Ultraschall-Detektor mit Radio-IC
Bei Vorversuchen zu einem neuen Fledermausdetektor bin ich wieder mal auf das Radio-IC CD2003
gestoßen. Der AM-Teil des Empfängers besitzt einen wirksamen
Vorverstärker und einen guten Balance-Mischer. Und sogar der
Mischer-Oszillator kann eingesetzt werden. Dabei verwende ich eine
Festinduktivität von 2,2 mH und eine Abstimmung mit Poti. Ein normales kleines Elektret-Mikrofon hat sich als guter Ultraschall-Empfänger erwiesen.
Das
IC bietet eine Misch-Verstärkung von etwa 40 dB bei einer
Balance-Unterdrückung des Eingangssignals von 20 dB. Die
Eingangsstufe kann daher recht einfach gehalten werden. Die kleinen
Koppelkondensatoren von 10 nF bilden Hochpassfilter mit einer
Grenzfrequenz von ca. 16 kHz. Höherfrequente Signale des
Elektet-Mikrofons gelangen an den Empfänger-Eingang. Ein
paralleler Kondensator von 1 nF soll einstreuende HF-Signale
dämpfen. Der Mischer-Oszillator arbeitet etwa von 25 kHz bis
45 kHz. Das heruntergemischte Ausgangssignal durchläuft ein
Tiefpassfilter mit ca. 1,6 kHz und gelangt dann zum
Audio-Verstärker.
Die Schaltung wurde in das Gehäuse des Franzis-UKW-Radios
gebaut. Das Mikrofon passte gerade in die Öffnung der Stabantenne.
Es ist sehr praktisch, dass für jedes neue Projekt gleich ein
passendes Gehäuse da ist. Der aufklappbare Deckel mit
Magnetverschluss ist ideal für die Entwicklungsarbeit. In diesem
Fall gab es zuerst Probleme mit akustischer Rückkopplung. Durch
Anpassung der Filter konnte das Problem entschärft werden. Wichtig
ist, dass der Empfangsbereich deutlich oberhalb des Ausgabebereichs
beginnt.
Dies
Schaltung passt prima in das Gehäuse, weil die Bedienelemente sich
gleichen. Links hat man den Lautstärkeregler, rechts den
Abstimmknopf. Die Empfindlichkeit entspricht jetzt bereits etwa dem des
Kosmos-Fledermausdetektors.
Bei der damaligen Entwicklung hatte ich das Ziel verfolgt, ohne
manuelle Abstimmung auszukommen, Das war allerdings von Anwendern oft
kritisiert worden, weil die meisten Fledermausdetektoren abstimmbar
sind. Diesmal habe ich einen abstimmbaren Oszillator verwendet. Man
kann sehr schon austesten, auf welcher Frequenz ein Geräusch
liegt. Ein typisches Testobjekt sind Energiesparlampen, deren
Spannungswandler deutliche Geräusche im Ultraschallbereich
erzeugt.
21.5.12: Ultraschall-Mikrofon
Inzwischen ist es wärmer
geworden und die Fledermäuse fliegen wieder. Deshalb konnte die Schaltung im
praktischen Einsatz erprobt werden. Das Ergebnis war ernüchternd: Eine
Zwergfledermaus konnte erst gehört werden, wenn sie sehr nahe kam. Der alte
Kosmos-Feldermausdetektor zeigte wesentliche mehr Empfindlichkeit.
Liegt es an der Schaltung oder am Mikrofon? Die Frage ist immer, ab wann
beginnen sich Signale aus dem Rauschen abzuheben. Zum Test wurde das Rauschen
am NF-Ausgang mit dem Oszilloskop betrachtet. Dann wurde die Betriebsspannung
des Eingangsverstärkers abgeschaltet: Deutliche Abnahme des Rauschens. Zum Test
auch die Betriebsspannung des Elektret-Mikrofons, wieder deutlich weniger
Rauschen. Das bedeutet, die Rauschanpassung ist in Ordnung, das wesentliche
Rauschen stammt vom Elektret-Mikrofon. Wenn das Mikrofon aber im fraglichen
Frequenzbereich zu wenig Signalspannung liefert, kommen die Signale nicht aus
dem Rauschen. Da kann man nichts machen, das Mikrofon ist eben nicht gut genug.
Deshalb wurde nun ein Ultraschall-Wandler für 40 kHz wie im Kosmos-Fledermausdetektor
verwendet. Solche Wandler weisen eine hohe Empfindlichkeit auf, sind aber
schmalbandig und haben eine starke Richtwirkung. Allein die Mikrofongröße sagt
schon einiges über die Empfindlichkeit aus. Die Eingangsschaltung passt auch zu
diesem Mikrofontyp. Ein Test mit diesem Schallwandler zeigte weniger
Grundrauschen und mehr Empfindlichkeit. Außerdem konnte nun problemlos die
Gesamtverstärkung erhöht werden, weil die Gefahr einer akustischen Rückkopplung
gebannt war. Die Empfindlichkeit ist nun sogar etwas besser als mit dem
Kosmos-Gerät. Außerdem scheint das Gehäuse besser geeignet zu sein. Beim
Kosmos-Gerät gab es teilweise Probleme mit dem verschraubten Kunststoffgehäuse,
das zu Geräuschen neigt, wenn man es unvorsichtig zusammendrückt, ein Problem,
das man auch von einigen ältern Telefonen kennt. Das verwendete Radiogehäuse
ist dagegen akustisch gutmütiger und erzeugt vor allem im Ultraschallbereich
keine Eigengeräusche.
