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Forum: HF, Funk und Felder aktives Quarz Bandpass-Filter


Autor: Franz Wudy (wizzy450)
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Hallo beisammen,

zur Zeit beschäftige ich mich mit DCF-77 Empfang zur 
Normalfrequenzgewinnung.

Ziel ist es mit einem Geradeausempfänger nach bekannter Manier die 77.5 
kHz einzufangen und entsprechend mit einer Counter-Loop aufzubereiten.

Mein eigentliches Problem ist dabei folgendes: Um Störungen so gut wie 
möglich zu filtern (Laborumgebung) ist von Vorteil ein möglichst enges 
Bandpassfilter zu benutzen.

Dabei sind mir die Schaltungen mehrpoliger Quarzfilter aufgefallen (Cohn 
Filter, Ladder Filter, etc...).
Beim googeln ist mir dabei ein Vorschlag im Qaurzkochbuch 
(http://www.axtal.com/data/buch/Kap9.pdf) aufgefallen, Bild 9.8 auf 
Seite 8.

Sie schlagen darin zwei Schaltungen für ein aktives Bandpassfilter hoher 
Güte und niedriger Dämpfung vor - siehe angehängte Datei.
Das interessiert mich sehr! Leider finde ich keinerlei weitere Literatur 
dazu! Hat jemand damit Erfahrung? Beispiele?

Danke für die Hilfe -

Franz

Autor: GPS (Gast)
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Aktive Quarzfilter ? Vergiss die. Die sind unwahrscheinlich 
schmalbandig. Ein Quarz hat eine Guete von 10^6 oder so. Um da auf eine 
vernuenftige Bandbreite zu kommen, muss man die Quarze koppeln. Dabei 
wuerde man verschieden frequente Quarze brauchen, die man eh nicht 
bekommt. Etwas anderes als Standardwerte bekommt man eh nicht, und wenn 
man keine Stueckzahlen will kriegt man sowieso nichts. Quarzfilter sind 
vielleicht etwas fuer NASA, ESA & CERN.

Autor: Gast (Gast)
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>Ein Quarz hat eine Guete von 10^6 oder so.

Könnte man die Güte des Quarzes nicht verringern, indem man ihn 
beidseitig ungünstig terminiert?

Autor: Wolfgang Horn (Gast)
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Grüß Gott, Herr Wudy,

in meinen Unterlagen habe ich eine vergilbte Kopie einer 
schreibmaschinengeschriebenen Arbeit von Bernd Neubig im Papierformat 
DIN A5. Er beschreibt da eine Differentialbrückenschaltung mit einem 
DCF77-Quarz, Gabelschwinger, und einer Durchlaßbandbreite von 20 Hz.

Größen seiner Schaltung:
1. Schwingkreis aus 164mH und 25pF, Mittenanzapfung geerdet,
2. ein Zweig der Differenzbrücke mit Stimmgabelquarz plus Czusatz zum 
Abgleich,
3. zweiter Zweig ein Kondensator mit 2,62 pF, realisiert durch zwei 
Drähte, auf Abstand gehalten
4. Ausgangskreis aus 41 mH und 103 pF.

Stichworte zur Suche: "Moderne Quarzfilter" die jüngste Literaturquelle 
ist von 1986, DCF77, Quarz-Stimmgabelresonator, 
Differentialbrückenschaltung"

Google ohne Ergebnis.


ciao
Wolfgang Horn

Autor: HildeK (Gast)
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Habe vor vielen Jahren (ca 1980) mal einen solchen Geradeausempfänger 
für DCF-Empfang gebaut. Als Filter verwendete ich einen 77,5MHz Quarz, 
extra geschliffen für diesen Zweck (es gab damals eine Firma namens 
Wuttke). Der Quarz ist zwar 5cm lang, aber die Filtereigenschaften waren 
hervorragend.
Bei der Schaltung kann man mit dem Pot die BB der Schaltung recht 
einfach von einigen Hertz bis einigen -zig Herz einstellen. Der 
Abgleich-C kompensiert die Streukapazitäten des Quarzes.

Dieser Geradeausempfänger lief auch, wenn die Antenne nur einen Meter 
Abstand vom Fernsehgerät hatte - das war immer das Hauptproblem mit der 
5. Oberwelle bei 78,125 kHz. Dort hatte das Filter schon ca. 60dB 
Dämpfung.

Meine Gesamtschaltung hat auch eine Normalfrequenzausgang ...

Autor: HildeK (Gast)
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Autor: Franz Wudy (wizzy450)
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Hallo! Danke für die vielen hilfreichen Antworten.

