VLF ontvangers en experimenten

24 oktober is er weer een uitzending van SAQ, als de bijna 100 jarige zender er zin in heeft.
Een tijdje geleden was ik al bezig met de bouw van een direct conversion VLF ontvangertje met laagspanningsbuizen. Inmiddels is het dingetje 'klaar' - echt klaar zal een experimentele ontvanger natuurlijk nooit zijn. Maar ik hoor inmiddels door de speaker de diverse grote stations perfect.
Ook als ik mijn telefoon een toon van 17khz laat genereren, hoor ik het magnetische veld van de speaker tot 2 meter afstand (was krap 1m). Dus ik denk dat ik er wel klaar voor ben. Uiteraard komt de fluit van een CRT TV knalhard uit de speaker.

Goed, schema. Nuttige kritiek zeer welkom :)
EDIT: de verbinding tussen g2/g4 en de 12v lijn van de ech83 ontbreekt in het schema, die moet je er zelf bijdenken.

Het begint met een magloop antenne, Dit is een lengte veeladerige (24?) bandkabel van 2m op een houten kruis genageld, met ruwweg 50nF capaciteit parallel om te resoneren op 17,2khz. Ontvangt alles tussen grofweg 14 en 20khz :)
Uiteraard kan je ook één lang stuk draad nemen dat je een stuk of 24x om het kruis windt, maar bandkabel is netjes en gemakkelijk.
Minder windingen en je Q gaat omlaag. Ik heb een andere loop met 8 windingen, die doet het aanzienlijk minder goed al resoneert ie nogsteeds.
Direct aan de 'afstemcondensator' zit een stuk afgeschermde draad dat naar de ontvanger gaat.

De ontvanger heeft een zeer hoge ingangsimpedantie en moet dus zonder koppelwinding met de loop verbonden worden. De eerste buis is een EF80, niet bedoeld voor laagspanning maar levert toch nog 24dB gain! Keurig resultaat voor een hoogspanningsbuis. Een 120pF anodecondensator dempt ongewenste midden/kortegolfzenders en oscillaties.

Vervolgens 2 trapjes versterking met ECC86, dit is wél een echte laagspanningsbuis. Hier valt nog verbetering te halen, maar met 20db per buishelft ben ik dik tevreden. Er is in mijn bouwsel gekoppeld met relatief gezien reusachtige condensatoren. Dat is onnodig maar die heb ik hergebruikt uit een ander bouwsel. Ik denk dat je ze gemakkelijk een factor 100 kan verkleinen. Maar ik heb geen last van brom, ondanks de overdreven grote koppelC's.

De anodeweerstanden van de ECC86 mogen kleiner, met zo'n 10k werkt het goed, en dan krijg je nog iets meer gain ook. 47k zit er nu in, maar dat was eigenlijk teveel.

Het hart van de schakeling is een ech81/ech83 (zijn identiek!) triode-hepode mengbuis. Een 10k anodeweerstand is hier op experimentele wijze gevonden als de best werkende.
De oscillatortriode is niet voorzien van een anodeweerstand, maar van een smoorspoeltje van enkele honderden windingen. Deze gaat naar een LT44 minitrafo ingezet als oscillatorspoel, waar veel capaciteit aan parallel staat om hem te doen resoneren op ongeveer 18khz. De kant met 3 aansluitingen zit aan de anode.
Dit werkt verrassend goed en zeer stabiel.

Het audiosignaal wordt via een condensator van de anode van de heptode geplukt. Op de anode zie je het sterke LO-signaal (enkele volts!) dat gemoduleerd is met het gewenste LF signaal. Hier kan je al het audiosignaal van aftakken, maar beter is om de diodedetector er achter te zetten. Na de diodedetector is het LO signaal namelijk zo goed als weg.
Let op, het signaal op de anode is zeer asymmetrisch. De richting van de diode is kritisch. Volgens mij heb ik 'm zo goed getekend.

De uitgangsimpedantie is zeer hoog, reken op 100K. Echter, een conventionele PC speaker aansluiten is geen probleem, die heeft zelf gain genoeg om de te hoge belasting te compenseren. Een koptelefoon aansluiten kan, maar echt lekker gaat het niet. Ik overweeg om de 2e EF80 te gebruiken als audio buffer maar ik vrees een beetje dat op 12v, er gewoon niet meer dan een paar milliwatt uit die dingen te halen is.

De gloeivoeding vergde wat experimenteren. Het is onzuinig, maar de ech83 heeft een 180 ohm weerstand parallel aan zijn gloei om te zorgen dat hij in serie kon staan met de ecc86.
De EF80 heb ik in serie gezet met nog een ef80 die op dit moment ongebruikt is.

