EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

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EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von Helferlein » 12.09.2017, 21:59

Hallo zusammen!

Das Helferlein hat durchgemacht
belauscht nun die Tiere in der Nacht

Was ich immer schon einmal probieren wollte – den Bau eines Ultraschallwandlers auf der Basis des Philips Elektronik Baukasten 1050. Berufsbedingt beschäftige ich mich mit Bioakustik (Nachweis von Fledermäusen, Heuschrecken) und besitze eine ganze Anzahl professioneller Detektoren, die leicht bis zu einigen Tausend Euro/Stck. kosten können. Aber was sind schon gekaufte Geräte, wenn man sich ganz nebenbei auch für Elektronik-Baukästen interessiert und der Bau eines derartigen Geräts mit Baukastenteilen möglich erscheint.

Kleine Ultraschallkunde

Als Ultraschall bezeichnet man die Frequenzen, die über der menschlichen Hörschwelle (ca. 16kHz) liegen. Heimische Fledermäuse rufen im Bereich von ca. 10kHz (Europäische Bulldogfledermaus) bis 120kHz (Kleine Hufeisennase). Die Rufe der häufigsten heimischen Fledermausart, der Zwergfledermaus, liegen meistens zwischen ca. 43kHz und 49kHz (höchster Schalldruck), also in einem Bereich, der für das menschliche Ohr nicht wahrnehmbar ist.

Nun ist es aber möglich Ultraschallrufe der Fledermäuse auf elektronischem Weg in den für Menschen hörbaren Bereich zu transformieren. Dazu benötigt man einen Ultraschallwandler. Man unterscheidet im Allgemeinen drei Verfahren 1. Das Frequenzteilverfahren, 2. Das Mischverfahren und 3. Das Zeitdehnverfahren (s. f. Sonogramm) um Ultraschallaute zu transformieren. Damit möchte ich die kleine Feldermauskunde erst einmal beenden. Wer mehr erfahren möchte kann ja „googln“ oder nachfragen.

WaFl-J-1-ZwFl-J-1.jpg
Sonogramm: Zeitgedehnte, visualisierte Rufe der Wasserfledermaus (Vordergrund), im Hintergrund bei über 40kHz eine Wasserfledermaus
WaFl-J-1-ZwFl-J-1.jpg (358.32 KiB) 4043 mal betrachtet
WaFl-J-1-ZwFl-J-1.jpg
Sonogramm: Zeitgedehnte, visualisierte Rufe der Wasserfledermaus (Vordergrund), im Hintergrund bei über 40kHz eine Wasserfledermaus
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Ein Ultraschall-Konverter konnte mit dem Philips Elektronik Baukasten EE 2016 zusammengesteckt werden. Ich nehme an, dass mit der Schaltung 4.7.14 (Ultraschall-Konverter) auch Fledermäuse detektiert werden kann. Leider besitze ich diesen Kasten (noch) nicht und kann daher seine diesbezügliche Funktion nicht testen. Vielleicht ist einer der Foristen in der Lage den Aufbau aus dem EE 2016 einmal auszuprobieren und berichtet im Forum über seine Ergebnisse.

Ich habe mich erst einmal für den Aufbau eines „Mischers“ entschieden, da er die Laute der Fledermäuse am realistischsten wiedergibt. Als Basis für die Versuche kam vorrangig der EE 1050 in Frage, da man das Versuchsbrett und die Vorderplatte bequem auf einer Fensterbank unterbringen kann. Versucht das einmal mit dem EE 2003. Dank meines 3D-Druckers kann ich mir immer die benötigten Versuchsbretter und Vorderplatten ausdrucken.

Benötigte Teile

Bei der im Folgenden beschriebenen Schaltung benötigt man einige zusätzliche Teile, die nicht dem EE 1050 beilagen. Insbesondere sind dies eine Ultraschallkapsel (Empfindlichkeit bei ca. 40kHz, z. Zt. bei Pollin, Best.-Nr.: 390048), 2 BC 547 (besser rauschärmere Typen), ein IC NE555, ein IC LM 386, ein Poti 10kΩ (mit Schalter), ein Poti 20-25kΩ und ein niederohmiger Lautsprecher (8Ω). Alles Teile, die ohnehin in einer gut sortierten Bastelkiste enthalten sein sollten. Dank Ingo63 standen mir ausreichend Trägerplatinen zur Aufnahme der Transistoren und IC´s zur Verfügung und es konnte fast losgehen.

Flugs noch eine Bestückungskarte und eine Frontkarte generiert und los ging es.

Bestueckungsplan.jpg
Bestückungskarte
Bestueckungsplan.jpg (114.43 KiB) 4043 mal betrachtet
Bestueckungsplan.jpg
Bestückungskarte
Bestueckungsplan.jpg (114.43 KiB) 4043 mal betrachtet
FrontMischer.jpg
Frontkarte
FrontMischer.jpg (45.46 KiB) 4043 mal betrachtet
FrontMischer.jpg
Frontkarte
FrontMischer.jpg (45.46 KiB) 4043 mal betrachtet

Nicht unbedingt notwenige Teile aus dem 3D-Drucker: Halter für das Ultraschallmikrofon, Adapter Lautsprecher, Adapter für Potis mit 6mm Achse, Lampenkappe als Halter für eine rote 5mm LED.

