (Mikrocontroller + guter DAC).
Kurzfristig könnt ich mir natürlich schon ein Oszi leihen, aber dann
müsst ich schon genauer wissen, was ich wie messen will... also nicht 2
Wochen ziellos rumprobieren.
> Und ein DCF77-Empfang ist wirklich ein schöner Einstieg in die> Materie... und auch kein Hexenwerk.
Hmhm, hab nur langsam das Gefühl die höheren Frequenzen wären einfacher,
weil die Bauteile dann geringere "Werte" (Kapazität bzw. Induktivität)
haben müssen... sprich: Spule wickeln einfacher ist und weniger Material
benötigt... Kondensatoren in der jeweiligen Größenordnung als Kerko
einfacher zu beschaffen sind... und so weiter.
Haja, aber dafür kann man ggf. bei der Frequenz noch mit nem
Soundkarten-Oszilloskop arbeiten...
> weil 77500 Hz bekommt man mit 192kHz Samplingrate noch hin
Fast alle Sounkarten haben trotz der hohen Samplerate ein Tiefpassfilter
mit 20kHz oberer Grenzfrequenz. Das müßte man aber am Rauschspektrum
sehen.
> in ein geerdetes Metallgehäuse stecken... sonst freuen sich die Nachbarn
Keine Angst, bei der Frequenz strahlst Du praktisch nichts ab. Jede
Lautsprecherbox erzeugt ein kleines Magnetfeld und ist ein paar Meter
weiter nicht mehr zu empfangen. Die dazu notwendigen Antennen sind
riesig.
@Bernd:
> Fast alle Sounkarten haben trotz der hohen Samplerate ein Tiefpassfilter> mit 20kHz oberer Grenzfrequenz. Das müßte man aber am Rauschspektrum> sehen.
Also im Rauschspektrum hatte ich merkwürdige Peaks festgestellt: ~40kHz
(knapp 5kHz breit), ~66kHz (schmal, ~0.5kHz) und bei ~95kHz (schmal,
~0.5kHz). Die ersten beiden verschwanden jedoch nachdem ich den
Anschluss nicht mehr über "Krokodilklemmen" und Draht zur Platine
verbunden habe.
Es verbleibt (wie zu sehen) ein kleineres Peak bei 95kHz sowie ein
Anstieg des Signalrauschens unter 2 kHz und über 20kHz (um etwa 20 dB).
Das Ende vom "Messkabel" ist einfach nur "kurzgeschlossen".
Das "Messkabel" ist ein Audiokabel (3 Adrig, d.h. 2 Adern mit der Masse
umsponnen) mit konfektioniertem Stecker an einer Seite. An der anderen
Seite sind ist die Litze verdrillt und verzinnt.
@Bernd:
> Keine Angst, bei der Frequenz strahlst Du praktisch nichts ab. Jede> Lautsprecherbox erzeugt ein kleines Magnetfeld und ist ein paar Meter> weiter nicht mehr zu empfangen. Die dazu notwendigen Antennen sind> riesig.
Ok, dann entlad ich mal meinen "großen" Kondensator über den
Schwingkreis... Hehe! Und dann hör ich was im Radio kommt... lacht
Ähm, natürlich nicht... Zum anderen wirds gehen, solange man das nur
kurz macht und nicht im "Dauerbetrieb" sendet. Die Funkuhr des Nachbarn
wird's überleben, wenn mal 2-3 Minuten das Signal gestört ist...
Wenn mein Nachbar seine Mikrowelle benutzt, wenn ich per WLAN
(2,4GHz-Band) surfen will, ist das ja so ähnlich...
Also ich habe dann übrigens doch mal meinen einen Funkwecker
geschlachtet. Drinnen war ein Ferritkern + Kondensator (direkt an den
Enden am Kern angelötet) mit Anschlussdrähten. Die habe ich einfach mal
am Board abgelötet und kann sie ja vllt. später wieder dran löten.
Allerdings hatte ich bisher noch keinen Erfolg ein DCF-Signal zu
erkennen. Der Schwingkreis von der Uhr (die zumindest noch die Zeit
richtig empfangen hatte), sollte ja korrekt abgestimmt sein.
Ich habe die Radio-Schaltung (vielleicht sollte ich mal ein Schaltbild
posten, damit wir nicht immer wieder so pauschal drüber reden) genommen
und den alten Schwingkreis entfernt und dort die zwei Adern des
Uhren-Schwingkreises eingehängt (ein Ende an Masse, das andere über
einen Koppelkondensator [Kerko "104", also 100nF] an den Eingang des
Empfänger ICs... Zudem habe ich testweise auch sämtliche 100nF-Kerkos
entfernt, die zum herausfiltern von HF-Signalanteilen in der Schaltung
sein sollen.
Hm, ich glaub ich werd mal testweise die Schaltung in LTSpice aufbauen
und den Schwingkreis durch eine AC-Spannungsquelle mit Frequenz=77.5kHz,
Amplitude=6mV und DC=0V ersetzen. D.h. sofern ich ein Simulationsmodell
für den Empfänger-IC bekomme, ansonsten werd ich was anderes rein setzen
(z.B. nen OPAmp oder nen N/PFET-Päärchen). Am Ende muss dann halt das
77.5kHz-Signal sauber und verstärkt wieder raus kommen.... Sonst is die
Schaltung nicht geeignet.