Ein aktives Quarzfilter habe ich jetzt doch einfach mal aufgebaut, mich 
hat's interessiert.
Verwendet wurde dazu die Schaltung von ganz oben rechts, als Quarze 
Uhrenquarze mit 32.768 kHz.
Die Quarze wurden auf Seite des zweiten OpAmps mit je 10kR gegen Masse 
"belastet" und über invertierenden und nichtinv. Eingang ein 100pF 
Kondensator zur "Beruhigung" geklemmt. Verwendung fand der Opa227 auf 
einem Steckbrett.
Ich habe den Frequenz- und Phasengang per Network-Analyzer untersucht, 
das Ergebnis ist angehängt.
Leider ist mir der Filter zu schmal, auch die Phasendrehung macht mir 
bei einer Normalfrequenzquelle per DCF77 Sorgen.

Aber ausprobiert hab ichs jetzt mal, ist ja auch was wert. Vielleicht 
interessiert es ja jemanden?! Sehr interessant übrigens: Der "Peak" bei 
32,768 kHz.


@ HildeK:
Danke für den Schaltungsvoschlag.
Eine Frage: Mit dem Poti wird der Quarz gezogen, nicht wahr, also seine 
Center-Frequenz eingestellt aber doch nicht die Bandbreite des Filters, 
oder irre ich mich da so gewaltig. Ich lasse mich gerne belehren, bin 
nicht allzu firm in diesen Dingen, ich gebe es gerne zu.
Die Schaltung (dcffilterag0.gif) ist ja nur der Filter, angekoppelt an 
die aktive Antenne, oder?
Welchen Typ als Fet kann man empfehlen?
Bipolartransistor: Da reicht doch ein Standardtyp?
77.5kHz Quarze bekommt man ja bei Conrad recht günstig.
Trimmkondensator wird wahrscheinlich ein einfacher Quetscher reichen, 
oder?

Schönen Abend noch,

Franz

Autor: Nils (Gast)
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Hallo Franz,

> Mit dem Poti wird der Quarz gezogen, nicht wahr
Mit einem ohmschen Widerstand verringerst Du die Kreisgüte und 
vergrößerst damit die Bandbreite des Quarzes. Richtig ist, dass dabei 
(wie bei jedem Schwingreis) die Frequenz des Quarzes geringfügig sinkt.
Kondensatoren bewirken Frequenzverschiebungen bei einen Quarz: Der 
'Ziehbereich' ist dabei deutlich unter 1 Promille (das macht in der 
Schaltung nach HildeK der Trimmkondensator ).
Mit Induktivitäten lassen sich ebenfalls Frequenzverschiebungen erzielen 
- die können dann auch ziemlich groß sein.

Übrigens:
Bis auf den Einbruch bei 32767 Hz sieht Deine Messkurve so aus, wie man 
es erwarten soltte, einchließlich des Phasensprungs bei Resonanz.

Gruß
Nils

Autor: HildeK (Gast)
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Mit dem Poti kann man die Bandbreite des Filters einstellen. Eine 
Veränderung der Filterfrequenz habe ich damals nicht untersucht - konnte 
auch keine feststellen. Was ich feststellen konnte war, dass die BB so 
weit heruntergestellt werden konnte, dass die 100 ms langen Pulse des 
DCF schon zuz langsame Flanken bekamen, dann war die Selektivität bzw. 
die Stöunterdrückung am besten. Also unter 10 Hz. Andereseits wollte ich 
ein sauberers DCF-Signal, dazu sollte man schon 20-50 Hz. BB haben.
Franz Wudy will ja nur die Frequenz als Normal haben und nicht die 
Zeitinformation, kann also mit kleiner BB arbeiten. Meine Messung 
zeigten also, dass nicht die Mittenfrequenz, sondern die Bandbreite sich 
veränderte. Leider waren die Messmittel etwas eingschränkt (nur Scope).

Über die anderen Bauteile sage ich mal: Feld - Wald - Wiesen!
Mein FET war ein 2N4861 - irgend ein Standartyp muss da auch gehen. Auch 
ein bipolarer Transistor, nur dann hätte ich weniger Freiheit bei der 
Optimierung der Bandbreite mit P1 gehabt. Wir sprechen ja nur von 77 
kHz, da hat jeder Transistor genügend Performance. Der vordere 
Transistor war in dem Fall ein BCY59, weil gerade zur Hand - sonst wäre 
es ein BC107 oder ein BC547 gewesen.
Übrigens davor war nochmals ein bipolarer Transistor und direkt an der 
(abgesetzten) Antenne (mit Trimm-C abgestimmt auf 77.5kHz) nochmals ein 
FET.

