Semnal DCF77 Recepţia experimentală cu antene VLF

[V10]

Am procedat altfel cu oscilatorul. Am decuplat antena ceasului, circuitul LC paralel si l-am conectat in oscilatorul cu opamp, apoi am masurat frecventa oscilatorului si ajustat pozitia bobinei pana am obtinut 77.5 kHz. Am masurat frecventa pe firul cald al bobinei conectat in oscilator, bobina este conectata intre intrarea neinversoare si masa, sonda osciloscopului o folosesc de obicei la 1:10. Astazi m-am mai jucat putin si am observat ca daca masor semnalul pe firul bobinei frecventa este putin mai mica decat daca masor frecventa semnalului dreptunghiular pe iesirea opamp-ului. Probabil ca sonda osciloscopului schimba putin frecventa de oscilatie. Ma gandesc ca frecventa "adevarata" ar trebui sa fie totusi pe iesirea opamp-ului deci eu am masurat gresit prima data. Dupa reglaj am conectat inapoi antena in ceas. S-ar putea sa nu fie o metoda buna.

Inteleg ca ar fi trebuit sa fac un oscilator pe post de emitator si sa acordez antena ceasului direct conectata in ceas, probabil reglez pozitia bobinei pana obtin semnal maxim. Asa ar trebui sa fac?

Pana la urma o sa fac comanda de U4224B si quarturi si vorbim cand le primesc. O sa comand mai multe integrate.

[yo3fhm]

38 minutes ago, V10 said:

Am decuplat antena ceasului, circuitul LC paralel si l-am conectat in oscilatorul cu opamp, apoi am masurat frecventa oscilatorului si ajustat pozitia bobinei pana am obtinut 77.5 kHz. Am masurat frecventa pe firul cald al bobinei conectat in oscilator, bobina este conectata intre intrarea neinversoare si masa, sonda osciloscopului o folosesc de obicei la 1:10. Astazi m-am mai jucat putin si am observat ca daca masor semnalul pe firul bobinei frecventa este putin mai mica decat daca masor frecventa semnalului dreptunghiular pe iesirea opamp-ului. Probabil ca sonda osciloscopului schimba putin frecventa de oscilatie. Ma gandesc ca frecventa "adevarata" ar trebui sa fie totusi pe iesirea opamp-ului deci eu am masurat gresit prima data.

 

Asa este in mare. Frecventa de rezonanta a circuitului LC se va schimba in momentul in care capul sondei va veni in contact cu firul cald al bobinei, intrucat capacitatea parazita a sondei se va adauga (va incarca circuitul oscilant). Adaugand capacitate suplimentara, frecventa de rezonanta scade, exact cum ati constatat. Nu scade mult, intrucat capacitatea parazita a sondei e prea mica in raport cu valoarea condensatorului deja existent, dar isi aduce totusi o contributie masurabila. Si da, frecventa de rezonanta "corecta" (sau mai bine zis, cea mai apropiata de cea reala) este aceea citita la iesirea ompamp-ului. 

Metoda e OK pentru situatia data si nu e nevoie sa incercati si altfel.

 

Atat timp cat ati obtinut receptia semnalului DCF77, inseamna ca reglajul dvs. a fost bine realizat. Nu cred ca merita sa va straduiti mai mult !

Referitor la cipuri si cuarturi, multumesc, apreciez amabilitatea dvs si raman pe receptie. Va voi contacta prin PM sa schimbam datele de contact . 

 

Cu stima,

Cezar

Editat Martie 19, 2019 de yo3fhm

[V10]

In "manualul" U4224B zice asa - "optimal signal to noise ratio will be achieved by a resonant resistance of 50 to 200 kOhm". Probabil ca "resonant resistance" ar fi impedanta circuiutului LC la frecventa de resonanta. Asa ca am incercat pe un calculator on-line sa vad cam cum ar trebui sa fie bobina si sint un pic contrariat de rezultate.

De exemplu - L = 620 microH, C = 6800 picoF, frecventa rezonanta = 77,512 kHz iar "Total LC Impedance" = 962,4 kOhm, mult mai mare decat valoarea recomandata pentru U4224B. Pentru o impedanta mai mica trebuie si o inductatnta mai mica si capacitate mai mare (asa am observat facand calcule succesive): la 422 microH, 10000 picoF, rezonanta 77,475 kHz rezulta impedanta de 323,7 kOhm, inca prea mare. Mi se pare ca trebuie o inductanta mult prea mica pentru bobina, sau poate nu calculez bine?

[puriu]

 "Resonant resistance" este, cred, componenta rezistiva a impedantei la rezonanta, de exemplu Rr = XL* Q.   Cu o bobina de L = 5 mH si Q = 40 iese ceva pe la 100 kOhm.

