Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Antennen regulierbarer Oszillator


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von Georg (Gast)


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Morgen,

ich probiere grade mit dem folgenden Beispielen einen Oszillator mit dem 
CD4069 aufzubauen, der über eine Antenne in seiner Frequenz regulierbar 
ist.

http://www.talkingelectronics.com/ChipDataEbook-1d/html/4069.html

Genauer gesagt: 
http://www.talkingelectronics.com/ChipDataEbook-1d/html/images/4069-fig3b.gif

Im Moment nutze ich 5V, 270k, 47k und 150pF. Als Antenne habe ich ein 
Stück Allufolie über einen Stück Draht dort angeschlossen, wo sich die 
drei Bauteile treffen.

Ich sehe auf dem Oszilloskop nun eine Kurve, die sich ganz minimal um 
wenige kHz ändert, jedoch nur in unmittelbarer Nähe der Antenne.

Das Ziel wäre, dass sich die Ausgangsfrequenz im Bereich von ca. 10kHz 
befindet und sich um 5kHz bewegt, also 10-15kHz - natürlich nicht nur 
1,2cm von der Antenne entfernt. Ein Nullpunkt soll nicht erreicht 
werden, da die Frequenz danach von einem µC gemessen wird.

Kann mir jemand Tips geben, wie ich vielleicht in die Nähe meiner Werte 
komme?

Danke!

von DH1AKF W. (wolfgang_kiefer) Benutzerseite


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Als Stichwort fällt mir ein: Theremin.
Das ist ein Musikinstrument, welches auf der Verstimmung von 
Oszillatoren (im 100 kHz- Bereich) beruht. Um es in den hörbaren Bereich 
umzusetzen, braucht man noch einen Mischer und einen Oszillator mit 
fester Frequenz. Die Differenz der beiden Frequenzen wird ausgesiebt und 
verstärkt.

von Jobst M. (jobstens-de)


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Georg schrieb:
> ich probiere grade mit dem folgenden Beispielen einen Oszillator mit dem
> CD4069 aufzubauen, der über eine Antenne in seiner Frequenz regulierbar
> ist.

An denen ist aber gar keine Antenne dran! ;-)

In einem anderen Thread ( Beitrag "Sinus zu Rechteck und Dreieck" )
Geht es um diese Schaltung: http://www.theremin.us/145/145schematic.gif


Gruß

Jobst

von Georg (Gast)


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Ja, das ganz soll ähnlich wirken, jedoch kein Theremin sein. Hörbar 
brauch ich den Bereich gar nicht, es soll lediglich eine Steuerfrequenz 
sein.

Wenn ich letztendlich noch ein zweiten Signal zum Mischen benutze, dann 
habe ich doch im Endeffekt den selben Frequenzbereich den ich bedienen 
kann, nur eben einige kHz niedriger - oder sehe ich das falsch?

Kann ich die Kapazität der Antenne irgendwie verstärken? Oder muss ich 
in meinem Schwingkreis eine Kapazität nehmen, die der der Antenne 
ähnlich ist? Ich kann auch mit einem bunten Mix aus anderen Werten 
bisher kein zufriedenstellendes Verhalten erzielen. Es ändert sich immer 
nur auf 1,2cm der Antenne nennenswert etwas.

Oder ist das ganze so logarithmisch, dass ich davon kaum etwas sehe und 
ich diese Logarithmik in Software rausrechnen muss?

Wie gesagt ist die Grundfrequenz zweitrangig.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Georg schrieb:
> Das Ziel wäre, dass sich die Ausgangsfrequenz im Bereich von ca. 10kHz
> befindet und sich um 5kHz bewegt, also 10-15kHz - natürlich nicht nur
> 1,2cm von der Antenne entfernt. Ein Nullpunkt soll nicht erreicht
> werden, da die Frequenz danach von einem µC gemessen wird.

Das baut man üblicherweise für weit höhere Frequenzen und mischt dann 
die Frequenz des verstimmbaren Oszillators mit einer Festfrequenz 
herunter. Das Stichwort "Theremin" fiel ja bereits. Wobei der µC eine 
Frequenz von 200..205kHz auch gleich direkt erfassen kann.

Wenn es darum geht, mit einem µC einen berührungslosen Annäherungs- 
detektor zu bauen, dann gibt es auch andere Funktionsprinzipien.
Je nach gewünschter Empfindlichkeit/Auflösung könnte ein Ladungs- 
Ausgleichsverfahren wie Qtouch-ADC bereits passen.

von ArnoR (Gast)


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Georg schrieb:
> Im Moment nutze ich 5V, 270k, 47k und 150pF. Als Antenne habe ich ein
> Stück Allufolie über einen Stück Draht dort angeschlossen, wo sich die
> drei Bauteile treffen.

