Anregung zum Nachbau Andreas Dietze, Hans Kriedt, Jürgen Wondra
Einfacher Empfänger für DCF-77-Zeitzeichensignale
Empfänger und Auswertschaltungen für DCF-77-Zeitzeichensignale
wurden in der Funk-Technik bereits veröffentlicht.
Im Zuge der weiterentwickelten Integrationstechnologie stehen heute jedoch ICs bereit,
die den Bau eines DCF-77-Empfängers stark vereinfachen.
Die hier beschriebene Schaltung arbeitet mit einem Tuner-IC (Superhet)
und kommt dank der niedrigen ZF ohne teure Quarzfilter aus.
Am Ausgang stehen die 1-s-lmpulse für die weitere Verarbeitung bereit
(zum Beispiel durch den Prozessor SAB 8748).
Nach Auskunft der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt und der Deutschen Bundespost
soll der Betrieb des DCF-77-Zeitzeichensenders langfristig gesichert sein —
ein Ausbleiben der Zeitzeichensignale ist daher nicht zu befürchten.
Überlegungen zum Schaltungskonzept
Da zum Empfang der DFC-77-Zeitzeichen
nur das Auswerten eines einzigen Trägersignals (77,5 kHz) nötig ist,
genügt für die sen Anwendungsfall ein selektiver,
nicht durchstimmbarer Empfänger.
Selbstverständlich ist es möglich,
einen Geradeausempfänger zu benutzen,
jedoch stehen dann dem relativ einfachen Aufbau
entscheidende Nachteile gegenüber:
Der Sendefrequenz von 77,5 kHz ist breitbandig
ein energiereiches Störspektrum überlagert.
Außerdem liegt die fünffache Zeilenfrequenz
der Fernsehempfänger nahe an der Empfangsfrequenz.
Der entscheidendste Nachteil aber ist die Rückwirkung
der hochverstärkten, gleichfrequenten Ausgangsspannung
auf den Eingang (Schwingneigung).
Daher ist ein einfacher, mit LC-Kreisen
bestückter Aufbau so störempfindlich,
dass ein einwandfreier Betrieb über längere Zeit nicht möglich ist.
In manchen Bauanleitungen ist ein schmalbandiges
aber teueres Quarzfilter eingesetzt, welches zwar die Selektion verbessert,
die Probleme des Geradeausempfanges jedoch nicht durchgreifend löst.
Die hier beschriebene Schaltung ist daher als Superhetempfänger ausgelegt.
Von der abgestimmten Ferritantenne wird das Empfangssignal über einen
rauschar men Transistorverstärker und über einen
Bandpass dem monolithisch integrierten Tuner „SO 54 T“ zugeführt.
Dort wird es verstärkt und mit einem einfach aufbereiteten Signal
von 80 kHz zum Zwischenfrequenzsignal (2,5 kHz) umgesetzt.
Das ZF-Signal wird dann über einen aktiven Bandpassverstärker
und einen Gleichrichter geführt und von einem Komparator
zu 1-Hz-Impulsen mit TTL-Pegel für die Auswerteschaltung geformt.
Dieses Schaltungsprinzip unterscheidet sich
von bisher veröffentlichten durch seine sehr tief liegende Zwischenfrequenz,
die es erlaubt, aktive RC-Filter mit hoher Güte zu benutzen,
die viel preisgünstiger sind als Quarzfilter
aber trotzdem die gleiche Selektion bieten.
Schaltungsbeschreibung
Stromlauf des DCF-77-Empfängers und Erzeugung des 80-kHz-Oszillatorsignals
mittels Quarzoszillator und Teilern ÷10 und ÷5
Zum Empfang des AM-modulierten DCF-77-Signals dient eine Ferritantenne,
die fest auf 77,5 kHz abgestimmt ist.
Der Gütefaktor Q dieser Antenne beträgt etwa Q = 100.
Die Kabelkapazität der Zuleitung wird in den Abgleich
des Antennenkreises, der durch Verschieben der Antennenspule
auf dem Ferritstab erfolgt, mit einbezogen.
Über einen Emitterfolger zur Entkopplung wird das 77,5-kHz-Signal
einem rauscharmen Transistorverstärker und danach einem Bandpass zugeführt,
dessen Bandbreite ungefähr 1 kHz beträgt.