Werd dann berichten, was geworden ist. Ich freue mich aber für Hinweise
vorab...
Stefan
> ein kleineres Peak bei 95kHz
Das konnte durch die Sample-Frequenz entstehen (192/2). Der Flache Hügel
rechts, verschiebt sich der ein wenig, wenn Du die Resonanzfrequenz
veränderst? Eventuell ist der Schwingkreis nur stark bedämpft.
@Bernd:
>> ein kleineres Peak bei 95kHz> Das konnte durch die Sample-Frequenz entstehen (192/2).
Hm, dazu hab ich nun wieder zu wenig praktische Erfahrung mit FFT.
Klingt für mich plausibel... das nehm ich mal so hin.
> Der Flache Hügel> rechts, verschiebt sich der ein wenig, wenn Du die Resonanzfrequenz> veränderst? Eventuell ist der Schwingkreis nur stark bedämpft.
Da hängt in dem Falle nur ein Widerstand / Draht, also kein Schwingkreis
dran... da gibts dann schon kräftigere Ausschläge.
@all:
Also ich habe jetzt heraus gefunden, wie ich das DCF77-Signal vernünftig
mit LTSpice modellieren kann. Und zwar habe ich die folgende
Empfängerschaltung gesehen:
http://www.andreadrian.de/sdr/index.html#mozTocId307495 ; Dort hat der
Autor ein paar mir vorher noch nicht bekannte Funktionalität eingesetzt:
Er hat eine "Behavioural Voltage" Spannungsquelle und zwei
"Signalquellen" (HF=Trägersignal und NF=aufmoduliertes Signal)
eingesetzt. Die Behavioural Voltage lasst sich über eine Formel in
Abhängigkeit von den Signalquellen einstellen und damit kann man die
Modulation als Funktion hinschreiben... die Simulation läuft damit recht
"lahm", aber man sieht zumindest ob das Ergebnis passt.
Im Anhang gibts ein Bild von meiner Modellierung des DCF77-Signals,
falls das mal jemand von Euch oder ein anderer "Lehrling" braucht.
Erklärung: Die Behavioural Voltage findet man unter "bv" direkt im
Hauptverzeichnis der Komponenten. Die Signalquellen als "signal" unter
"Misc". Wahrscheinlich kann man statt denen auch einfach eine normale
Spannungsquelle einfügen. Die Konfiguration der Parameter ist jedenfalls
identisch. Für die Behaviouralquelle trägt man die Formel als "Value" im
Parameter-Fenster ein.
Die Werte für die Kondensator und Spule mal bitte "übersehen", die
stimmen so wahrscheinlich nicht. Habe da nur schnell ein paar Werte
eingesetzt, damit die Simulation startet.
Da die Simulation relativ langsam ist, empfiehlt es sich wahrscheinlich
während der Entwicklung eher das NF-Signal auf "PULSE" mit 10ms an /
10ms aus (also 20ms Periodendauer) zu stellen und die Simulationsdauer
auf so 100ms Gesamtdauer zu reduzieren.
@Bernd:
> Ich hab Dir mal eine meiner Simulationen angehängt. Das Signal wird so> ähnlich erzeugt.
Oh, Danke!
Und ich hab schon wieder was gelernt...
Du hast nämlich den Parameter ".param C_var=120n" eingetragen und diesen
mit "{C_var}" für den Wert des Kondensators benutzt. Das kannte ich auch
noch nicht...
An alle:
Ich hab inzwischen mal einen Empfänger mit Demodulator in LTSpice
zusammengestückelt, der recht vielversprechend aussieht.
Als Vorlage hat folgender Radioempfänger gedient:
http://electroschematics.com/wp-content/uploads/2009/11/two-transistor-radio.gif
Ich hab den Schwingkreisabgriff "vereinfacht" und statt 9V nur 5V
Versorgungsspannung genommen und als Transistor BC337-25 (ich hab hier
allerdings nur BC337-16er allerdings kein Spice-Modell dafür, also wird
der Verstärkungsfaktor etwas niedriger ausfallen).
Hinten dran habe ich einen Demodulator gehängt:
1. Diode zur Gleichrichtung des Signals
2. RC-Lowpass-Filter mit f0 = 1kHz
In der angehängten Grafik sieht man, das originale NF-Signal (Blau), das
demodulierte Signal (direkt nach der Diode, Rot) und dann das
Lowpass-gefilterte Signal (Hellgrün).
Das simulierte Trägersignal hat 6mV, darauf liegt jetzt noch ein
Weisses-Rauschen mit 1mV Stärke.
Also von der Simulation her sieht das meiner Meinung nach recht gut aus.
Zum "Messen" wird mein Multimeter zu evtl träge sein, aber vllt. könnte
man schon direkt eine Diode an den Ausgang hängen... mit etwas Glück
passt das Spannungslevel und die LED wird immer mal kurz dunkel im
Sekundendentakt. Wegen optischer Trägheit wird sie dann möglicherweise
sogar in den "200ms"-Pausen etwas dunkler als in den "100ms"-Pausen, was
ein manuelles ablesen erlauben würde.