De negatieve roosterspanning van iedere buis wordt verzorgd door de negatieve elektronenstroom zelf, en wordt ingesteld met een 1M weerstand. De roosterspanning is dan tussen de -0,2 en -0,5v. Eventueel kan je voor meer negatief gaan voor de 2e triode of voor de heptode, om de lineariteit te verbeteren, maar meer dan -1v wil je niet.

Omdat we hier met 12v anodespanning werken, wil je eigenlijk iedere volt verlies voorkomen. Anodeweerstanden om de spanningsval (dus het versterkte signaal) op te wekken, wil je eigenlijk niet. Het liefst zet je een impedantie in de anodelijn zodat het 'HF' signaal een spanningsval maakt, maar de gelijkspanning (bijna) niet. Maar omdat we hier met 17khz werken, zou ik diverse smoorspoelen op kern moeten gaan maken. Dat kost meer moeite/tijd omdat je experimenteel vast moet stellen wat de juiste/beste waarde is.
Maar als je zelf hiermee aan de slag gaat, kun je het zeker proberen!
Voordeel van RC koppeling is wel dat het geheel verrassend compact is.

Ik heb mijn doel ruim bereikt. Met buizen op laagspanning is écht nog leuk te werken, al moet je veel dingen testen om uit te vinden of het goed werkt. Of je met calculaties ver zou komen, zou ik niet weten.

Een paar ruimteladingsbuizen zijn inmiddels onderweg voor meer laagspanningsavonturen :)

Foto!

Zeer experimenteel en best compact opgebouwd. Zo compact dat de scope probe de helft verhult...

[Bericht gewijzigd door Ledlover op 20 oktober 2020 22:26:30 (38%)]

Frederick E. Terman

Honourable Member

Ha, prachtig! Dat zal straks beslist resultaten opleveren.

Ik heb alleen nog een kanttekening bij de diode. Zelf schrijf je al:

Let op, het signaal op de anode is zeer asymmetrisch. De richting van de diode is kritisch. Volgens mij heb ik 'm zo goed getekend.
De uitgangsimpedantie is zeer hoog, reken op 100K.

Zoals nu getekend kan de diode theoretisch zijn werk niet doen, omdat er geen DC-weggetje is.
Je bent dus afhankelijk van de aangesloten verbruiker, en van de lekstroom van de elko. En die laatste is polariteitsafhankelijk, wat mogelijk verklaart waarom bij andersom aansluiten van de diode de resultaten anders zijn. (Voor de asymmetrische audio-golfvorm mag de dioderichting immers niet uitmaken; dat is in een omroepradio ook onbelangrijk.)
Je zou eens kunnen experimenteren met een weerstandje naar massa vlak voor de diode, en ook een vaste voorbelasting erachter. Ergens in de tientallen of honderden kΩ zul je dan wel een breed optimum vinden.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Het DC pad, daar zat ik ook al aan te denken ja. Gelukkig had mijn losse pc speakertje blijkbaar een volumepotmeter direct op de ingang, die een belasting vormt :)

Ik ken de kwestie van de kristalontvanger met kristaloortelefoontje. Die heeft ook geen DC pad, en stopt dan na enkele seconden met werken, tenzij je er een 10 a 100k weerstand bijschakelt.

Frederick E. Terman

Honourable Member

Ja, ook. Ik heb die fout zelf gemaakt toen in met mijn oudste zoon een kristalontvanger (met OA85) had gemaakt. De oude 2x2000 ohm foon was overleden, en we sloten een kristaltelefoon aan - nothing doing. Mét een R eroverheen: volle bak muziek. Grappig, hoe een weerstand parallel het geluid dus juist verstérkte. :)

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Goed, de uitzending van SAQ is weer achter de rug, en de ontvanger presteert helaas onvoldoende. Eerlijk gezegd had ik dat niet verwacht. Of beter gezegd, ik had verwacht dat SAQ's signaal wat sterker zou zijn. Het ligt aan hun, niet an mij! :+

Het probleem is dat de buurzenders, in combinatie met wat storing van binnenshuis, SAQ vrijwel volledig wegdrukten. Ik wist dat de buurzenders sterk waren, maar ik had verwacht dat ik daar doorheen SAQ nog wel zou kunnen horen. Het signaaltje van SAQ was alleen met een getraind oor waarneembaar, en zo goed als onverstaanbaar.
Het probleem werd verergerd doordat als ik de storende zender in de nul van de loopantenne zette, dat SAQ ook in de nul zat...
Een morsefilter aan de uitgang was helaas niet effectief.