Die Ankopplung an den Tuner-IC SO 54 T erfolgt wieder über einen Emitterfolger.
Dem Mischer im IC wird eine Frequenz f0
von 80 kHz als Rechtecksignal zugeführt.
Dieses Signal steuert den als Verstärker geschalteten internen Oszillator so,
dass ein einwandfreies Schalten des Mischers gewährleistet ist.
Die Frequenz f0 setzt die
Eingangsfrequenz fe nach fZF = f0 - fe
zur Zwischenfrequenz fZF von 2,5 kHz um.
Dieses Signal wird nun einem Bandpass mit Mehrfachrückkopplung [1] zugeführt.
Der nach Bild 1 beschaltete Operationsverstärker A1
hat eine Bandbreite von 50 Hz und eine Verstärkung von 30
bei seiner Resonanzfrequenz von 2,5 kHz, die sich mit R1,
ohne die anderen Parameter zu beeinflussen, abgleichen lässt.
Der darauf folgende Doppelweg-Gleichrichter wirkt als AM-Demodulator.
Zur Unterdrückung der ZF-Reste dient der als Integrator beschaltete Operationsverstärker A3.
Vom Integratorausgang wird einerseits die Regelspannung
für die Vorstufenregelung des SO 54 T abgeleitet
und andererseits über einen Komparator (evtl. mit Hysterese)
ein Schaltsignal erzeugt, das über einen Schalttransistor den
Eingang der digitalen Auswertschaltung (SAB 8748) steuert.
Wird als Prozessor der SAB 8748 verwendet und der interne Oszillator
mit einem 6-MHz-Quarz beschältet [2],
ist das Erzeugen des 80-kHz-Signals äußerst einfach,
denn am ALE-Ausgang des Prozessors (Pin 11)
steht dann ein quarzstabiles 400-kHz-Signal bereit.
Daraus lässt sich mittels eines einfachen Fünferteilers nach Bild 1,
der ein Taktverhältnis von 2:3 aufweist,
das benötigte 80-kHz-Signal erzeugen.
Die Unsymmetrie geht nur unbedeutend in den Mischwirkungsgrad ein.
Bei Verwendung einer anderen Auswertschaltung kann das 400-kHz-Signal
durch einen externen Quarz-Oszillator,
zum Beispiel mit 4-MHz-Quarz, und nachfolgendem Teiler durch 10
erzeugt werden (Bild 1 links unten).
Erfahrungen mit dem Empfangsteil
Das beschriebene Empfangsteil wurde im
Zusammenspiel mit der Auswertschaltung
basierend auf dem Microcomputer SAB 8748 erprobt [2].
Beim Betrieb des Empfängers mit dem Computerteil der Uhr ist
zu beachten, dass die Speisespannung für
den Empfänger ausreichend abgeblockt wird,
um Störungen durch das Digitalteil zu vermeiden.
77,5-kHz-Signal an MP1 (horizontal 200 ms/Skt, vertikal 2 mV/Skt)2,5-kHz-ZF-Signal an MP2 (horizontal 200 ms/Skt, vertikal 5 mV/Skt)Oben: Demoduliertes Zeitzeichen-Signal an MP4 (horizontal 200 ms/Skt, vertikal 100 mV/Skt).
Unten: Signal mit TTL-Pegel an MP3 (vertikal 2 V/Skt)
Der Abgleich geschieht am zweckmäßigsten nach folgender Anweisung:
Zunächst wird der Antennenkreis durch Verschieben der Spule
auf dem Ferritstab auf Maximum abgeglichen
(Tastkopf am Emitter des Eingangstransistors).
Anschließend wird das Bandfilter L2, L3 auf Maximum abgeglichen (MP1).
Nach Einspeisen des 80-kHz-Signals muss das ZF-Signal an MP2 messbar sein.
Mit P3 wird am Ausgang von A3 (MP4) auf maximale Amplitude abgeglichen
und mit P2 wird die Amplitude dann auf 300 mV (Spitze-Spitze) eingestellt.
Abschließend wird der Referenzpegel des Komparators A4 mit P1
so eingestellt, dass am Ausgang (MP3) „saubere“ Impulse erscheinen.