Bei dem Soundkarten-Oszilloskop bin ich hingegen unsicher, ob ich da den
DC-Anteil sehen kann (müsste sich aber austesten lassen mit ner
einfachen Spannungsquelle... irgendwas bis 1,1V sollte der Eingang ja
aushalten)
Wenn jemand nen Tipp hat, wie man das Signal einfach visualisieren
könnte... immer her damit.
> .param C_var=120n
Es gibt zwei .param, das zeite kann man aktivieren, indem zwischen
Comment und Spice Direktive gewechselt wird.
Beim ";ac dec 10000 50k 100k" den Strichpunkt zum Punkt ändern und dann
die Simulation starten. Mit ".step param C_var LIST 120n 180n 10u"
werden dann unterschiedliche Rückkoppeleinstellungen simuliert.
Um eine Art Feldstärke zu simulieren, hab ich eine Stromquelle verwendet
und reguliere das Ausgangssignal über den Koppelfaktor. "K1 L1 L2 3e-3"
bedeuten dann 3mVs Signal, was dem an meiner Ferritantenne ohne FET
entspricht. Die Entfernung zu Mainflingen beträgt hier 150km. Meine
Ferritantenne L=140mm, D=10mm. Damit kannst Du ungefähr Dein zu
erwartendes Signal abschätzen.
@Bernd:
> Beim ";ac dec 10000 50k 100k" den Strichpunkt zum Punkt ändern und dann> die Simulation starten. Mit ".step param C_var LIST 120n 180n 10u"> werden dann unterschiedliche Rückkoppeleinstellungen simuliert.
Ja, die .step direktive hab ich auch noch entdeckt. Wie kann ich dann
Simulationsergebnisse dann getrennt abrufen? Müsst deine Simulation
vllt. einfach wirklich mal ausführen und rumprobieren ;-) Hatte sie mir
nur neugierig angeschaut...
> Um eine Art Feldstärke zu simulieren, hab ich eine Stromquelle verwendet> und reguliere das Ausgangssignal über den Koppelfaktor. "K1 L1 L2 3e-3"> bedeuten dann 3mVs Signal, was dem an meiner Ferritantenne ohne FET> entspricht. Die Entfernung zu Mainflingen beträgt hier 150km. Meine> Ferritantenne L=140mm, D=10mm. Damit kannst Du ungefähr Dein zu> erwartendes Signal abschätzen.
Ja die Kopplung der Spulen hab ich damals schon mal entdeckt. Das ist
echt trickreich gelöst, da kommt man intuitiv nie drauf extra ne "Kx
...."-Direktive hin zu schreiben, um den Koppelfaktor zu definieren.
Glaub ich habe damals die Beispiel-Schaltungen mit Transformator bis ins
Detail auseinander genommen, um das rauszufinden.
Bezüglich meiner "Praxisübung": Ich habe die Schaltung real aufgebaut
und dabei noch ein paar Modifikationen vornehmen müssen. Leider hat's
mal wieder nicht so einfach funktioniert. Hab 9V als Versorgungsspannung
genommen + LED...
Fehlermöglichkeiten:
1. Vielleicht reicht die Spannung oder die gelieferte Stromstärke für
die LED einfach nicht. Wobei's eher die Spannung sein müsste.
2. Die meisten Kondensatoren aus so nem billig-Kerko-Sortiment
entnommen, was so bissl den Anschein wie "Elektronikschrott" macht. Da
weiß ich noch nicht, ob ich nicht den einen oder anderen Wert falsch
abgelesen habe. Vor allem sieht mir mein 470pF-Kondensator einfach mal
viel zu "fett" aus... aber es steht was von "471" drauf. Das sind halt
so Fehlerquellen, die man besser ausschließen können sollte. Kapazitäten
ausmessen geht mit meinem Multimeter leider nicht, da müsst ich mir
meine µC-Schaltung noch mal aufbauen.
Im Laufe meiner Tests am Rechner habe ich noch festgestellt, dass die
Schaltung (insbesondere der Demodulator) noch ein paar Fehler hatte:
1. Auf den Widerstand des RC-Filters kann man wohl verzichten (bzw. er
muss parallel zum Kondensator sein, siehe 2.)
2. Der Kondensator des Tiefpass-Filters läd sich ewig auf und entläd
sich dann im Prinzip nicht oder zu langsam. Das fällt erst auf, wenn man
die fallende Flanke mit simuliert, was im obigen Screenshot fehlt.
Entsprechend wurde ein 1Meg-Ohm-Widerstand parallel geschalten.
3. Der Kondensator des Tiefpass-Filters selbst wurde durch einen mit 1nF
ersetzt, dann überschwingt das Signal zwar etwas, aber die Flanken
(insbesondere die Fallende) sind schön steil. Bei 10nF (wie unabhängig
von Bernd vorgeschlagen) ist mir das Signal etwas zu rungelutscht. Es
überschwingt nicht mehr, aber die fallende Flanke ist halt ungünstig.
Ein Kompromiss wäre noch 4.7nF (überschwingt nicht, aber fallende Flanke
nicht optimal). Evtl. muss je nach Gegebenheiten in der echten Schaltung
hier auf 4.7nF gewechselt werden.
4. Den Koppelkondensator am Verstärker-Ausgang habe ich durch einen
47uF-Elko ersetzt. Mit dem 4.7uF-Elko der Originalschaltung tendiert der
HIGH-Signal-Pegel langsam zu sinken. 22uF oder etwas weniger scheinen
aber auch zu reichen. Von den 47uF habe ich einfach mehr da...