De volgende stap wordt dus selectiviteit toevoegen tussen de EF80 en de ECC86. Helaas betekent dat wel dat de ontvanger ook niets anders dan saq meer gaat kunnen ontvangen, want afstemcondensatoren voor 17,2khz... ja, die bestaan niet in een formaat wat op mijn werkbank past.
Momenteel is alleen de loop afgestemd, maar die heeft z'n -3dB punten op 14 en 20khz ofzo. Leuk omdat ik dan de hele band kan zien op een waterval, maar dus gewoon echt niet voldoende.

Ik twijfel nog of ik een microfoontrafo ga nemen die ik als bandfilter aan ga sluiten, of dat het gewoon een enkelvoudige parallelkring wordt.

Ten slotte valt het mij op, hoe sterk het uitgestraalde veld van mijn telefoon wel niet is, als ik daar een 17,2khz toon door afspeel. Dat signaaltje kon ik op 2m afstand dus nog horen. Verrassend, maar ik weet nu hoe sterk SAQ is, en dat dat vergelijkbaar is met mijn telefoon op 2m afstand.

Ik laat het project nu even rusten en zal rond december weer verder gaan om klaar te zijn voor de kerstuitzending.

Ha Ledlover,

Nou je heb in ieder geval iets kunnen waarnemen :D
Misschien is er nog wel meer uit je ontwerpje te halen maar daar heb ik nog niet naar gekeken.
Ik zal ook eens een blik werpen verwacht geen wonderen maar goed ....
Mijn ontvangst was redelijk tot goed ik had hier aan mijn kant niet echt last van storing.
Ik heb eerlijk gezegd geen idee welke veldsterkte je zou mogen verwachten rekening houdend met de veelte kleine antenne :(

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Hallo Ledlover, leuk dat je jouw ervaringen met ons wilt delen.
Jouw ontvanger vindt ik heel interessant, jammer dat de resultaten wat tegen vielen.
Maar als ik ook een ontvanger voor die frequentie zou bouwen zou ik het echter toch anders doen.
Van die ECC86 kun je een mooie product detector bouwen, ik heb een schema'tje daarvoor getekend:

De waarden voor de anode en kathode weerstand heb ik niet berkend, ik heb zomaar iets ingevuld.
Je kunt deze waarden aanpassen naar eigen smaak, dus experimenteren.
Voor de oscillator gebruik ik een Armstrong oscillator, zoiets of hetzelfde gebruikte je ook in jouw schema met de ECH buis.
De afstemkring kun je zelf wikkelen op een FT140-77 ringkern.
De waarde is maar liefst 43mH, met een afstemcapaciteit van 2000pF kom je op de gewenste frequentie.
Ik gebruik daarvoor een afstem condensator zodat je ook op andere frequenties kunt afstemmen.
Met 138 windingen op die ringkern kom je op de gewenste waarde van 43mH.
De koppelspoel L1 is ongeveer 1/5 of 1/6 van L2, dus iets van 23 tot 28 windingen op dezelfde kern gewikkeld.
De maximale diameter van het wikkeldraad is 0,5mm, maar als je 0,3mm dik draad gebruikt zit je vrij gunstig.

Je zou nog een EF80 of een andere buis ervoor kunnen zetten als HF voorversterker (pré-selectie versterking).
Spoel L3 is een type van 100mH en dient als HF filter en heeft een kantelpunt op 5kHz.

"tijd is relatief"

Doet die iets anders/beter dan de ech83?

Wat ik hier zie, lijkt erg op het gebruik van een oscillerende audion om CW te ontvangen. Maar dan iets lineairder ingesteld, en met z'n ingangsspanning verkregen over de kathodeweerstand.

Dat is eigenlijk iets waar ik aan heb gedacht om te maken, maar ik ging er van uit dat een ech83 een sterker mengproduct zou opleveren.

Evarist

Golden Member

Zeer eigenzinnig schema. Proficiat.

De buizen werken zonder negatieve voorspanning.
De voeding is slechts 12V
Maar het uitgangscircuit heb ik een probleem mee: een diode is serie met een elco.
De elco gaat laden via de diode tot hij hoger geladen is dan de spanning van de diode en er komt geen signaal meer uit.

Nihil est verum, quod non probatur primo.

Ja, het gebeuren rond de elco is al aangepast :)

De buizen hebben wel een negatieve voorspanning. Die ontstaat doordat elektronen op het stuurrooster terecht komen, wat daardoor negatiever wordt.
Daarom gebruikt men altijd een weerstand van rooster naar massa, omdat het rooster anders zó negatief wordt, dat de buis afgeknepen raakt.
In de beginjaren van de triode, had men die weerstand niet nodig omdat de buis zelf voldoende lek had om het rooster niet al te negatief te laten worden, die buizen waren niet hard vacuum.