Soweit ich mich erinnere, habe ich mit dem normalen C-Trimmer C2 (aus 
der Bastelkiste, den Ausdruck 'Quetscher' kenn ich nicht) nur die 
parasitären Kapazitäten des Quarzes kompensiert. Der ist ja am Collektor 
des vorderen NPN angeschlossen, also gegenphasig, und soll das 
kompensieren, was über dessen Anschlusskapazität überspricht. Die 
parasitären Kapazitäten des Quarzes haben bereits merklich die 
Sperrdämpfung ausserhalb der Nominalfrequenz verringert. So konnte man 
die Störungen durch die 5. Oberwelle der Fernseh-Zeilenfrequenz oder 
durch Dimmer minimieren. Das war damals mein Hauptproblem. Andere 
Lösungen mit Mischer runter auf einige Kilohertz und aktivem OP-Filter 
hatten es da einfacher, waren aber auch deutlich aufwendiger.

Leider ist das alles schon sehr lange her, so dass alle Erinnerungen 
nicht mehr ganz frisch sind - ich hoffe, ich habe mich an die 
wesentlichen Dinge doch richtig erinnert.
Aber als DCF-Empfänger hat das ganze prima funktioniert - ich hatte 
immerhin jedes Telegramm direkt jede Minute in ein Display geschrieben, 
also nicht nur einmal am Tag synchonisiert und den Rest mit normaler 
Quarzuhr laufen lassen, wie man das inzwischen macht. Wenn aber 
Braunschweig einen Defekt im Sender hatten, hatte ich keine Uhrzeit ...

Wenn der gesamte Schaltplan des Empfängers von Interesse ist, könnte ich 
ja mal scannen - aber heute nicht mehr.

Viel Erfolg
HildeK

Autor: Franz Wudy (wizzy450)
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Hallo HildeK,

ich glaub ich weiß jetzt soweit bescheid. Die Bemühungen die Schaltung 
zu simulieren (TINA), habe ich aufgegeben, das klappt leider so nicht.
Da werde ich dann direkt basteln müßen.

Das Angebot die kompletten Schaltpläne zu bekommen, würde ich sehr gerne 
annehmen. Eilt nicht wirklich, wär aber bestimmt sehr nützlich.

Danke - Franz

Autor: GPS (Gast)
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@ Franz Wudy (wizzy450),

>Aber ausprobiert hab ichs jetzt mal, ist ja auch was wert. Vielleicht
>interessiert es ja jemanden?! Sehr interessant übrigens: Der "Peak" bei
>32,768 kHz.

Wie moeglicherweise nicht zu erwarten war, ist der Einbruch bei 32768 = 
2^15, die mechanische Resonanz des Quarzes.

Autor: Franz Wudy (wizzy450)
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Ich habe auch keine rechte Erklärung dafür finden können, eventuell 
sieht man etwas mechanisches dort bei 32768 Hz. Vielleicht ist es auch 
eine Nicht-Idealität der Quarze zueinander oder auch der 
Operationsverstärkers.

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Kannst ja auch mal hier rein sehen (hast Du bestimmt schon, oder?)

Beitrag "DCF77 Demodulator selbst bauen"
Daraus:
http://www.mikrocontroller.net/attachment/7385/dcf77a.gif
und folgende

Die Ergebnisse hieraus sind durchaus beeindruckend, wenn auch 
letztendlich von hohem Aufwand (Mischen, aktive Filter usw.)

GRuß
AxelR.

Autor: HildeK (Gast)
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Wie versprochen, das Schaltbild des Analogteils:
 http://img168.imageshack.us/img168/8527/dcfrecro9.gif
Bitte die BE-Werte nicht so tierisch ernst nehmen, z.B. 5k bzw. 4k7.
Für die Antenne habe ich keine Windungszahlen, aber sie sollte halt 
möglichst gut auf die 77.5kHz abgestimmt sein.
Übrigens, der Teil zwischen T5 und T6 ist ein genialer 
Spitzenwertgleichrichter, der rund 10dB Signalpegelschwankungen erlaubt 
und trotzdem sauber die Zeitinformation in einen Puls umwandelt. Während 
der Träger da ist, lädt sich der dicke Elko auf, so dass T6 leitend 
bleibt. Bei den 100 bzw. 200ms langen Einbrüchen jedoch sperrt T6: 
Signal demoduliert!

Ich vermute mal, dass man natürlich für die Anpassung an eine andere 
Antenne bzw. einen anderen Quartz sicher einiges anpassen muss.

Ich hoffe, es bringt Dich weiter ...

Grüße HildeK

Autor: Franz Wudy (wizzy450)
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Danke, ich werde das gleich mal probieren!

