Schaltungsvorschläge für den Empfangsteil einer DCF77-Uhr gesucht

  • Hallo zusammen,


    wegen des Angriffs auf das Forum versuche ich hiermit das Thema aus dem Kopf zu rekonstruieren, das leider vollständig verschwunden war.


    Ich suche geeignete Schaltungen, um ein DCF77-Signal aus Mainflingen bei Frankfurt/M. zu empfangen, das dann anschließend mit der PIC-Firmware von Uwe Nagel dekodiert wird. Die Uhrzeit und alles andere erscheint dann auf einer Punktmatrixanzeige. Nachfolgend ein paar Bilder von meinem Aufbau, den ich damals mit einem Empfangsteil von Conrad realisiert hatte:




    Es funktioniert auch hier über 1000 km vom Senderstandort bei Frankfurt/Main (Mainflingen) einwandfrei, wenn man Netzbrumm durch Cs über die Dioden des Brückengleichrichters vermeidet und ein Netzfilter einbaut, das gegen Störimpulse schützt. Außerdem können die Kabel zur Punktmatrixanzeige den Empfang stören, wenn sie ungünstig verlegt wurden.


    Wenn ich eine unkomplizierte Schaltung hinbekomme, die hier in Schweden gut läuft, dann funktioniert sie auch in fast ganz Europa. Bis jetzt wurden folgende Vorschläge für den Empfänger macht:


    Als Antenne mehrere Ferritstäbe bündeln und mit Alu Abschirmen (Schlitz nicht vergessen). Den Resonanzkreis mit der Ferritantenne auf 77,5 kHz abstimmen, dann Vorverstärker mit rauscharmen OP, dann ein paar aktive Bandpassfilter, so wie man sie im Prinzip früher für RTTY-Empfang verwendet hatte. Wegen der Gefahr des Übersprechens Operationsverstärker in getrennten Gehäusen verwernden. Anschließend AM-Demodulation und dann ein Schmitt-Trigger, um das TTL-Signal für den PIC zu erzeugen.


    In Schweden wird dieselbe offizielle Zeit wie in Deutschland und ganz Europa verwendet. DCF77-Funkuhren kann man hier auch überall kaufen. Nur in Nordschweden ist der Empfang schwierig. Aber es reicht ja im Prinzip aus, wenn die Uhr nur ein paar Minuten pro Tag synchronisiert und den Rest Tages die Quarzzeitbasis der Uhr verwendet. Hier an meinem Standort heben sich Raum- und Bodenwelle manchmal auf. Dann ist für ein paar Minuten der Empfang nicht möglich. Nachts ist der Empfang am besten. Übrigens schaltet der DCF77-Sender bei Gewitter ab. Empfangsunterbrechungen sind also normal. Meine Eigenbau synchronierst übrigens besser als eine aus dem Laden. Dafür ist der Selbstbau auch teurer.


    vy 73 Volker SM5ZBS

    vy 73 de Volker SM5ZBS

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  • Hallo Volker,


    ich habe gestern eine Diplomarbeit zum Thema Synchronisation von Relais mit DCF77 in die Hand bekommen, habe aber noch nichts gelesen. Es sind Schaltungen mit disktreten Bauteilen und Leiterplattenentwürfe enthalten. Hast Du Interesse an der Arbeit, dann schicke bitte Deine Anschrift.


    vy 72/73 Gerd DM2CDB

  • Hallo Gerd und alle anderen,


    wer sucht, der findet. In einer Laborübung der FH Hannover bin ich fündig geworden. Die PDF-Datei kann unter



    heruntergeladen werden. Die dort vorgeschlagene Schaltung muss noch teilweise berechnet werden:



    Der Aufbau des Geradeausempfängers ist einfach: Abgestimmter Resonanzkreis mit Ferritstab, Vorverstärker mit Rückkopplung zur Entdämpfung, Verstärker, AM-Demodulator, Komparator, Transistor als Schalter.


    Ich denke, mit einem zusätzlichen aktiven Bandpass vor dem Demodulator kann man die Empfindlichkeit noch steigern. Außerdem würde ich statt Q2 einen rauscharmen OP einsetzen. Was ist davon zu halten?