Beschreibung der Schaltung

Die Signale des Ultraschallmikrofons werden über einen 2stufigen Verstärker (2xBC 547) verstärkt und dem IC 1 (NE555) zugeführt. Der IC 555 fungiert als über das 20kΩ Poti einstellbarer Oszillator. Das über das Ultraschallmikrofon eingehende Eingangssignal wird mit der voreingestellten Frequenz des Oszillators „gemischt“. Die Differenz zwischen dem, verstärkten Signal und der eingestellten Oszillatorfrequenz wird dem Verstärker (LM 386) zugeführt. Beispiel: Eingangsfrequenz 44kHz, Oszillator schwingt bei 42kHz, ergibt eine Differenz von 2kHz, die im für den Menschen hörbaren Bereich liegt. Am Niederfrequenzausgang des LM 386 befindet sich ein 8Ω Lautsprecher, den ich mittels eines gedruckten Adapters (3D-Druck) an der Vorderplatte befestigt habe. Die Impedanz des originalen Philips-Lautsprechers beträgt bekanntlich 150Ω, er ist somt relativ ungeeignet.

DSCI6995b.jpg
Bestückungsseitenansicht
DSCI6995b.jpg (358.8 KiB) 4043 mal betrachtet
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Bestückungsseitenansicht
DSCI6995b.jpg (358.8 KiB) 4043 mal betrachtet
DSCI6990b.jpg
Frontansicht
DSCI6990b.jpg (216.73 KiB) 4043 mal betrachtet
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Frontansicht
DSCI6990b.jpg (216.73 KiB) 4043 mal betrachtet

Die ersten Versuche mit der Schaltung waren wenig befriedigend. Wie immer führte ich den „Schlüsseltest“ (klappern mit einem Schlüsselbund vor dem Mikrofon) durch. Nur ein Krächtsen war zu vernehmen. Die Schaltung wurde einige Male kontrolliert. Hatte ich eine Verbindung verwechselt oder vergessen? Nein! An was konnte es liegen? Schließlich fand ich heraus, dass die Schaltungsbeispiele im Datenblatt zum LM 386 mangelhaft waren. Nach dem Einbau eines zusätzlichen 100μF Elkos zwischen dem Beinchen 6 des IC´s und Masse klappt es endlich.

Nun erfolgte der Feldversuch. In der Dämmerung das Küchenfenster auf, den Detektor eingeschaltet, das Poti für die Oszillatorfrequenz in die Mittelstellung und schon hörte man das „stotternde knatterten“ von Zwergfledermäusen im Lautsprecher und die Punktiere Zartschrecke "paschte" aus dem Gebüsch. Ich hätte nicht gedacht, dass das „improvisierte“ Gerät so gut arbeitet.

Hier hätte ich gerne eine WAV-Deitei mit einer Fledermausaufnahme eingefügt - weiß aber nicht wie das geht.

Also, wer Fan der Philips Elektronik Baukästen ist, sich einmal auf dem Gebiet der Bioakustik betätigen möchte, sich selbst, seiner Frau, seinen Kindern oder Enkeln ein paar spannende Stunden oder Minuten gönnen möchte, ist zum Nachbau aufgerufen. Ich bin auf Eure Erfahrungen und natürlich auch auf Eure Anregungen gespannt.

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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von sbetamax » 13.09.2017, 18:37

Hallo Manfred,
interessante Schaltung.
Ich werde das mal nachbauen. Deine Bestückungskarte hat eine Ungereimtheit im Bereich T1 T2 E und C. Da ist irgendwas durcheinander.
Gruß Stephan

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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von Helferlein » 13.09.2017, 18:59

Hallo Stephan,

stimmt! Der Bestückungplan ist nicht der richtige. Das hätte nie und nimmer funktioniert. Da war ich wohl gestern Abend etwas ermattet und hätte besser kontrollieren sollen. Ich weis gar nicht wo der falsche Plan herkommt.

Hier nun der aktuelle, hoffentlich richtige Bestückungsplan:

Bestueckungsplan-Detektor.jpg
Bestückungsplan Fledermaus-Detektor
Bestueckungsplan-Detektor.jpg (116.43 KiB) 4021 mal betrachtet
Bestueckungsplan-Detektor.jpg
Bestückungsplan Fledermaus-Detektor
Bestueckungsplan-Detektor.jpg (116.43 KiB) 4021 mal betrachtet

Wie kann man eigentlich Beiträge nachträglich ändern oder ergänzen? Ich habe das schon einmal geschafft aber wieder vergessen.

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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von sbetamax » 13.09.2017, 22:01

Hallo Manfred,
Beiträge kann man nur eine Bestimmte Zeit nach erstellen editiren. Die Genaue Zeit hab ich nicht im Kopf.

