Grundlegende Schaltungen

Navigationshilfe

Diese Navigationshilfe zeigt die ersten Schritte zur Verwendung der Präsentation. Sie kann mit ⟶ (Pfeiltaste rechts) übersprungen werden.

Navigation

Zwischen den Folien und Abschnitten kann man mittels der Pfeiltasten hin- und herspringen, dazu kann man auch die Pfeiltasten am Computer nutzen.

Pfeil runter und hoch: Nächste / Vorherige Folie
Pfeil rechts und links: Nächster / Vorheriger Abschnitt
Leertaste oder „n“: Der Reihe nach alle Elemente in Folien aufdecken oder zur nächsten Folie blättern
Shift-Leertaste oder „p“: Der Reihe nach Elemente rückwärts zudecken oder zur vorherigen Folie blättern

Weitere Funktionen

Mit ein paar Tastenkürzeln können weitere Funktionen aufgerufen werden. Die wichtigsten sind:

F1: Help / Hilfe
o: Overview / Übersicht aller Folien
s: Speaker View / Referentenansicht
f: Full Screen / Vollbildmodus
b: Break, Black, Pause / Ausblenden der Präsentation
Alt-Click: In die Folie hin- oder herauszoomen

Übersicht

Die Präsentation ist zweidimensional aufgebaut. Dadurch sind in Spalten die einzelnen Abschnitte eines Kapitels und in den Reihen die Folien zu den Abschnitten.

Tippt man ein „o“ ein, bekommt man eine Übersicht über alle Folien des jeweiligen Kapitels. Das hilft sich zunächst einen Überblick zu verschaffen oder sich zu orientieren, wenn man das Gefühlt hat sich „verlaufen“ zu haben. Die Navigation erfolgt über die Pfeiltasten.

Durch Anklicken einer Folie wird diese präsentiert.

Referentenansicht

Tippt man ein „s“ ein, bekommt man ein neues Fenster, die Referentenansicht.

Indem man „Layout“ auswählt, kann man zwischen verschieden Anordnungen der Elemente auswählen.

Die Referentenansicht bietet folgende Elemente:

Links sieht man die aktuelle Folie
Rechts oben sieht man die nächste Folie
Rechts in der Mitte Hilfsmittel zur Zeiteinteilung
Rechts unten, die „Notizen für den Vortragenden“
Unten die Pfeile zur Navigation

Praxistipps zur Referentenansicht

Wenn man mit einem Projektor arbeitet, stellt man im Betriebssystem die Nutzung von 2 Monitoren ein: Die Referentenansicht wird dann zum Beispiel auf dem Laptop angezeigt, während die Teilnehmer die Präsentation angezeigt bekommen.
Bei einer Online-Präsentation, wie beispielsweise auf TREFF.darc.de präsentiert man den Browser-Tab und navigiert im „Speaker View“ Fenster.
Die Referentenansicht bezieht sich immer auf ein Kapitel. Am Ende des Kapitels muss sie geschlossen werden, um im neuen Kapitel eine neue Referentenansicht zu öffnen.
Um mit dem Mauszeiger etwas zu markieren oder den Zoom zu verwenden, muss mit der Maus auf den Bildschirm mit der Präsentation gewechselt werden.

Vollbild

Tippt man ein „f“ ein, wird die aktuelle Folie im Vollbild angezeigt. Mit „Esc“ kann man diesen wieder verlassen.

Das ist insbesondere für den Bildschirm mit der Präsentation für das Publikum praktisch.

Ausblenden

Tippt man ein „b“ ein, wird die Präsentation ausgeblendet.

Sie kann wie folgt wieder eingeblendet werden:

Durch klicken in das Fenster.
Durch nochmaliges Drücken von „b“.
Durch klicken der Schaltfläche „Resume presentation:

Zoom

Bei gedrückter Alt-Taste und einem Mausklick in der Präsentation wird in diesen Teil hineingezoomt. Das ist praktisch, um Details von Schaltungen hervorzuheben. Durch einen nochmaligen Mausklick zusammen mit Alt wird wieder herausgezoomt.