5. Die Widerstände an Q2 (Original: 39k Ohm und 6.8 kOhm) habe ich durch
Standard-Werte ersetzt, die ich eher zur Verfügung habe (47 kOhm und 10
kOhm); R2 und besonders R3 sollte man nicht anfassen und ziemlich exakt
bei 1Meg 2.2 kOhm lassen.
5. Der Elko C3 (Original: 4.7uF) wurde durch einen Kerko mit 100nF
ersetzt, da das Signal bei Amplitudenänderung (an den Flanken) sonst zum
"Schwingen" neigt (sehr hässliche Signalverfälschungen). Viel kleiner
als 100nF sollte man nicht gehen, dann funktioniert die Schaltung nicht
mehr.
Im Anhang gibts ein Bild von der Simulation. Das Eingangssignal ist
diesmal identisch bis auf das NF-Signal. Das wurde auf 0.2s
Periodenlänge abgeändert, damit man auch schon bei 500ms Simulationszeit
ein paar Pegelwechsel sieht. Außerdem ist die Schaltung als *.asc
angehängt.
So... ich wollte mal wieder vermelden, wie es weiter voran gegangen ist.
Die weiteren (Teil-)Erfolge sind eher "mager" gesäht gewesen...
Die obige Schaltung mit Bipolar-Transistoren als Verstärker habe ich
soweit hinbekommen, dass das Soundkarten-Oszilloskop meinte, es würde
(gemessen nach der Demodulation) ein Signal mit ziemlich exakt 77.5 kHz
anliegen (Peak mit ca -80dB).
Allerdings frage ich mich, wo das her gekommen sein soll? Letztlich
sollten die 77.5 kHz ja "weg-demoduliert" werden, also nur noch
Schwankungen im DC-Anteil sein.
Leider ist mein Soundkarten-Oszilloskop DC-entkoppelt, daher kann ich
kein wirkliches Signal erkennen/messen. Deswegen hatte ich jetzt länger
geschaut, ob ich nicht günstig an ein Oszilloskop heran komme.
Allerdings waren mir die besseren schon arg zu teuer (>250 EUR), zu
globig (die älteren, gebrauchten Geräte) oder die Funktion zu
eingeschränkt von der Verwendbarkeit (DSO201 & Co). Blieben höchstens
noch bestimmte USB-Geräte die so 100-500MSa/S und 25 MHz-Bandbreite und
mehr haben sollen. Nen Notebook anschließen wär dann ok, wenn das Gerät
selbst nicht so viel Platz frisst. Zumindest hat man dann nen
vernünftiges Display.
Für den aktuellen Zweck könnte es aber vielleicht eher reichen, wenn ich
mein Arduino-Board dran klemme und damit messe. Im Datenblatt vom
ATMega2560 finden sich folgende Infos:
* max. 76.9 kSPS (bei 8 bit Auflösung; 15kSPS bei 10 bit)
* 1.1V oder 2.56V als Referenz; alternativ: externe Referenz oder Vcc
* Input Bandwidth: 38,5 kHz
Also für das Signal vor der Demodulation reicht die
Samplingrate/Bandbreite nicht. Aber um einen Spannungsverlauf nach der
Modulation zu begutachten müsste das locker reichen. Allerdings bräucht'
ich noch irgendwie ne Möglichkeit den Graph darzustellen. Die
Programmierung von Benutzeroberflächen und abfragen von Daten von
USB/COM-Ports unter Windows gehören nicht so zu meinen üblichen
Programmier-Aufgaben. Und um das Rad hier nicht komplett neu zu erfinden
habe ich mich mal nach einem entsprechenden DIY-Projekt umgesehen.
Hängengeblieben bin ich momentan beim Girino:
http://www.instructables.com/id/Girino-Fast-Arduino-Oscilloscope/
Dort findet man auch einen Link auf eine Seite von Leuten, die sich
schon etwas länger mit dem ADC des Atmel-Prozessors beschäftigt haben:
http://www.openmusiclabs.com/learning/digital/atmega-adc/
Wie's aussieht, kann man den ADC auch etwas "übertakten" (statt 200kHz
auf bis zu 4MHz). Man bekommt dann zwar nur ~6bit Auflösung (das sind
immerhin noch 64 Spannungslevel), aber das mit einer Abtastrate von
>300kSa/s; damit dürfte dann eine Bandbreite von 150kHz drin sein.
Selbst die 8bit Auflösung bekommt man scheinbar bis 115,4kSa/s (also
57,7kHz Bandbreite).
Für Signale mit sehr niedrigen Frequenzen scheint das also eine
Alternative zu sein. Die meisten, nötigen Bauteile dürfte ich hier
rumliegen haben... Kostet also eher nur Zeit und lenkt mich aber erst
einmal vom DCF77-Empfänger ab. Die Frage ist allerdings, wie
"zuverlässig" dieses "Messinstrument" dann ist. Schließlich will ich
damit ja Dinge mit potentiellen Fehlern überprüfen und dann sollte nicht
das Messgerät selbst
eine mögliche Fehlerquelle sein.
Naja,... wir werden sehen, wie sich das auflöst.
