Lyndetektor og lyntæller

På nettet har jeg fået ideen til at bygge en lyndetektor. Søger du, finder du mange muligheder for at lave en selv. Jeg har "stykket" en sammen ud fra flere kombinationer, som kunne passe til mig. Diagrammet ses herunder og følgende bemærkninger kan tilføjes. Se også Charles Wenzel website for yderligere info. Eller DMI's lynkort. Indgangskredsen er afstemt til en resonansfrekvens omkring 300KHz, som ligger i langbølgeområdet. Findes der i dit område en sender med samme frekvens, bør du afstemme indgangskredsen til et andet område for ikke at få falske signaler. På diagrammet ses en fast keramisk kondensator C1 på 10pF og en trimmer C1Trim fra 2pF til 90pF. Du skal normalt ikke bruge begge to samtidigt. På denne website kan du finde LB og MB radiostationer i Europa. Om den er "UP to Date" vides ikke, da mange LB og MB radiostationer lukker i denne digitale tidsalder, eller ombygges til digitalsender på AM.         Resonansfrekvensen 300KHz båndbredden ved 6dB er 25 kHz. Et lyn er en gnist, som indeholder mange frekvenser, så resonansfrekvensen vil blive forstærket op i første trin, der udgøres af C1 eller C1 Trim, L1, L2, C2 og Q1. R1 nedsætter Q faktoren af kredsen for at undgå oscillationer. Hvis kredsen oscillere skal værdien af R1 nedsættes. Bliver værdien for lav, går det ud over følsomheden. Neon lampen skal modvirke statisk elektricitet, om den er nødvendig, ved jeg ikke på nuværende tidspunkt. Det forstærkede signal "Burst" eller på Dansk "Støj" fra Q1 sendes til det næste kredsløb, som består af Q2 og Q3, et monostabilt kredsløb, der giver en puls, hver gang lynet registreres. Q3 går i "On" og trigger transistorerne Q4 (Q6) og Q5, der henholdsvis er et kredsløb for et relæ til en tæller, LED3 og Buzzer samt et viserinstrument. Modstandsværdierne i kredsløbet for viserinstrument afhænger af det anvendte instrument. Ved at ændre værdien af R15 5.1k ohm kan instrumentets følsomhed tilpasses. En anden mulighed for at få en middel visning af kontinuiteten på lynnedslagene, er at indsætte modstanden R11 3.3k ohm og en eller to el. lytter C9 og C10. Jeg har indsat en DIP afbryder for begge kondensatorer, så har jeg fire værdier: 0, 100uF, 220uF og 320uF. Prøv dig frem med dit viserinstrument. Lynnedslaget skal omsættes til en tone i en "Audio Indicator". Her er der flere forslag, men det simpleste og dermed det billigste er en Buzzer. Buzzeren styres af "Puls Out" via det nye kredsløb - Relay, LED and Buzzer - som jeg har indført. Q4 og Q6 åbner for strømmen til kredsløbene. En On/Off afbryder S1 er tilføjet til Buzzeren, så denne kan afbrydes, når den konstante beepen bliver for irriterende. Electromech Buzzer 6V DC PCB Pins, Part-Number: ABI-021-RC er anvendt. Fordelen ved dette kredsløb er, at man kan forlænge den tid, hvor LED3 lyser op. Ved at øge værdien af C7 kan man forlænge tiden. Vær dog opmærksom på, at tiden ikke må være for lang, for så vil to på hinanden lyn med kort tidsinterval blive registreret som et lyn. En god middelværdi er 10uF, som giver ca. 10K * 10u = 100mSec hold time.

Diagram over den nye lyndetektor med Buzzer og relæ der virker. Underste billede er trigger kredsløbet for Relæ, LED og Buzzer.