Danke für den Aktualisierten Plan.
Gruß Stephan

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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von JeanLuc7 » 13.09.2017, 22:23

Salut Manfred,

Sehr schöne Idee und eine tolle Anwendung für dein 3D-EE1050-Pult. Ich habe mir die Schaltung 4.7.14 aus dem EE2016 gerade einmal angesehen. Ich habe die Schaltung damals nicht gebaut, weil ich keinen Anwendungsfall dafür hatte, allerdings fliegen hier nun auch Fledermäuse herum...

Die Schaltung macht es genau wie deine - Verstärken des US-Signals und Mischen mit einer variablen Frequenz zwischen 30 und 45 kHz. Die Schaltung sieht nur wegen des LM3900 etwas kompliziert aus - dieser OP hat ja eine spezielle Eigenschaft, dass die Ausgangsspannung dem Eingangsstrom folgt, was die vielen Megaohmwiderstände nötig macht. Laut Schaltungsbeschreibung wird das Eingangssignal umn Faktor 900 verstärkt, daher wird das meiste wohl nur verzerrt wiedergegeben. Ich denke, mit rauscharmen JFET-OPs sollte da schon etwas mehr herauszuholen sein. Dann noch eine adaptive Verstärkung... Mal schauen, was man da noch zaubern kann.

Viele Grüße
Frank

P.S. Du kannst Beiträge hier nur eine Zeitlang ändern (eine Stunde, glaube ich), dann werden sie fixiert.

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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von wolfgang » 14.09.2017, 17:47

Hallo Manfred,

schönes Projekt. Kannst du bitte den Schaltplan einstellen?

Vorab schon vielen Dank.

Gruß Wolfgang

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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von Helferlein » 14.09.2017, 21:44

Hallo Wolfgang,

den Ultraschallwandler habe aus verschiedenen Schaltungen zusammengebastelt. Ich schaue einmal, dass ich am Wochenende einen Schaltplan zeichne. Da fällt mir ein, das habe ich früher (1971) mit einer Schablone und Tuschestift gemacht. Das waren noch "schöne" analoge Zeiten.

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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von Helferlein » 16.09.2017, 12:12

Hallo zusammen,

auf Wunsch von Wolfgang, hier der Schaltplan:

EE-1050-NEO-Ultraschallwandler-Fledermausdetektor-Batdetector.png
EE-1050-NEO-Ultraschallwandler-Fledermausdetektor-Batdetector.png (18.8 KiB) 3952 mal betrachtet
EE-1050-NEO-Ultraschallwandler-Fledermausdetektor-Batdetector.png
EE-1050-NEO-Ultraschallwandler-Fledermausdetektor-Batdetector.png (18.8 KiB) 3952 mal betrachtet

Ich hoffe, dass sich nicht noch ein Fehler eingeschlichen hat.

Der Bestückungsplan für den EE 1050 ist ja schon oben abgebildet. Natürlich kann man die Schaltung auch auf anderen Systemen aufbauen. Falls Ihr die Schaltung, Bestückungsplan oder die Frontkarte in Orginalqualität und -größe erhalten möchtet, meldet Euch bitte per PN ich sende dann ggf. eine eMail mit PDF-Anhängen.

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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von Physiker66 » 03.09.2018, 15:51

Mann kann auch etwas mehr Aufwand treiben:

https://www.heise.de/make/meldung/Ardub ... eitrag.rdf

Ich finde aber die analoge Lösung hier netter :)
liebe Gruesse
Michael
:oops: Selbst ein schlechtes Experiment bildet die Wirklichkeit besser ab als eine gute Simulation.

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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von Frankje » 04.09.2018, 17:13

These are neat looking cool circuits. Both versions look good. The arduino version has the advantage of being able to record measurements. To my surprise they use unstable lm 386 amps as preamplifier, I’d prefer Helferlein’s circuit for that.
Perhaps I could transfer this to the Busch system with the new modules.
I will post the results here 8)
“All the electronic devices are powered by white smoke. When smoke goes out, device is dead.”
― Milan Nikolic

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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von Helferlein » 04.09.2018, 20:17

Hallo Michael und Frank, hallo Foristen,

leider handelt es sich bei dem "ArduBat" nur um einen "aufgerüsteten" Teilerdetektor.

Schaut hier: > http://home.earthlink.net/%7Ebat-detector/ArduBat/ <,

der auf der Basis des "Simple Bat Detector" und einem "Arduino" beruht. Bei diesem System gehen durch das Teilen viele Rufelemente verloren, sodass eine fundierte digitale Rufanalyse kaum möglich ist. Die von mir oben dargestellte "Spielerei" mit dem EE 1050 ist ein Mischerdetektor, bei dem die digitale Rufanalyse noch weniger möglich ist. Jedoch werden beim Mischer die Rufe "naturgetreuer" wiedergegeben. Beim Teiler hört man eigentlich nur ein Knacksen im Lautsprecher oder Kopfhörer.