Stefan
So... ich bin mal wieder dazu gekommen, einen neuen Versuch zu starten,
den DCF77-Empfänger zu basteln. Ich hatte mir für den Anfang, einen
(abgestimmten) Schwingkreis aus einer alten Funkuhr ausgelötet. Der
sieht mir von der Optik so ziemlich ähnlich aus, wie der den ELV
zusammen mit einem Empfängermodul im Sortiment hat
(http://www.elv.de/output/controller.aspx?cid=74&detail=10&detail2=28116).
In deren Datenblatt steht, dass der Kondensator 6,8 nF haben soll. Damit
müsste die Spule etwa 620 uH haben. Den Ohmschen-Widerstand von ~1,6 Ohm
habe ich gemessen.
Wie ich inzwischen gelernt habe beträgt die Bandbreite der
Bandpass-Wirkung des Schwingkreises damit:
B = R / (2*PI*L) = ~410 Hz
Und die Güte beträgt:
Q = 1 / R * WURZEL(L/C) = ~189
=>> Was im übrigen meine ursprüngliche Frage beantwortet: Die Spule
sollte eine möglichst hohe (aber nicht zu hohe) Induktivität und
gleichzeitig einen niedrigen ohmschen Widerstand haben, weil damit die
Bandbreite der Bandpasswirkung niedriger wird. Je nach Anwendung (Signal
das zu empfangen ist) ist es nötig, dass die Bandbreite größer oder
kleiner ist. Bei kleinerer Bandbreite, muss die Abstimmung des
Schwingkreises exakter sein, andere Sender in angrenzenden
Frequenzbereichen werden aber stärker gedämpft. Bei größerer Bandbreite
ist die Dämpfung anderer Sender schlechter, allerdings ist die
empfangbare Bandbreite des Senders größer und die Dämpfung des
empfangenen Signals gleichmäßiger. Denn je höher die Güte des
Schwingkreises desto stärker werden Frequenzen, die mehr von der
Mittelfrequenz abweichen, gedämpft und das betrifft auch die des
Nutzsignals. Je steiler die Dämpfung also zunimmt, desto mehr wird auch
das Nutzsignal verzerrt.
Für den einfachen Empfang von DCF77 muss die Bandbreite nur hoch genug
sein, um den Schwingkreis noch sinnvoll auf den Sender abstimmen zu
können. Einfach heißt hier: wir wollen nur die Zeitdauer der 85%igen
Absenkung der Signalstärke auswerten, nicht die Pseudozufallsfolge
welche neuerdings zur genaueren Synchronisation enthalten ist... Dafür
sind mindestens 10 Hz Bandbreite nötig.
Anmerkung:
---
Ja, kann über die Optik nicht wirklich viel auf die Kapazität von
Kondensatoren schließen, aber ich möchte den Kondensator nicht ablöten,
um ihn auszumessen, um die hoffentlich noch vorhandene Abstimmung des
Schwingkreises nicht zu gefährden. Die beschriftete Seite ist zudem mit
Heißkleber festgepappt, da gibt es auch kaum Chancen...
---
Grob kann man aber wohl davon ausgehen, dass sämtliche Frequenzen
jenseits < 77 kHz und > 78 kHz bereits recht gut heraus gefiltert
werden, weshalb ich mir wohl einen zusätzlichen Bandpass sparen kann.
Was ich noch brauche, ist ein "HF"-Verstärker (oder besser: einen
NF-Verstärker, der mit etwas höheren Frequenzen auch noch gut klar
kommt) und dann muss das Signal noch:
a) direkt abgetastet werden und digital demoduliert werden
b) demoduliert und dann abgetastet werden
Andere DCF77-Projekte benutzen einen AVR-Controller für die Abtastung
des Signals. Die Abtastfrequenz ist allerdings recht begrenzt (15k
Samples pro Sekunde). Damit bleibt effektiv nur die Unterabtastung des
Signals -oder- man demoduliert das Signal vorher.
Mein letzter (erfolgloser) Versuch war ein Spitzenwertgleichrichter zu
verwenden (Schaltbild siehe Abschnitt 4.3 von
http://www.loetstelle.net/grundlagen/operationsverstaerker/opamp_5.php
).
Als Operationsverstärker habe ich einen TL072CN von ST verwendet als
Diode eine 1N4841. Das ganze hing an einer 9V-Batterie als
Versorgungsspannung. Dem ganzen war ein Impedanzwandler (zweiter OpAmp
des Chips) nachgeschalten. Zudem habe ich über einen
10kOhm-10kOhm-Spannungsteiler die 9V halbiert und das als
Referenzpotenzial verwendet (d.h. Referenzpotential an einen Anschluss
des Schwingkreises, anderen Anschluss an den Eingang des
Spitzenwertgleichrichters). Ein veränderliches Singal war messbar, sah
aber in keiner Weise nach DCF77 aus...
Ich habe diesmal direkt ein Arduino-Board angeschlossen und über einen
der Analog-Eingänge gemessen, damit ich ein DC-Signal messen kann. Mit
Soundkarte "messen" hat schon das letzte Mal nicht so dolle funktioniert
;-).
Der Fehler liegt wohl darin, dass ich das Signal zuerst "verstärken"
muss, bevor ich irgendwas demodulieren kann. Danach kann ich dann den
Spitzenwertgleichrichter hängen (mit nachgeschaltetem Kondensator zum
"breitziehen" des Spitzen und einem parallelgeschaltenen Widerstand,
damit der Kondensator auch entladen wird).