Lyndetektoren forsynes med strøm enten fra batterier eller 230VAC nettet. Det giver én mulighed for mobil drift og fast drift fra kontoret. Den dobbelt polet omskifter S3 aktivere også to LED gul (net) og grøn (bat), så man kan se hvilken PSU, der giver strøm til lyndetektoren. D6 rød LED viser, at der er 230VAC tilsluttet lyndetektoren. Den erfarende seer vil bemærke, at jeg ikke har været fedtet med el. lytter i strømforsyningen. Det er ud fra den betragtning, at jeg ikke ønsker et spændings dyk til kredsen i skifte tiden, så en kommende tæller resætter. Om det virker, skal tiden vise. Jeg har endnu ikke en tæller. Jeg har læst, at man kan modificere en Omron Pedometer (Skridttæller) HJ-109-E til formålet, men den er for dyr. Kredsløbet, der trigger en tæller eller et kamera, består i et Reed Relæ der slutter, når et lynnedslag registreres. For at undgå modulationsbrum fra brokoblingens dioder i D9 kan der indsættes 3 stk. kondensatorer C15, C16 og C17 på 0,1uF/250VAC. Måske afkobler de også anden "støj", som kan komme ind fra lysnettet? Jeg har nu afprøvet det på min prototype, og det virker overbevisende.             Jeg fandt en meget billig Pedometer - skridttæller i en 20 kr. kasse, og den er enkelt at lave om til en lyntæller. Start med at skrue de to skruer ud af bagdækslet og fjern denne. Du vil se billedet tv. med svingarmen foroven, som danner kontakt med det øverste vinkelstykke ved gang. Den meget tynde fjeder mellem svingarmen og det nederste vinkelstykke er her taget bort. Fjern svingarmen med tilhørende dele og lod to tynde og bløde ledninger på de to vinkelstykker - billedet i midten. Bor to huller (ø1,2mm) i bagdækslet slå knuder på ledningerne og træk dem gennem hullerne. Monter igen bagdækslet med de to skruer. Hver gang ledningerne kortsluttes tæller pedometeret 1 op. Billedet th. viser 25 lyn i området. Pedometer Walker har flg. funktioner: Skridttæller, Kalorieforbrug, Distance i km og ur 12/24 timers digital værk. Når du har modificeret skridttælleren, er det kun uret og antal skridt - her lyn - som har interesse. Uret køre normalt i "Stand By" og skift til antal lyn sker ved at trykke på "Mode". På grund af de "store" el. lytter har jeg beskyttet LM317T med to dioder D7 og D8 iflg. fabrikantens datablad. Læs også denne website for Quick notes on using 3-Pin Voltage Regulators. Jeg har brugt en Gerth 230VAC/9VAC/4,8VA EI 42/14,8 trafo, som jeg har mange af i skuffen. Da den ikke er kortslutningssikker, er den sikret både på primær- og sekundærsiden med sikringer. Sikringerne er af den type, som loddes i, så der er ingen berøringsfare på komponentsiden. En diode brokobling D9 på 80 Volt og 800 mA skulle være tilstrækkeligt til kredsløbet. Kredsløbet er bestykket med transistorer af typen 2N4401 NPN og 2N4403 PNP. Men BC547B NPN og BC557B PNP kan også anvendes. Husk blot at disse to typer af transistorer ikke har samme ben forbindelser. Begge typer har Base i midten Pin 2, men Collector og Emitter er byttet om. PCB er udlagt til typen 2N44xx. Bruger du typen BC5xxB vendes disse 180 grader.

Diagram over reguleret 6 volt batteri forsyning

Herunder ses et printudlæg og komponent placeringen. Der er kun en jumper J1 på printet. BNC connector er antenne tilslutningen. Når alle komponenter er monteret og enheden afprøvet og fundet i orden, skal undersiden lakeres med en transparent beskyttelseslak Plastik 70, som isolerer, beskytter og forsegler loddesiden af printet. Montering af print foregår efter følgende princip, de laveste komponenter monteres først, d.v.s. jumper, modstande, dioder, små kondensatorer, LED, transistorer, IC el. IC sokler, sikringer, klemrækker, omskifter/afbryder, relæ, høje radiale el. lytter, BNC connector og nettrafo. Til de, som ikke er så bekendt med elektronik, vil jeg blot sige: Der er nogle komponenter, som skal vendes korrekt - dioder, transistorer, IC, el. lytter, viserinstrument og nettrafo. De andre passive komponenter - modstande og kondensatorer, kan isættes vilkårligt, MEN vend modstandene ens, så farvekoden læses ens på alle lodrette samt alle vandrette modstande. Isæt Wima kondensatorerne ens, så værdierne kan læses fra samme side. Det letter senere fejlfinding.

Lyndetektor komponent placering og printudlæg for Relæ, LED og Buzzer.

Herunder ses prototypen af lyndetektoren under drift. Teleskopantennen mangler at blive monteret, så den gule ledning udgør det for antenne. Lydkredsløbet med TL431 og højttaler på øverste billede tv er udskiftes med en Buzzer, som ses på det underste billede. Boksen under viserinstrumentet er 6 Volt batteriforsyningen og man ser, at den grønne LED lyser. Batteriboksen indeholder 6 stk. 1,5V AA Alkaline batterier samt reguleret 6 Volt kredsløb som vist overfor. Printudlæg vist ovenfor er udlagt til drift med buzzer, samt de nævnte forbedringer for relæfunktionen. Den blå afbryder tv er S1 On/Off for lyd. Den bagerste LED tv er en blå mega bright type. Den røde omskifter bagerst th er S3, skifter mellem batteri- og netdrift (den er senere udskiftet med en blå type MS-500F, der er en alm. handelsvare). Den blå afbryder S2 bagerst th er On/Off for Lyndetektoren. Den røde afbryder bagerst i midten er S4, indskifter kondensatorerne C9 og C10. De 4 blå klemrækker er til: Højttaler (tv) - udgår, viserinstrument (bagerst), 230VAC forsyning (th) og batteri forsyning (forrest). Forrest th ses P1 (blå) 6 Volt reguleringen. Den blå nettrafo er af en gammel type, men printudlæg er udlagt til drift med den nye Gerth type. Se også mit Transformer Calculation program for Gerth Transformatorer. De to spoler L1 og L2 ses tv for antennen. Neon T2 lamp ses tv for spolerne, men er dækket af sort krympeflex, da den skal sidde i mørke. LM317T 6 Volt regulatoren ses liggende bag ved den grønne LED. C1 Trim er dækket af BNC antenne stikket. Viserinstrumentet er fra en skrottet forstærker med log skala. Der er sket en ændring: Grøn LED kun batteridrift, Rød LED 230V tilsluttet Lyndetektoren, Gul LED netdrift samtidig lyser den røde LED også.

