DCF77 active antenna

Als de opamp in kwestie snel genoeg is volgens mij wel.
Voor de resonantiefrequentie is de parallelkring een hoge impedantie, dus versterkt het geval veel. Naarmate je verder van de resonantiefrequentie af zit neem de versterking af.

En het is geen wereldschokkend complex of prijzig experiment...

[Bericht gewijzigd door fatbeard op woensdag 4 juni 2025 17:58:39 (13%)]

TL071 zou snel genoeg moeten zijn. Gain-bandwidth product is 3 - 5,25 MHz. Bij 77,5kHz zou hij nog minimaal 35-40dB moeten versterken.

Ik vind het een raar schema. Was er geen beschrijving bij hoe het zou moeten werken?
Zoals ik het zie is het uitgangssignaal van de opamp gelijk aan het onbelaste antennesignaal, dus een paar mV
Alleen de Q van de LC-kring is maximaal want de LC-kring wordt niet belast.
In serie met L₁ zit een parasitaire weerstand die de Q van de onbelaste LC-kring bepaalt.

't Was een principeschema wat ik een paar maanden geleden ergens zag, en vroeg me af of dit inderdaad levensvatbaar was.
(je ziet zoiets eigenlijk nooit, daar zal wel een reden voor zijn?)

Ik denk dat juist door die terugkoppeling de kring selectiever word.Hoge opslingering op de resonantiefrequentie..

Wat je hier hebt is een spanningsvolger (sicut dixit @ohm pi).
De uitgangspanning is dus gelijk aan de spanning die het kringetje kan leveren. Het is hier bijna onbelast, dat is prettig.

(Je zou een kort draadantennetje aan de plus-ingang van de opamp kunnen hangen (R1 dus vrij hoog houden), en dáárvan het signaal versterken. Die versterking zou dan wél flink groot kunnen worden, afhankelijk van het versterkings-bandbreedteproduct van de gebruikte opamp.)

Draad antenne zou toch onhandig lang worden op zulke lage frequuenties?
Of daar ook een gewonden ferrietstaaf gebruiken? (of zelfs 2 windingen op dezelfde ferrietstaaf?)

[Bericht gewijzigd door Arco op donderdag 5 juni 2025 10:06:26 (22%)]

Hi,

Het vreemde is dat ik het niet goed kan beredeneren of de schakling wel goed werkt...

Het volgende loop ik tegenaan bij de redenatie.
Het gaat om een parallel kring, dit houd in dat de kring in resonantie op 77,5KHz een hoge impedantie heeft.

De opamp utgang heeft een lage impedantie, de datasheet laat zien dat dit ongeveer 150Ω is in open loop. (nog lager in Closed loop)
De andere kant van de kring zit vast aan het virtuele aardpunt van de -ingang van de opamp, deze is in principe ook heel laag in impedantie "0Ω"
Dus dan denk ik, de Q van de kring zal dan belabbert zijn, en dus ook de versterking laag.

Daar loop ik dus tegenaan als ik het schema van Arco zie, ik heb het zo getest, maar dat wil ik dus niet.
Is er iemand die mee kan gaan in mijn redenatie?
Ik dacht ook nog aan dat in resonante er stroom ge-injecteerd wordt in de -ingang...
Misschien werkt het op die manier?

Wat is jullie beeld, leuk vraagstuk!

Oja, de TL071 en zijn familie heeft in openloop op 77,5KHz nog ongeveer 100x versterking.
Het ruisgetal is laag genoeg bij de hier gebruikte resonantie frequentie, want de aanwezige ruis en prut is erg hoog op 77,5KHZ.
De ruis van de TL071 zit daar op ongeveer 10nV/√Hz

Ik hoor graag jullie redenaties!

Groet,
Bram

Op donderdag 5 juni 2025 10:02:52 schreef Arco:
Draad antenne zou toch onhandig lang worden op zulke lage frequuenties?
Of daar ook een gewonden ferrietstaaf gebruiken? (of zelfs 2 windingen op dezelfde ferrietstaaf?)

Met twee windingen op de ferrietstaaf gaat het wel erg snel osilleren...

Op donderdag 5 juni 2025 10:31:38 schreef blackdog:
Het vreemde is dat ik het niet goed kan beredeneren of de schakling wel goed werkt

Zie het plaatje. Stel, de bron levert I. Hoe groot is I? Het volgende geldt:

u- = −I R
uo = u- + U = −I R + U = U − I R, maar ook:
uo = −A u- = −A(−I R) = A I R

dus is
U − I R = A I R
U = (A+1) I R
I = U / ((A+1)R)

De bron ziet dus een 'Ri' van U/I = (A+1)R
Omdat A in het algemeen groot is, zal 'Ri' dat ook zijn.

--

Op donderdag 5 juni 2025 10:02:52 schreef Arco:
Draad antenne zou toch onhandig lang worden op zulke lage frequuenties?