Die Schaltung ist ungeeignet. Die Antenne stellt eine Kapazität zur Erde 
(Masse) dar und das Annähern mit der Hand vergrößert die kapazitive 
Kopplung (Ableitung) zur Erde. Du brauchst also einen Generator, dessen 
frequenzbestimmende Kapazität nach Masse geht, z.B. einen astabilen 
Multivibrator mit TLC555. Damit die Empfindlichkeit hoch ist, muss die 
frequenzbestimmende Kapazität im Oszillator möglichst klein sein, also 
im pF-Bereich.

von DH1AKF W. (wolfgang_kiefer) Benutzerseite


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Georg schrieb:
> Kann ich die Kapazität der Antenne irgendwie verstärken?

Du hast hier keinen Schwingkreis, sondern einen RC- Oszillator.
Dessen Frequenz ist umgekehrt proportional zur Kapazität F ~ 1/R*C. 
Deshalb solltest Du die Grundkapazität so klein wie möglich machen, eine 
große Massefläche verwenden und die Elektrode ebenfalls möglichst groß 
ausführen.

von Georg (Gast)


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ArnoR schrieb:
> Georg schrieb:
>> Im Moment nutze ich 5V, 270k, 47k und 150pF. Als Antenne habe ich ein
>> Stück Allufolie über einen Stück Draht dort angeschlossen, wo sich die
>> drei Bauteile treffen.
>
> Die Schaltung ist ungeeignet. Die Antenne stellt eine Kapazität zur Erde
> (Masse) dar und das Annähern mit der Hand vergrößert die kapazitive
> Kopplung (Ableitung) zur Erde. Du brauchst also einen Generator, dessen
> frequenzbestimmende Kapazität nach Masse geht, z.B. einen astabilen
> Multivibrator mit TLC555. Damit die Empfindlichkeit hoch ist, muss die
> frequenzbestimmende Kapazität im Oszillator möglichst klein sein, also
> im pF-Bereich.

Also von der Idee her folgende Schaltung? Wo müsste ich dort die Antenne 
anschließen?

https://de.wikipedia.org/wiki/Multivibrator#/media/File:Oszi_555.GIF

von ArnoR (Gast)


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Georg schrieb:
> Also von der Idee her folgende Schaltung?

Ja.

> Wo müsste ich dort die Antenne anschließen?

Pin2/6

von Georg (Gast)


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Ich werde es mal probieren, vielen Dank!

von Georg (Gast)


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In dem Datenblatt vom TLC555 ist auf Seite 17 ein etwas anderer 
Schaltplan eingezeichnet. Ich denke ich sollte diesen bevorzugen.

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tlc555.pdf

In dem Beispiel sind 150nF verwendet. Ich denke ich muss für 5kHz + 
Antenne einen niedrigen C nehmen, damit die Antenne eine starke 
Auswirkung hat und große Rs, damit die Ladeströme klein genug sind (weil 
ich sonst beim niedrigen C eine ziemlich hohe Frequenz erhalte bei 
großen Ladeströmen oder?).

Danke!

von Georg (Gast)


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Ich nochmal:

Ich habe mal etwas gerechnet. Wenn ich 2kHz ohne Antenne haben möchte, 
habe ich folgende Werte genommen:

F = 1,44/((RA+2*RB)*C)

Wenn ich C = 150pf, dann muss RA+2RB = 4,8M sein. Wenn jetzt ca. 40pF 
von der Antenne dazu (oder weniger) komm, dann schwankt die Frequenz 
zwischen 2k und 1,5k bzw. 2,7k.

Damit kann ich leben. Wird das funktionieren mit den Bauteilwerten? Dann 
würde ich mir probeweiser nacher mal einen TLC555 besorgen.

Danke.

von ArnoR (Gast)


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Georg schrieb:
> In dem Datenblatt vom TLC555 ist auf Seite 17 ein etwas anderer
> Schaltplan eingezeichnet. Ich denke ich sollte diesen bevorzugen.

Warum? Weil der aufwändiger ist und kein Tastverhältnis von 50% liefern 
kann? Der oben verlinkte Plan von Wikipedia ist gut.

Georg schrieb:
> Ich habe mal etwas gerechnet. Wenn ich 2kHz ohne Antenne haben möchte,
> habe ich folgende Werte genommen:
>
> F = 1,44/((RA+2*RB)*C)
>
> Wenn ich C = 150pf

Oben war von 10kHz die Rede, jetzt 2kHz? Die Frequenz nimmt bei 
Annäherung ab. 150pF finde ich zuviel.

Vermutlich ist das aber keine gute Lösung, weil dir die allgegenwärtigen 
50Hz und andere Sauereien wohl in die Suppe spucken werden.

Georg schrieb:
> Dann würde ich mir probeweiser nacher mal einen TLC555 besorgen.

Du kannst auch irgendein CMOS-Gatter mit Hysterese-Eingang nehmen, z.B. 
CD40106, 74HC14 oder so. Gleiche Schaltung wie oben genannt.

von Georg (Gast)


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Die 50% Tastverhältnis sind nicht entscheident.

