Um den anderen Faden nicht weiter in die Länge zu ziehen, möchte ich hier das Ergebnis des letzten Bastelwochenendes kurz vorstellen. Da ein fertiges NF-Filter schon länger tatenlos herumlag und ebenso ein Gehäuse, welches einst ein Transistoraudion beinhaltete, war der Aufwand für einen DM-Neuaufbau recht überschaubar.
Gespeist wird das Ganze mit einem LiPo Akku 11,1V 600mA/h. Ohne Zähler nimmt die Schaltung 38mA-, mit Zähler 70mA auf. Zum Akkuschonen ist der Zähler einzeln zuschaltbar. Als Oszillator ist ein XR2206 vorgesehen, der nur wenig Peripherie erfordert und ein stabiles, sauberes Signal liefert. Für die Frequenzeinstellung dient ein 10-Gang-Wendelpoti, dessen Verstellbereich für eine möglichst feinfühlige Einstellung auf zwei Bereiche aufgeteilt ist. Um das Rauschen hinter dem Filter gering zu halten, ist der LM386 nur auf 20dB Verstärkung programmiert, was vollkommen ausreicht.
Noch ein Blick in's Innere: Oben die Filterplatine, darunter das Eingangsteil und der Oszillator, rechts das Wendelpoti, links der Drehko. Unten ein kleiner Zähler vom freundlichen Chinamann, der allerdings erst mit ausreichend Abblockmaßnahmen ruhiggestellt werden konnte.
Der Empfänger ist an der abgestimmten Ferritantenne sehr empfindlich. Das Filter sorgt für eine gute Trennschärfe und wenig Störgeräusche, sodaß es Spaß macht, damit über das VLF Band zu kurbeln. Als kurze Demo noch ein File von MSF auf 60kHz von heute Abend. Am Anfang volle Bandbreite mit offenem Filter.
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der OP1 bildet für die Ausgangssignale des NE612 keinen optimalen Differenzverstärker. Auf dem Papier sieht das zwar nach einem Differenzverstärker aus, aber die Belastungsimpedanzen der beiden Ausgangssignale des NE612 sind stark unterschiedlich. Pin 4/Out_A wird durch die Reihenschaltung von 10k und 100k also mit 110k Impedanz belastet. Da ein OP-Verstärker mit Rückkopplungswiderstand vom Ausgang zum negierenden Eingang immer bemüht ist, die Spannung am negierenden Eingang der Spannung am nicht negierenden Eingang folgen zu lassen, beträgt die Belastungsimpedanz für Pin 5/Out_B des NE612 genau der Hälfte des 10k Reihenwiderstandes vor dem negierenden Eingang des OPVs. An einem Ende des 10k Widerstandes liegt die Out_A Spannung des NE612 und am anderen Ende durch die Rückkopplung dann Out_B, wobei diese beiden Spannungen ja gegenphasig sind, so dass sich genau in der Mitte des 10k Widerstandes dann ein virtueller Massepunkt für die Wechselspannung befindet. Um die Diskrepanz der Belastungsimpedanzen zu umgehen, kann der 10k Reihenwiderstand vor dem nicht invertierenden Eingang des OPVs entfallen und der 100k Widerstand zum Spannungsteiler für die halbe Betriebsspannung müsste dann auf 5k verringert werden, weil das die belastende Impedanz dann wäre. Das bildet dann Näherungsweise einen richtigen Differenzverstärker für Out_A und Out_B. Will man es noch besser haben, muss man eine Instrumentenverstärkerschaltung mit drei OPVs oder eventuell auch nur zwei OPVs verwenden.
