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Lösungsweg: AJ118

Frage: Welches der nachfolgenden Filter könnte vor einem Netzanschlusskabel eingeschleift werden, um darüber fließende HF-Ströme wirksam zu dämpfen?
Lösung:
1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit zwei horizontalen Leitern und jeweils einem Anschlusspunkt links und rechts; in beiden horizontalen Leitern jeweils eine Spule; links und rechts davon zwei parallel geschaltete Kondensatoren zwischen beiden horizontalen Leitern.

2) Ausführliche Beschreibung: Die Abbildung besteht aus einem Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit zwei horizontalen Leitern und jeweils einem Anschlusspunkt links und rechts. In beiden horizontalen Leitern gibt es jeweils eine Spule (Schaltzeichen mit Halbbögen nach oben und durchgestrichener Linie). Links und rechts davon sind zwei parallel geschaltete Kondensatoren zwischen beiden horizontalen Leitern eingezeichnet.

Es geht in der Frage um ein „Netzanschlusskabel“, also um eine Stromversorgung mit $\qty{230}{\volt}$ und $\qty{50}{\hertz}$. Das Ziel ist es, HF-Ströme auf der Zuleitung möglichst zu dämpfen, die Stromversorgung mit einem $\qty{50}{\hertz}$-Wechselstrom aber nicht zu beeinträchtigen. Gesucht ist also ein Filter, der hohe Frequenzen stark bedämpft, tiefe Frequenzen (hier die $\qty{50}{\hertz}$) aber möglichst ungehindert passieren lässt: ein Tiefpassfilter.

Wenn man die Tiefpassfilterschaltung nicht unmittelbar erkennt, kann man die richtige Schaltung auch im Ausschlussverfahren ermitteln:

Kondensatoren haben bei tiefen Frequenzen einen großen kapazitiven Widerstand und bei hohen Frequenzen einen kleineren kapazitiven Widerstand. Damit kann man alle Schaltungen ausschließen, bei denen Kondensatoren mit den Stromversorgungsleitungen in Reihe geschaltet sind, denn diese in Reihe geschalteten Kondensatoren würden die HF-Ströme passieren lassen, aber für die $\qty{50}{\hertz}$-Stromversorgung einen relativ hohen Widerstand darstellen, was das genaue Gegenteil des gewünschten Effekts ist. Übrig bleibt also nur die Schaltung, bei der in Reihe mit den beiden Adern der Stromversorgungsleitung je eine Spule eingeschleift ist und die Kondensatoren zwischen die beiden Adern geschaltet sind.

Die in Reihe geschalteten Spulen haben für die $\qty{50}{\hertz}$-Wechselspannung der Stromversorgung nur einen sehr kleinen Widerstand, behindern die Stromversorgung durch das Netzanschlusskabel also kaum. Für die der Stromversorgung überlagerte HF bilden sie aber einen hohen induktiven Widerstand.

Die Kondensatoren zwischen den beiden Adern schließen die überlagerte HF zwischen den beiden Adern quasi kurz, denn für die HF haben sie einen sehr kleinen kapazitiven Widerstand. Für die $\qty{50}{\hertz}$-Wechselspannung der Stromversorgung ist der kapazitive Widerstand aber so hoch, dass der durch die Kondensatoren fließende Querstrom bei $\qty{50}{\hertz}$ vernachlässigbar ist.

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