Prototypen af lyndetektor under drift

Lyndetektoren er følsom for gnister forårsaget af glimtænder i lysstofrør samt andre elektriske installationer, der danner gnister. Følsomheden bliver mindre påfaldende på batteridrift. For at teste enheden kan man lave en lynsimulator eller benytte en af de "Bug Killer", som jeg har lavet og vist her. Træk en gnist mellem elektroderne og se, hvordan den blå LED lyser op. En anden test kan gøres ved at indsætte en trykkontakt over R2 1M ohm. Det har jeg ikke gjort, der er kontakter nok. Jeg har ikke afprøvet lyndetektoren under tordenvejr af den simple grund, vi har ikke haft tordenvejr endnu efter endt arbejde. Om enheden skal jordforbindes, som radioer blev i "gamle dage", vil tiden vise. Det anbefales. Så kom der endelig et tordenvejr forbi og lyndetektoren blinkede lystig. Jeg bemærkede, at den var mere følsom på netdrift, så det har vel noget at gøre med, at "signalerne" (også) kommer ind via lysnettet. Det passer godt overens med, at lyndetektoren er mere følsom over for gnister fra glimtænder, når den er tilsluttet lysnettet. Jeg har nu monteret de 3 kondensatorer for modulationsbrum, og det kan anbefales. Med en god udendørs LB antenne og jordforbindelse kan lyn detektoren registrerer lyn i en afstand af ca. 50 km. Ellers kun omkring 10 km med en indendørs stav antenne. Med en indendørs antenne vil man også registrerer alt EMI støj i huset. Jeg glemte lige at nævne, der findes to reguleringer: P1 indstilles til 6 Volt på LM317T Pin 2, C1 Trim drejes fra min mod max og indstilles til max følsomhed, det er ca. 10 % af FSD altså 10pF. Hvis trimmeren ikke ønskes, indsættes C1 med en fast keramisk kondensator på 10pF.

Spherisk er en betegnelse for atmosfærisk, og henviser til den knitrende lyd i en radio produceret af statisk elektricitet, som et lyn frembringer. Denne modtager skal indstilles på en tom kanal i LF-båndet og modtageren giver tilstrækkelig følsomhed til at registrere lyn aktiviteter flere hundredvis ja endda tusindvis af kilometer borte. Den bedste præstation opnås med en ekstern antenne, men bare et par meter isoleret ledning er tilstrækkelig. En kort stavantenne monteret på enheden vil fungere fint til at opfange det lokale tordenvejr. Prøv også antenneforstærker for langbølge.

I Danmark har vi Kalundborg senderen på 243 KHz og 300KW, det giver for C3 = 430 pF. I Polen har vi Warsaw senderen på 225 KHz og 1200 KW, det giver for C3 = 500 pF.