@Jens Das Filter ist, wie schon an anderer Stelle geschrieben, ein Kompromiß. Der Vorteil ist die stufenlose Frequenz- und Bandbreitenverstellung aber ein 4-poliges Besselfilter ist in der Weitabselektion deutlich besser. Für diesen Zweck reicht das Filter aber aus und beim über's Band kurbeln ist die variable Bandbreite oft hilfreich. Ich habe das Filter in diesem Projekt eingesetzt, weil es schon vorhanden war - also aus Faulheit
@Reflex-Kalle
Was Du schreibst, leuchtet mir ein und darum habe ich die Sache vorhin mal praktisch getestet. Am Oszi ist das Signal am Mischerausgang mit der vorgeschlagenen Beschaltung (hinter Pin4 10k gebrückt, 100k gegen 4,7k getauscht) rund 2-3dB schwächer als vorher, ansonsten sieht der Sinus gleich gut aus. Habe auch das Ausgangsspektrum bei 20kHz Oszillator- und 19kHz Eingangsfrequenz - also 1kHz ZF - angesehen. Die Differenzen der Pegel von Oszillator, ZF und Eingangssignal und deren Vielfache sind gering und liegen bei 2-3dB, mal zu Gunsten der einen oder anderen Beschaltung des OPV. Wirkliche Unterschiede konnte ich keine erkennen. Was könnte die Fehlanpassung ansonsten für ungünstige Wirkungen haben?
dass der Pegel am Ausgang geringer wird, ist so zu erwarten gewesen. In der ursprünglichen Schaltung überwiegt das Signal von Pin 4/Out_A des NE612 das Signal von Pin 5/Out_B, je höher die Quellimpedanzen von von Out_A/Out_B um so mehr. Ist eben keine richtige Differenzverstärkung dann. Die unterschiedlichen Signalpegel sind dann auch an Out_A/Out_B messbar. Mit der geänderten Schaltung ändert sich das dann und dann sind die Signalpegel an Out_A/Out_B in etwa gleich. Das sollte den Klirrfaktor des (differenz-)verstärkten Signals verringern. Die eigentliche Frage ist ja, warum man die symmetrische Differenzsignalverarbeitung vor dem Differenzverstärker haben will oder braucht und warum dies dann mit einer nicht differenzgerechten Verstärkung wieder zunichte macht.
Das gleiche Problem besteht bei QuadratureSampleDemodulatoren, wenn sie symmetrisch ausgeführt sind (nennt sich dann „balanced QSD“). Dies insbesondere wenn die nachfolgende Signalverarbeitung ein digital arbeitender SDR ist. Eine signalrichtige Differenzverstärkung vor den ADCs des SDR ergibt dann etwas bessere Empfangswerte des SDR. Ist aber auch nicht weltbewegend besser, aber messtechnisch leicht nachweisbar und verbessert die Empfangseigenschaften an der Rauschgrenze schon deutlich merkbar.
Gruß
(Reflex-)Kalle oder kurz einfach Kalle (das „Reflex“ kommt von meiner Liebe zu Reflex-Schaltungen)
eine gute Symmetrie am Mischerausgang reduziert vor allem die unerwünschten Mischprodukte und ZF-Durchschläge, weil diese Signalanteile meistens gleichphasig sind und sich so aufheben (analog der geraden Harmonischen bei einem Gegentaktverstärker), allerdings nur dann, wenn auch das Eingangs- und Oszillatorsignal an der Gilbert-Zelle schön symmetrisch ist.
Für die Verstärkung dagegen ist nur die Ausgangsimpedanz relevant, da der Mischerausgang mehr oder weniger eine Stromquelle ist, also je höher die Lastimpedanz, desto höher die Verstärkung. Auf die Linearität des Mischers hat die Lastimpedanz auch einen Einfluss, daher gibt es hier einen optimalen Wert, der im Datenblatt steht.