Mittlerweile gibt es aber eine Gruppe von Entwicklern, die auf der Basis des RaspberryPi einen Zeitdehner-Detektor aufgebaut haben. Wer Lust hat kann ja einmal vorbeischauen ( http://www.bat-pi.eu/ ). Ich nutze für meine Arbeit Batomania-Detektoren (teils mit GPS), die auf dem Zeitdehnerprinzip (Echtzeitaufnahmen) beruhen. Auch hier ein Link > http://www.batomania.com/ <. Man kann sich bei Interesse bei "Batomania" kostenlos eine Analyse-Software herunterladen und mit ein paar Beispieldateien experimentieren.

Es Grüßt vom Rhein
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PS: Ich kann zum "Simple Bat Detector" gerne ein Platinenlayout (Sprint-Layout) zur Verfügung stellen. Ein zur Platine passendes Gehäuse (3D-Druck) ist auch bereits vorhanden. Bei Interesse einfach eine PN senden.

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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von jurjen » 07.05.2019, 23:00

Hallo,

Kommende Woche etwas Zeit und Lust zum basteln, also werde ich mal ausprobieren wie das EE-2016 Original funktioniert (Ultraschallwandler, Schaltung 4.7.14), als Fledermaus-Detektor, motiviert von Helferleins erfolg. Ebenfalls wie Frank (JeanLuc7) habe ich die EE-2016 Schaltung angesehen aber niemals ausprobiert. Aber dort wo wir jetzt wohnen sollen es dutzende Fledermäuse geben, und damit gibt es gleich eine gute und lehrreiche Chance für ein Versuch.

Auch erwähnt würde schon das eine Schaltung auf das EE2003-Pult mit zwei Platten viel zu gross und damit eher unpraktisch ist. Deswegen habe ich eine Vorbereitung gemacht mit eine Skizze um zu proben ob es geht die originale EE2016 auf nur eine Platte mit kleines Pult aufzubauen (habe ich ja schon mit den EE2013 FM radio gemacht). Und es wird gehen (elektrisch immer nog gleich mit das EE2016-original)! Die Skizze habe ich hier beigefugt. Bald folgt mehr!

Herzlichen Gruss,
Jurjen
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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von Helferlein » 08.05.2019, 19:59

Hallo jurjen,

schön, dass Du Dich für das Ultraschall-Projekt interessierst. Viel Erfolg bei der "Fledermausjagd". Berichte bitte, ob es geklappt hat.

Es grüßt vom Rhein
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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von jurjen » 12.05.2019, 14:36

Also hier folgt das Bauplan (noch nicht getestet, Morgen wird aufgebaut), elektrisch identisch mit das EE2016 Original, aber jetzt alles auf eine Platte statt zwei. Im blau sind diejenige Komponenten angegeben die sich am Unten befinden:

Bauplan.png
Bauplan.png (878.47 KiB) 1443 mal betrachtet
Bauplan.png
Bauplan.png (878.47 KiB) 1443 mal betrachtet

In die Console gibt es (von Oben nach Unten): (-) Lautsprecher (+) , GND , Vcc (9V) , (+)(mitt)(-) 10K Poti (Volum) , (+)(mitt)(-) 47K Poti (Frequenz).
Die 40KHz-generator erkennt man am Untern rechts. Für jede Transistor werden die beide Emitter-Anschlüsse benützt um die Masse durchzuleiten. Es gibt wahrscheinlich viele Möglichkeiten dieses Design zu optimieren durch Änderungen von Komponent-Werte, Ich werde darüber in den kommenden Tagen gerne berichten.


Und als PDF:
EE-2016 4.7.14 Console.pdf
(46.6 KiB) 22-mal heruntergeladen
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Hier zum Vergleich das EE2016 original:

EE2016_originalBauplan.png
EE2016_originalBauplan.png (1.27 MiB) 1443 mal betrachtet
EE2016_originalBauplan.png
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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von pingi66 » 14.05.2019, 22:37

Hallo Jurjen,

Deinen Aufbau finde ich sehr gelungen. Allein Deine Idee, die Bauteile in zwei Ebenen auf dem Board zu plazieren, ist einfach Weltklasse. Ich freue mich jetzt schon darauf, Deinen bestimmt kunstvoll bestückten Aufbau zu bewundern!

Wünsche Dir viel Erfolg für Deinen Entwurf!

Sven

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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von suntri » 14.05.2019, 23:23

Jetzt habe ich das erst begriffen was unten bedeutet. Das ist ja eine interessante Idee. Ich bin auf Bilder sehr gespannt.
Gruss suntri

Erkläre es mir, ich werde es vergessen. Zeige es mir, ich werde es vielleicht behalten. Lass es mich tun, und ich werde es können. Indisches Sprichwort.