Nogen forklaring er nødvendig til de forskellige sektioner i de to kredsløb. Det første diagram er til en almindelig udendørs antenne. Det underste diagram er til antenneforstærkeren. R17 og R18 leder strømmen til forstærkeren, C22 er en afkobling, C1 skiller DC fra antenneindgangen. Fælles for begge: Begynder til venstre ved antenne indgangen, en fælde eller to (sugekreds og spærrekreds) kan tilføjes ved resonans med en 1 mH drosselspole med en udvalgt kondensator for at fjerne stærke AM-stationer, når du bruger en udendørs antenne, især en antenne med forstærker. Fælden - sugekredsen - er (måske) ikke nødvendigt med en kort antenne, og hvis ikke en lokal AM-station skinner igennem. I Danmark har vi langbølge senderen Kalundborg, der sender på frekvensen 243 KHz med en sendeeffekt på 300 KW. Se Langbølgebåndet. I nabolandet Polen ligger en meget kraftig langbølgesender, som sender på 225 KHz med en effekt på 1200 KW. Det er Warsaw radio mast, som ligger i Solec Kujawski, 210 km nordvest for Warsaw. I mit Excel regneark kan resonans frekvensen udregnes for C1 med L1 på 1 mH. En 100 ohm modstand mellem pin 2 og 7 på TL592 giver en forstærkning på 80 gange, men kan ændres til en højere eller lavere forstærkning. En mindre værdi kan anvendes, men værdier som ligger meget under 100 ohm vil sprede båndbredden og kan forårsage stabilitetsproblemer på grund af alt for stor forstærkningen i TL592. Jeg har derfor indsat en trimmer P1, 200 ohm i serie med R4, 10 ohm, derved kan forstærkningen reguleres fra 50 til 300 gange. 0 ohm giver 400 gange og 1K ohm giver 15 gange forstærkning. C4, 3,3 nF kondensatoren - standardværdi i E-24 rækken - er blot en tilfældig styroflex-kondensator, som jeg havde i skuffen, den er ikke kritisk, og den giver en modtager frekvens på omkring 80 KHz. I mit Excel regneark kan resonans frekvensen udregnes for C4 og L2. Indsæt værdierne og aflæs resultatet. Her 88 KHz. Enhver værdi fra 1 nF til 10 nF kan bruges men ændre værdien, hvis et VLF radiosignal virker forstyrrende. Jeg har lige ændret min for at undgå noget summende interferens. Brug en god RF styroflex-kondensator med en værdi, som udelukker HF stationer. Formålet med R1, 510 ohm modstanden i serie med parallelkredsen L2, 1 mH og C4, 3,3 nF er at udelukke HF stationer, især stærke FM-stationer. R1 kan også beregnes på mit Excel regneark. Zl = Zc = R1 ca. 550 ohm. Detektoren med D1, 1N5711 Schottky Dioden og Q1, MPSA18 eller BC550BP har en lang aflednings tidskonstant tau = C7 * R5 = 4,7 mSec, som giver udgangssignalet en rampelignende reaktion på lyn impulser, og længden af rampen er proportional med størrelsen af impulsen. Det forårsager at den første IC3A, LM358, som virker som en komparator, afgiver en impuls med en bredde, der er proportional med den modtagne impuls højde. Bemærk: de to transistorer har ikke samme pin konfiguration. Base er på begge pin 2, men Collector og Emitter er byttet om. Se godt efter, når du montere transistoren. Detektorens amplitude-til-puls bredde respons giver også et mere kraftfuldt lyn en dybere tone, hvilket gør det nemt at høre, hvad der sker ved at lytte. Disse impulser driver en lampe flasher og et relæ til en counter gennem Q2, BS170, og den anden IC3B, LM358 Op-Amp midlings kredsløb driver et amperemeter. Tendensen for lampen til at flashe modificeres let ved at ændre R11, 1k til jord på IC3A ben 6, med en lavere værdi, som gør lyset mere følsom. R13, 22k modstanden afgør, hvor meget hver puls påvirker måleraflæsning, og R14, 10M ohm modstanden bestemmer, den gennemsnitlige tidskonstant for metret. Lavere værdier giver en hurtigere respons. På diagrammet er vist et amperemeter, men et voltmeter ville også fungere fint. Forvent omkring 3 volt på ben 1, når lynet trigger målerkredsløbet. Værdien for R15 vælges ud fra det anvendte instrument. Print layout omkring IC2, LM386 skal gøres med omhu for at forhindre oscillation, fordi den har forstærkningen i frekvensområdet af modtageren. Samtidig skal komponenterne også vælges lidt anderledes end normalt set. Bemærk C9, 4,7 nF på pin 3 er lidt større end normalt, og tilføjelsen af modstanden R7, 4,7k gør, at der er roll-off, selv når P2 lydstyrken er drejet helt i top. Desuden er der indført et output stabilisering netværk til at blokere RF fra at komme ind i højttalerkabler. Vikle simpelthen 30 omgange af emalje wire rundt om kroppen på R8, 1 watt, 47 ohm modstand, men man kan også føre fire eller fem omgange wire gennem en ferrit perle og tilslut den parallel med R8, 47 ohm modstanden. Det ville være en god idé at holde højttaleren væk fra input kredsløb og at sno de korte højttalerkablerne sammen. Jeg har indbygget antennekredsløbet og MPSA18/BC550BP i en skærmet boks, som i høj grad vil reducere potentielle stabilitetsproblemer. Audio forstærkeren er også indbygget i en skærmet boks. Teko 3710. Så kan indgang og udgang ikke "se" hinanden. Strømforsyningen: Jeg har valgt at tilføje en 12 Volt spændingsregulator med en sikring og diode, så man kan anvende en DC forsyning fra 15 V til 24 V. Dioden D7 forhindre skader, hvis strømforsyningen vendes forkert. Har du selv en 12 Volt reguleret strømforsyning, kan du bare sætte en jumber over dioden og over pin 1 og pin 3 på LM78L12. Behold sikringen F1 samt kondensatorerne C15 og C16.

PCB over detektor for spheriske forstyrrelser

Ovenfor ses et printudlæg og komponent placeringen for den nye detektor. Der er i realiteten kun tre jumper J1, J2 og J3 på printet, som er absolut nødvendige. Jumper J4, J5, J6 og J7 kunne undværes, når de to metal bokse er monteret, da de giver GND forbindelse rundt på printet. Men det er dårligt håndværk, at lade skærm danne jumber. Antenne tilslutningen sker gennem et hul i siden af skærm boksen til en antenne stik dåse. I låget bores et ø6mm hul til justering af P1. Når alle komponenter er monteret og enheden afprøvet og fundet i orden, skal undersiden lakeres med en transparent beskyttelseslak Plastik 70, som isolerer, beskytter og forsegler loddesiden af printet. Montering af print foregår efter følgende princip, de laveste komponenter monteres først, d.v.s. jumper, modstande, dioder, små kondensatorer, LED, transistorer, IC el. IC sokler, sikringer, klemrækker, potentiometer/afbryder, relæ, høje radiale el. lytter, 12VDC-connector og nettrafo (hvis nogen). Til de, som ikke er så bekendt med elektronik, vil jeg blot sige: Der er nogle komponenter, som skal vendes korrekt - dioder, transistorer, IC, el. lytter, viserinstrument og 12VDC-connector. De andre passive komponenter - modstande og kondensatorer, kan isættes vilkårligt, MEN vend modstandene ens, så farvekoden læses ens på alle lodrette samt alle vandrette modstande. Isæt Wima kondensatorerne ens, så værdierne kan læses fra samme side. Det letter senere fejlfinding.