Een korte, zoals ik voorstelde, niet.

Op donderdag 5 juni 2025 10:31:38 schreef blackdog:
Hi,

Het vreemde is dat ik het niet goed kan beredeneren of de schakling wel goed werkt...

Het volgende loop ik tegenaan bij de redenatie.
Het gaat om een parallel kring, dit houd in dat de kring in resonantie op 77,5KHz een hoge impedantie heeft.

Klopt!

De opamp utgang heeft een lage impedantie, de datasheet laat zien dat dit ongeveer 150Ω is in open loop. (nog lager in Closed loop)

Klopt!

De andere kant van de kring zit vast aan het virtuele aardpunt van de -ingang van de opamp, deze is in principe ook heel laag in impedantie "0Ω"

(Bijna) Onjuist!
Een ideale opamp heeft een spanningsversterking van oneindig en de ingangsstroom is nul. De ingangsweerstand is niet nul ohm, maar die is onbepaald. Ri = Ui/Ii = 0/0 en dat is per definitie onbepaald. Je kunt geen weerstand meten als je geen spanning tot je beschikking hebt.
Je kan het ook zien in de berekening van FET in de post hiervoor. Er loopt wel een stroom door weerstand R1 en een stroom door de LC-kring maar geen stroom naar de inverterende ingang

Dus dan denk ik, de Q van de kring zal dan belabbert zijn, en dus ook de versterking laag.

Zelfs als de Ri van de ingang van de opamp 0Ω is, dan is de Q van de LC-kring niet belabbert als voor de overdrachtsfunctie geldt: U0 = A.Ii waarbij A (bijna) oneindig is. In deze situatie loopt er (bijna) geen stroom door de ingang van de opamp omdat iedere stroomvariatie onmiddellijk opgevangen wordt door een uitgangsspanningsvariatie die de stroomvariatie onderdrukt.
.
Toch vind ik het een rare schakeling.
Volgens mijn beschrijving zijn de weerstanden R1 en R2 en C2 nutteloos. R2 en C2 kan je weglaten en R1 kan je vervangen door een doorverbinding. Willen deze componenten zinvol zijn, dan is dat driehoekje bij R2 het symbool voor een ingangsconnector (of antenne) en dan klopt de beschrijving van fatbeard.

Niet specifiek over deze schakeling, maar in Electron, het maandblad van de VERON, van mei 2025, behandelt Pieter-Tjerk de Boer PA3FWM een actieve antenne met een OpAmp, de OPA818.
De grondslag is een schakeling, ontworpen door Nordholt en van Willigen uit 1980 aan de TU Delft.

Deze nieuwe antenne wordt gebruikt bij de zeer bekende WebSDR van de TU Twente, een ontwerp van Pieter-Tjerk de Boer.

Gr. N.

Hi,

Wat betreft de redenatie over de werking is bij mij nog steeds niet goed ingedaald.
Dus tijd voor wat metingen.

Wat laat dit plaatje nu zien, aan de linker kant de zend ferrietstaaf.
Deze is gekoppeld aan de "daar komt hij weer " Siglent SDG 1032X functie generator die de 77,5KHz signaal levert.

Aan de rechter kant een kleine DCF-ferrietantenne, deze schakeling met de TL071 OpAmp is in twee configuraties getest.
De manier die Arco liet zien en de tweede configuratie is simpel een standaard OpAmp schakeling die 10x versterkt.
De afgestemde DCF-antenne hangt direct aan de +ingang van de OpAmp en aan massa, dat kan omdat ik een symmetrische voeding gebruik voor de testen.

Wat vier op bij de configuratie van "Arco" ik heb geprobeerd een 10x versterker trapje te maken dit aan de hand van XL en XC.
De TL071 vindt dit niet leuk, hij begon te genereren., dus de weerstand naar massa moest hoger worden.
Werkte het, ja er kwam signaal uit maar niet zoveel als de tweede opzet met een "normale" OpAmp versterking schakeling met de Ferrietantenne aan de +ingang en massa.

De kleine DCF 77,5KHz was voor de testen met de functie generator precies op frequentie gebracht door het spoeltje op het ferriet staafje te verschuiven en daarna gisteren vastgelijmd.
Vanavond de testen gedaan en met de "Arco" schakeling was de frequentie ongeveer 1,5KHz verschoven...

Bij de testschakeling met de ferriet staaf aan de +ingang van de OpAmp stond de DCF-ferrietantenne nog precies op frequentie.
De Ferrietstaaf in de terugkoppeling is duidelijk niet optimaal en ik zie op het ogenblik ook niet in, waarom je deze configuratie zou gebruiken.

