Elektronische Umschaltung der Resonanzfrequenz - LC Schwingkreis von 30khz auf 20 kHz

[Markus W. (Gast)]

Hallo,

Ich habe einen LC-Parallelschwingkreis mit einer 10mH Induktivität und 
einem 2n7 Kondensator.
Dabei komme ich auf eine Resonanzfrequnz von 30,6 kHz. Ich detektiere 
damit ein ebensolches Sinus-Signal, verstärke es und bilde damit einen 
Regelkreis abhängig von der Feldstärke. Die Spule dient als Sensor! Das 
klappt soweit alles.




Nun möchte ich elektronisch (Ohne Drehkondensator) auf eine zweite 
Frequenz umschalten können, den Schwingkreis also abstimmen. Zum 
Beispiel auf rund 20kHz.

Schalte ich zu den 2,7nF einen 3,9nF Kondensator parallel (=6,6nF), 
erhalte ich eine Resonanzfrequenz von 19,59 kHz. Klappt auch und ist 
selektiv.

Hauptfrage: Kann ich den 3,9nF Kondensator irgendwie z.B. über einem 
MOS-FET parallel schalten, wenn ich die Empfangsfrequenz ändern möchte? 
Wenn ja wie? (Spule ist einseitig an Masse)

Optional: Wie stelle ich es an, in diesem Frequenzbereich auf 
n-Frequenzen zu schalten (Ohne n-Kondensatoren)?
          -Kapazitätsdioden gibt es nur im pF Bereich
          -Ist soetwas mit einer PLL möglich?
          -Ohne parallel C an der Spule war die Güte der Spule definitv 
zu gering



Viele Grüße und Danke,

Markus

[Soul E. (Gast)]

Die Hameg-Methode hast Du schon probiert? Ganz braun den Massepin des 
zweiten Kondensators mit einem BC847 nach Masse schalten.

Hatten wir gerade erst hier 
Beitrag "Re: Atten AT6011 Spektrumanalyzer Reparatur oder Schaltplan" und Folgebeiträge.

[Toxic (Gast)]

Markus W. schrieb:
> Hauptfrage: Kann ich den 3,9nF Kondensator irgendwie z.B. über einem
> MOS-FET parallel schalten, wenn ich die Empfangsfrequenz ändern möchte?
> Wenn ja wie? (Spule ist einseitig an Masse)

Ich wuerde dies wahrscheinlich mit einem Reed-Relais machen.

sowas z.B.
https://www.pollin.de/p/reedrelais-meder-dip12-2a72-21l-340530

gibts fuer verschiedene Spannungen zu kaufen

[HabNix (Gast)]

Funktioniert auch mit Dioden, die man mit DC sperrt oder leitend 
schaltet über hochohmige Widerstände bzw. Drossel.

[Marek N. (Gast)]

HabNix schrieb:
> Funktioniert auch mit Dioden, die man mit DC sperrt oder leitend
> schaltet über hochohmige Widerstände bzw. Drossel.

https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/diodsw.htm

[Ralph B. (rberres)]

Es gibt auch Kapazitätsdioden mit relativ hoher Kapazität für MW 
abzustimmen.

Aber die Güte des Schwingkreises wird merklich schlechter.

Man kann einzelne Kondensatoren auch mit Dioden zuschalten. Aber der 
Strom muss hoch genug sein.

Ich würde das vermutlich mit Reedrelais machen wie schon vorgeschlagen.

Da es sich offensichtlich um einen Schwingkreis im Eingang eines 
Empfängers handelt, scheiden wohl Lösungen mit PLL oder DDS Synthesizer 
aus.

Es sei denn man fängt an einen Überlagerungsempfänger zu bauen, dessen 
Selektion im ZF ausgeführt wird.

Ralph Berres

[DH1AKF W. (wolfgang_kiefer)]

Markus W. schrieb:
> n-Frequenzen zu schalten (Ohne n-Kondensatoren)?