Bei 2kHz kann ich mit dem µC feiner messen, sprich bei 32Mhz Clock 
liegen zwischen 2k und 1.5k größere Werte, als zwischen 20k und 15k.

Welcher Kondensator Wert wäre denn empfehlenswert bzw. wieso sind 150p 
noch zu groß deiner Meinung nach?

von Georg (Gast)


Angehängte Dateien:

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Ich habe mal eine Schaltung mit 150pF und zwei mal 2,7M aufgebaut. Die 
Frequenz stimmt fast mit der Formel überein.

Sobald ich jetzt die provisorische Antenne anschließe, sehe ich ein 
rasches Wechseln der Frequenz. Ist der Lösungsansatz vielleicht doch 
nicht so gut?

Der TLC555 ist mit einem 100uF und 100nF parallel zur 
Versorgungsspannung geschaltet.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Georg schrieb:
> Sobald ich jetzt die provisorische Antenne anschließe, sehe ich ein
> rasches Wechseln der Frequenz. Ist der Lösungsansatz vielleicht doch
> nicht so gut?

Du wirst dir irgendwelchen Dreck aus der Umgebung einfangen. 50Hz 
Netzfrequenz. Oder einen Umrichter, einen Induktionsofen oder $SONSTWAS 
aus der Umgebung. Vielleicht auch den Staubsauger der Nachbarin.

Es hat schon seinen Grund, warum man die Antenne nur lose ankoppelt. Als 
Nebeneffekt kriegt man dann halt auch nur eine geringe relative 
Frequenzänderung. Deswegen auch die Mimik mit höherer Frequenz und 
heruntermischen. Aber wenn du nicht zuhören willst, hat es keinen 
Zweck, dir das wieder und wieder zu erklären.

von Georg (Gast)


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Learning by doing, man wird ja wohl nochmal experimentieren dürfen :)?

Also würde ich jetzt zwei astabile Multivibratoren aufbauen, die so 
ausgelegt sind, dass deren Mixfrequenz ca. bei ein paar kHz liegt UND 
die R/C Paare so ausgelegt sind, dass ich mir wenigerStörungen einfange.

Ich könnte jwtzt experimentieren, aber in welchem Bereich sollte ich 
dann mein C wählen?

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Georg schrieb:
> Learning by doing, man wird ja wohl nochmal experimentieren dürfen :)?

Niemand hat dir irgendwas verboten. Aber wenn du experimentieren willst, 
dann gehört das selber Denken und Interpretieren der Ergebnisse mit 
dazu. Da kannst du nicht jedes Mal weinend angelaufen kommen, wenn 
irgendwas nicht gleich auf Anhieb funktioniert.

> Also würde ich jetzt zwei astabile Multivibratoren aufbauen, die so
> ausgelegt sind, dass deren Mixfrequenz ca. bei ein paar kHz liegt UND
> die R/C Paare so ausgelegt sind, dass ich mir wenigerStörungen einfange.

Das kann man so machen. Kommt halt drauf an, was man eigentlich 
erreichen will. Für einen per Antenne im Hörbereich verstimmbaren 
Oszillator kenne ich jetzt erstmal nur eine Anwendung: als Musik- 
instrument. Gibt es seit fast 100 Jahren unter dem Namen Theremin.

> Ich könnte jwtzt experimentieren, aber in welchem Bereich sollte ich
> dann mein C wählen?

Auch das wurde dir bereits erklärt. Die zusätzliche Kapazität die du 
zwischen Antenne und (z.B.) Hand einbringen kannst, ist relativ klein. 
Je kleiner du die parallel geschaltete Festkapazität wählst, desto 
größer ist die erreichbare (relative) Kapazitätsänderung und desto 
größer ist dann auch der Frequenzhub. Andererseits steigt dadurch aber 
auch die Empfindlichkeit für eingefangene Störsignale.

Der Kompromiß den du finden mußt, ist also einer aus dem benötigten 
Frequenzhub auf der einen Seite. Und aus der Antennengeometrie und dem 
Verseuchungsgrad der Umgebung auf der anderen Seite.

von Jobst M. (jobstens-de)


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Axel S. schrieb:
> Du wirst dir irgendwelchen Dreck aus der Umgebung einfangen. 50Hz

Auch dies ist der Grund, warum man eigentlich einen Schwingkreis 
benutzt. Der hat nichts für 50Hz übrig.

Georg schrieb:
> Also würde ich jetzt zwei astabile Multivibratoren aufbauen

Falscher Weg. Oszillatoren.


Gruß


Jobst

von eProfi (Gast)


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Hier das Projekt OpenTheremin, Kapitel Oszillatoren:
http://www.gaudi.ch/OpenTheremin/index.php?option=com_content&view=article&id=60&Itemid=68

Zuerst suchen und recherchieren, dann fragen.
www.mikrocontroller.net/topic/367875

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