Autor: Fritschi (Gast)
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Gebe euch noch die Technischen hintergrundinfo für die, die damit nicht 
so bewant sind:


Erstmal ein ersatzschaltbild :


       C     L     R
------{}---[XX]---[==]------

Parallel zum ganzen = ein Kondensator Co
(Kondensator aus den Zuleitungen und die Elektroden)

z.B typische werte für 4MHz Quarz:

L = 100mH
C = 0,015pf
R = 100ohm
Co= 5pF

Q = 1/R * wurzel2(L/C) = 26000

Ein Quarz hat daher 2 Resonanzfrequenzen, Parallel und Seriel

Seriell :
--------
fs = 1 / (2 pi wurzel(L*C))


Paralell :
----------
fp = 1 / (2 pi wurzel(L*C))  * wurzel(1+(C/Co))


Die erreichbare Frequenzstabilität liegt bei


deltaf/f = 10´-6 .... 10´-10


grexx fri88

Autor: Arjen (Gast)
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An alle, die den Beitrag noch lesen!!!

Ich möchte das Quarzfilter mit 77.5kHz-Quarze aufbauen.

Kann mir jemand die beschriebene Schaltung (Franz Wudy) detailliert mit 
den
dafür notwendigen Widerständen + Kondensatoren posten.

Wäre sehr dankbar dafür

Grüße

Autor: Ralph Berres (rberres)
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Hier mal ein Link , wie ich es gelöst habe.
http://www0.fh-trier.de/~berres/Bauanleitungen%20M...

Ralph Berres

Autor: Herbert (Gast)
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GPS schrieb:
> Etwas anderes als Standardwerte bekommt man eh nicht, und wenn
> man keine Stueckzahlen will kriegt man sowieso nichts.

Stimmt nicht ganz,weil Andy in Bremerhafen ?? fertigt Quarze nach wunsch 
an.
Man sollte allerdings schon wissen was man genau braucht und so teuer 
ist das dann auch nicht....im Vergleich zum  "nichtbekommen".

Autor: Ralph Berres (rberres)
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Herbert schrieb:
>> Etwas anderes als Standardwerte bekommt man eh nicht, und wenn
>
>> man keine Stueckzahlen will kriegt man sowieso nichts.

Fa Quarztechnik in Daun stellt dir jeden gewünschten Quarz her.

Allerdings sind qualitativ hochwertige 77,5KHz Quarze von den 
Abmessungen sehr groß und nicht gerade billig. Sie sind aber nicht mit 
den Miniatur-Uhrenquarze und Stimmgabelfilter zu vergleichen, die meiner 
Meinung als Filterquarze nur sehr bedingt geeignet sind.

Aber das habe ich in dem zuvor eingestellten Link in der Bauanleitung 
schon erlaeutert.

Ralph Berres

Autor: Herbert (Gast)
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Ralph Berres schrieb:
>>> Etwas anderes als Standardwerte bekommt man eh nicht, und wenn
>>
>>> man keine Stueckzahlen will kriegt man sowieso nichts.

Hallo Ralph !

Meine Worte sind das nicht ...ich habe nur auf einen der Quartzschleifer 
hingewiesen welche es Gottseidank noch gibt.Es war mir gar nicht so 
bewusst ,dass die Preise umgekehrt proportional zu Frequenz sind.

Autor: Ralph Berres (rberres)
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Herbert

Ich habe damals in meinem DCF77 Empfänger 4 Quarze schleifen lassen.

Du weist schon , diese Trümmer fast 6cm lang´. Damals habe ich fast 
300DM dafür bezahlt. Die Güte war unglaublich hoch. Ich meine irgendwas 
um 140000

Ich musste die Quarze übrigens in meiner Schaltung 6Hz tiefer schleifen 
lassen als 77,5KHz,damit die Mittenfrequenz des Filters bei 77,5KHz lag.
Bandbreite war übrigens 10Hz. Weitabselektion 80db nämlich 20db pro 
Quarz.

Ralph Berres

Autor: Funkamateur (Gast)
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Hallo Ralph,
hast du von deinem DCF77 Empfänger noch ein Photo und ein technisch 
Zeichnung gemacht oder könntest du noch ein Photo und eine Zeichnung 
machen und hier Posten.

Autor: Ralph Berres (rberres)
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Funkamateur schrieb:
> Hallo Ralph,
>
> hast du von deinem DCF77 Empfänger noch ein Photo und ein technisch
>
> Zeichnung gemacht oder könntest du noch ein Photo und eine Zeichnung
>
> machen und hier Posten.

Schaue mal unter
http://www0.fh-trier.de/~berres/Bauanleitungen%20M...
 Da findest du eine komplette Bauanleitung inclusive Schaltbilder 
Platinenlayouts gemesene Durchlasskurve des Quarzfilters ; Ersatzdaten 
des Quarzes. Fotos habe ich allerdings keine reingestellt, weil ich 
keine gemacht habe.

Schaltbilder enden mit .sch Bestückungspläne mit BS layouts mit L1 bzw 
L2

usw.

Dieses DCF77 Normal wurde übrigens vor vielen Jahren mal in der 
Zeistchrift Funkamateur veröffentlicht.

Ralph Berres

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