Mit n Relais erhältst Du 2 hoch n Möglichkeiten!
Wenn auch noch die Kondensatoren im Raster von 2er Potenzen gewählt 
werden (also z.B. 500 pF/1000pF/2000pF...), dann hast Du optimale 
Möglichkeiten.

[Possetitjel (Gast)]

Markus W. schrieb:

> -Ohne parallel C an der Spule war die Güte der
> Spule definitv zu gering

Die Spulengüte ändert sich nicht, wenn man ein C
parallelschaltet -- insonderheit kann die Spulengüte
nicht GRÖSSER werden, wenn man ein passives Bauelement
parallelschaltet.

Ich verstehe den Wunsch nach einem Schwingkreis im
Eingang durchaus, aber es wäre interessant, was Du
EIGENTLICH erreichen willst. Geht's um die Eingangs-
spannung oder um die Trennschärfe?

[Ralph B. (rberres)]

Possetitjel schrieb:
> Die Spulengüte ändert sich nicht, wenn man ein C
> parallelschaltet

Die Spulengüte nicht, aber die Schwingkreisgüte wird schlechter.

Ins besonders wenn die Kapazität sich um Varikapdioden handelt, welcher 
an ziemlich kleiner Abstimmspannung betrieben wird.

Ralph Berres

[Markus W. (Gast)]

Hallo und Danke für die zahlreichen Vorschläge,

soul e. schrieb:
> Die Hameg-Methode hast Du schon probiert? Ganz braun den Massepin des
> zweiten Kondensators mit einem BC847 nach Masse schalten.

Ich habe sie gerade probiert, und muss sagen es funktioniert wie 
erwartet. (Allerdings löst sich das neue Problem mit der Trennschärfe 
nicht...)


Ralph B. schrieb:
> Da es sich offensichtlich um einen Schwingkreis im Eingang eines
> Empfängers handelt, scheiden wohl Lösungen mit PLL oder DDS Synthesizer
> aus.

Nach dem Schwingkreis befindet sich ein OPAMP mit Gleichrichtung. Ich 
denke das geht auch besser, kenne mich aber in professioneller 
Empfangstechnik zu wenig aus.


Possetitjel schrieb:
> Die Spulengüte ändert sich nicht, wenn man ein C
> parallelschaltet

Stimmt...

Possetitjel schrieb:
> Ich verstehe den Wunsch nach einem Schwingkreis im
> Eingang durchaus, aber es wäre interessant, was Du
> EIGENTLICH erreichen willst. Geht's um die Eingangs-
> spannung oder um die Trennschärfe?

Eigentlich beides :-).

Ich regle anhand der Feldstärke den Abstand zu einem (Leit-)Draht (mit 
30kHz Sinus). Der Abstand ist ca. 3-10cm. Die Spannungsänderung in 
diesem Bereich dient zur Regelung.

Der zweite Draht (20kHz) liegt etwas versetzt zu dem Ersten und folgt 
einer anderen Spur,teilweise überlappen sie sich.

Ich möchte nun von ausen wählen, ob der Abstand zu Draht #1 oder zu #2 
geregelt wird.

Also brauche ich auch eine gewisse Trennschärfe, die das Signal von 
Draht #1 komplett ausblendet, wenn ich von Außen vorgebe auf #2 zu 
empfangen.

Die Vorgabe muss am Empfänger geschehen. Die Idee jeweils den 
entsprechenden Draht einzuschalten und den anderen ab, ist keine Option.


Das Umschalten der Kondensatoren im Schwingkreis klappt, aber die 
Trennschärfe ist noch nicht optimal. Auch bei anderen 
Frequnzkombinationen.

Ralph B. schrieb:
> Es sei denn man fängt an einen Überlagerungsempfänger zu bauen, dessen
> Selektion im ZF ausgeführt wird.

Veilleicht eine Option ! Gibt es ICs für den Frequenzbereich? Ich habe 
keinerlei Information aufmoduliert, mich interessiert nur die Feldstärke 
bei einer gewissen Frequenz.