Den Impedanzwandler kann ich mir wahrscheinlich sogar sparen, wenn
danach ein hochohmiger Mess-Eingang eines AVRs angeschlossen ist.
Was ich allerdings noch immer nicht so recht verstehe ist, wie ich mir
eigentlich das "Verhalten" das empfangene Signals vorstellen kann. Bernd
hatte hier irgendwann mal "5 mVss" gemessen... d.h. das ist der Abstand
zwischen negativen und positiven Potential der induzierten Spannung im
Schwingkreis. Prinzipiell könnte ich mir das ganze also als eine Art
5-mV-Wechselspannungsquelle vorstellen, die aber nur sehr leicht
belastbar ist. Soweit so gut! Allerdings ist für mich irgendwie noch
unklar, wie sehr belastbar die "Spannungsquelle" ist. Im Prinzip
funktioniert der Schwingkreis ja, wie eine Schaukel, die vom
Antennensignal angeschubbsts wird. Die Energie, die pro Schwingung hinzu
kommt ist also bei weitem nicht ganz so viel wie im eingeschwungenen
Schwingkreis vorhanden ist. Ich darf also beim "Messen" pro Schwingung
allerhöchstens soviel Energie entnehmen, wie das Antennensignal in jedem
Schwingung abschiebt.
Wie hoch die induzierte Spannung im Schwingkreis steigt, ist dabei wohl
von der "Güte" - oder andersherum: der Dämpfung - abhängig. Die Dämpfung
gibt dabei an, wieviel Energie durch (vor allem ohmsche) Widerstände dem
System verloren geht... wäre die Dämpfung 0, würde die induzierte
Spannung theoretisch ins unendliche ansteigen. Praktisch ist aber immer
eine Dämpfung da - spätestens wenn Sender irgendwann von unserem
Schwingkreis eine Spannung induziert bekommt ;-). Alle anderen
Frequenzen als die Resonanzfrequenz des Schwingkreises werden zusätzlich
zum Ohmschen Widerstand durch die frequenzabhängigen Widerstände der
Induktivität/Kapazität gedämpft, wodurch die Bandpass-Wirkung entsteht.
Ist das soweit richtig?
Jetzt müsste man doch eigentlich ausrechnen können, wie hochohmig der
Eingang eines an den Schwingkreis angeschlossenen
Messgeräts/Verstärker/... mindestens sein muss (damit die Schwingung
nicht "einbricht"), oder?
Also wir hätten eine Güte Q = 189, eine "Einschwingspannung" von 5 mVss,
einen ohmchen Widerstand von R = 1,6 Ohm und ggf. noch die Kapazität des
Kondensators von 6,8 nF.
Meine Überlegung wäre, dass die maximale Ladespannung 2,5 mV (1/2 des
Peaks) des Kondensators von 6,8 nF eine bestimmte Leistung benötigt.
Über die Güte müsste man auf den Anteil der pro Schwingung
übrigbleibenden (bzw. durch den Sender hinzukommenden) Leistung
schließen können. Die Belastbarkeit des Schwingkreises ist maximal so
hoch wie die "hinzukommenden" Leistung pro Schwingung... wobei man den
Schwingkreis wohl eher nur bis 10% dieser Leistung belasten sollte.
Mein nächster Versuch wird wahrscheinlich sein, einen OpAMP für die
Verstärkung zu verwenden (der TL072CN sollte bei 9V Versorgungsspannung
die 77,5 kHz ohne Probleme verstärkt bekommen, oder). Danach hänge ich
den anderen OpAMP mit der 1N4841-Diode als Spitzenwertgleichrichter
hinten dran. Danach hänge ich zum glätten des Signals einen Kondensator
+ Widerstand (jeweils zwischen Ausgang und Masse, z.B. 100n + 100kOhm)
und hänge dann den analogen Eingang des AVR/arduino hinten dran.
Fragen:
1. Spricht spontan irgendwas gegen den neuen Versuchsplan?
2. Gibt es oben irgendwelche "Denkfehler", die euch aufgefallen sind?
So... also ich werde dann demnächst noch einen Versuch starten.
Langsam wirds mal Zeit für ein Erfolgserlebnis. Irgendwie nervt das,
dass ich sowas -gefühlt- einfaches, irgendwie nicht hinbekomme. Ich mein
so nen 1 Mbit/s BPSK Decoder hab ich in Software doch auch hinbekommen.
Nur musste ich dafür nicht die Hardware zusammenbasteln.
Grüße,
Stefan
PS: Sorry für das etwas größere Durcheinander im Posting...
> müsste die Spule etwa 620 uH haben.> Den Ohmschen-Widerstand von ~1,6 Ohm habe ich gemessen.
Die Annahme, eine hohe Induktivität habe eine bessere Güte, stimmt so in
der Realität nicht, denn mit mehr Windungen kommen weitere Verluste
dazu. Geht man von einer recht hohen Güte von 70 aus, können alle
Verluste in einen Parallelwiderstand umgerechnet werden. Bei Resonanz
erhälst Du eine Spannungsquelle mit diesem Innenwiderstand.