Nog wat opmerkingen, ik heb er een beetje voor gezorgd dat ik redelijk repeterende metingen kon doen, links legt de zendende ferrietstaaf op een plastic bakje.
Dit omdat de antistatische mat de Q dempt van de kringen, en ik heb het geheel met tape vastgezet, ook de afstand redelijk groot genomen, hier is de afstand 54cm tussen de ferrietstaven.
De ontvangende ferrietstaaf lijk een beetje schuin te staan voor optimale ontvangst, dit is niet erg, door de kleine lengte van dit staafje is deze "bijna" rondom gevoelig.
Ik heb dit allemaal getest om zoveel mogelijk onzekerheden uit te sluiten.

Verder was er met de zendende ferrietstaaf uitgeschakeld was ook de DCF nog een beetje aanwezig op de werkbank, maar wel met een heel hoog storingsniveau.
Mijn werkbank is allesbehalve schoon wat EMC betreft.

Groet,
Bram

Dat er minder signaal uitkomt is logisch: de schakeling werkt als volger. Trouwens, niet elke opamp doet het goed in een ×1-schakeling; sommige gaan dan oscilleren.

Het is geen goede schakeling, maar dat is ook oorspronkelijk nergens beweerd.
De schakeling komt uit een thread op een ander forum waarin iemand vraagt: ik heb dit in elkaar gezet om 10 kHz uit een periferiedraad rond de tuin te ontvangen, waarom werkt dit niet?

door de kleine lengte van dit staafje is deze "bijna" rondom gevoelig

De richtingskarakteristiek van elke ferrietantenne, kort of lang, is - net als andere 'loop'(raam)-antennes - altijd hetzelde: het COS θ-patroon.
Dat is vrij breed, en ook lange ferrietantennes hebben dus aan beide kanten een openingshoek van 90°@3dB.

e: Het optimaal uitrichten van een DCF-antenne is dus niet belangrijk om DCF in het maximum te krijgen. Maar het kan wel helpen om storing in het minimum te krijgen! Tenminste, als je het signaal kunt horen of zien. Anders is het een kwestie van eindeloos proberen.

e2: nieuw plaatje gemaakt

R2 en C2 weglaten en tussen opamp uitgang en de LC-kring een weerstand Rx toevoegen en op de node LC-kring/Rx een weerstand Ry naar gnd toevoegen.
De verhouding Rx / Ry bepaald dan bij goede benadering de gain.

Hi Frederick E. Terman,

Ik ben wezen zoeken naar het stralings diagram van ferriet antennes, dit met betrekking op de lengte van de ferriet staaf.

Zover mijn kennis tot nog toe reikt, hebben lange ferriet antennes een diepe "0" in de lengte richting van de ferriet staaf t.o.v. de bron.
Om dit te optimaliseren moet de kring op de Ferrietstaaf zo goed mogelijk symetrisch zijn voor een diepe "0" of op zijn Engels Notch.

Dat houd volgens mij dan in dat zowel de kleine, zeg mijn ontvanger ferriet staafje en b.v. de zendende ferritstaaf ferriet staaf beide dus een nul hebben.
Maar ik denk dat bij de lange versie de 8 figuur, platter is dan bij die hele kleine ontvangantenne van mij.
Heb jij daar meer info over, ik kan maar weinig vinden over het stralings diagram t.o.v. de lengte van de ferrietstaaf.

Voor de gene die er interesse in hebben vond ik gisterenavond een document met veel info:

Loop Antennas Design & Theory
https://bramcam.nl/Diversen/NRC-Loop-Design-and-Theory-1981.pdf

Groet,
Bram

Heb jij daar meer info over, ik kan maar weinig vinden over het stralings diagram t.o.v. de lengte van de ferrietstaaf.

De richtingskarakteristiek van elke ferrietantenne, kort of lang, is - net als andere 'loop'(raam)-antennes - altijd hetzelde: het COS θ-patroon.
Dat is vrij breed, en ook lange ferrietantennes hebben dus aan beide kanten een openingshoek van 90°@3dB.
Ik heb net het plaatje in mijn vorige post vervangen door een iets duidelijker. Wist niet dat het zo groot zou worden!, maar goed.

De 'nul' van een stralingsdiagram heet in het Engels 'null', niet notch.

Als de vorm of plaats van de draadwikkeling rond de staaf invloed blijkt te hebben op het stralingsdiagram, dan betekent dat dat de draad zelf elektrisch veld oppikt, het gevreesde 'antenne-effect'.
Als het belangrijk is dat het patroon zuiver is (bijvoorbeeld voor navigatiedoeleinden: de radiorichtingzoeker), dan wordt de spoel daarom afgeschermd. De afscherming mag daarbij geen kortgesloten wikkeling vormen: denk aan een cilinder met een sleuf in de lengterichting.

Is een diepe nul in precies de lengterichting niet belangrijk, dan is afscherming vaak niet nodig. In grote en kleine omroepradio's werd het niet gedaan.

Op zondag 8 juni 2025 22:32:43 schreef blackdog:
Hi,

Wat betreft de redenatie over de werking is bij mij nog steeds niet goed ingedaald.
Dus tijd voor wat metingen.

Dat is het betere werk!