    Kommerzielle Produkte wie z.B. unter http://www.meinberg.de/english/products/emp226.htm arbeiten auch als Geradeausempfänger mit einer Bandbreite von 40 Hz.


    vy 73 Volker SM5ZBS

    vy 73 de Volker SM5ZBS

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  • Lbr Volker,


    Vorlagen aus Deutschland dürften für die hier in DL gegebenen Verhältnisse reichen, aber nicht unbedingt für deine hoch oben im Norden.


    Rauscharme Operationsverstärker wären ja vor allem weit vorn im Empfangszug am Platze. Außerdem kannst Du sicher mit einem OpAmp die beiden bipolaren Transistoren ersetzen. Der Vorteil der OpAmps wäre auch, daß Du deren Verstärkung leicht den Erfordernissen anpassen kannst.


    In einer früheren email hatte ich mich auch dafür ausgesprochen, die Antenne und den eigentlichen Empfänger räumlich zu trennen. Denn bei hoher Empfindlichkeit sollte die Antenne vor elektrischen Vorgängen der nachfolgenden Schaltung geschützt werden. Diese braucht sie nicht mit empfangen und weitergeben! Und die Empfängerschaltung selbst gehört in ein dichtes Metallgehäuse. Denn wie ich zu verstehen meine, möchtest Du doch eine bessere Technik realisieren als die hier auf dem Foto.


    In diesem Zusammenhang möchte ich auch eine Frage stellen, die schwedische Funkamateure sicher leichter beantworten können:


    Kann es dort oben so schneien, daß das ganze Haus stark mit Schnee bedeckt ist, so daß eventuell auch die Empfindlichkeit der Ferritantenne im Haus zurückgeht, so daß dann deine Empfängerschaltung nicht mehr ausreicht?


    In einem solchen Fall müßtest Du auf eine externe Antenne zurückgreifen können. Auch dafür wäre ein getrennter Aufbau von Antenne und Empfänger ein Vorteil.


    Darüber solltest Du dir meiner Ansicht nach noch klar werden.


    HW?


    73

    Ha-Jo, DJ1ZB

  • Hallo Ha-Jo,


    vielen Dank für deine Tipps, die ich beherzigen werde. Von der Schaltung werde ich nur den AM-Gleichrichter und den Komparator übernehmen. Die FET-Eingangsstufe soll ein einfacher Sourcefolger werden. Die Rückkopplung entfällt zur Erhöhung der Nachbausicherheit. Das aktive Bandpasfilter will ich noch simulieren. Mehr als zwei Stufen werden wohl keinen Sinn machen. Wäre das eine geeignete Lösung? Der Ferritstab samt C und Impedanzwandler kommt in ein geschlitztes Alu-Rohr, das extern angeschlossen wird. Würde eine mit Alu-Folie beklebte Papp-Rolle auch reichen?


    Nun zum Schnee: Mit dem Schnee sehe ich keine Probleme. Zeitweise lag auf dem verzinkten (und lackierten) Stahlblechdach etwa 15 cm Schnee. Empfangsbeeinträchtigungen konnte ich nicht feststellen. Im Vergleich zur Wellenlänge von fast 4000 m ist so ein Blechdach ein kleiner Blechschnipsel. Im Keller funktioniert der Empfang auch. Die Kellerdecke ist wie fast das gesamte Haus aus Holz.


    Außerdem glaube ich, dass Schnee HF nicht sonderlich behindert. Wenn ich mich recht erinnere, konnte man bei einer Grönlandsexpedition die Kurzwellenantennen (Dipole und Yagis) direkt auf die Eisoberfläche des mehrere km mächtigen Inlandsgletschers legen und es ging trotzdem.


    vy 73 Volker SM5ZBS

    vy 73 de Volker SM5ZBS

  • Hallo Volker,


    die 5. Oberwelle der TV-Zeilenfrequenz liegt nur 625Hz neben dem DCF77-Nutzsignal. Falls du damit Probleme bekommst, so kann ich dir eine Brückenschaltung empfehlen, die ich selbst in Benutzung habe. Nachteil: Man braucht einen 77,5kHz-Quarz, den man aber manchmal ganz billig kaufen kann. (Ich hatte mir damals einen extra schleifen lassen.)