Das Zoomen funktioniert nur im ausgewählten Fenster. Die Referentenansicht ist hier nicht mit dem Präsenationsansicht gesynct.

Schwingkreis I

Kondensatoren und Spulen haben frequenzabhängige Widerstände
Damit sind passive Filterschaltungen möglich, um nur bestimmte Frequenzen passieren zu lassen

Zur Erinnerung

Kondensator blockiert niedrige Frequenzen und lässt hohe Frequenzen durch
Spule blockiert hohe Frequenzen und lässt niedrige Frequenzen durch

Hochpass

Bei niedrigen Frequenzen hat der Kondensator einen sehr hohen Widerstand
Schaltung wirkt wie ein frequenzabhängiger Spannungsteiler
U_A ist dadurch sehr klein

Abbildung 151: Hochpass aus Kondensator und Widerstand

ED202: Wie wird die dargestellte Filtercharakteristik bezeichnet?

A: Bandsperre

B: Hochpass

C: Tiefpass

D: Bandpass

ED211: Was stellt die folgende Schaltung dar?

A: Bandpass

B: Hochpass

C: Sperrkreis

D: Tiefpass

ED212: Was stellt die folgende Schaltung dar?

A: Bandpass

B: Sperrkreis

C: Tiefpass

D: Hochpass

ED213: Welche Schaltung stellt ein Hochpassfilter dar?

Tiefpass

Bei niedrigen Frequenzen hat der Kondensator einen sehr hohen Widerstand
Schaltung wirkt wie ein frequenzabhängiger Spannungsteiler
U_A ist dadurch sehr groß

Abbildung 153: Tiefpass aus Kondensator und Widerstand

ED201: Wie wird die dargestellte Filtercharakteristik bezeichnet?

A: Hochpass

B: Tiefpass

C: Bandsperre

D: Bandpass

ED208: Was stellt die folgende Schaltung dar?

A: Tiefpass

B: Bandpass

C: Sperrkreis

D: Hochpass

ED209: Was stellt die folgende Schaltung dar?

A: Hochpass

B: Tiefpass

C: Bandpass

D: Sperrkreis

ED210: Welche Schaltung könnte für die Tiefpassfilterung in einem Mikrofonverstärker eingesetzt werden?

Serienschwingkreis

Es gibt eine Resonanzfrequenz, bei der der Wechselstromwiderstand (Impedanz) sehr gering ist
Bandpass, Saugkreis (eine Frequenz wird rausgesaugt)

Abbildung 155: Serienschwingkreis aus Kondensator und Spule

Schwingkreis II

Grenzfrequenz

Bei Hoch- und Tiefpässen gilt für die Grenzfrequenz

Bei RL-Gliedern

$R = X_L$

$f_g = \frac{R}{2 \cdot \pi \cdot L}$

Bei RC-Gliedern

$R = X_C$

$f_g = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot R \cdot C}$

AD201: Welche Grenzfrequenz ergibt sich bei einem Hochpass mit einem Widerstand von 4,7 kΩ und einem Kondensator von 2,2 nF?

A: 154 kHz

B: 15,4 kHz

C: 154 Hz

D: 1,54 kHz

Lösungsweg

gegeben: $R = 4,7kΩ$
gegeben: $C = 2,2nF$
gesucht: $f_g$

$f_g = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot R \cdot C} = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot 4,7kΩ \cdot 2,2nF} = 15,4kHz$

AD202: Welche Grenzfrequenz ergibt sich bei einem Tiefpass mit einem Widerstand von 10 kΩ und einem Kondensator von 47 nF?