Formålet med at bygge denne langbølge antenneforstærker er, at placere den uden for "støjkilder", som kan virke forstyrrende på lyndetektoren. Lyndetektoren er placeret i huset, hvor lysstofrør, kontakter (køleskabe, fryser o.s.v) giver falske pulser. Placeres antenneforstærkeren udendørs 20-30 cm over jorden, kan disse falske pulser undgås. Antenneforstærkeren indbygges i en plastbox SD 20 og strømforsyningen i en metalbox. Eventuelt sammen med den spherisk lighting detector, som så kan levere 12V reguleret spænding. Disse to forbindes med et 70 ohms coaxkabel (FM kabel tynd - TV kabel tyk). Jeg har brugt et tyndt FM kabel. Antenneforstærkeren forsynes med strøm gennem coaxkablet og kabeltabet for signalet er uden betydning for de lave frekvenser, der er på tale her. Langbølgebåndet går fra 148,5 KHz til 283,5 KHz og den geometriske middelværdi bliver således 205 KHz. Jeg vil derfor tilstræbe en resonansfrekvens på 205 KHz på indgangskredsen, som er bygget over en ferritantenne fra en gammel transistorradio og en fast kondensator plus en trimmer fra 5 pF til 90 pF. Værdierne angivet på diagrammet L1 1 mH, C1 430 pF og C2 5 pF min og 90 pF max, skulle give en resonansfrekvens mellem 222 KHz og 205 KHz. Spolen L1 giver måske en ekstra kapacitet på 20 pF, så i virkeligheden bliver den nedre frekvens på 202 KHz. I mit Excel regneark kan resonans frekvensen udregnes. Kredsløbet er endnu ikke færdigbygget, så måske kommer der rettelser hen ad vejen. Modstanden R1 på 4,7 M ohm skal kun monteres, hvis der opstår ustabilitet på grund af for høj Q i kredsen. Man bør finde den optimale værdi, ved at gå fra høj modstand til lav modstand indtil problemet er løst. Finder du en gammel transistorradio på et loppemarked, så se efter om den er med LB. På ferritkernen sidder der normalt to eller tre spoler, en for LB med mange vindinger, en for MB med færre vindinger og en for KB med få vindinger. Nogle gange sidder den faste afstemningskondensator også parallel over spolen, men trimmeren sidder på printet. Du beholder LB spolen på ferritkernen og tager MB og KB spolerne væk. Vær opmærksom på at LB spolen kan være viklet af litzetråd, så hvis du klipper tråden over, skal alle tråde af-isoleres inden du begynder at lodde den i det nye print. Det gøres bedst med en meget varm loddekolbe og loddetin i lang tid. En anden mulighed er at brænde spidsen af tråden med en tændstik, men vær forsigtig, da den meget tynde kobbertråd smelter let i flammen. Formålet med litzetråd er at forøge spolens (trådens) overflade på grund af strømfortrængning ved høje frekvenser. Højfrekvensstrøm løber kun i det yderste lag kobber, derfor bygger man sendespoler af kobberrør og ikke massivt kobbertråd. En sag mere, når ferritantennen skal fastgøres til et emne, må man aldrig bruge jern (metal), det virker som en kortslutning på signalet. Brug nylon straps til tunge eller en limpistol til lette ferritstave. Spolen justeres til max signal ved at skyde den frem/tilbage på ferritstaven. Den viste spole er monteret på en Ø 9,7 mm og 180 mm lang ferritstav fra en B&O transistorradio. Den er opbygget af to X-viklede spoler med litzetråd for at minimere egenkapaciteten i spolen (honeycomb bevikling). Spolen t.v. har et udtag for impedans tilpasning, og det er denne, som skal bruges. Spolen t.h. er til den udvendige antenne, hvis denne bliver tilsluttet. Trimmerkondensator er på 60 pF. Find Litze tråd her.

Diagram over LB-antenneforstærker. LB spole på ferritstav fra en B&O radio

FET-transistor Q1 BF245B har en høj indgangsimpedans så afstemningskredsen ikke belastes og selektiviteten forøges. Den er koblet som sourcefølger og giver impedans tilpasning til den lavere indgangsimpedans på BC549B Base, som er den virkelige forstærkertransistor. FET-transistor Q2 virker som konstantstrømsgenerator for FET-transistor Q1, som vil trække tilpas strøm uanset de store data spredninger, som findes blandt FET-transistorer. Coaxkablet føre signalet ned fra antenneforstærkeren til strømforsyningen og strømforsyningen føre DC op til antenneforstærkeren i samme coaxkabel, vær derfor forsigtig, når der arbejdes med kablet. Modstande R2 og R5 samt kondensatorer C3 og C6 er RC filter, men R4 68 ohm er "arbejdsmodstanden", hvor over signalet udtages. C5 100 nF skiller DC spændingen fra AC signalet. For at det hele skal give mening, skal både strømforsyningen og den spheriske lighting detektor indbygges i en metalbox som jordforbindes ligesom i gamle dage, hvor stueradioen havde jordforbindelse. Når alt dette er gjort, opfanger den spheriske lighting detektor kun den statiske elektricitet, som et lyn frembringer. (Det var målet).

