Blitzimpuls-Anzeige

Dieser Versuch soll austesten, ob vielleicht doch eine sehr viel kleinere Frequenz als 500 kHz geeignet ist um Blitze aufzuspüren. Reicht vielleicht sogar schon eine große Festinduktivität als Empfangsantenne aus? Es gibt schon einen bewährten Aufbau von Charles Wenzel:

http://www.techlib.com/electronics/lightning.html

Allerdings verwendet er eine Drahtantenne. Mir ist es dagegen wichtig, dass es mit einer möglichst kleinen Ferritantenne geht. Außerdem möchte ich mit einer 1,5-V-Zelle auskommen, die möglichst auch noch ein ganzes Jahr hält.

Die Spule mit 100 mH wird hier mit einem Kondensator von 470 pF auf ca. 20 kHz in Resonanz gebracht. Ganz ohne Verstärker kann man mit dem Oszilloskop schon etwas sehen. Irgendwelche Signale bis zu 1 mV sind immer da. Hier sieht man Störungen, die durch eine Leuchtstoffröhre verursacht werden. Daraus kann auch die Güte des Kreises mit ca. Q = 10 abgelesen werden.

Diese "Ferritantenne" liefert also schon recht große Spannungen. Man darf es deshalb mit der Verstärkung nicht übertreiben. Der Eingangsverstärker besteht aus einem Emitterfolger und einer weiteren Verstärkerstufe. Der dritte Transistor ist im Ruhezustand voll durchgesteuert, die Kollektorspannung also nahe Null. Die Empfindlichkeit wird im wesentlichen mit dem 4.7-M-Widersatnd eingestellt, der festlegt, wie stark dieser Transistor in die Sättigung getrieben wird. Ein ausreichend großes Empfangssignal erzeugt einen positiven Impuls am Kollektor, der über eine Diode den folgenden Monoflop triggert.

Der Monoflop besteht aus zwei komplementären Transistoren und hat im Ruhezustand den Ruhestrom Null. Am Ausgang sorgt ein Elko für eine Art Spannungsverdopplung, damit mit nur 1,5 V auch eine grüne oder eine weiße LED angesteuert werden kann. Die Schaltung ist angelehnt an den "ewigen Blinker" aus der Bastelecke, der ebenfalls mit 1,5 V arbeitet. Der LED-Impuls wird über einen Lautsprecher geleitet, sodass man auch etwas hört.

Die ganze Schaltung lässt sich z.B. mit einem Ohmmeter testen. Berührt man im Abstand von wenigen cm neben der Empfangsspule beide Messspitzen und schaltet damit einen Strom von ca. 10 mA an, entsteht ein magnetischer Impuls, der den Empfänger triggert. Jetzt bleibt nur noch abzuwarten, ab welcher Entfernung ein reales Gewitter erkannt wird. Am Abend gab es einen einzelnen Impuls, vielleicht von einem Blitz. Aber jedenfalls gibt es anscheinend keine anderen Störungen auf dieser Frequenz, die Fehlalarm auslösen können.

Vereinfachung der Schaltung

Messungen haben ergeben, dass die ursprüngliche Schaltung noch nicht sehr effektiv war. Mit nur einer Stufe in Emitterschaltung konnte sogar noch die Empfindlichkeit verbessert werden. Kritisch ist der Basiswiderstand der Eingangsstufe. Mehr als 3 M führt zu Fehltriggerungen, weniger verringert die Empfindlichkeit. Ein Nachteil dieser Schaltung ist aber auch schon aufgetaucht, sie ist stark temperaturabhängig. Der Arbeitspunkt verschiebt sich bei steigenden Temperaturen bis hin zur Fehltriggerung.

Schaltungsvariante 3

Jetzt habe ich die Eingangsstufe noch einmal umgebaut. Das Ziel ist eine bessere Temperaturstabilität und große Verstärkung. Außerdem wurde die Empfangsantenne jetzt auf 10 kHz abgestimmt. Die ersten Tests mit dem Tiny13-Blitzgenerator von Heinz D. sind vielversprechend. Mit der 47-µH-Drossel wird ein Abstand bis 5 cm erreicht. Zum Vergleich: Auf Mittelwelle 500 kHz zeigt der Blitzgenerator im gleichen Abstand Impulse bis 300 mV am Ausgang des TA7642, das entspricht der Signalstärke des nahen Mittelwellensenders und ist etwas mehr als die vermutlichen Blitzimpulse des in 150 km Entfernung gemessenen Gewitters.

