Announcement: there is an English version of this forum on Hi, ich möchte für VLF Empfang einen Vorverstärker auslegen. Ich hab mir heute schon eine Spule gewickelt (ca 10 x 1,20 m, 440 uH, 4.7 Ohm Eigenresonanz bei ca 500 kHz.) Variante A). Ich lasse ich die Spule auf einen invertieren Opv auf dessen definierten Eingangs-widerstand laufen + RC-Feedback mit cutoff bei etwa 100 KHz. oder B) Interessant wäre auch die Idee es mit einem I/U Verstärker zu probieren und die Spule im Kurzschluss zu betreiben (Vermindert das Problem der Streukapazitäten) Das Problem: In Sichtweite dudelt hier auf 801 kHz die Musik mit 100 kW. Das macht an der Spule schon 200mV Pegel. - Also muss ein Filter her um den OPV nicht überfahren. Die Frage ist nur wie ich das Auslegen soll. In's Auge gefasst hatte ich schon ein L/C + C Zobel-Filter. Die funktionieren recht gut, wenn die Quell- und Lastimpedanzen definiert sind. Aber hier ist die Quellimpedanz ja nicht definiert. Die Spule geht von 5 Ohm reell bis 280 Ohm reaktiv bei 100 kHz. Beide Seiten Ohmsch abschließen? Hochohmig wohl kaum, da ich mir nicht so viel thermisches Rauschen einfangen möchte. Geplant sind in der Eingangsstufe so 10 - 20 dB "Gewinn" Habt Ihr irgendwelche Ideen? (vlf.it kenne ich schon, offenbar wohnt von denen niemand neben einem Sender)
> In Sichtweite dudelt hier auf 801 kHz die Musik mit 100 kW. > Das macht an der Spule schon 200mV Pegel. Möglicherweise, weil schon in der Nähe der Resonanz, ist das 801kHz Signal so stark. Mit einer Last zwischen 5 und 50 Ohm sollten sich die 200 mV schnell relativieren. Könntest Du das mal ausprobieren?
B e r n d W. schrieb: > Mit einer Last zwischen 5 und 50 Ohm sollten sich die > 200 mV schnell relativieren. Könntest Du das mal ausprobieren? ca.: 10 mV @ 10 Ohm 80 mV @ 47 Ohm
Hi, Michael, > ich möchte für VLF Empfang einen Vorverstärker auslegen. > Ich hab mir heute schon eine Spule gewickelt (ca 10 x 1,20 m, 440 uH, > 4.7 Ohm Eigenresonanz bei ca 500 kHz.) > > Variante A). > Ich lasse ich die Spule auf einen invertieren Opv auf dessen definierten > Eingangs-widerstand laufen + RC-Feedback mit cutoff bei etwa 100 KHz. Aktive Antennen arbeiten von 10 kHz bis VHF einwandfrei. Bei genügend Ruhestrom verkraften die solche Störsender. Vermutlich ist Dir der Ruhestrom zu hoch. Also brauchst Du eine andere Lösung. Deine Spule hat nicht nur eine Eigenresonanz, sondern wirkt bei höheren Frequenzen aufgrund ihrer Kapazitäten wie eine. Diese kapazitiven Ströme hast Du am Eingang des OPV. Ich vermute, Du suchst das Tiefpass im Emitter des ersten aktiven Transistors der aktiven Antenne. Denn hättest Du eine Schleifenantenne, müsstest Du die sowieso immer auf Resonanz abstimmen und dann wäre der Störsender abgeschwächt. Eine aktive Antenne mit Serienschwingkreis vor der Basis ist Unsinn wegen des hohen Eingangswiderstands. Eine aktive Antenne, die am Emitter einspeist statt an der Basis, ist dagegen auch Unsinn. Aber: Die Intermodulationen am Transistor sind geringer, wenn Du den Emitter auf einen Tiefpass arbeiten lässt. Dann 1. Erstens ist der Basis-Emitter-Spannungshub am Transistor bei den 801 kHz deutlich geringer, 2. Werden die 801 kHz im Filter gedämpft. 3. Hat Dein Filter einen sehr niederohmigen, aber schon recht gut definierten Eingangswiderstand. 4. Kannst Du den Tiefpass mehrpolig aufbauen und damit steiler. Ich habe einen DCF77-Empfänger mal mit einem Serienschwingkreis im Emitter des Transistors der aktiven Antenne gebaut, hat gut funktioniert. Ciao Wolfgang Horn
