All'uscita ho collegato esternamente un filtro passabanda LC ottenuto con un giratore (che simula l'induttanza per mezzo di 4 resistenze, 1 condensatore e 2 operazionali), che consente di ottenere valori di Q abbastanza elevati e di variare facilmente la frequenza di risonanza. Lo schema di massima è il seguente (in pratica c'è anche un altro operazionale per ottenere la massa virtuale, e due in configurazione buffer-disaccoppiatore all'ingresso e all'uscita):
Per variare f0 si può agire ad esempio su R5 (io ho usato un
10k multigiri), per il Q basta modificare R.
Ho simulato il tutto con Spice (qui il sorgente
del circuito e il modello del TL082).
Per f0=625Hz, Q=50 (R=127k, C=100n, R1=R2=R3=10k, C4=10n, R5=6.48k) si ottiene la seguente risposta in frequenza, praticamente identica a quella di un filtro RLC con R e C come sopra e L=648mH:
In rete ho trovato anche uno schema più semplice per simulare
l'induttore (con 2 R, 1 C, 1 opamp), ma l'induttore equivalente è
molto meno "ideale" di quello ottenibile con un giratore, e non mi sembra
molto adatto per filtri a Q elevato.
Come frequenza intermedia ho provato sia 625 Hz (oscillatore locale a 78.125 kHz) che 2.5kHz (oscillatore a 80 kHz) e ho deciso di usare la prima, anche se la seconda garantirebbe una migliore reiezione della frequenza immagine. Il motivo è che un disturbo che ricevo molto spesso (e piuttosto forte) è concentrato attorno ai 78.125 kHz, ed è provocato dai televisori nelle vicinanze (la quinta armonica della frequenza di riga). Inoltre talvolta ricevo un disturbo a banda stretta piuttosto forte attorno agli 80.5 kHz circa, di origine sconosciuta (un alimentatore switching?). Altri distturbi che ho notato (di ampiezza talvota molto elevata e variabile) sono a banda molto più larga. Miscelando il segnale RF con 78.125 kHz, il primo disturbo cade nelle frequenze audio prossime a zero, e il secondo attorno a 2.3 kHz, abbastanza lontani dai 625 Hz del segnale utile da venire attenuati notevolemente dal filtro. Miscelando invece con 80 kHz, il segnale utile cade a 2.5 kHz, e i due disturbi a circa 1.9 e 0.5 kHz, e danno più fastidio (almeno nel distinguere il segnale utile ad orecchio).
Lo schema sopra ha dato buoni risultati nel ridurre parecchio (ma non del tutto) i segnali indesiderati. Rrimangono molto forti i disturbi emessi dal monitor del PC con la risoluzione di default (1152x864/85Hz), che emette a circa 77.6 kHz, e un monitor 1084 usato come televisore, i quali coprono quasi del tutto il segnale utile se l'antenna non viene allontanata almeno a un paio di metri).
Qui c'è una registrazione di prova (236kB)
(con il monitor PC settato su un'altra risoluzione e il 1084-tv spento),
di cui ho riportato qui sotto tre spezzoni di spettrogramma (nella parte
alta c'è anche la forma d'onda). L'oscillatore locale è regolato
tra i 78.1 e 78.2 kHz (il frequenzimetro del ricevitore ha risoluzione
di 0.1 kHz).
Nei primi 19 secondi l'audio è quello che esce direttamente
dal ricevitore, non filtrato. Appaiono disturbi improvvisi a banda larga,
che variano in frequenza, la causa è sconosciuta. Si nota anche
la linea rossa orizzontale attorno a 2.3-2.4 kHz, che corrisponde al disturbo
misterioso attorno agli 80.5 kHz, e la linea tratteggiata più in
basso (a 625Hz) che è DCF77.
Nei successivi 20 secondi ho inserito il filtro regolando f0 in modo da massimizzare il segnale utile (attorno a 625 Hz circa) e fissando Q=29 circa (R=parallelo di 100k e 270k). Rispetto a prima il segnale è anche amplificato di circa 10 volte. Si notano alcune armoniche del segnale utile, probabilmente c'è un rientro di segnale attraverso la massa virtuale (il filtro è stato realizzato velocemente su una breadboard). Il segnale DCF77 è ora molto più pulito, ora ne è visibile la forma d'onda, malgrado ci siano ancora disturbi variabili.
Negli ultimi 20 secondi ho alzato il Q a circa 106 (R=270k). Il filtro comincia a essere troppo stretto, nella forma d'onda si nota che l'ampiezza ha fronti molto più arrotondati rispetto a prima. Anche qui il segnale è amplificato 10 volte rispetto al caso senza filtro. |
Link interessanti e riferimenti
Claudio ha allestito un'ottima
pagina riguardante il suo progetto di orologio-ricevitore DCF77.
Gli spettrogrammi li ho ricavati con Spectrogram 5.0, un utile e compatto
programma che ha anche il pregio di essere freeware, mentre il circuito
è stato simulato con SpiceOpus Light.