De elektronenstroom zorgt voor een roosterstroompje van ongeveer 250 tot 500µA, wat voor een roosterspanning (in dit geval) van -0,3v leidt. Zolang de signalen klein zijn, is dat prima. Bij grotere signalen loop je uiteraard risico dat het rooster positief wordt.

[Bericht gewijzigd door Ledlover op 25 oktober 2020 01:28:12 (14%)]

Ha Ledlover,

Even naar je schema gekeken ( nog niets gerekend ) omdat ik je antenne niet ken een vraag, ben je niet bang dat de impedantie van het rooster en dan de capaciteit ( uiteraard ) er voor zorgt dat de antenne te zwaar belast wordt :?

Voor wat de elektro buizen moet ik weer even schakelen maar ik vergelijk ze maar in gedachte met C-MOS wordt alleen iets warmer Ha...Ha..

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Nee. We werken hier praktisch op audiofrequenties. De antenne is een loop met grofweg 24 windingen op een raam van 80x80cm, en 50nF capaciteit daaraan parallel.
De buiscapaciteit van een paar pF zal dus onmerkbaar zijn.
Liefst zou ik een grotere loop hebben, zodat ik minder capaciteit nodig heb...

De ingangsimpedantie zal op die frequentie vast heel hoog zijn, maar daar heb ik écht geen verstand van. Maar ik heb altijd geleerd dat buizen een zeer hoge ingangsimpedantie hebben, als je ze aanstuurt tussen kathode en rooster.
Mits het signaal niet zorgt dat het rooster positief wordt.

Kortom, omdat de parallel-resonerende loop een zeer hoge impedantie heeft, en de buis ook, denk ik dat het wel goed zit met die directe koppeling.

[Bericht gewijzigd door Ledlover op 25 oktober 2020 16:44:17 (21%)]

Evarist

Golden Member

Voor de laatste reden zou ik de roosterlekweerstand van de EF80 10Mohm maken. Dat is een gebruikelijke waarde als er geen negatieve voorspanning is.

Nihil est verum, quod non probatur primo.

Ha Ledlover,

Dank voor de uitleg ik heb ook een VLF ontvanger althans is een meetinstrument om tot 0,0001 Hz te meten maar loopt tot 500 kHz deze is opgebouwd met FET's die zou ik kunnen gebruiken om te luisteren maar ik heb de HP gepakt ik kom nog niet overal bij !

In mijn gedachte zat ik even die rooster capaciteit met de versterking te vermenigvuldigen ( miller capaciteit ) dan kom je misschien toch nog wel aan 1 MΩ even natte vinger werk.
Ik zal eerst je antenne modelleren wat is de hoogte boven de grond kon ik niet zo gauw inschatten !

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Die staat binnenshuis, dus ik denk dat alles zo'n beetje grond is hihi.

Aan de miller capaciteit heb ik nog niet gedacht. Gemeten versterking van de ef80 is grofweg 24dB.

@ Evarist: dat is een optie, maar ik ben wel tevreden met de instelling van de ef80. Die is het probleem niet, die wordt echt niet positief gestuurd :)

Ha Ledlover,

Als je binnen een beetje kan draaien prima volgens mij heb je al eens een foto laten zien :?
Bij @murphy is de raam antenne te zien op het filmpje ietsje slordig gewikkeld :+ maar misschien in de haast !
Zo'n raam antenne is trouwens niet de beste oplossing ( als die er is ) maar wel handig ik wilde naar aanleiding van het draadje @Camino1 zijn loop antenne een topic starten waarin ik al dit soort antennes aan de tand ga voelen.
Dus raam, loop, whipe, ferriet, en een paar speciale modellen.

Maar vooruitlopend eerst jou raam antenne komt deze week.
Ik heb nog even naar de buis gekeken die heb ik hier ook deze heeft een hele kleine Cag1 0,007 pF maar het rooster zelf is 7,5 pF en ik kom er niet meer uit veel te lang geleden en mijn boeken staan nog niet op de plank :(
Volgens mij is de relevante miller capaciteit de Cag1 x versterking in jou situatie 15 keer 25 dB maar....... :?
Ik puzzel nog even verder wel heb ik ook nog even naar de negatieve rooster spanning gekeken maar ook daar ben ik niet overtuigt dat er niet een wolkje elektronen het rooster kunnen bereiken misschien toch de opmerking van @Evarist eens bekijken :o

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.