Viele Grüße
Markus

[Possetitjel (Gast)]

Markus W. schrieb:

> Possetitjel schrieb:
>> Ich verstehe den Wunsch nach einem Schwingkreis im
>> Eingang durchaus, aber es wäre interessant, was Du
>> EIGENTLICH erreichen willst. Geht's um die Eingangs-
>> spannung oder um die Trennschärfe?
>
> Eigentlich beides :-).
>
> Ich regle anhand der Feldstärke den Abstand zu einem
> (Leit-)Draht (mit 30kHz Sinus). Der Abstand ist
> ca. 3-10cm. Die Spannungsänderung in diesem Bereich
> dient zur Regelung.
> [...]
> Also brauche ich auch eine gewisse Trennschärfe, die
> das Signal von Draht #1 komplett ausblendet, wenn ich
> von Außen vorgebe auf #2 zu empfangen. [...]

Ahh okay. Danke für die Hintergrundinformationen.

Ich sehe das wie Ralph:

> Ralph B. schrieb:
>> Es sei denn man fängt an einen Überlagerungsempfänger
>> zu bauen, dessen Selektion im ZF ausgeführt wird.
>
> Veilleicht eine Option ! Gibt es ICs für den
> Frequenzbereich?

Nicht direkt. Brauchst Du aber auch nicht. Das ist NF, da
geht jeder anständige OPV und jeder Kleinsignaltransistor,
und als Mischer jeder CMOS-Analogschalter.

Oszillatorfrequenz könnte z.B. 23kHz/27kHz sein, das gäbe
dann eine ZF von 3kHz.

Filter sind als aktive RC-Filter machbar. Ich bin zwar
ein Freund von Spulen, aber bei DEN Frequenzen würde ich
mir das nicht antun.

Bei Bedarf könnte man sicherlich einen AM-Empfänger-IC
umwidmen (TDA440?), aber damit habe ich keine Erfahrungen.


> Ich habe keinerlei Information aufmoduliert, mich
> interessiert nur die Feldstärke bei einer gewissen
> Frequenz.

Kein grundsätzliches Problem: "Geregelter" ZF-Verstärker.
Als Stellglied käme u.U. eine Digitalpoti o.ä. in Frage.

[Karl B. (gustav)]

Ralph B. schrieb:
> Possetitjel schrieb:
>> Die Spulengüte ändert sich nicht, wenn man ein C
>> parallelschaltet
>
> Die Spulengüte nicht, aber die Schwingkreisgüte wird schlechter.

Hi,
Also, ich kenne nur den Begriff "Güte des Schwingkreises", bzw. 
Kreisgüte.
Mit Boardmitteln mal ein grottenschlechtes Filterchen getestet.
Die Datenblätter arbeiten mit Filtern, wo oft schon ein C fest mit 
eingebaut ist, aber nennen den Begriff dann "Spulengüte".

Mit Kapazitätsdioden kann man noch im Mittelwellenbereich arbeiten, hier 
gibt es aber auch noch "Kreuzmodulationseffekte" oder vermehrtes 
Rauschen.
OK. Alles uninteressant hier.

Die Idee, mit DSP zu arbeiten, fällt wegen der zwangsläufigen Latenz 
wohl aus. Obwohl man da extrem scharfe Filterchen bauen könnte.

ciao
gustav

P.S.:
OK, ist der Testaufbau für den Zeitzeichen-Empfänger MSF60 daher die 60 
kHz.
Sind aber wohl nicht so weit weg von den 30 kHz des TO. Tendiere eher 
dazu,
mit Mischern zu arbeiten, wie oben schon vorgeschlagen wurde. Durch die 
Misch-Steilheit kommt noch ein Signalgewinn dabei heraus.

Possetitjel schrieb:
> und als Mischer jeder CMOS-Analogschalter.
>
> Oszillatorfrequenz könnte z.B. 23kHz/27kHz sein, das gäbe
> dann eine ZF von 3kHz.

[Lurchi (Gast)]

Die Umschaltung kann man per Relais oder auch Transistor / MOSFET 
manchen.