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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von jurjen » 19.05.2019, 14:42

Hallo Alle, die Grundplatte nahezu fertig, hier einige Infos (leider fehlt mir die Zeit jetzt zum Testen, aber hoffe auf den nächsten Sonntag ... :mrgreen: ):

Zuerst: die Bestückung:
EE2016-compact1.jpg
EE2016-compact1.jpg (512.71 KiB) 1315 mal betrachtet
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EE2016-compact3.jpg (445.74 KiB) 1315 mal betrachtet
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EE2016-compact3.jpg (445.74 KiB) 1315 mal betrachtet

Eine kompakte Bauform kan manchmal erreicht werden weil typische Kreise wie Rückkopplung , Filter und Spannungsteilung oft benötigt sind. Ich versuche immer eine Platzierung zu finden welche es erlaubt die Komponente nicht zu biegen. Eine ganz andere Alternative ist natürlich Helferlein's design mit Standardteile wie Widerstände gebogen so dass diese sehr wenig Platz benötigen, und kompakte IC-platinen.

Ich habe ein kleines Update zum Bauplan hier beigefugt (nichts besonderes, nur einzige drahte durch isolierte umgewechselt weil das besser passt, und die Elco in der Nähe zur Batterie ein ziemlich grosse Wert von 1000uF gegeben):
EE-2016 4.7.14 FIG.pdf
(46.64 KiB) 15-mal heruntergeladen
EE-2016 4.7.14 FIG.pdf
(46.64 KiB) 15-mal heruntergeladen
Zuletzt geändert von jurjen am 19.05.2019, 15:02, insgesamt 2-mal geändert.

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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von jurjen » 19.05.2019, 14:57

Habe auch noch ein mal den Datasheet von das Ultraschall-Element nachgelesen. Den Typ das sich in mein Experimentierkasten befindet ist gekennzeichnet durch EFR-RSB40K2. Laut den Datasheet:
UltraTransduc_PartNr.png
UltraTransduc_PartNr.png (117.75 KiB) 1315 mal betrachtet
UltraTransduc_PartNr.png
UltraTransduc_PartNr.png (117.75 KiB) 1315 mal betrachtet

Dieses meint das unseres Teil ein sogenanntes temperaturstabilisiertes Element ist (Type S). Glücklicherweise ist die Bandbreite des Teiles damit auch maximal, wie hier im Grafik gezeigt:
UltraTransduc_sensitivity.png
UltraTransduc_sensitivity.png (43.65 KiB) 1315 mal betrachtet
UltraTransduc_sensitivity.png
UltraTransduc_sensitivity.png (43.65 KiB) 1315 mal betrachtet

Letztens hat den Datasheet auch noch eine Warnung (wenn doch von Philips offensichtlich nicht betrachtet beim Entwurf des Ultraschall-Senders): "DC voltage shall not be applied to the Ultrasonic Sensors because insulation resistance may deteriorate". Also, bestens in die Sendschaltungen ein Kondensator im serie mit das U-element geschaltet, so schlage ich dan vor ... .

Herzlichen Gruss,
Jurjen

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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von pingi66 » 19.05.2019, 20:01

Hallo Jurjen,

Dein Aufbau ist super gelungen. Deine Idee, die Bauteile in zwei Ebenen um den LM3900 zu plazieren, finde ich einfach genial. Dadurch wird die Schaltung sehr kompakt und handlich.

Und auch wenn es bereits mehrfach erwähnt wurde, so muss ich es trotzdem nochmal hervorheben:

"Dein Aufbau gleicht einem Kunstwerk!"


Freue mich schon, Berichte von den ersten Detektor-Versuchen von Dir zu lesen!


Grüße
Sven

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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von JeanLuc7 » 19.05.2019, 23:05

Salut alle,

ja, Jurjens Aufbauten sind immer eine Augenweide.

Das ist bei den meisten Kästen, die ich ersteigert/gekauft habe, das größte Manko: die benutzten Teile sind meist verbogen bis völlig verbogen. Ich biege sie mit einer Blechzange gerade - die Backen dieser Zangen sind exakt parallel, wenn ein Blech dazwischen ist; damit kann man Anschlussdrähte ganz gut gerade biegen. Jurjen, wie sorgst Du denn dafür, dass die Bauelemente-Drähte so exakt gerade bleiben?

Ich wollte diese Schaltung schon länger aufbauen und habe die Gelegenheit jetzt genutzt - im EE2001-Layout, das übrigens einen "Fehler" aufweist: die gesiebte Betriebsspannung wird zweimal an die Widerstände 3k3/4k7 auf der rechten Bauplatte geführt. Ich überlege noch, was man mit dem, was aus dem Lautsprecher herauskommt, noch anfangen kann... Ich benutze übrigens nicht den Original-Ultraschallwandler, sondern jene, die im HC-SR04-Sensor stecken, den man sehr günstig bekommt. Die beiden Wandler sehen gleich aus, aber sind mit "T" für Transmitter und "R" für Receiver gekennzeichnet und sind auch für 40kHz Resonanzfrequenz spezifiziert. Wenn ich Jurjens Diagramm richtig verstehe, liegen die Philips-Wandler aber auch eher auf 40 kHz als auf den im Handbuch genannten 36 kHz.