PCB til LB - antenneforstærker

Et godt tip: Hvis det kniber med at skaffe en ferritantenne, så prøv den mulighed med et radiostyret ur på udsalg til 50,00 kr. Brugsen havde et Lumatron ur på tilbud. Firmaet Conrad i Tyskland sælger også ferritantenner med print til 80 kr. Ferritantennen er afstemt til at modtage et langbølgesignal på 77,5 KHz fra tids stationen DCF77 i Mainflingen sydøst for Frankfurt A. M. Spolen og den faste kondensator skal naturligvis ændres, så resonansfrekvensen bliver 205 KHz. I praksis betyder det, at der skal tages viklinger af spolen og den faste kondensator skal gøres mindre. Jeg skal prøve det, resultatet kommer så her. Foreløbige iagttagelser som KUN er vejledende: Ferritstaven måler 50 mm lang, 7,7 mm bred og 2,85 mm tyk. Spolen er viklet tæt med ø 0,18 mm (AWG 33) lakeret kobbertråd på en 16 mm lang, 8,6 mm bred og 3,75 mm tyk spoleform. Den ohmske modstand er målt til 3,7 ohm. Hvis længden af kobbertråden udregnes ved hjælp af kobbermodstanden fås flg.: I = R*q/rho = 3,7*0,0254/0,01724 = 5,45 meter = 545 cm. Spoleformens middel omkreds er udregnet til 27 mm, hvilket giver 545/2,7 = 201 vindinger på ferritantennen. En 3,3 nF kondensator er forbundet parallel over spolen. Udføres en "Hvad hvis-analyse" m.h.t. frekvensen 77,5 KHz og den kendte værdi på kondensatoren i mit Excel regneark findes L til 1,278 mH. Beregning af en spoles selvinduktion i regnearket nedenfor er KUN for luftspoler, derfor giver det kun mening, hvis permeabilitet faktoren urod for ferritstaven indsættes i formlen. Indsættes N = 201, Ø dorn = 27/phi = 8,6 mm, Ø tråd = 0,18 mm og Spacing = 0 mm findes spolens selvinduktion til 76,4 uH. Ferritstaven må derfor havde en effektiv urod faktor på 1,278/0,0764 = 16,7. Da spolen ikke dækker hele ferritstaven, kommer der en K faktor (Inductance modifier) ind i beregningen. Faktoren er vanskelig at bestemme på denne stav, men ligger normalt mellem 1,0 og 3,0.

Ferritantenne fra et radiostyret Lumatron ur Ferritantenne fra Conrad i Tyskland

Skal resonansfrekvensen ændres fra 77,5 KHz til 205 KHz, har vi tre måder at ændre den på. 1. måde: Kondensatoren ændres alene til 470 pF. 2. måde selvinduktionen ændres alene til 183 uH. Begge måder er ikke optimale, både selvinduktionen og kapaciteten bør ændres samtidig. Jeg vil gøre et forsøg med L = 800 uH og C = 750 pF, indsættes disse værdier fås en resonansfrekvens på 205,5 KHz. 800 uH på ferritstaven omsættes til en luftspole 800/16,7 = 48 uH. I mit Excel regneark findes N turns med en "Hvad hvis-analyse". Indsættes værdien 48 aflæses N = turns til 132,6 (133). Der skal tages (201 - 133) = 68 vindinger af ferritantennen og kondensatoren udskiftes med en på 750 pF. Nu skal det afprøves i praksis for at se om det holder. Bruges den samme beregning med den tilnærmede formel på ferritstaven fra Lumatron uret fås: 135 vindinger for 804 uH. Ovenfor kom vi til resultater 133 vindinger for 800 uH. Det må siges, at der er et sammenfald. Soft Ferrites: Ferritstave og rør anvendes generelt til at øge selvinduktionen af en spole. Det magnetiske kredsløb er meget åben og derfor har de mekaniske dimensioner mere indflydelse på selvinduktionen end ferrit permeabiliteten ui. For at fastslå en ferritstavs virkningen på selvinduktionen af en spole, bør følgende procedure udføres, medmindre ferritstaven er meget tynd: Beregn længde/diameter-forhold af staven (l / d). Find denne værdi på den vandrette akse og tegne en lodret linje op. Skæringen af denne linje med kurven af materialets permeabilitet ui giver en effektiv stav permeabilitet (urod) på aksen til venstre. Se fig. 65 nedenfor. Selvinduktionen af spolen er givet ved flg. formel og kan udregnes i mit Excel regneark: L = K * u0 * urod * (N2*A/I) * 10^4 [uH] Hvor K = selvinduktions faktor, u0 = 4phi*10-7, urod, N = antal vindinger, A = tværsnitareal af ferritstaven og I = længden af ferritstaven. K = 1 for helt beviklet ferritstav, det betyder Ic = længde på spolen er lig med I = længde på ferritstav. Ellers går Ic/I fra 1 til 0 og efter en tabel (kurve) aflæses K mellem 1 og 3.