A: 3,39 kHz

B: 339 Hz

C: 33,9 Hz

D: 339 kHz

Lösungsweg

gegeben: $R = 10kΩ$
gegeben: $C = 47nF$
gesucht: $f_g$

$f_g = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot R \cdot C} = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot 10kΩ \cdot 47nF} = 339Hz$

AD203: Wo liegt die Grenzfrequenz des Audio-Verstärkers, wenn $R_{1}$ = 4,7 \kiloOhm, $C_1$ = 6,8 nF und $C_2$ = 47 nF betragen? Der Verstärker hat eine Grenzfrequenz von 1 MHz und die Impedanz des Eingangs PIN 2 ist mit 1 MΩ sehr hochohmig.

A: ca. 720 Hz

B: ca. 2,7 kHz

C: ca. 294 Hz

D: ca. 5 kHz

Lösungsweg

gegeben: $R_1 = 4,7kΩ$
gegeben: $C_1 = 6,8nF$
gesucht: $f_g$

$C_2$ und alle weiteren Angaben sind für den Tiefpass uninteressant.

$f_g = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot R_1 \cdot C_1} = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot 4,7kΩ \cdot 6,8nF} \approx 5kHz$

Resonanzfrequenz

Parallel- oder Reihenschaltung von Spule und Kondensator → Schwingkreis
Hohe Frequenzen → hoher Widerstand an Spule
Niedrige Frequenzen → hoher Widerstand an Kondensator
Es gibt eine Frequenz, bei der Spule und Kondensator den gleichen Widerstand haben → Resonanzfrequenz

AD206: Was ist im Resonanzfall bei der Reihenschaltung einer Induktivität mit einer Kapazität erfüllt?

A: Der Betrag des Verlustwiderstandes der Spule ist dann gleich dem Betrag des Verlustwiderstandes des Kondensators.

B: Der Betrag des elektrischen Feldes in der Spule ist dann gleich dem Betrag des elektrischen Feldes im Kondensator.

C: Der Betrag des induktiven Widerstands ist dann gleich dem Betrag des kapazitiven Widerstands.

D: Der Betrag des magnetischen Feldes in der Spule ist dann gleich dem Betrag des magnetischen Feldes im Kondensator.

Parallelschwingkreis

Ideale Bauelemente laden sich ständig um
Theoretisch ist die Impedanz bei Resonanzfrequenz unendlich hoch
Praktisch bestimmt das Bauteil mit dem geringsten Widerstand die Gesamtimpedanz
Bei Frequenzen über und unter der Resonanzfrequenz hat der Parallelschwingkreis eine geringere Impedanz

Reihenschwingkreis

Oder Serienschwingkreis
Theoretisch ist die Impedanz bei Resonanzfrequenz 0Ω
Praktisch wird die Impedanz durch den ohmschen Widerstand bestimmt
Bei Frequenzen über und unter der Resonanzfrequenz hat der Reihenschwingkreis eine höhere Impedanz

AD207: Bei der Resonanzfrequenz ist die Impedanz dieser Schaltung ...

A: gleich dem Wirkwiderstand $R$.

B: unendlich hoch.

C: gleich dem induktiven Widerstand $X_{\textrm{L}}$.

D: gleich dem kapazitiven Widerstand $X_{\textrm{C}}$.

AD204: Welcher Schwingkreis passt zu dem neben der jeweiligen Schaltung dargestellten Verlauf der Impedanz?

Resonanzfall

Für Parallel- und Reihenschwingkreis:

$X_C = X_L$

Impedanzen sind gleich groß.

Resonanzfrequenz mit Thomson'sche Schwingkreisformel:

$f_0 = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}}$

AD208: Welche Resonanzfrequenz $f_{\textrm{res}}$ hat die Reihenschaltung einer Spule von 1,2 μH mit einem Kondensator von 6,8 pF und einem Widerstand von 10 Ω?

