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Lösungsweg: AI611

Frage: Bei der folgenden Schaltung besteht $R_1$ aus einer Zusammenschaltung von Widerständen, die einen Gesamtwiderstand von 54,1 Ohm hat und etwa 200 W aufnehmen kann. Die Diode ist eine Siliziumdiode mit $U_{\textrm{F}}$ = 0,7 V. Am Ausgang wird mit einem digitalen Spannungsmessgerät eine Gleichspannung von 14,9 V gemessen. Wie groß ist etwa die HF-Leistung am Eingang der Schaltung?
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Schaltplan mit einem Eingang links und einem Ausgang rechts. Links ist ein Widerstand mit der Bezeichnung R1 und darüber ein weiterer Pfad mit einem 330 Ohm Widerstand parallel geschaltet. In Serie folgen ein zweiter 330 Ohm Widerstand, eine Diode, und rechts davon parallel geschaltet ein Kondensator mit der Aufschrift „4,7 nF“ sowie ein 10 kOhm Widerstand.
Lösung: 9,7 W

Zunächst betrachten wir den Eingangswiderstand der Schaltung. Dieser sollte im Amateurfunk genau $\qty{50}{\ohm}$ betragen. Den Teil der Rechnung kann man also eigentlich überspringen. Der Vollständigkeit halber zeigen wir trotzdem, dass sich hier ingesamt $\qty{50}{\ohm}$ ergeben

Der Spannungsteiler aus den beiden Widerständen mit jeweils $\qty{330}{\ohm}$ hat insgesamt:

$$R_\mathrm{T}=\qty{330}{\ohm}+\qty{330}{\ohm}=\qty{660}{\ohm}$$

Dieser liegt parallel zu $R_1=\qty{54,1}{\ohm}$:

$$R_\mathrm{in}=R_1\parallel R_\mathrm{T}$$ $$R_\mathrm{in}=\frac{\qty{54,1}{\ohm}\cdot\qty{660}{\ohm}}{\qty{54,1}{\ohm}+\qty{660}{\ohm}}\approx\qty{50}{\ohm}$$

Die Schaltung bildet somit näherungsweise einen $\qty{50}{\ohm}$-Abschluss.

Am Ausgang werden $\qty{14,9}{\volt}$ Gleichspannung gemessen. Wegen der Durchlassspannung der Siliziumdiode von $\qty{0,7}{\volt}$ muss der HF-Spitzenwert am Eingang der Diode um diesen Betrag größer sein:

$$\hat U_\mathrm{D}=\qty{14,9}{\volt}+\qty{0,7}{\volt}=\qty{15,6}{\volt}$$

Die Diode liegt am Mittelpunkt des Spannungsteilers aus den beiden gleichen $\qty{330}{\ohm}$-Widerständen. Dort liegt daher nur die halbe HF-Eingangsspannung an. Der Spitzenwert am Eingang beträgt somit:

$$\hat U_\mathrm{in}=2\cdot\qty{15,6}{\volt}=\qty{31,2}{\volt}$$

Für die Leistungsberechnung benötigen wir den Effektivwert:

$$U_\mathrm{eff}=\frac{\hat U_\mathrm{in}}{\sqrt{2}}=\frac{\qty{31,2}{\volt}}{\sqrt{2}}\approx\qty{22,1}{\volt}$$

Damit ergibt sich die HF-Leistung:

$$P=\frac{U_\mathrm{eff}^2}{R_\mathrm{in}}=\frac{(\qty{22,1}{\volt})^2}{\qty{50}{\ohm}}\approx\qty{9,7}{\watt}$$

Die HF-Eingangsleistung beträgt somit ungefähr $\qty{9,7}{\watt}$.

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