> wobei man den Schwingkreis wohl eher nur bis 10% dieser> Leistung belasten sollte
Ja, sonst geht die Güte/Selektivität verloren.
> Ich darf also beim "Messen" pro Schwingung allerhöchstens> soviel Energie entnehmen, wie das Antennensignal in jedem> Schwingung abschiebt.
Du kannst als Last einen 1 Ohm Widerstand dran hängen, dann ist das
immer noch so. Du kannst nicht mehr entnehmen, als vorne reingeht. Das
nennt man dann Stromanpassung. Du benötigst Spannungsanpassung, also
wenig Belastung.
Falls Du in den JFet-Eingang des TL072 reingehst, stellt das eine sehr
geringe Belastung mit vielleicht 10 Meg dar. Allerdings beträgt das
Verstärkungs-Bandbreiten-Produkt des TL072 nur typ. 3 MHz. Du kannst
also nur mit Faktor 30 pro Stufe verstärken. Mit dem TL082 (10 MHz) sähe
es noch ein wenig besser aus.
Mit einem Gleichrichter aus 1N4148 müsste das Signal schon sehr groß
sein. Jedoch mit Schottky-Dioden kommen da möglicherweise schon 50 mV
raus.
Stefan K. schrieb:> Was ich noch brauche, ist ein "HF"-Verstärker (oder besser: einen> NF-Verstärker, der mit etwas höheren Frequenzen auch noch gut klar> kommt) und dann muss das Signal noch:> a) direkt abgetastet werden und digital demoduliert werden> b) demoduliert und dann abgetastet werden
Hab so etwas auch mal in "ganz einfach" gebaut. Funktioniert immer noch
einwandfrei...:
Beitrag "einfache DCF77-Empfängerschaltung verbessern"
B e r n d W. schrieb:> Die Annahme, eine hohe Induktivität habe eine bessere Güte, stimmt so in> der Realität nicht, denn mit mehr Windungen kommen weitere Verluste> dazu. Geht man von einer recht hohen Güte von 70 aus, können alle> Verluste in einen Parallelwiderstand umgerechnet werden. Bei Resonanz> erhälst Du eine Spannungsquelle mit diesem Innenwiderstand.
Hallo Bernd!
Ja, also nur bei gleichen sonstigen Parametern (d.h. ohmscher
Widerstand). Ein weg zu höherer Güte wäre z.B. gleichzeitig den
Leitungsquerschnitt der Windungen der Induktivität zu erhöhen. Oder aber
man erhöht die Induktivität durch einen besseren Kern...
Also ja: Wenn ich nur die Anzahl der Windungen erhöhe, erhöhe ich in
gleichen Maße den ohmschen Widerstand. Damit wär die Sache
logischerweise für die Katz'!
> [...] Allerdings beträgt das> Verstärkungs-Bandbreiten-Produkt des TL072 nur typ. 3 MHz. Du kannst> also nur mit Faktor 30 pro Stufe verstärken. Mit dem TL082 (10 MHz) sähe> es noch ein wenig besser aus.
Das sollte schon reichen: 5 mVpp * 30 => 150 mVpp. Wenn man 1,1
Volt-Referenz nimmt, sind das ca. 13,6% (bzw. der rohe Messwert liegt
zwischen 0 und 140 von maximal 1023). Allerdings hab ich auch noch nen
TL084 rumliegen. Wenns also nicht reicht, nehme ich dann einfach den.
> Mit einem Gleichrichter aus 1N4148 müsste das Signal schon sehr groß> sein. Jedoch mit Schottky-Dioden kommen da möglicherweise schon 50 mV> raus.
Ja, das -war- auch bisher mein "ungelöstes" Problem. Mit
Germanium-Dioden aus den guten alten Zeiten läge die nötige Spannung
auch etwas niedriger...
Der Spitzenwertgleichrichters soll das aber irgendwie hinbekommen, wenn
ich das richtig verstanden hab. Wahrscheinlich weil er die Spannung vom
am Ausgang des OpAMP auf nem höheren Spannungslevel bekommt. Oder weil
die Spannung über die 4,5 V (Referenzspannung vom Spannungsteiler) +
Koppelkondensator auf ein höheres Level gehoben werden. In der
Simulation vom LTSpice tut das jedenfalls. Allerdings habe ich zu oft
gemerkt: Was in LTSpice tut, muss noch lang nicht real funktionieren...
ich behalte das Problem mal im Hinterkopf. Notfalls demoduliere ich halt
digital über die Unterabtastung...
Oder: Ich verstärke die ~150 mVpp nochmal auf 4,5 Vpp. Dann dürfte es
die "normale" Diode ohne Probleme schaffen. Das ist vielleicht die
einfachste Lösung. Ich glaub das werd ich als erstes probieren. Erstmal
nen ordentliches Signallevel und dann klappt das bestimmt auch mit der
Demodulation ;-).
Und: Danke Bernd! Auf Dich scheint hier verlass zu sein!