Wenn man schon mischt, dann vermutlich her mit 17 kHz bzw. 33 kHz. Mit 
23/27 kHz würde man die 10 kHz Abstand der Signal noch künstlich auf 4 
kHz reduzieren. Es könnte auch reichen mit fest etwa 22 kHz zu mischen 
und dann bei der ZF halt 2 kHz oder 8 kHz auszuwählen. Die ZF könnte man 
sich ggf. auch digital (per ADC und µC) ansehen, je nachdem wie es 
weiter gehen soll.

[Klaus (Gast)]

Karl B. schrieb:
> Die Idee, mit DSP zu arbeiten, fällt wegen der zwangsläufigen Latenz
> wohl aus. Obwohl man da extrem scharfe Filterchen bauen könnte.

Das muß nicht sein. Mit dem Görtzel bekommt man DTMF Töne in rund 50ms 
erkannt. Die 20/30kHz sind ein zehnfaches in der Frequenz davon und 
sollten in weniger als 10ms erkannt werden können. Und wenn man nur auf 
zwei Frequenzen statt auf 8, wie bei DTMF, lauscht könnte das eine 
vergleichbare Prozessorleistung erfordern.

Eigentlich könnte man sich die Lösungen fürs Telefon mal ansehen, halt 
mit zehnfach höherer Frequenz. Das ist für moderne HW immer noch 
ziemlich langsam.

MfG Klaus

[Possetitjel (Gast)]

Lurchi schrieb:

> Wenn man schon mischt, dann vermutlich her mit 17 kHz
> bzw. 33 kHz.

Ahh. Hübsch. -- Wenn man 16.66kHz bzw. 33.33kHz nimmt,
kommt man auf 3.33kHz ZF und braucht nur etwas diskrete
Standardlogik. LO auf 66.66kHz und ein 74xx74 sowie ein
73xx00 zur Auswahl der Oszillatorfrequenz. Geht ganz
ohne Mikrocontroller :)

[Markus W. (Gast)]

Hallo,

Ich habe die Variante mit dem Mischen weiter verfolgt und einen 
Schaltmischer mit einem CD4066 aufgebaut.
LO auf 17 bzw. 33kHz ergibt dann in der FFT des Mischersignals bei 3khz 
eine ordentliche Amplitude.

Momentan bin ich am 3kHz Bandpass in Multiple-Feedback Technik mit OPV. 
Die GBW von 1Mhz des momentan verwendeten LM324 ist da etwas die Grenze.

Da die Empfangsspule jetzt auf beiden Freuquenzen (20 und 30kHz) 
schwingen soll, kann ich diese leider nicht mit einem parallel C auf 
Resonanz einstellen.

Die Amplitude ist nun erheblich kleiner und ich muss mir noch eine 
sinnvolle Vorverstärkung überlegen...

Viele Grüße
Markus

[Ralph B. (rberres)]

Markus W. schrieb:
> Momentan bin ich am 3kHz Bandpass in Multiple-Feedback Technik mit OPV.
> Die GBW von 1Mhz des momentan verwendeten LM324 ist da etwas die Grenze.

Der LM324 ist da vermutlich zu langsam

Vielleicht geht der LF356 für den Zweck besser.

Ralph Berres

[Route_66 H. (route_66)]

Klaus schrieb:
> Mit dem Görtzel bekommt man DTMF Töne in rund 50ms
> erkannt. Die 20/30kHz sind ein zehnfaches

Du bist irgendwie auf dem Holzweg.
Er will die Frequenzen nicht erkennen, denn er kennt sie ja.
Er will die Feldstärken von diesen bekannten Frequenzen messen!

[Lurchi (Gast)]

Der Görtzel Algorithmus liefert schon die Amplitude bei der vorgegebenen 
Frequenz. Erkennen bezieht sich hier auf erkennen einer genügenden 
Amplitude.
Wenn man die Erkennung digital macht, könnte man sogar den Mischer fest 
mit z.B. 24 kHz betreiben und dann bei der ZF 4 bzw. 6 kHz 
unterscheiden.