Ferritstav permeability urod som funktion af længde/diameter forhold med stavens materiale permeability ui som parameter Fair-Rite Products Corp. anbefaler materiale: 78 < 200 KHz og 61 fra 200 KHz til 5,0 MHz til antennestav Materiale 3B1 medium pereability ferrit med ui på 900+-20% for RF tuning 100 KHz til 10 MHz

Læs mere på disse websites. Find PDF filerne med 975 og 722 sider. Soft Ferrites and Accessories 975 pages og 722 pages Soft Ferrite Materials & Components

Jeg skal forsøge at bestemme en given nyindkøbt ferritstav til dette projekt efter Fair-Rite Products Corp. og/eller Philips Ferrite Rod Antennas beregningsmodel. Materialet er ikke opgivet men kun oplyst, at det er for LB og MB området. Ferritstaven er mærket med grøn i enden, og jeg antager at ui er 110. Ferritstaven måler ø 10 mm x 10 cm lang. Læs ovenfor under Soft Ferrites, hvorfor stavens mekaniske dimensioner har mere indflydelse på selvinduktionen end ferrit permeabiliteten ui har. En standard tråd med diameteren på 0,321 mm (AWG 28) vælges, spacing sættes til 0,03 mm og antal vindinger sættes vilkårligt (100). Længde/diameter (Irod/Drod) forhold er 10/1 = 10 og urod findes til 42 på fig. 65 ovenfor. Spolelængden aflæses med 100 vindinger til 3,51 cm. Ic indsættes derfor til 4 cm. Modifier faktor (Ic/Irod) 4/10 = 0,4 og K inductance modifier aflæses til 1,8 på fig. 2. Indsættes værdierne i mit Excel regneark fås følgende værdi for L = 746,14 uH. Find L til 800 uH med en "Hvad hvis-analyse" med hensyn til N antal vindinger. Resultater bliver 103,5. Brug et helt tal og rund op til 105 vindinger på ferritstaven. Ferritstaven er lavet og målt ved 10 KHZ til 800 uH og med en parallel kondensator på 780 pF er resonansfrekvensen målt til 200 KHz. Måling af selvinduktionen til 800 uH er, når spolen sidder midt på ferritstaven. Ved at skyde spolen til siderne falder selvinduktionen til 400 uH. Tages ferritstaven helt ud bliver det til en luftspole, som er målt til 35 uH. Spolens Q ved resonans er beregnet til 1048. En signalgenerator er tilsluttet ferritstaven med 4 snoede vindinger omkring staven og resonansfrekvensen ses og aflæses til 200 KHz på mit oscilliscop. Kanal 1 er udgangen fra signalgeneratoren og kanal 2 er målt over spolen og kondensatoren. Det kraftige lys på kurven angiver 1 svingning på 5 uSek = 200 KHz.

Ferritantene afstemt til 200 KHz Signalet vist på mit oscilloscop

Her følger et Slide Show over fremstilling af en spoleform til litzetråd

Spolen ovenfor er lavet af en kobbertråd på ø 0,321 mm (AWG 28) 0,0809 mm2 i et lag. Jeg vil forsøge at fremstille en ny spole med litzetråd og samme selvinduktion på 800 uH. Til dette formål skal jeg bruge en spoleform, som kan holde vindingerne på plads på ferritstaven. Jeg vil anvende en litzetråd med følgende specifikationer: AWG 26 = 0,1288 mm2 hvilket svarer til en ø 0,405 mm kobbertråd, ø 1,11 mm med isolering og 18 x ø 0,10 mm leder af tinplatineret kobber. Spolen bliver i flere lag, da jeg forventer at vikle 20 vindinger per lag i ca. 5 lag. Til spoleformen bruger jeg hvidt karton i 0,33 mm tykkelse eller 300 g per m2. To sider 40x40 mm med et hul på 12 mm hugget med en gaffelhuggepibe. Den yder diameter er 30 mm og blot klippet med en saks. Paprøret er 50 mm lang, og rullet 2 gange omkring et 10 mm bor, hvilket giver en diameter på 10+(4*0,33) = 11,32 mm. Holdt sammen med superlim "Drop It". Siderne bliver sat på ca. 13,67 mm fra rørets ender, så kammeret bliver 22 mm. Siderne fæstnes først med superlim, så de sidder korrekte, dernæst smøres lynepoxy hele vejen rundt mellem paprør og siderne, men kun på ydersiderne. Husk at dreje spoleformen rundt hele tiden for ellers løber lynepoxyen af. Det tager ca. 10 minutter i stuetemperatur for at hærde. Lav kun en side ad gangen og vent på at lynepoxyen hærder. Når spolen er færdiglavet, kan noget af enderne saves af. Se den grønne spole t.v.