A: 55,7 MHz

B: 5,57 MHz

C: 557 kHz

D: 557 MHz

Lösungsweg

gegeben: $L = 1,2µH$
gegeben: $C = 6,8pF$
gegeben: $R = 10Ω$
gesucht: $f_0$

$f_0 = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}} = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot \sqrt{1,2µH \cdot 6,8pF}} = 55,7MHz$

Widerstand $R$ wird zur Berechnung nicht benötigt.

AD209: Welche Resonanzfrequenz $f_{\textrm{res}}$ hat die Reihenschaltung einer Spule von 10 μH mit einem Kondensator von 1 nF und einem Widerstand von 0,1 kΩ?

A: 15,92 MHz

B: 159,2 kHz

C: 15,92 kHz

D: 1,592 MHz

Lösungsweg

gegeben: $L = 10µH$
gegeben: $C = 1nF$
gesucht: $f_0$

$f_0 = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}} = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot \sqrt{10µH \cdot 1nF}} = 1,592MHz$

AD210: Welche Resonanzfrequenz $f_{\textrm{res}}$ hat die Reihenschaltung einer Spule von 100 μH mit einem Kondensator von 0,01 μF und einem Widerstand von 100 Ω?

A: 15,9 kHz

B: 159 kHz

C: 1590 kHz

D: 1,59 kHz

Lösungsweg

gegeben: $L = 100µH$
gegeben: $C = 0,01µF$
gesucht: $f_0$

$f_0 = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}} = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot \sqrt{100µH \cdot 0,01µF}} = 159kHz$

AD211: Welche Resonanzfrequenz $f_{\textrm{res}}$ hat die Parallelschaltung einer Spule von 2,2 μH mit einem Kondensator von 56 pF und einem Widerstand von 10 kΩ?

A: 1,434 MHz

B: 143,4 MHz

C: 14,34 MHz

D: 143,4 kHz

Lösungsweg

gegeben: $L = 2,2µH$
gegeben: $C = 56pF$
gesucht: $f_0$

$f_0 = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}} = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot \sqrt{2,2µH \cdot 56pF}} = 14,34MHz$

AD212: Wie groß ist die Resonanzfrequenz dieser Schaltung, wenn die Kapazitäten $C_1$ = 0,1 nF, $C_2$ = 1,5 nF, $C_3$ = 220 pF und die Induktivität der Spule 1,2 mH betragen?

A: 1,077 MHz

B: 1,077 kHz

C: 107,7 kHz

D: 10,77 kHz

Lösungsweg

gegeben: $C_1 = 0,1nF$
gegeben: $C_2 = 1,5nF$
gegeben: $C_3 = 220pF$
gegeben: $L = 1,2mH$
gesucht: $f_0$

$C = C_1 + C_2 + C_3 = 0,1nF + 1,5nF + 220pF = 1,82nF$

$f_0 = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}} = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot \sqrt{1,2mH \cdot 1,82nF}} = 107,7kHz$

Verändern der Resonanzfrequenz

Größere Spule oder Kondensator → kleinere Resonanzfrequenz
Kleinere Spule oder Kondensator → größere Resonanzfrequenz

Induktivität vergrößern

Vergrößern der Windungszahl
Zusammenschieben
Einführen eines Ferritkerns

AD213: Sie wollen die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises vergrößern. Welche der folgenden Maßnahmen ist geeignet?

A: Kleineren Spulenwert verwenden

B: Spule zusammenschieben

C: Anzahl der Spulenwindungen erhöhen

D: Ferritkern in die Spule einführen

AD214: Sie wollen die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises vergrößern. Welche der folgenden Maßnahmen ist geeignet?

A: Größeren Spulenwert verwenden

B: Größeren Kondensatorwert verwenden

C: Anzahl der Spulenwindungen verringern

D: Spule zusammenschieben

AD215: Sie wollen die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises verringern. Welche der folgenden Maßnahmen ist geeignet?