Wenn die Spule nicht in Resonanz ist, reduziert sich die Amplitude. Ggf. 
müsste man zusätzlichen zum selektiven Empfänger eine Kapazität 
zuschalten. Da kann man dann aber höhere Verluste vertragen und so etwas 
wie ein einfacher MOSFET oder BJT (für kleine Amplitude) als Schalter 
kann ausreichen.

Eine resonante Spule ist eine eher hochohmige Signalquelle. D.h. der 
passende 1. Verstärker wäre wohl was FET basiertes.

[Possetitjel (Gast)]

Lurchi schrieb:

> Wenn die Spule nicht in Resonanz ist, reduziert sich
> die Amplitude.

Ja.
Ich würde ggf. über einen I/U-Wandler nachdenken, also
die Spule im Kurzschluss betreiben.

[DH1AKF W. (wolfgang_kiefer)]

Als Anregung für weitere Optimierung, z.B. mit LTSpice, möchte ich eine 
einfache Diskriminatorschaltung vorschlagen.
Die Sensorspule L0 ist mit je einem Schwingkreis fest gekoppelt. Der 
eine ist auf 20 kHz, der andere auf 30 kHz in Resonanz zu bringen. Es 
sind hier direkt Gleichrichterdioden angeschlossen, bei kleineren 
Signalen müsste man Operationsverstärker zwischenschalten.
Kannst Du damit etwas anfangen, Markus?

[Klaus (Gast)]

Route 6. schrieb:
> Du bist irgendwie auf dem Holzweg.
> Er will die Frequenzen nicht erkennen, denn er kennt sie ja.
> Er will die Feldstärken von diesen bekannten Frequenzen messen!

Das ist doch das gleiche. Eine Frequenz gilt als erkannt, wenn im 
vorgegebenen Frequenzbereich genügend Energie vorliegt. Dazu wird die 
Energie mit dem Görzel gemessen und dann mit einem Schwellwert 
verglichen. Statt den Wert zu vergleichen kann man ihn auch 
weiterverarbeiten.

Markus W. schrieb:
> Dabei komme ich auf eine Resonanzfrequnz von 30,6 kHz. Ich detektiere
> damit ein ebensolches Sinus-Signal ...
> ...
> Nun möchte ich elektronisch (Ohne Drehkondensator) auf eine zweite
> Frequenz umschalten können, den Schwingkreis also abstimmen. Zum
> Beispiel auf rund 20kHz.

Bei dieser Aufgabenstellung bietet sich das diditale Auswerten mit einem 
µC geradezu an. Um DTMF zu dekodieren wird gleichzeitig nach 8 
verschiedenen Frequenzen gesucht, hier sind es nur 2. Bei DTMF ist der 
Frequenzbereich bis 3,2kHz (Telefonbandbtreite) und die Abtastrate 8kHz, 
hier könnte man mit einer Abtastrate von 80kHz arbeiten. Das sollte mit 
einem einigermaßen modernen µC kein Problem sein. Es gibt Beispiele mit 
8 Detektoren für 8-Bitter im Netz, 2 Detektoren bei zehnfacher Frequenz 
sollten zu erreichen sein. Man erhält also gleichzeitig Werte für beide 
Frequenzen

Markus W. schrieb:
> Ich regle anhand der Feldstärke den Abstand zu einem (Leit-)Draht (mit
> 30kHz Sinus). Der Abstand ist ca. 3-10cm. Die Spannungsänderung in
> diesem Bereich dient zur Regelung.
>
> Der zweite Draht (20kHz) liegt etwas versetzt zu dem Ersten und folgt
> einer anderen Spur,teilweise überlappen sie sich.
>
> Ich möchte nun von ausen wählen, ob der Abstand zu Draht #1 oder zu #2
> geregelt wird.

Das ist dann reine Software. da muß nichts geschaltet werden. Man kann 
an den Werten möglicherweise sogar erkennen, wann sich die Drähte 
überlappen.

MfG Klaus