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Hi, vermutlich ist das nicht ganz klar rausgekommen, aber die Antenne sollte in einem Bereich von ca 2 Hz bis 100k einigermassen linearen Frequenzgang haben. Also im Gegensatz zur dcf77 eben nicht resonant. Die Idee verstehe ich so, dass Du vorschlägst erst mal eine Impedanzwandlerstufe mit Vu ca 1 und erst danach zu filtern? Ich hatte über ein passives TP Filter im Eingang (als Preselector) nachgedacht und bin auf sowas gekommen. (Siehe Anhang) Ich habe aber das Problem das die Eingangsimpedanz ja nicht konstant ist. L1 R1 C1 stellen die Empfangsspule dar, (XL1=R1 bei ca 2 Hz) L2 c2 c3 das Zobelglied das für eine Last von 500 Ohm gerechnet ist. Der rest ist ein Low-Noise Opv über den ich noch nicht richtig nachgedacht habe.
Hi, Michael, > vermutlich ist das nicht ganz klar rausgekommen, aber die Antenne sollte > in einem Bereich von ca 2 Hz bis 100k einigermassen linearen > Frequenzgang haben. Das war schon klar. Aber hier stolpere ich, das habe ich nicht erwartet: > L1 R1 C1 stellen die Empfangsspule dar. > Die Idee verstehe ich so, dass Du vorschlägst erst mal eine > Impedanzwandlerstufe mit Vu ca 1 und erst danach zu filtern? Exakt, so kann man es auch ausdrücken - aber auf der Annahme einer Peitschenantenne, also E-Feld-Sensor. > Ich hatte über ein passives TP Filter im Eingang (als Preselector) > nachgedacht und bin auf sowas gekommen. Ja, auf so was kommt man im ersten Ansatz. Aber bei einer hohen Quellimpedanz wird das Filter zur Farce. Entweder wirkt es nicht genug, oder es wirkt wie Ohrstöpsel im hochempfindlichen Mikrofon. > Ich habe aber das Problem das die Eingangsimpedanz ja nicht konstant > ist. Bei der Peitschenantenne überwindest Du das mit der bewährten Schaltung der aktiven Antenne. Schau Dir die Patentliteratur von Prof. Dr. Flachenecker an oder, noch besser, die Schaltungen von Jochen Jirmann in den UKW-Berichten. Weil letztere besser kommentiert sind für den Nachbau. Wenn Du das E-Feld aber gar nicht messen willst, sondern mit einer Empfangsspule das H-Feld, dann gehört die nicht an die Basis. Sondern dann gehört die Basis des ersten Transistors hfmäßig kalt und die Empfangsspule speist in den Emitter ein. Der erste Transistor arbeitet dann besser als erster Teil einer Kaskodestufe, damit deren zweiter Teil die Verstärkung hoch treiben kann. Vorschläge für eine H-Feld-Antenne 1-30 MHz findest Du auch wieder in der Patentliteratur von Prof. Flachenecker und deren Ausführung in der magnetischen Kurzwellenpeilantenne von R&S. Du aber willst weiter runter. Mit einem üblichen OPV geht das dann gar nicht mehr richtig, eher mit einem, dessen invertierender Eingang stromgekoppelt ist - und dann müsste die Ruhestromeinstellung am anderen Ende der Empfangsspule ansetzten. Oh, da könnte das wilde Schwingen nicht fern sein. Ciao Wolfgang Horn
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Hallo Michael Das größte Problem bei diesen Antennen ist der schlechte Wirkungsgrad. Er beträgt -90dBd im Vergleich zum Volldipol, aber wer hat schon soviel Platz. Die einzige Möglichkeit, da noch was rauszuholen, ist ein sehr rauscharmer Vorverstärker. Wenn man z.B. den LT1028 als OP verwendet, welcher nur mit 1 nV/sqr(Hz) rauscht, entspricht das ungefähr dem thermischen Rauschen eines 50 Ohm Widerstandes. Die Widerstände R3 und R6 sind in Deiner Schaltung die Hauptrauschquellen und müssen eliminiert oder wenigstens radikal verringert werden. R4 dagegen führt zum negativen Eingang und bewirkt Stromrauschen. Er sollte nicht zu klein sein. Deshalb wäre eine Verstärkung von 20-30 dB an dieser Stelle von Vorteil, gößerer Widerstand, kleinerer Strom, weniger Rauschen. Dem widerspricht der 801 kHz Sender. Also darf nur so