    Zu OPVs möchte ich zu bedenken geben, dass sie bei 77,5kHz schon reichlich Probleme machen können. 30dB/Transistor sind dagegen viel einfacher zu realisieren. Wichtig bei Geradeaus-Betrieb: Abschrimen, Abblocken und eine gute Masse, sonst hast du einen Oszillator ;)


    73 de Tom - DC7GB

  • Hallo Tom,


    danke für die Schaltung. Der 77,5 kHz Quarz muss nicht extra angefertigt werden. Ich habe ihn bei Segor und Conrad jeweils im normalen Sortiment entdeckt.


    Was käme für T1 und T2 in Frage? Ist der Übertrager trifiliar gewickelt? Dann kann man sich die Windungszahl leicht ausrechnen.


    vy 73 Volker SM5ZBS

    vy 73 de Volker SM5ZBS

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  • Hallo Volker,


    toll, dass du einen Quarz hast, der Rest ist dann völlig unkritisch. Zu R1: Kann ggf. entfallen. Er stabilisiert die Gesamtverstärkung und die Bandbreite von Fi1, falls seine Güte zu hoch wird. Ich habe einen Filterbausatz mit Kernen für 100kHz dafür verwendet. Das hat den Vorteil, dass man die Resonanzfrequenz mit einem Abgleichkern anpassen kann. Ein Ringkern geht aber sicher auch, doch dann muss man mit zusätzlichen Kondensatoren parallel zu C1 sich ans Maximum heran löten.


    Die Wickeldaten für Fi1 mußt du leider selbst ausprobieren. Die Induktivität in Fi1 parallel zu C1 hat ca. 4,2mH. Das Übersetzungsverhältnis ist 1:1:1, also alle drei Wicklungen sind identisch. Das lässt sich auf einem Ringkern ganz gut realisieren. Wichtig ist, dass die beiden Sekundärwicklungen gegenphasig, also wie eine Mittelanzapfung einer doppelt so großen Wicklung, angeschlossen werden. Sonst geht die Brücke nicht.


    Die Transistoren sind unkritisch. MOS-FETs sind etwas steiler und bringen etwas mehr Verstärkung. Single-Gate-MOSFETs sind vielleicht etwas schwierig zu bekommen. Es geht irgend ein Standard-Typ (BF981, ist aber ein Doppel-Gate-FET; G2 dann an ca. 3-6V legen). Du kannst auch Sperrschicht-FETs (BF256) verwenden. Dann musst du aber im Source einen Widerstand (ca 1k) zur Arbeitspunkteinstellung einbauen und ihn für 77,5kHz niederohmig genug (mindestens 100nF) abblocken. Mit Sperrschicht-FETs ist die Gesamtverstärkung aber etwas geringer (ca halb so groß pro Transistor). Wenn der Arbeitspunkt von T2 nicht ganz stimmt, dann musst du R4 etwas verändern. R3 beeinflusst in geringem Maße die Welligkeit des Durchlaßbereichs. Da das Brückenfilter aber ohnehin sehr schmal ist, merkt man das beim Wobbeln kaum. Das ist was für Puristen, die "schöne" Impulse durch das Filter bekommen wollen ;)


    Der Abgleich ist einfach: Trimmer C4 stellt man so ein, dass die 5. Harmonische der Zeilenfrequenz am Ausgang ausgelöscht wird. Den Eingangskreis stimmt man auf Maximum.


    73 de Tom - DC7GB

    73 de Tom - DC7GB

  • Hallo Tom


    und danke für die ausführliche Antwort. Mich würde noch die Bandbreite deines Filters interessieren.


    Nun habe ich als Alternative mit aktiven Filtern simuliert: Mehr als 3 KHz Bandbreite waren bei meinen ersten Versuchen leider nicht möglich. 40 Hz wären wünschenswert:




    Die Spannungsangaben beim Frequenzgang sind als Verstärkungsfaktor zu verstehen, da Spice um den Arbeitspunkt linearisiert. In die Begrenzung gehen gibt es nicht bei der AC-Analyse. Um die Verstärkung direkt ablesen zu können, habe ich an den Eingang 1 Volt gelegt. In Wirklichkeit wäre der Verstärker damit schon hoffnungslos übersteuert.