Viele Grüße
Frank/JL7

jurjen
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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von jurjen » 27.05.2019, 22:16

Hallo Alle,

Ich habe jetzt ein Gerät das offensichtlich funktioniert (mit einen Hand entlang Papier streichen gibt ein sehr deutliches Signal - aber doch nur bei gewisse Frequenzbereichen), und ich kan mit meinen Oszilloskop Messungen vollziehen. Hier meine einfache Testanlage mit Surface (und Oszilloskop-Programm), DPScope und die Schaltung:

Uebersicht_Test.jpg
Uebersicht_Test.jpg (409.16 KiB) 1164 mal betrachtet
Uebersicht_Test.jpg
Uebersicht_Test.jpg (409.16 KiB) 1164 mal betrachtet

Zuerst habe ich das Bereich von die Taktfrequenz des Oszillators geprüft, und dar tauchte gerade eine Überraschung auf: Obwohl das Philips-Handbuch ein Frequenzbereich von 30-45 KHz nennt sind meine gemessene Werte viel niedriger: 10-30kHz (und die Frequenz ist im oberen und unteren Bereich des Potis nicht stabil). Mein Gerät hat gewisse (aber schmale) Frequenzebereiche mit hoher Empfindlichkeit, dem besten Empfang gelingt bei ein Oscillator-Frequenz von etwa 14KHz, und die Oszillatorkurve zieht dan folgenderweise aus:

Oscill_Rechteck_14kHz.png
Oscill_Rechteck_14kHz.png (186.42 KiB) 1164 mal betrachtet
Oscill_Rechteck_14kHz.png
Oscill_Rechteck_14kHz.png (186.42 KiB) 1164 mal betrachtet

Die schönste Sachen sind gerade diejenige die so auftauchen und die man aber gar nicht fasst, und das ist gerade hier so: Wenn die Ultraschallwandler seine maximale Empfindlichkeit bei 40kHz hat, und die Generatorfrequenz dan 14kHz ist, dann verstehe Ich gar nicht wie bei Mischung eine gut hörbare Frequenz (als nur einzige kHz) entstehen kann. Die einzige Erklärung die ich jetzt habe: die erste und zweite Oberwelle des Generators (2x14kHz = 28kHz, 3x14kHz = 42kHz) könnten vielleicht bei Mischung mit etwas in der Nähe von 40kHz zu einen hörbaren Signal leiten, oder ... ? (ich sehe aber keine Oberwelle in das Ozsi-Signal ...)
Wenn das so ist, dann bestens die Generatorfrequenz zu diese werte anpassen ...



Also vieles noch zu erforschen!
Frank/JL7: has du deine Schaltung noch aufgebaut? Bist du in der Lage die Generatorfrequenz ein mal zu prüfen (Ich habe die Werte der Komponente noch einmal nachgeschaut und kann nicht Falsches finden) ?

Also weiter mit die Forschung, und werde weiter rapportieren,

Herzlichen Gruss,
Jurjen

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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von JeanLuc7 » 28.05.2019, 19:53

Salut Bastelfreunde,

ich habe bisher nur den Aufbau fertig, weil ich die Ergebnisse noch ein wenig aufbereiten wollte - der Unterbau im Bild dient nachher dazu, das Frequenzspektrum mit 6 Balken auf der Bildröhre darzustellen (ein altes Projekt, siehe hier -klick-). Wir haben ja jetzt ein langes Wochenende vor uns - da werde ich mir die Schaltung genauer ansehen.

Viele Grüße
Frank/JL7
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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von pingi66 » 30.05.2019, 19:11

Hallo Jurjen,
jurjen hat geschrieben:
27.05.2019, 22:16
Die einzige Erklärung die ich jetzt habe: die erste und zweite Oberwelle des Generators (2x14kHz = 28kHz, 3x14kHz = 42kHz) könnten vielleicht bei Mischung mit etwas in der Nähe von 40kHz zu einen hörbaren Signal leiten, oder ... ?
Da möchte ich Dir absolut zustimmen. Deine Schaltung ist offensichtlich ohne Fehler aufgebaut worden und Du misst eindeutig eine Grundfrequenz von 14 kHz, somit ist das die einzige plausible Erklärung: Es wird die zweite Oberwelle genutzt.
jurjen hat geschrieben:
27.05.2019, 22:16
(ich sehe aber keine Oberwelle in das Ozsi-Signal ...)
So schön rechteckig, wie das Oszi-Signal aussieht, sind da jede Menge Oberwellen enthalten. Nach Fourier müsste hier die zweite Oberwelle besonders stark enthalten sein, was ja auch mit Deinem Empfangsbericht übereinstimmt.
jurjen hat geschrieben:
27.05.2019, 22:16
Wenn das so ist, dann bestens die Generatorfrequenz zu diese werte anpassen ...
Das finde ich großartig: Man soll eine Schaltung nicht einfach nur aufbauen, sondern auch verstehen und wenn möglich sogar verbessern.

Wünsche Dir viel Erfolg dabei!

Grüße
Sven

jurjen
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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von jurjen » 31.05.2019, 10:41

pingi66 hat geschrieben:
30.05.2019, 19:11
Das finde ich großartig: Man soll eine Schaltung nicht einfach nur aufbauen, sondern auch verstehen und wenn möglich sogar verbessern.
Wünsche Dir viel Erfolg dabei!
Grüße
Sven
Hallo Sven
Danke für deine freundliche Worte.