viel verstärkt werden, dass mit dem Störer keine Kreuzmodulation auftritt. Vor dem OP würde ich keine Filter empfehlen, da jedes Ohm zusätzlich rauscht. Mögliche Verbesserungen: * Mit einem Innenwiderstand von >1 Ohm könnte der Frequenzgang unterhalb von 1kHz noch deutlich verbessert werden. Momentan fällt das bei 100 Hz schon um 20 dB ab. Also massiven Draht verwenden. * Durch diskrete, rauscharme Transistoren vor dem OP könnte das Rauschen nochmal mindestens halbiert werden. Gruß, Bernd PS Der Tiefpass könnte dann auch aktiv mit einem zweiten OP aufgebaut werden.
>Mit einem Innenwiderstand von >1 Ohm
Falscher Fehler, es soll heißen: Mit einem Innenwiderstand von <1 Ohm
Hi Bernd, wegen des Rauschens wollte ich ja nur Blindkomponenten als Preselector, aber bei der Spule als Quellimpedanz ist über den Frequenzbereich eine vernünftige Anpassung immer ein fauler Kompromiss. Die Variante mit dem Quasi TIA hatte ich auch schon im Blick. Dahinter dann ein T oder Pi. Werd ich mal probieren. Hältst Du clipping Dioden und ÜS- Ableiter wegen Cpar für schädlich? Beim Ri der Spule kann man nochmal was machen, mal 2.5 Quadrat ausprobieren. Ansonsten seh mich schon im Baumarkt stehen und cu Rohr kaufen ;-) Dann wird's allerdings auch mechanisch größer als geplant. Manche Aufbauten verwenden dagegen eine möglichst große Spule (A*N) wobei der Ohmsche Anteil "egal" ist und machen einfach einen hochohmigen Spannungsverstärker. Andere hatten mit einem sehr kurzen Dipol mit Dachkapazität gute Erfolge. (Bierdosenantenne) Und wiedermal zeigt sich empfindlich und Grossignalfest ist ein Problem für sich.
> nur Blindkomponenten als Preselector Leider sind Induktivitäten nicht ideal. Da seh ich gleich nochmal 1-2 Ohm. > Hältst Du clipping Dioden und ÜS- Ableiter wegen Cpar für schädlich? Nein, Die paar pF sind bei dieser Frequenz kein Problem. Dann sinkt die Eigenresonanz halt auf 400 kHz. Und vergess auch die zweite Leitung auf GND nicht, eine Leiterbahn dampft schnell mal weg. > Ansonsten seh ich mich schon im Baumarkt cu Rohr kaufen > mal 2.5 Quadrat ausprobieren Probier die aktuelle Loop doch erst mal aus, subjektiv funktioniert die vermutlich ganz gut. Falls das System eine Schwäche zeigt, kann das gezielt verbessert werden. > manche Aufbauten verwenden dagegen eine möglichst große Spule Die empfangene Leistung hängt nur von der Fläche ab, nicht von der Windungszahl. Die Windungszahl macht möglicherweise die Anpassung einfacher. > empfindlich und Grossignalfest ist ein Problem für sich. Solange der Störer nicht größer als 100mV wird, ist das kein fauler Kompromiss. http://www.beis.de/Elektronik/LNPreAmp/LNPreAmp.html
Hallo Bernd, also heute hab ich mal probiert: (alles bezüglich Rauschen nicht erste Wahl - aber vorrätig) 1. den vorgeschlagenen TIA - (allerdings habe ich das kalte Ende der Spule auf die Mitte der symm. Op-Versorgung bezogen statt auf -Ub.) a) mit Lf357 - schwingt wie wild. Wahrscheinlich zu wenig Verstärkung. ich glaube ich brauch wenigstens A= 10 für Stabilität. b) (t)rusty old lm234. Zwar stabil aber auch nicht gut. Sender - IM Produkte im Basisband. (Ausgang war nicht im clipping) 2. Simplen invertierenden Verstärker 10 Ohm / 47 Ohm mit lm234. Sender - IM Produkte im Basisband. (Ausgang war nicht im clipping) 3. invertierenden Verstärker 10 Ohm / 220 Ohm mit Lf357 - schwingt. Par. Kondensator im Feedbackzweig verschlimmert das Problem noch. 4. TIA mit 220 Ohm feedback und lf357, einspeisung mit Frequenzgenerator - geht bis ca 1 MHz. Also langsam glaube ich die niederohmige Ankopplung bei startk induktiver Quelle ist für die Schleifenverstärkung nicht so toll.