    Als weiter Alternative könnte ich mir aktive Filter mit LC-Resonanzkreisen vorstellen. Aber wer will schon die Spulen wickeln?


    vy 73 Volker SM5ZBS

    vy 73 de Volker SM5ZBS

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  • hallo Volker,


    die Bandbreite des Quarzfilters liegt bei etwa 200Hz. 625Hz neben der Mittenfrequenz gibt es dann eine Nullstelle, die tiefer als 60dB ist. So habe ich das noch in Erinnerung. Ich muss mal sehen, ob ich das noch mal mit Hausmitteln nachmessen kann.


    Zu der OPV-Simulation des Bandfilters möchte ich nochmal darauf hinweisen, dass du den OPV offenbar als ideal angenommen hast. Simuliere das mal mit realen OPVs! 100kHz ist für OPVs schon nicht mehr so einfach. Insbesondere bei Schaltungen mit Mehrfachgegenkopplung (wie in deinem Filter). Die eigene Phasendrehung und deutlich geringere Leerlaufverstärkung des OPVs bei 100kHz kann nicht mehr vernachlässigt werden und macht dann das schöne Filter "kaputt". Meistens erreicht man nicht mehr die geplanten Bandbreiten und Verstärkungen.


    73 de Tom - DC7GB

    73 de Tom - DC7GB

  • Hallo Tom,


    bei der Simulation habe ich schon das Model des TL082 eingesetzt. Du hättest mal die Simulation mit dem µA741 sehen sollen. Jetzt suche ich einen Wald- und Wiesen-OP mit möglichst hoher Grenzfrequenz. Das aktive Filter soll nur eine Alternativlösung sein. Das Quarzfilter ist natürlich die bessere und einfachere Lösung. Und den Quarz gibt es für ein paar Euro.


    vy 73 Volker SM5ZBS

    vy 73 de Volker SM5ZBS

  • Hallo Volker,


    wenn Du mit der Schaltung fertig bist, wirst Du dann ein Platinenlayout dafür entwerfen oder soll das im uglystyle aufgebaut werden? Hab auch Interesse an solch einem Empfänger.


    73 de thomas, dk2nb

    DK2NB Thomas JN59NI DOK D22 - MA12 - RockMite 14MHz - Elecraft T1 - Yaesu FT-818ND - Green Mountain GM30
    DL-QRP-AG #1131 AGCW #2109 G-QRP-Club #10385 GTC #256 EPC #2020 GM25

  • Hallo Volker,


    ich habe mal versucht die Durchlaßkurve meines 77,5kHz-Quarzfilters aufzunehmen. Die nachgemessene Bandbreite liegt bei etwa 80Hz. Das habe ich punktweise mit einem Funktionsgenerator ermittelt. Leider springt sein Poti etwas, so dass es auch etwas größer (100-150Hz) sein kann.


    Die Durchlaßkurve ist "am lebenden Objekt" gewobbelt. Der Bereich kleiner 30kHz ist rot eingefärbt. Was man da sieht ist nicht das Meßobjekt, sondern das Analyzerfilter. Die Dämpfungs-Nullstelle löst der Analyzer leider nicht mehr auf. Dazu wird er ohnehin schon zu sehr "gequält".


    73 de Tom - DC7GB

  • Hallo Thomas und Tom,


    also Leiterplatte ist in Planung, Thomas.


    Ich habe nun etwas mit aktiven Filtern weiter experimentiert und bin mit zwei TL071 auf eine 3-dB-Bandbreite von 1,85 kHz gekommen, was mich verglichen mit dem Aufwand nicht überzeugt.


    Schade, dass der U4224B offenbar nicht mehr erhältlich ist. Dann hätte ich die Schaltung unter http://www.prog-link.com/dcf77…l#DCF77_Empf%E2%80%9Enger noch mit einem Vorverstärker u.s.w.. versehen können.