[VAX]

Este vorba de rezistenta interna pe care trebuie sa o aiba sursa de semnal pentru ca etajul amplificator de la intrarea receptorului sa lucreze cu zgomot mic. Cuplajul se poate face prin divizor capacitiv sau inductiv (bobina cu priza), daca impedanta la rezonanta este prea mare. Nu stiu cat trebuie sa fie raportul L/C optim la aceasta frecventa, pentru ca n-am studiat problema. Folositi un raport L/C cat mai mare si puneti la intrare (inaintea integratului) un amplificator cu JFET. Pentru acord exact pe frecventa de receptie se poate utiliza un condensator variabil cu dielectric solid, de la radiourile de buzunar.

Putina autoeducatie in domeniul acesta nu strica.

https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN-6602.pdf.pdf

Ceva bun, in limba romana, gasiti de citit in cartea asta:

http://www.targulcartii.ro/t-tanasescu/amplificatoare-de-audiofrecventa-tehnica-1972-692731

Are un capitol despre zgomotul de fond (mecanisme de zgomot, factorul de zgomot, dependenta factorului de zgomot de rezistenta (impedanta) sursei de semnal)

[V10]

Multumesc, mai studiez... Schema data de producator este f. simpla, circuitul LC conectat intre Vcc si intrare.

 

Editat Martie 20, 2019 de V10

[puriu]

Schema este f. simpla, dar circuitul LC de intrare nu prea. La rezonanta, reactantele  XL si XC  se anuleaza reciproc si ramane o rezistenta Rr, impedanta antenei fiind minima. Daca circuitul LC este dezacordat, intr-un sens sau altul, impedanta lui creste si poate fi amortizat de rezistenta de intrare (finita) a amplificatorului. 

[yo3fhm]

On 3/20/2019 at 1:33 PM, V10 said:

In "manualul" U4224B zice asa - "optimal signal to noise ratio will be achieved by a resonant resistance of 50 to 200 kOhm".

Probabil ca "resonant resistance" ar fi impedanta circuiutului LC la frecventa de resonanta.

 

La circuitul LC derivatie, Q = R/X de unde si X =R/Q .

Daca impuneti un Q=30 (rezonabil ptr astfel de bobine) si considerati ca R = 50KOhm, rezulta X = 50000/30 = 1666.66 ohmi.

Ce inductanta va avea reactanta de 1666.66 ohmi La 77.5 KHz ? 

Din formula XL = ω L = 2*PI* f0 * L, rezulta L=3430 uH. 

Ce capacitate e necesara pentru ca bobina respectiva sa rezoneze (in ansamblul dat) pe 77.5 KHz ? 

Aplicand formula lui Thompson rezulta C=1229.14 pF.

In mod similar se calculeaza si ptr R=200kOhm.

 

Cu stima,

Cezar YO3FHM

[yo3fhm]

Buna dimineata!

In completarea celor mai sus scrise, dar si pentru ca se pare ca am ramas dator cu niste masuratori pe care nu le-am mai postat de cand am initiat topicul, revin pentru cateva detalii.

Astfel:

 

On 4/16/2017 at 8:07 PM, yo3fhm said:

Antena este realizata pe o bara de ferita cu dimensiunile de 50x8x4 mm.

Bobina de acord are o lungime de 15.5mm si este realizata cu conductor plin din CuEm 0.22mm.

(click pentru marire, back ptr revenire):

 

Imi amintesc ca ii masurasem parametrii, dar nu-mi mai aduc acum aminte exact. Daca cineva va fi interesat, voi reveni asupra lor.

 

In aceasta dimineata, am masurat din nou cele doua componente ale circuitului LC de mai sus , extras dintr-un ceas cumparat de la LIDL (detalii in postarea mea de aici ). 

Rezultate: L = 1.54mH, C = 2.63nF .

Masuratorile le-am desfasurat chiar la 77.5 KHz, cu ajutorul VNA-ului. 

Calculand cu formula lui Thompson rezonanta circuitului, va rezulta f0 = 79.08 KHz .

Masuratoarea efectiva a rezonantei am efectuat-o folosind o bucla cu 1.5 spire cuplata la VNA si stransa pe circuitul oscilant compus din bobina pe ferita si condensatorul (SMD) aferent.

Rezultatul a fost f0' = 78.5 KHz . 

Abia acum incep sa banuiesc ca din acest motiv, ceasul se sincronizeaza foarte greu (circuitul nu este acordat perfect pe 77.5 KHz). Voi incerca sa reajustez acordul si sa vad ce se petrece.

 

Revenind la mentiunea "optimal signal to noise ratio will be achieved by a resonant resistance of 50 to 200 kOhm" din foaia de catalog a circuitului U4224B, ar trebui ca pentru estimarea Q-ului sa masor banda circuitului LC, dar acum nu mai am timp, o voi face diseara. Daca as presupune un Q=30, folosind formula Q=Rp/Xp rezulta Rp=Q*Xp . 