Tom V. schrieb:> Hab so etwas auch mal in "ganz einfach" gebaut. Funktioniert immer noch> einwandfrei...:> Beitrag "einfache DCF77-Empfängerschaltung verbessern"
Hallo Tom,
danke für den Link. Wenn mein
2x-mit-OpAMP-Verstärken-und-dann-durch-die-Diode-jagen-Versuch fehl
schlägt, schau ich mal, ob ich hier FETs rumliegen habe, die man dafür
benutzen kann. Ich glaube, dem Conrad-Weihnachtskalender sei dank, ich
hab da ein IC mit 6 MOSFETs drin... Allerdings werd ich die Schaltung
mit meinen Teilen nicht 1:1 nachbauen können, was das Risiko erhöhen
wird, dass ich bei meiner Auswahl der "Ersatzteile" was falsches
erwische... Zumindest ist aber nen weiteres Projekt, an dem ich mich
orientieren kann.
Einfach nur "nachbauen" will ich ja auch nicht, davon lerne ich nicht so
viel...
So... ich bastel dann mal!
Stefan
@Bernd
>> Verstärkungs-Bandbreiten-Produkt des TL072 nur typ. 3 MHz. Du kannst>> also nur mit Faktor 30 pro Stufe verstärken. Mit dem TL082 (10 MHz) sähe>> es noch ein wenig besser aus.
Laut Datenblatt haben die TL072 ein GBP von mind. 2,5 MHz; typ. 4 MHz.
Die TL084 hätten typ. 3 MHz...
... immer noch besser als die 1,3 MHz vom LM324N, den ich hier auch noch
rumliegen hätte.
Also sollte ich mal beim TL072 bleiben, oder?
Ja, Ihr habt Recht. Gibt es eventuell eine Variante mit einem höheren
GBP? Zumindest ist bei allen die Anstiegszeit recht gut.
Alle Daten wurden aus den Datenblättern von ST entnommen
TL072 mind. 2,5 MHz; typ. 4 MHz.
TL074 mind. 2 MHz; typ. 3 MHz.
TL082 mind. 2,5 MHz; typ. 4 MHz.
TL084 mind. 2,5 MHz; typ. 4 MHz.
In dem Fall bleibt nur die Möglichkeit, die Verstärkung auf zwei Stufen
zu verteilen. Ob TL072 oder TL084 ist dann egal.
>> Mit einem Gleichrichter aus 1N4148 müsste das Signal schon sehr groß>> sein. Mit Schottky-Dioden kommen da möglicherweise schon 50 mV raus.> Mit Germanium-Dioden aus den guten alten Zeiten
Ob Schottky oder Germanium macht keinen großen Unterschied. Es geht auch
mit der 1N4148, aber dann muss sie vorgespannt werden, um die
Schwellspannung zu überwinden.
Soooo... ENDLICH! Der erste Teilerfolg!!!!
Schaltbild brauchen wir nicht! Ist total einfach...
Kalibrierter Schwingkreis direkt an A0 und A1 (Analogeingänge 0 und 1)
eines Arduino Mega 2560 angeschlossen und der Rest ist Software:
Der Analog Digital Converter wird konfiguriert auf Differentiellen Input
mit einem Gain von 200x und auf die 2,56V Referenzspannung.
D.h. Messwert = (A1-A0) * 200 / 2,56V.
Das schöne: Der AVR-Controller übernimmt dabei automatisch die
Gleichrichtung. Denn, ist der Messwert < 0 ist das Ergebnis auch 0. Also
nur noch Mittelwertbildung drüber jagen und finito... fast: Es sind wohl
auch Ausreißer dabei. Ich habe alle Messwerte > 100 einfach verworfen.
Im Programm werden jeweils 10 ms Messdaten aufgezeichnet, alle > 100
verworfen und der Rest gemittelt. Über je 5 Sekunden wird über diese
Werte gemittelt und 95% dieses Mittelwertes als Schwellwert verwendet.
Jeder Mittelwert von einem 10ms-Block wird mit dem Schwellwert
verglichen ist er kleiner ist die Ausgabe "#" sonst "_" (aller Sekunde
gibts einen Zeilenumbruch) und TADAAAAAA:
Je nach Position im Raum gibt's nur Signalrauschen oder ein verrauschtes
Signal... insbesondere auf dem Tisch näher am Fenster ist das Signal
sehr schlecht (merkwürdig!).
Jetzt kann ich mich mal an die Dekodierung machen. Und wenn das passt
schau ich mal, ob ich mit nem vorgeschaltenen OpAMP auch ein
vernünftiges Ergebnis hin bekomme.
Interessant ist, dass das alles mit einem AVR µC ohne externe Elektronik
geht (abgesehen vom Schwingkreis natürlich). Fühlt sich allerdings ein
wenig wie Fertig-Essen aus der Mikrowelle an...
Ob ein ATTiny45 das auch schafft, bleibt abzuwarten. Das Signallevel ist
schon relativ niedrig (ich glaube der Langzeit-Mittelwert liegt bei 18
von 1023) und der Tiny hat nur einen Gain von 20x - allerdings darf bei
dem wohl die 1.1V-Referenzspannung benutzt werden.
Wenn der µC wirklich 200x verstärkt haben sollte, müsste das Signallevel
jedenfalls so bei nur ~1 mVpp gelegen haben.
Der Langzeitmittelwert läge damit bei umgerechnet 4-5. Wenn nicht das
Signalrauschen viel geringer ist, weil weniger verstärkt wird, wird das
wahrscheinlich nichts ohne externe aktive Verstärkung...
So, aber: Zumindest mal ein Erfolg!! ERFOOOLLG!!!!
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