    Damit ist ein Geradeaus-Empfänger mit dem 77,5-KHz-Filter die beste Wahl. Leider habe ich so einen Quarz, der nicht überall erhältlich ist, nicht. Deshalb habe ich mir überlegt, durch Mischen und Teilen und Ziehen von Standardquarzfrequenzen auf 77,5 kHz zu kommen. Eine Lösung habe ich nicht gefunden. Also - wenn jemand eine unentdeckte Bezugsquelle für 77,5 Khz-Quarze kennt, wäre ich dankbar dafür.


    Es gäbe noch die Möglichkeit aus 3 MHz- und 3,072 MHz-Standardquarzen ein 72-KHz-Signal zu mischen, um damit eine ZF von 5,5 kHz zu erzeugen. Durch Ziehen käme man auf 4 kHz. Das ZF-Filter ist dann ein aktives Bandpassfilter mit einem Operationsverstärker. Reichlich umständlich und die Spiegelfrequenz empfängt man auch.


    vy 73 Volker SM5ZBS

    vy 73 de Volker SM5ZBS

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  • Lbr Volker,


    für eine bessere Trennschärfe der aktiven Filter simuliere mal bitte:


    C = 220 pF
    R1 = 1,8M
    R2 = 933k, danach 93k (Unterschied soll V = 1 oder 10 sein)
    R3 = 47 Ohm, den evtl variieren auf genaue Frequenz.


    für einen OpAmp oder auch welche hintereinander.


    Dieses Filter sollte merklich trennschärfer sein.


    Ich habe bisher nur gerechnet nach einer Anleitung, bei der man auch eine Güte Q eingeben kann, da habe ich glatt einmal 100 eingesetzt. Simuliert habe ich selbst noch nicht, hätte auch nur ein allgemeines Modell von OpAmps, keine Modelle von bestimmten Typen.


    Hört man DCF77 auf den Seitenbändern, so hören sich diese eigenartig kratzig an, als wenn auch die noch eine Pulsmodulation haben. Insofern fragt es sich, wie schmal man ein Filter für DCF77 machen darf, ohne die Pulsmodulation zu verschleifen.


    Es stellt sich auch die Frage, ob man nich unmittelbar vor der Gleichrichtung das Signal noch einmal durch ein Filter laufen lassen sollte, um Rauschanteile einer Zwischenverstärkung abzusieben.


    Ferner habe ich mir mal die Sender um DCF77 herum angesehen; der kommt bei mir in Ostbayern ca vier S-Stufen über dem Rauschen:


    Der erste Sender nach unten ist HBN mit genau 75 kHz, etwas schwächer.


    Im Bereich 79.6 ... 81,2 kHz war ein breites pulsartiges Signal (nicht immer), relativ schwach.


    Bei 81,2 kHz war der nächste RTTY-Sender, der öfter da ist.


    Die 5. Oberwelle der Zeilenfrequenz habe ich nicht gehört, weder mit einer magnetischen noch einer elektrischen (aktiven) Antenne. Sie ist offensichtlich noch nicht allzu abstrahlungsfähig.


    Die 32. Oberwelle der Zeilenfrequenz auf 500 kHz höre ich aber relativ deutlich aus dem Rauschen heraus, sobald unser Fernseher an ist, sowohl mit der magnetischen und noch besser mit der aktiven Antenne 10 m weg vom Haus!


    HW?


    73

    Ha-Jo, DJ1ZB

  • Hallo Hajo und die anderen Mitstreiter,


    da haben wir fast zeitgleich was eingespielt, Hajo. Deinen Vorschlag werde ich morgen simulieren. Bei meinen Simulationsexperimenten hat der nichtideale Op bei 77,5 KHz einen deutlichen Einfluss.