Habe den letzten Abend getestet und die Fledermäuse klar wahrgenommen! Wir wohnen and die baumreiche Grenze einer Stadt (Groningen/NL) und ich habe immer gedacht Abends diese kleine Tiere schnell aber leise fliegen zu sehen. Heute Abend geprüft und verschiedene Exemplare gehört! Etwa fünfzig Meter von uns entfernt steht ein statliges Gebäude im Wald und dieses is offensichtlich das Heim der Fledermäuse (mit diese Entfernung leise aber immer noch klar zu hören, in meinem eigenen Garten sind sie Signale sehr laut).

Schön das mitt dieses Gerät ohne grosse Anpassungen zum EE2016-Original solche gute Erfolge erreicht werden können. Die einzige Optimierung die ich dafür gemacht habe ist die Erhöhung der Verstärkung mittels die folgende Änderungen in das Diagramm:
  • R8: 47K -> 10K (niedriger geht nicht)
  • R22: 47K -> 10K (auch hier: niedriger nicht zu bevorzügen)
Diese Werte sind in grün in die endgültige Version hier angegeben:
EE-2016 4.7.14 FIG.pdf
(46.65 KiB) 17-mal heruntergeladen
EE-2016 4.7.14 FIG.pdf
(46.65 KiB) 17-mal heruntergeladen

Noch viele Anmerkungen / Sachen zu erforschen:
  • Die Verstärkung nimmt zu (hörbar durchs rauschen) für gewisse Frequenzbereiche. Warum das passiert ist mich jetzt noch nicht klar. Vielleicht spielt die sehr höhe Verstärkungsfaktor dieser Schaltung zusammen mit die lange Leitungen der LM3900 Platine eine gewisse Rolle in eine Frequenz-abhängige Rückkopplung (habe ich schon bei andere Geräte bemerkt)
  • Am Ende des Abends nimmt die Lebendigkeit der Tiere deutlich zu um dann wieder abzunehmen, doch eben tief in die Nacht können individuelle Tiere immer noch Aktiv sein. Am Tag ist alles leise (aber man hört Regentröpfe! - sollen die Mauser also auch hören können.)
  • Was meine Frage um das Frequenzbereich der Generator betrifft: Ich werde eine progammierbare Taktfrequenz mit dem Picaxe-microcontroller versuchen (mittels die autonome PWM-module), werde hoffentlich bald wieder rapportieren können.

Salut, und geniest euch die kommenden schöne Tage!
Herzlichen Gruss aus Groningen/NL,
Jurjen

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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von JeanLuc7 » 31.05.2019, 16:00

Salut Bastelfreunde,
Die einzige Erklärung die ich jetzt habe: die erste und zweite Oberwelle des Generators (2x14kHz = 28kHz, 3x14kHz = 42kHz) könnten vielleicht bei Mischung mit etwas in der Nähe von 40kHz zu einen hörbaren Signal leiten, oder ... ?
Das kann tatsächlich funktionieren - wir hatten es an ganz anderer Stelle bei den KW-Radios auch schon einmal mit einer Oberwelle zu tun, die im Handbuch nicht erwähnt wurde. Was hier allerdings problematisch ist, das ist die fehlende Unterdrückung der Hauptfrequenz. So entstehen Mischprodukte mit 14kHz und der Oberwelle 42 kHz (siehe unten), die beide in den hörbaren Bereich transformiert werden. Eigentlich müsste man vor den Generator einen Hochpass schalten, der die Hauptfrequenz aussiebt und nur die Oberwelle durchlässt. Dass C5 und R11 das bewerkstelligen sollen, würde ich erst einmal verneinen.
SChaltung.png
SChaltung.png (212.31 KiB) 1046 mal betrachtet
SChaltung.png
SChaltung.png (212.31 KiB) 1046 mal betrachtet
Die andere Alternative wäre, dass die eingefangenen Signale doch eher im Bereich von 15-25 kHz liegen.
Was meine Frage um das Frequenzbereich der Generator betrifft: Ich werde eine progammierbare Taktfrequenz mit dem Picaxe-microcontroller versuchen (mittels die autonome PWM-module), werde hoffentlich bald wieder rapportieren können.
An diese Variante habe ich auch gedacht, als ich Jurjens Beschreibung las - die in der Beschreibung genannten variablen Frequenzen zwischen 30 und 45kHz kann man mit der Fast-PWM problemlos erzeugen, und so ein Generator ließe sich auch einfach regeln. Sobald ich meinen Aufbau fertig habe, will ich erst einmal mit einem variablen Ultraschall-Sender ("Bat-Simulator") probieren, was da tatsächlich gemischt wird. Auch der Ultraschall-Tonsender 4.7.12. könnte eine Hilfe sein.
ich sehe aber keine Oberwelle in das Ozsi-Signal
Die ist im Rechteckisgnal bereits drin. Das Rechtecksignal kann durch eine Fourierreihenentwicklung angenähert werden:

Code: Alles auswählen

f(t) = 4/pi * (sin(t) + sin(3t)/3 + sin (5t)/5 + ...)
Oberwelle.png
Oberwelle.png (24.84 KiB) 1046 mal betrachtet
Oberwelle.png
Oberwelle.png (24.84 KiB) 1046 mal betrachtet
Allerdings sieht man da auch, dass neben der Hauptfrequenz nur ungerade Vielfache vorkommen. Die doppelte Frequenz (erste Oberwelle) ist im idealen Rechtecksignal gar nicht vorhanden und auch im realen Leben bei dieser Schaltung (mit einem nicht ganz idealen Rechteck) gegenüber der zweiten Oberwelle kaum relevant. Sven hatte das auch bereits geschrieben.