Es scheint sich zu bewähren, dass hier nicht auf 500 kHz sondern auf 10 kHz empfangen wird, sozusagen auf der Grundwelle des Blitzes. Ein Vergleich zeigte, dass der erste Versuch mit einer 1,5-mH-Festinduktivität und Empfang auf 500 kHz viel zu unempfindlich war, der Controller reagierte erst bei einem Abstand von 0,5 cm zur Sendespule des Blitzgenerators. Bis jetzt sieht es so aus, als könnte man mit der 10-mH-Spule eine ähnliche Empfindlichkeit erreichen wie mit einem richtigen Ferritstab auf 500 kHz.

Abschätzung der Reichweite: In 3 cm Entfernung von der Spule wurde ein Strom von 6 mA eingeschaltet, der einen Impuls auslöste. Hier eine stark vereinfachte Milchmädchenrechnung: In 3 m Entfernung müssten es 6 A sein, in 3 km Entfernung 6 kA. Wenn der durchschnittliche Blitz 20 kA hat, wäre die Reichweite 10 km. Einzelne besonders starke Blitze mit 300 kA würden noch aus 150 km erkannt.

Logger-Ausgang

Ein weiterer Transistor wird benötigt, wenn zusätzlich zur LED- und Lautsprecherausgabe auch ein Signal für den Datenlogger erzeugt werden soll. Der Ausgang erzeugt negative Impulse wie der TA7642, sodass man beide Empfänger ohne Umbau des Datenloggers vergleichen kann. Das folgende Bild zeigt typische Impulse am Ausgang.

OPV-Blitzwarner, von Gerd Sinning

Mit dem Gewittermelder habe ich mich auch mal beschäftigt, denn in Batam (Indinesien) gab es häufig Blitz und Donner. So habe ich dann einen einfachen Gewittermelder gebaut, der hat mir oft geholfen. Wenn die LEDs leuchten war es Zeit, die Wäsche reinzuholen.
Die Blitzimpulse sind kurz, im Mikrosekundenbereich und kommen oft in Gruppen von 1 bis 3. Im Eingang ist eine unabgestimmte 4.7 mH Spule aus einer Energiesparlampe mit 1 m Draht als Antenne. Das gibt Rundumempfang wenn man möchte, eine Ferritantenne ist gerichtet. In der Schaltung wird der Puls zunächst verstärkt und dann verlängert, sonst sieht man es Garnichts. Eine weitere gelbe LED leuchtet 8 sec. Wenn die rote LED nochmal blinkt während die gelbe leuchtet, dann ist das Gewitter im 3 km Umkreis.

Die nächste Idee war, die Entfernung zu messen, die Zeit zwischen Blitz und Donner. Also habe ich dann einen Mikrofonverstärker gebaut, mit einem 100 Hz Tiefpass. Aber dann ist die Schallgeschwindigkeit abhängig von der Temperatur, dann muss man die noch messen usw. Das war mir zu viel Aufwand und ich habe es aufgegeben. Die beiden Schaltungen gibt es aber noch und sie funktionieren.

Einen Blitztester kann man mit einem leeren Piezofeuerzeug bauen. Man steckt einen passenden Draht in die Düse und zündet. Das triggert den Gewittermelder. As simple as that.

Vorverstärker für Blitzdetektor, von Gerd Sinning

Die Blitze sind sehr unterschiedlich und ich frage mich, wie man sie auswerten soll. Da sind noch ein paar Messungen nötig.

Beim nächsten Gewitter werde ich versuchen, die elektrische und magnetische Komponente getrennt zu messen, mit der 4.7 mH Spule mit 30 cm Draht als Antenne direkt am scope Ch1 und mit einer Luftspule 9.26 mH und Vorverstärker an Ch2. Mal sehen wie das korreliert.

Der Vorverstärker ist schon gebaut. Mit R4 liegt der Ausgang bei 2V, da hat man einen größeren Aussteuerungsbereich und kann einen Controller direkt triggern.

Elektronik-Labor AVR HF Projekte