La 77.5 KHz, inductanta de 1.54mH are o reactanta X=750 ohmi. De aici, rezulta Rp=30*750 = 22500 ohmi, adica Rp=22.5 kOhmi. 

E mai putin decat recomanda foaia de catalog a lui U4224B, dar asta e... asa a decis constructorul, asa a iesit. 

 

Mai vedem !

 

[VAX]

Ce motiv aveti sa construiti receptoare DCF77 ? Vreti sa preluati semnalul si sa-l prelucrati intr-un sistem cu microcontrolere ? Daca este doar pentru ceas electronic, este logic sa cumparati unul facut de firma, mic si frumos - eu am din asta. Se poate sensibiliza la receptie cu antena externa + amplificator + bobina ferita (acordata - cu rol de emisie) pusa langa ceas, cum s-a mai discutat. Sau se poate utiliza un circuit multi-Q cu antena de ferita mai mare, care pusa langa ceas receptioneaza, intareste semnalul (prin reactie pozitiva) si il reemite in apropiere. Este mai simplu asa, dar necesita reglare de precizie.

[V10]

10 hours ago, VAX said:

Ce motiv aveti sa construiti receptoare DCF77 ? Vreti sa preluati semnalul si sa-l prelucrati intr-un sistem cu microcontrolere ? 

 

Scopul meu asta este dar pana vor sosi integratele, cuarturile si barele de ferita din China mai iau o pauza.

[yo3fhm]

14 hours ago, VAX said:

Ce motiv aveti sa construiti receptoare DCF77 ?

 

Curiozitatea; si dorinta de a gasi solutii pentru a extrage informatia utila din zgomotul inconjurator .

Experimentul, pentru a identifica antene care sa ofere rezultate bune si foarte bune in zona LF/VLF .

Interesul pentru studiul propagarii in VLF, ptr ca semnalul provenit de la DCF77 constituie o buna sursa de informatii in acest sens.

[puriu]

Mare dreptate! Sunt motive care ar trebui sa-i indemne pe cei mai tineri sa gandeasca (chiar gresit) cu capul lor. Sa nu "digere" lucruri gandite si facute de altii.

Cu regret pot spune ca nu cunosc asemenea tineri,  mai degraba oameni care se apropie de 50 - 60 sau (cazul meu) se indeparteaza de 70.

[yo3fhm]

On 3/22/2019 at 7:44 AM, yo3fhm said:

Revenind la mentiunea "optimal signal to noise ratio will be achieved by a resonant resistance of 50 to 200 kOhm" din foaia de catalog a circuitului U4224B, ar trebui ca pentru estimarea Q-ului sa masor banda circuitului LC, dar acum nu mai am timp, o voi face diseara. Daca as presupune un Q=30, folosind formula Q=Rp/Xp rezulta Rp=Q*Xp . 

La 77.5 KHz, inductanta de 1.54mH are o reactanta X=750 ohmi. De aici, rezulta Rp=30*750 = 22500 ohmi, adica Rp=22.5 kOhmi. 

E mai putin decat recomanda foaia de catalog a lui U4224B, dar asta e... asa a decis constructorul, asa a iesit. 

Mai vedem !

 

Am ramas dator si m-am ocupat de problema masurarii Q-ului circuitului LC derivatie din ceasul DCF77.

Acum plec la o chermeza, dar anunt ca atat masuratorile cat si simularea initiala indica un Q de aproximativ 80.

Diseara voi reveni cu poze. 

Am folosit atat metoda cu circuit oscilant serie, cat si cu circuit oscilant derivatie .

Mai multe detalii aici :  The two faces of Q (Wes Hayward, W7ZOI. nov.2010) . Metodele respective au fost trecute in revista si in materialul "Q-factor Measurements on LC circuits" (VE3AZX) .

 

Pe scurt, la metoda cu circuit LC derivatie:

f1(-3dB) = 76.660392 KHz
f0 = 77.120303 KHz
f1'(-3dB) = 77.592889 KHz
BW=932Hz = 0.932 KHz
Q = f0/BW = 82.74

Rp= Q*X = 82.74 * 746 ohm = 61729 ohm = 61.7K

 

Asadar, valoarea pe care am determinat-o ptr Rp se incadreaza pana la urma in specificatiile minime din foaia de catalog a lui U4224B . 

Reamintesc ca valorile masurate ale circuitului LC pe care l-am scos din ceasul DCF77 de la LIDL sunt : L = 1.54mH, C=2.63nF .

 

Revin mai pe seara cu poze suplimentare de la masuratori + alte detalii.

Cezar

 

 

[VAX]

Nu am citit datele de catalog ale acestor integrate si ii intreb pe cei care stiu deja.

Cat trebuie sa fie banda de trecere minima pentru decodarea corecta a semnalului digital ? Se poate utiliza multi-Q pentru intarirea semnalului, sau merge numai cu amplificator si antena externa ? Acest aspect l-am neglijat initial.