Niederohmig erhöht die wirksame Güte! LF357 ist nicht v=1 stabil. Soweit ich mich erinnere, brauche er mind. v=10. C in der Rückkopplung stabilisiert immer, außer du hast irgendwo Rückkopplung. Massefläche? Was heißt schwingt wie wild? Wie sieht das Spektrum aus? Geht der Ausgang in die Begrenzung durch VCC oder Slew-rate?
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Hallo Michael Mir fiel beim Simulieren auf, daß es eine Resonanzüberhöhung bei 10MHz gibt. Durch das nachgeschaltete Filter wird diese jedoch bedämpft. Im Anhang nochmal die Resonanz abhängig vom Dämpfungswiderstand. Hast Du mal die Frequenz der Schwingung nachgemessen? Gruß, Bernd PS IMHO ist eine sternförmige Masseführung hier extrem wichtig.
Wie weit entfernt befindet sich die Antenne vom Verstärker? Besteht die Gefahr einer induktiven Rückkopplung?
Der LT1028 war doch wohl auch nicht vollständig kompensiert. Hatte mal sowas zu dem gelesen. Vermutlich, damit er etwas getunt ist.
so, Fehlerquelle 1: Also mit full swing ist's mit dem niederohmigen ov Rückkopplungszeig leider nichts. Jetzt hab mal den invertierenden mit lf357 umdimensioniert auf 200/2.2k Ohm und es geht jetzt wenigstens die Aussteuerung ordentlich. (eigentlich sollte der lt. Datenblatt 20mA treiben können :-( 2.2k ist natürlich vom Rauschen her nicht so toll. Fehlerquelle 2: Offenbar habe ich mir über die Masse der Soundkarte/Oszi die ich dann zum sampeln benutze Dreck eingefangen. (schwingt bei 6 Mhz, Dreieck mit Anstiegszeiten die verdächtig nach slew-Rate aussehen) Ok, auch das noch verbessert.. Jetzt klappt's auch einigermassen mit verstärken. Induktiv in die Rahmenantenne eingekoppelte Signale werden verstärkt - Leider auch der Offset-Fehler. Na egal, nach UB+ ist noch mächtig Luft. Das Ergebniss der Mühen: Mandolinen und Mondschein... grrrr! Wieder reichlich IM Produkte im Ausgang. Btw: Mir schien der TIA- Ansatz unempfindlicher gegen den Störer . Ich denke, ohne Eingangsfilter geht's trotzdem nicht...
> Wieder reichlich IM Produkte im Ausgang. Wie groß ist denn die Gesamtspannung des Signals am Ausgang? Dann hab ich mir nochmal diese Schaltung angeschaut: http://www.vlf.it/minimal/minimal.htm So viel anders machen die das auch nicht. Da gibt es aber vermutlich keine Störquelle.
aktives Sperrfilter? Wie wäre es eine PPL auf die 801kHz einrastend den Träger aktiv gegenzukoppeln und auf Null auszuregeln. Namaste
... und eine Breitband-drossel im Eingang Ansonsten ist das wohl auch nur ein TIA mit Nullpunktsverschiebung für unsymmetrische Versorgung. 1M finde ich etwas viel, und der Ausgangsfilter hat auch eine fu von 70 Hz. (recht hoch, wie ich finde) Na ja, beim nächsten Mal wollte ich sowieso ein paar op27 bestellen. Ansonsten werd ich doch mal ein paar Kerene bewickeln für ein lc TP.