Vi bruger igen mit Excel regneark til at finde antal vindinger N på spolen. Som før sættes N vilkårligt til 100. De andre kendte mekaniske værdier indsættes i de gule felter. Den nye spoleform er målt til: Ic 2,2 cm og ø 1,26 cm. Litzetråden er ø 1,11 mm og spacing er sat til 0,09 mm. urod er som før 42, men Ic/Irod er nu 0,22 og K aflæses til 2,2. Værdierne indsættes i de gule felter. I det grønne felt aflæses 911,95 uH. Find L til 800 uH med en "Hvad hvis-analyse" med hensyn til N antal vindinger. Resultater bliver 93,66, men brug et helt tal og rund op til 94 vindinger på ferritstaven. I regnearket kan man også aflæse, at der bliver 5,1 lag af tråd, og der skal bruges 5,81 meter litzetråd inkl. 2x10 cm tilledninger. Det "springende" spørgsmål er så, om beregningerne holder på flerlagsspoler. Det gør det. Spolen er lavet med 100 vindinger og blev målt til 910 uH. 4 vindinger blev taget af, og nu blev der målt 840 uH. (Jeg valgte 840 uH, for så kunne jeg justere op og ned omkring 800 uH). Det kan nok ikke gøres bedre. Jeg købte 5 stk. ferritstave, og den første spole, som jeg lavede, målte nøjagtig 800 uH, men desværre kunne den ikke forskydes eller tages af ferritstaven, fordi den blev viklet for stramt. Det er den, der ses ovenfor. Jeg prøvede at lave endnu en spole med hvid karton og limede den sammen med superlim, så blev formen hård og kunne ikke trykkes sammen om staven. Med samme spole prøvede jeg de 4 stave og fik disse 4 resultater: 818 uH, 812 uH, 820 uH og 812 uH. Udsving på ca. 1%. Forresten litze tråd gav en bedre Q for spolen: 1648.

Herunder findes et andet diagram over en transportabel lyn detektor afstemt til 300KHz også med solceller.

Diagram for Low Power Lighting Detector tuned to 300KHz med solceller

TL431 Shunt Regulator Design Calculator

TL431 er en justerbar præcision Zener Regulator. Dens udgangsspænding kan indstilles til enhver værdi mellem 2,5 Volt og 36 Volt kun med brug af to eksterne modstande. Med meget skarp turn-on karakteristik er TL431 et godt alternativ til en Zener Diode i mange applikationer. Den mest almendeligt anvendt TL431 er den i TO-92 hus med Ref. til venstre, Anode i midten og Katode til højre set fra oven med den flade side med tekst rettet mod en selv. TL431 er billig og kan købes i enhver elektronik forretning. Ovenfor er TL431 brugt som spændingsregulator for en solcelle strømforsyning til Low Power Lighting Detector. De rette værdier for R1, R2 og C1 beregnes nemt med dette Excel regneprogram: TL431 Shunt Regulator Design. Man skal kende forsyningsspændingen Vin(Min) og Vin(Max) - de kan dog være ens - Vout og Iout samt forholdet mellem IDiv og IRef IDiv/IRef. IDiv er strømmen gennem IR2 og IRef er strømmen til Ref. Dette forhold skal være større end 100. Diagrammet til venstre viser en beregning med Excel regneprogrammet og værdierne er indsat i CircuitMaker, som så giver de anførte værdier. Bemærk Rx, det er en fiktiv modstand, som er nødvendigt for at kunne måle strømmen Ik (Katode strøm). Nedenfor vises en anden applikation, hvor TL431 anvendes til overvågning at batterispændingen på en akkumulator. Hvis akkumulatoren er på 12 Volt, vil vi have en grøn LED til at lyse, når spændingen er på 12 Volt eller derover. Her til skal der bruges en spændingsdeler med 2 modstande. Midtpunktet skal være 2,5 Volt, og vi vil trække en strøm I på ca. 1 mA. Det giver en total modstand for R1 og R2 på 12K Ohm. R1 vælges til 10K Ohm og R2 udregnes til 2,63K Ohm. I bliver således 0,950m A. Se mere nedenfor.

Diagram for TL431 Voltage Monitor Circuit Resistor Values for 10.8 Volt to 12.6 Volt Batteri Check

LÆS DENNE ANSVARSFRASKRIVELSE: Du er velkommen til at bygge denne lyndetektor efter diagrammet og mit PCB udlæg, men du skal ikke forvente hjælp, hvis det går "galt". Kredsløbet anvender potentielt dødelige niveauer af spænding og strøm fra 230VAC nettet. VÆR FORSIGTIG! Hvis du ikke er sikker på, hvad du gør, især når det kommer til kredsløb med strøm fra 230VAC. DET ER DIT ANSVAR: At hente hjælp, at forlade projektet, ikke komme til skade, ikke bygge sjusket kredsløb, ikke såre andre, ikke starte brande. Denne information stilles til rådighed som en service til enhver person. Et hvert ansvar for sikker og korrekt anvendelse for disse kredsløb fraskrives.

one.com