Außerdem wurde der Oszillator umgebaut, jetzt mit
einem NE555. Der Abstimmbereich reicht nun von ca. 20 kHz bis
ca. 100 kHz. Der Schallwandler hat zwar eine klare Resonanz bei 40 kHz,
funktioniert aber mit Einschränkungen auch ab 20 kHz und bis 100 kHz.
30.5.12 Fledermäuse
Im Garten hinter dem Haus sehe ich manchmal abends einige Zwergfledermäuse.
Aber sie drehen meist nur zwei der drei Runden und fliegen dann weiter. Deshalb
hatte ich nie eine Chance, die optimalen Einstellungen zu testen. Jetzt habe
ich an einer Fledermaus-Exkursion am Schlosspark Essen-Borbeck teilgenommen.
Dort gab es neben vielen Zwergfledermäusen auch Wasserfledermäuse, die über dem
Teich kreisten. Weil immer Tiere in der Nähe waren, konnte ich auch mit
der Abstimmung spielen. Dabei kam heraus, dass der erweiterte Abstimmbereich
sinnvoll ist. Auch weitab der eigentlichen Resonanz des Mikrofons sind noch
Geräusche zu hören. Für jede Feldermausart gibt es aber eine optimale
Einstellung.
Zur Vorbereitung hatte ich das Mikrofon am Gehäuse festgeklebt, um
Nebengeräusche zu vermeiden. Ein Kupferfolie sollte die
HF-Empfindlichkeit z.B. gegen Handys mindern. Außerdem wurde eine
Kopfhörerbuchse angebracht. Im
praktischen Einsatz zeigte sich aber, dass es mit dem Lautsprecher
besser geht.
Die Gesamtverstärkung ist mehr als ausreichend, sodass die
Lautstärke meist
nicht voll aufgedreht wurde. Der Kopfhörer ist weniger sinnvoll,
weil man oft
in der Gruppe unterwegs ist. Auf der Exkursion hatte ich auch die
Möglichkeit,
die Empfangsleistung der Schaltung mit anderen Geräten zu
vergleichen. In
Sachen Empfindlichkeit und Lautstärke war der Gesamteindruck gut.
Anscheinend
bringt das relativ große Gehäuse Vorteile beim Klang des
Ausgangssignals. Man
kann ohne weiteres in einer kleinen Gruppe mit nur einem Gerät
nach
Fledermäusen suchen. Man findet sehr leicht die Richtung, aus der
der Schall
kommt, was es leichter macht, die Tiere dann auch mit den Augen zu
entdecken.
Die gesammelten Erfahrungen mit dem Detektor werden übrigens zu einem neuen
Lernpaket Fledermausdetektor bei Franzis führen. Die Planungen stehen zwar noch
am Anfang, aber die Richtung ist schon klar. Wie beim Franzis-UKW-Radio soll
eine SMD-teilbestückte Platine verwendet werden, sodass man nur noch den
Endverstärker und die Gesamtverdrahtung selbst löten muss. Das Gehäuse wird
wieder die Maße des UKW-Radios haben. Der nächste Schritt ist jetzt, dass die
Platine entworfen werden muss.
Juli 2012: Platine zum Fledermausdetektor
Dies ist die Platine für das Franzis-Lernpaket
"Fledermausdetektor selbst bauen", das im Herbst lieferbar sein soll. Die ersten
beiden Muster kamen gerade zum Test. Das Radio-IC hat jetzt ein SMD-Gehäuse,
ebenso wie der Timer 555. Der Gedanke war, dass alle schwierigen Teile
schon aufgelötet sind und man nur den Endverstärker und die Elkos noch
einsetzen muss. Damit soll auf Anwender Rücksicht genommen werden, die mehr an
der Naturbeobachtung als an der Elektronik interessiert sind. Der Aufbau ist
sogar noch einfacher als beim Franzis-UKW-Radio, das ebenfalls schon
SMD-teilbestückt war.
Alles funktioniert wie gewünscht. Der erste
Eindruck ist, dass das Gerät noch etwas empfindlicher ist als das Vormuster.
Ein Grund dafür ist vielleicht, dass auf der Platine ein rauscharmer
Vorstufentransistor BC849 eingesetzt wird. Außerdem gibt es auf der
Platinen-Unterseite eine große Massefläche, die als Abschirmung wirkt und für
eine bessere Entkopplung der einzelnen Stufen sorgt.
Siehe auch: Der Franzis-Fledermausdetektor