A: Kleineren Spulenwert verwenden

B: Größeren Kondensatorwert verwenden

C: Spule auseinanderziehen

D: Anzahl der Spulenwindungen verringern

AD216: Sie wollen die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises verringern. Welche der folgenden Maßnahmen ist geeignet?

A: Kleineren Spulenwert verwenden

B: Spule auseinanderziehen

C: Kleineren Kondensatorwert verwenden

D: Spule zusammenschieben

AD217: Sie wollen die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises verringern. Welche der folgenden Maßnahmen ist geeignet?

A: Ferritkern in die Spule einführen

B: Kleineren Kondensatorwert verwenden

C: Spule auseinanderziehen

D: Kleineren Spulenwert verwenden

Spannungsgesteuerter Schwingkreis

Abbildung 160: Veränderung der Kapazität durch einen Varicap

Varicap wird durch eine Steuerspannung am Widerstandsspannungsteiler verändert
Kleinere Spannung am Varicap → kleinere Grenzschicht im Varicap → größere Kapazität
In Reihe geschaltete Kondensatoren → Kapazität steigt → Resonanzfrequenz fällt

AD218: Wie verändert sich die Frequenz des Schwingkreises in der folgenden Schaltung, wenn das Potentiometer mehr in Richtung X gedreht wird?

A: Die Frequenz des Schwingkreises ändert sich nicht.

B: Die Frequenz des Schwingkreises sinkt.

C: Die Frequenz sinkt zunächst und steigt dann stark an.

D: Die Frequenz des Schwingkreises steigt.

Bandpassfilter

Kombination aus Parallel- und Reihenschwingkreisen
Lässt einen bestimmten Frequenzbereich passieren
Parallelschwingkreise wie hochohmige Widerstände
Reihenschwingkreis wie niederohmiger Widerstand

AD205: Welche der nachfolgenden Beschreibungen trifft auf diese Schaltung zu und wie nennt man sie?

A: Es handelt sich um einen Bandpass. Frequenzen oberhalb der oberen Grenzfrequenz und Frequenzen unterhalb der unteren Grenzfrequenz werden bedämpft. Er lässt nur einen bestimmten Frequenzbereich passieren.

B: Es handelt sich um einen Hochpass. Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz werden bedämpft, oberhalb der Grenzfrequenz durchgelassen.

C: Es handelt sich um einen Tiefpass. Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz werden bedämpft, unterhalb der Grenzfrequenz durchgelassen.

D: Es handelt sich um eine Bandsperre. Frequenzen oberhalb der oberen Grenzfrequenz und Frequenzen unterhalb der unteren Grenzfrequenz werden durchgelassen. Sie bedämpft nur einen bestimmten Frequenzbereich.

Bandbreite

Große Abhängigkeit vom ohmschen Widerstand
In Angabe von dB auf einen Referenzwert des Filters
Z.B. Bandbreite bei -3dB-Wert
Halbe Leistung eines Signals kann noch das Filter passieren
Oder die 0,7-fache Signalspannung

AD219: Wie groß ist die Bandbreite in dem dargestellten Diagramm bei -60 dB?

A: Etwa 6,0 kHz

B: Etwa 6,5 kHz

C: Etwa 4,0 kHz

D: Etwa 2,5 kHz

AD220: Wie ergibt sich die Bandbreite $B$ eines Parallelschwingkreises aus der Resonanzkurve?

A: Die Bandbreite ergibt sich aus der Multiplikation der Resonanzfrequenz mit dem Faktor 0,7.

B: Die Bandbreite ergibt sich aus der Multiplikation der Resonanzfrequenz mit dem Faktor 0,5.

C: Die Bandbreite ergibt sich aus der Differenz der beiden Frequenzen, bei denen die Spannung auf den 0,5-fachen Wert gegenüber der maximalen Spannung bei der Resonanzfrequenz abgesunken ist.