Bei dieser Schaltung spielt das allerdings kaum eine Rolle, da durch die abgestimmte Ferritantenne schon eine ordentliche Vorselektion stattfindet, so dass der Mischer kaum störende Mischprodukte erzeugt. Durch den nachfolgenden Verstärker spielt auch die Mischverstärkung keine grosse Rolle.
zu der akademischen Betrachtungsweise des Differenzverstärkers kommt noch hinzu, dass es auf Längstwelle - auch mit Ferritantenne - kein wirkliches Eingangsrauschproblem gibt. Auch meine komplett unsymmetrischer Bauweise (Ferritantenne mit BF256 Sourcefolger) brachte vergleichbare Empfangsergebnisse.
Mir fällt auf, dass Du den passiven 3kHz-Tiefpass am Ausgang des NE612 eingespart hast. Den hätte ich vielleicht drin gelassen und Abstriche in der Filterung gemacht. OK, das Filter war noch vorhanden... Grosses Erstaunen löste bei mir der Einsatz des XR2206 aus, den es tatsächlich für 5€ noch zu kaufen gibt.
Der mechanische Aufbau ist aufwendig und sehr gut geworden.
ganz so „akademisch“ ist die Betrachtung eines einzelnen OPVs als Differenzsignal-Verstärker gar nicht, zumal da viele verwirrende und falsche Auffassungen in „Fachartikeln“ rumschwirren, obwohl die genaue Funktion ziemlich einfach richtig beschreibbar ist.
Aber richtig, bei der hier vorgestellten Anwendung ist das alles mehr oder weniger von untergeordneter Bedeutung.
In der Tat sind bei der ursprünglichen Beschaltung an den Mischerausgängen unterschiedliche Pegel meßbar und das Signal an Pin4 ist zudem unsymmetrisch zur Nullinie. Nach der Änderung sind beide Signale gleich und absolut symmetrisch - prima. Habe den Schaltplan eben entsprechend geändert. Auch wenn es zunächst nicht hörbar ist, erweist sich die Änderung vielleicht in Grenzsituationen dann doch als nützlich. Jedenfalls vielen Dank für Eure Hinweise. Das 3kHz Filter schien mir entbehrlich zu sein, da die frequenzabhängige Rückkopplung des OPV schon für eine gute "HF-Unterdrückung" sorgt. Im Oszillogramm ist am OPV Ausgang bei 20kHz nur noch etwa 10% Rest auf dem NF-Sinus sichbar, das Filter besorgt das Übrige. Ja, der XR2206 ist für den Zweck eigentlich etwas deplaziert aber war vorhanden und erlaubte eine einfache Lösung. 5€ mußte ich dafür zum Glück nicht berappen.
Jens, falls Du das Filter aufbauen willst, habe ich im Schaltplan die exakte Dimensionierung angegeben, wie ich sie verwende. Für P2 und Rres sollte eigentlich ein Tandempoti verwendet werden aber wenn man den Frequenzbereich nicht zu weit ausdehnt, genügt für P2 auch ein einfaches. So wie es oben angegeben ist, liegt die Filtermitte bei etwa 700Hz und ist zwischen etwa 450Hz und 1kHz verstellbar. Bei Änderungen ist nur zu beachten, daß Rres etwa halb so groß sein sollte, wie P2. Für die Bandbreite ist dem Poti P1 der Widerstand 36k parallelgeschaltet, damit dessen Wert nicht zu hoch werden kann oder man verwendet gleich ein kleineres. Bei mehr als 30k Gesamtwiderstand steigen die Ein- und Ausschwingzeiten zu weit an und das Filter beginnt zu klingeln. Ist vielleicht auch etwas vom verwendeten OPV Typ abhängig, bei mir sind LM833 im Einsatz.
gehört zwischen OP1 und OP2/1 nicht noch ein Koppel-C ? Sonst fließt ein ein Ausgleichsstrom von den unterschiedlichen Massenpotentialen. Weglassen darf man den nur bei jeweils symmetrischer UB+/UB- gegen Masse.
Viele Grüße Bernd
Zwei Dinge sind unendlich, das Universum und die menschliche Dummheit, aber bei dem Universum bin ich mir noch nicht ganz sicher. (Albert Einstein)
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