Hm. Mir ist nicht so ganz klar, was deine Antenne später können soll.
Geht sie z.B. bis 100KHz und der Störer ist bei 800KHz, dann sollte ein
7-poliges Tiefpaßfilter Abhilfe bringen. Der Eingangsverstärker muß
natürlich großsignalfest sein, wenn dieses Filter wegen der Impedanz
erst danach angeordnet wird.
Ich korrigiere den Eingangs-Offset einfach durch invertierende
Rückkopplung über einen Tiefpaß. Die Antenne hängt also mit einem Pol am
Eingangsverstärker, mit dem anderen auf dem Tiefpaß als virtuelle Masse
funktionierend.
So wird aus diesem Hochpaß effektiv ein Tiefpaß. Damit bekomme ich für
mein DCF77 das Segment bis 1KHz weg ('Raumfrequenz' 50Hz und
Gleichrichterfrequenz 100Hz und deren erste Vielfache).
Wenn du eh einen Delta-Sigma-Wandler dahinter anschließt, dann laß ihn
auf einer Subharmonischen der stärksten Störfrequenz laufen. Die ist
dann weg!
Alternativ mische das Signal mit der Störfrequenz. Geht allerdings nur
für eine Frequenz. Wäre also ein abstimmbarer Schmalbandempfänger.
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> 1Meg finde ich etwas viel Eine Besonderheit hat die Schaltung schon. Es zeigt sich ein weiterer linearer Bereich zwischen 30 Hz und 1kHz. Da wolltest Du doch eher hin. Eigenartigerweise beeinflußt die veränderte Verstärkung den Bereich des Störers überhaupt nicht. Er wird jetzt um > 20 dB reduziert. Das Filter hab ich massiv bedämpft, sonst ergibt sich auch eine starke Resonanzüberhöhung. > Wie wäre es eine PPL auf die 801kHz einrastend den > Träger aktiv gegenzukoppeln und auf Null auszuregeln. Wie wäre es, den Störer selektiv mit einer Ferritantenne zu empfangen und zu subtrahieren? Dann ist die AM auch noch weg.
... ja so dachte ich das auch. Nnur das ich die PLL einbauen wollte um die Frequenz synchron auszuregeln. Klar das die AM auch raus muss sonst ist ja nichts gekonnt. Namaste
hi, @Abdul nochmal zur Aufgabenstellung: Die Antenne soll breitbandig und möglichst linear bis ca 100 kHz empfangen. Das Ausgangssignal wird hinterher per Rechner/Soundkarte Fft-Zerlegt. (Abtastung bei 24 / 48 Khz) evtl. später mal mehr. Das Problem ist, dass die OP's nicht grosssignalfest sind und hörbare Mischprodukte in irgendeiner Stufe erzeugen. Daher die Idee mit dem Filter im Eingang. Evtl. wäre eine diskrete Eingangsstufe in Basisschaltung und niedriger Eingangsimpedanz + nachfolgendem Filter noch eine Idee. Ich werd mal versuchen ein mehrpoliges Eingangsfilter zu rechnen. Das darf in dem Bereich in dem der OPV -Tiefpass schon -20 dB hat auch gerene eine gewisse Resonanzüberhöhung haben, da dort eh kaum ein Signal mit nenneswertem Pegel liegt. @Bernd Warum beziehtst Du den + OPV-Eingang und die Antenne auf ub-? Da komme ich doch erst recht ins clipping. Hab noch was interessantes gefunden: http://wireless.org.uk/circuits2.htm Evtl. könntwe man auch den Balanced Ansatz von hier http://www.qsl.net/k/k0ff/Balanced%20loop%20Antenna%20Remote%20Preamp/N1LF%20Remote%20Loop/Balanced%20Loop%20Preamp.htm zweckentfremden mit zwei 90 ° versetzten Spulen.