Ich hätte nicht gedacht, dass diese Schaltung so interessant sein könnte...
Vielleicht spielt die sehr höhe Verstärkungsfaktor dieser Schaltung zusammen mit die lange Leitungen der LM3900 Platine eine gewisse Rolle in eine Frequenz-abhängige Rückkopplung (habe ich schon bei andere Geräte bemerkt)
Diesen Eindruck habe ich bei der einen oder anderen Schaltung auch - besonders kritisch sind natürlich Verstärker und Oszillatoren. Wir kennen das alle klassische Verhalten: Verstärker schwingen, Oszillatoren hingegen nicht. Gerade lange Leitungen, die sich eng an andere Leitungen oder Bauelemente schmiegen, führen manchmal zu unerwarteten Ergebnissen. Ich habe mir daher angewöhnt, Schaltungen wenigstens immer mit einer durchgehenden und mehrfach verbundenen Massestrecke zu versehen; das hilft an vielen Stellen bereits.

Viele Grüße
Frank/JL7

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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von jurjen » 02.06.2019, 01:54

Hallo,
Hier ein Beispiel von ein Fledermaus-ruf, mit das Gerät heute Abend aufgenommen:
http://www.kranenborg.org/ee/projects/E ... EE2016.aac
Helferlein und Andere, klingt dieses ähnlich bei ihr?

Herzlichen Gruss,
Jurjen

PS: Übrigens noch kein Erfolg mit dem Versuch die Taktfrequenz dieser Schaltung einfach in das 40Khz-bereich zu bringen durch die Ändrung von C9 un C10 von 1000pf zu 470pf: die Oszillator läuft dann überhaupt nicht mehr ... . Ich vermute das Philips die dritte Oberwelle tatsächlich in das Design mitgenommen hat. Nächstes Versuch dieses zu schaffen wird also durch Anwendung des Picaxe-Mikrokontrollers sein ...

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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von JeanLuc7 » 02.06.2019, 18:17

Salut Bastelfreunde,

das lange Wochenende hat geholfen, ich habe jetzt den Bat-Detektor samt Frequenzanalyse fertiggestellt.

Bei meinem Aufbau lässt sich die Frequenz des Multivibrators zwischen etwa 17 kHz und 56 kHz regeln. Insofern wird hier wohl doch die Grundfrequenz zum Mischen benutzt. Tatsächlich darf man aber das Poti nicht ganz in Richtung des 47k-Widerstands aufdrehen; dann bricht der Oszillator ab.

Zum Testen habe ich neben einem Stück Papier auch den Ultraschall-Sender 4.7.1 benutzt, dessen Signal man ziemlich laut hören kann. Jetzt bin ich einmal gespannt auf die Fledermäuse...

Es grüßt herzlich

JL7/Frank
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Re: EE 1050 NEO - Ultraschallwandler, Fledermaus-Detektor, Bat-Detector

Beitrag von jurjen » 09.06.2019, 22:16

Hallo,

Um die Frage über die Generatorfrequenz beantworten zu können (Welcher funktioniert bestens: Grundfrequenz oder zweite Oberwelle) habe ich ein Picaxe-Microcontroller programmiert der ein Rechteck-Signal im Bereich 10kHz - 60kHz liefern kann (Picaxe-link). Das gibt doch den gleichen Erfolg: Die maximale Empfindlichkeit befindet sich (mindestens bei Mir) wieder in der nähe von 14kHz und nicht ganz bei 40kHz.

Habe dann nochmal AN72 (National Semiconductor) nachgelesen (LM3900: A new current-differencing quad ... ), und dort steht in Teil 10.9 (Mixer): " With one signal larger in amplitude, to serve as the local oscillator input (V1), the transconductance of the input diode is gated at this rate (f1). A small signal (V2) can now be added at the second input and the difference frequency is filtered from the composite resulting waveform and is made available at the output".
Nun, die Zweite Oberwelle (42kHz) muss ja viel niedriger in Stärke sein als die Grundfrequenz (14kHz), und das kann dan eine Erklärung sein: Vielleicht nur in diesem Fall funktioniert das Mischungs-Konzept gut ...

Ein sehr Interessante Schaltung also, wie Frank schon erwähnt hat!

PS: AN-72 is sehr lesenswert!

Herzlichen Gruss,
/Jurjen

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