D: Die Bandbreite ergibt sich aus der Differenz der beiden Frequenzen, bei denen die Spannung auf den 0,7-fachen Wert gegenüber der maximalen Spannung bei der Resonanzfrequenz abgesunken ist.

Übliche Bandbreiten

Schmalbandig mit 500 Hz für Telegrafie (CW)
Breitbandig mit 2,7 kHz für Sprachmodulation (SSB)

AD221: Ein Quarzfilter mit einer 3 dB-Bandbreite von 2,7 kHz eignet sich besonders zur Verwendung in einem Sendeempfänger für ...

A: SSB.

B: AM.

C: FM.

D: CW.

AD222: Ein Quarzfilter mit einer 3 dB-Bandbreite von 500 Hz eignet sich besonders zur Verwendung in einem Sendeempfänger für ...

A: SSB.

B: CW.

C: FM.

D: AM.

Güte eines Schwingkreises

Auch Q-Faktor
Kennzeichen für Energieverlust
Verhältnis der Blindwiderstände zum ohmschen Widerstand im Resonanzfall ($X_L = X_C$)

Reihenschwingkreis

$Q = \frac{f_0}{B} = \frac{X_L}{R_S}$

Parallelschwingkreis

$Q = \frac{f_0}{B} = \frac{R_P}{X_L}$

AD225: Welchen Gütefaktor $Q$ hat die Reihenschaltung einer Spule von 100 μH mit einem Kondensator von 0,01 μF und einem Widerstand von 10 Ω?

A: 100

B: 10

C: 0,1

D: 1

Lösungsweg

gegeben: $L = 100µH$
gegeben: $C = 0,01µF$
gegeben: $R_S = 10Ω$
gesucht: $Q$

$f_0 = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}} = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot \sqrt{100µH \cdot 0,01µF}} = 159,2kHz$

$B$ oder $X_L$ ausrechnen

$X_L = \omega \cdot L = 2 \cdot \pi \cdot f_0 \cdot L = 2 \cdot \pi \cdot 159,2kHz \cdot 100µH = 100,03Ω$

$Q = \frac{X_L}{R_S} = \frac{100,03Ω}{10Ω} \approx 10$

AD226: Welchen Gütefaktor $Q$ hat die Parallelschaltung einer Spule von 2,2 μH mit einem Kondensator von 56 pF und einem Widerstand von 1 kΩ?

A: 50

B: 15

C: 0,2

D: 5

Lösungsweg

gegeben: $L = 2,2µH$
gegeben: $C = 56pF$
gegeben: $R_P = 1kΩ$
gesucht: $Q$

$f_0 = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}} = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot \sqrt{2,2µH \cdot 56pF}} = 14,34MHz$

$B$ oder $X_L$ ausrechnen

$X_L = \omega \cdot L = 2 \cdot \pi \cdot f_0 \cdot L = 2 \cdot \pi \cdot 14,34MHz \cdot 2,2µH = 198,2Ω$

$Q = \frac{R_P}{X_L} = \frac{1kΩ}{198,2Ω} \approx 5$

Bandbreite berechnen

Über Resonanzfrequenz und Güte

$Q = \frac{f_0}{B} \Rightarrow B = \frac{f_0}{Q}$

Oder eingesetzt mit der Thomson'schen Schwingkreisformel

Reihenschwingkreis

$B = \frac{R_S}{2\cdot \pi \cdot L}$

Parallelschwingkreis

$B = \frac{1}{2\cdot \pi \cdot R_P \cdot C}$

AD224: Welche Bandbreite $B$ hat die Parallelschaltung einer Spule von 2,2 μH mit einem Kondensator von 56 pF und einem Widerstand von 1 kΩ?