    Was ist den davon zu halten:



    Durch den Einbau einer abgleichbaren Spule (Ersatzschaltbil Cp Rs L1) von etwa 45 uH erreicht man laut Simulation eine Bandbreite von 250 bis 300 Hz bei 77,5 KHz mit einem einzigen TL071. Das wäre eine Lösung. Nach meiner Untersuchung habe ich auch nicht versehentlich einen Oszillator aufgebaut. Jetzt ist es zu spät die Schaltung auf dem Steckbrett aufzubauen. Morgen ist auch noch ein Tag.


    vy 73 Volker SM5ZBS

    vy 73 de Volker SM5ZBS

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  • Hallo Voiker,


    Zitat

    Original von SM5ZBS


    Damit ist ein Geradeaus-Empfänger mit dem 77,5-KHz-Filter die beste Wahl. Leider habe ich so einen Quarz, der nicht überall erhältlich ist, nicht. Deshalb habe ich mir überlegt, durch Mischen und Teilen und Ziehen von Standardquarzfrequenzen auf 77,5 kHz zu kommen. Eine Lösung habe ich nicht gefunden. Also - wenn jemand eine unentdeckte Bezugsquelle für 77,5 Khz-Quarze kennt, wäre ich dankbar dafür.


    77,5KHz Quarze gibt es bei Conrad, Best.Nr 168432-62 für 2,55 EUR.

    Vy 72/73 de Gerhard

  • Hallo Gerd,


    danke für den Tipp, den Quarz gibt es auch bei Segor. Aber da ich in SM wohne, ist das für mich unerschwinglich wegen eines Quarzes. Deshalb arbeite ich an der Alternative mit dem aktiven Filter.


    Hallo Ha-Jo,


    ich habe mal folgende Schaltung mit verschiedenen Werten und OPs simuliert:



    Hier die Tabelle:


    Version OP R1 R2 C1 = C2 R5 Verstärkungsfaktor Bandbreite (3dB) in Hz
    ------------------------------------------------------------------------
    1........ OP27 1Meg 47k 150p 114,9 7 922,5
    2.........OP27 1,2Meg 47k 150p 47,4 5,26 635
    3.........TL071 680k 47k 120p 94,2 5,35 553
    4........ TL071 1,8Meg 47k 47p 161,7 6,42 788


    Man muss wohl R5 (Poti für Frequenz) so klein wie möglich dimensionieren. So schlecht ist der TL071 auch nicht. Variante 3 sieht am besten aus. Es war schwierig, das richtige Verhältnis der Normwerte von C1, C2 und R1 zu finden, gleichzeitig R5 niedrig zu halten und die Frequenz zu treffen.


    Weiterhin habe ich mit dem TL071 folgende Variante simuliert:
    R1 = 820k
    C1 = C2 = 100pF
    R2 = 100k
    R5 = 112,5 // 220
    L1 = 8 uH abgleichar in Serie zu R5 // 220 Ohm
    Bandbreite ca. 100 Hz


    Schaltplan
    Simulationsergebnis


    Warum L1 einen Einfluss hat, ist mir ein Rätsel. Bei der Frequenz ist XL nur ein paar Ohm gross. Laut Simulation ist die Bandbreite von der Güte abhäng.


    vy 73 Volker SM5ZBS

    vy 73 de Volker SM5ZBS

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  • Hallo Volker!


    Das ist gar kein Problem mit dem 77,5 KHz Quarz. Ich bin sowieso alle zwei Wochen wg QRL in der Nähe vom Conrad in Nürnberg. Wensste willst schicke ich dir welche. Muss mir nur bescheid sagen.


    73 de MIKE DO2TUX

    Geht nicht gibts nicht!!! Alles über 10 Watt ist Stromverschwendung!!!
    DL-QRP-AG 2835 G-QRP 12308 DARC B12 JN59PM
    Spatz II 80m * Pixie's 160,80,15,10 m * BITX80,15,10m* SoftRock 80m * Softrock 30/40m im Bau

  • Hallo Volker,


    habe hier noch ein DCF77-IC in einem meiner vielen Umzugskartons, muss Dir doch bekannt vorkommen, dazu auch die Ferritantenne und den Quarz. Wenn Du Interesse hast, schicke ich Dir die Teile, sobald sie auftauchen.


    Beste Grüße
    Gerd DM2CDB


    PS: Die Diplomarbeit habe ich nur als gebundenes Buch, musst also selbst den Rest entsorgen. Der TL071 hat eine Grenzfrequenz von 10MHz, also bei DCF77 theoretisch eine Verstärkung von etwa 130, das reicht nicht für die gewünschte Bandbreite. Du solltest also mindestens einen 100 MHz OPV einsetzen.