> Warum beziehtst Du den + OPV-Eingang und die Antenne > auf ub-? Da komme ich doch erst recht ins clipping. Mach ich doch gar nicht. Das einzige Minus der symetrischen Stromversorgung taucht am negativen Versorgungspin des OPs auf.
sorry, stimmt. Ich hatte wohl nen Knick in der Optik ;-)
Michael schrieb: > Die Antenne soll breitbandig und möglichst linear bis ca 100 kHz > empfangen. Das Ausgangssignal wird hinterher per Rechner/Soundkarte > Fft-Zerlegt. (Abtastung bei 24 / 48 Khz) evtl. später mal mehr. > > Das Problem ist, dass die OP's nicht grosssignalfest sind und hörbare > Mischprodukte in irgendeiner Stufe erzeugen. Daher die Idee mit dem > Filter im Eingang. Evtl. wäre eine diskrete Eingangsstufe in > Basisschaltung und niedriger Eingangsimpedanz + nachfolgendem Filter > noch eine Idee. > Ich kenne keine Quelle für eine vollständige Theorie wieviel Aufwand man für eine bestimmte geforderte Linearität treiben muß. Im Allgemeinen erhöht man den Strom in den aktiven Bauelementen und arbeitet mit komplementären Stufen (dämpft stark die geraden Harmonischen). Chris Trask hat dazu einige Paper veröffentlicht. Eine weitere Quelle wären hochwertige Audioschaltungen. Die gehen ja auch oft in den 100KHz Bereich rauf. Schaust du dir die Bauelemente von THAT Corp. an. Persönlich habe ich praktische Erfahrung mit CMOS-Stufen als Analogverstärker in Kombination mit E-Feld Antennen. 100KHz sind da leicht zu schaffen. Der Frequenzgang ist halbwegs gerade und meiner Meinung nach, ist die Linearität für diesen Frequenzbereich gar kein großes Thema. Der natürliche Rauschteppich ist gewaltig groß. Ich glaube, du machst dir mit der Forderung nach übertoller Linearität nur was vor und schießt am Ziel vorbei. Lasse mich aber auch gerne eines besseren belehren. Jedenfalls kann man mit meinem CMOS-Teil die ganzen Sender bis 24KHz sehen. Dieser Frequenzbereich zeichnet sich übrigens durch größtenteils Leere aus. Es gibt nur wenige Sender im Band. Über 24KHz hatte ich damals keine Meßmöglichkeit. Da hatte ich noch keine EMU0202. Werde ich mal nachholen irgendwann. Die LTspice-Sims zeigten aber keinerlei Problem auf, warum es nicht bis in den unteren MHz-Bereich gehen sollte. Die gleiche Schaltung habe ich mit leicht anderen Bauelementwerten auch praktisch schon für 5MHz Stromschleifenempfänger benutzt. Billiger und einfacher gehts sicherlich nicht. Unter den Bedingungen, daß du breitbandig arbeitest und der Stromverbrauch primär keine Rolle spielt, gibt es übrigens keinerlei wesentlichen Vorteil zwischen Ferrit-, magnetische Luft- und E-Feld-Antenne. In diesem Frequenzbereich setzt das Grundrauschen das Ende der Möglichkeiten. Magnetische wirkende Drahtantenne ist ja aufgrund der dann notwendigen Größe eh nicht verwendbar. Mein Vorschlag wäre einen TIA-OpAmp (Ist bei CMOS-Inverter real der Fall) zu verwenden. Oder wenns diskret sein soll, ein FET mit folgendem BJT in Kaskodenschaltung. 2V ist doch großsignalfest. Wenns zu viel wird, mach die Antenne kleiner! Das Grundrauschen wird dadurch auch proportional weniger, also der Störabstand bleibt exakt gleich! Denn das Eingangsrauschen des Verstärkers ist im angepeilten Frequenzbereich eh viel niedriger und daher praktisch vernachlässigbar. Danach dann ordentliche Filter.
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