A: 2,84 MHz

B: 28,4 kHz

C: 284 kHz

D: 28,4 MHz

Lösungsweg

gegeben: $L = 2,2µH$
gegeben: $C = 56pF$
gegeben: $R_P = 1kΩ$
gesucht: $B$

$B = \frac{1}{2\cdot \pi \cdot R_P \cdot C} = \frac{1}{2\cdot \pi \cdot 1kΩ \cdot 56pF} = 2,84MHz$

AD223: Welche Bandbreite $B$ hat die Reihenschaltung einer Spule von 100 μH mit einem Kondensator von 0,01 μF und einem Widerstand von 10 Ω?

A: 15,9 kHz

B: 159 kHz

C: 159 Hz

D: 1,59 kHz

Lösungsweg

gegeben: $L = 100µH$
gegeben: $C = 0,01µF$
gegeben: $R_S = 10Ω$
gesucht: $B$

$B = \frac{R_S}{2\cdot \pi \cdot L} = \frac{10Ω}{2\cdot \pi \cdot 100µH} = 15,9kHz$

Kopplung

Zwischen Schaltungsstufen oder Filtern werden häufig gekoppelte Schwingkreise verwendet
Zwei Schwingkreise induktiv oder kapazitiv aneinander gekoppelt
Grad der Kopplung bestimmt die gegenseitige Beeinflussung, Bandbreite und Durchlasskurve

d: lose Kopplung → kaum gegenseitige Beeinflussung, sehr hohe Durchlassdämpfung und sehr geringe Bandbreite
c: unterkritische Kopplung → kaum gegenseitige Beeinflussung, hohe Durchlassdämpfung und geringe Bandbreite

b: kritische Kopplung → etwas gegenseitige Beeinflussung, flache Durchlasskurve mit geringer Dämpfung und Plateau im Durchlassbereich sowie gute Bandbreite

a: überkritische Kopplung → starke gegenseitige Beeinflussung, Änderung der Resonanzfrequenzen, große Bandbreite und Verzerrung der Durchlasskurve im Durchlassbereich mit „Dellen“

AD227: Das folgende Bild zeigt ein induktiv gekoppeltes Bandfilter und vier seiner möglichen Übertragungskurven (a bis d). Welche der folgenden Aussagen ist richtig?

A: Bei der Kurve a ist die Kopplung loser als bei der Kurve c.

B: Bei der Kurve c ist die Kopplung loser als bei der Kurve a.

C: Bei der Kurve b ist die Kopplung loser als bei der Kurve d.

D: Bei der Kurve b ist die Kopplung loser als bei der Kurve c.

AD228: Das folgende Bild zeigt ein typisches ZF-Filter und vier seiner möglichen Übertragungskurven (a bis d). Welche Kurve ergibt sich bei kritischer Kopplung und welche bei überkritischer Kopplung?

A: Die Kurve d zeigt kritische, die Kurve c zeigt überkritische Kopplung.

B: Die Kurve a zeigt kritische, die Kurve b zeigt überkritische Kopplung.

C: Die Kurve c zeigt kritische, die Kurve b zeigt überkritische Kopplung.

D: Die Kurve b zeigt kritische, die Kurve a zeigt überkritische Kopplung.

AD229: Welche Kopplung eines Bandfilters wird „kritische Kopplung“ genannt?

A: Die Kopplung, bei der die Resonanzkurve ihre größte Breite hat und dabei am Resonanzmaximum noch völlig eben ist.

B: Die Kopplung, bei der die Resonanzkurve des Bandfilters eine Welligkeit von 3 dB (Höcker- zu Sattelspannung) zeigt.

C: Die Kopplung, bei der die Resonanzkurve des Bandfilters ihre größtmögliche Breite hat.

D: Die Kopplung, bei der die Ausgangsspannung des Bandfilters das 0,707-fache der Eingangsspannung erreicht.

Oszillatoren

Oszillatoren erzeugen eine Wechselspannung
Es gibt verschiedene Methoden

LC-Oszillator

Schwingungserzeugung mit Spule und Kondensator als Schwingkreis
Ein aufgeladener Kondensator entlädt sich an der Spule
Eine aufgeladene Spule entlädt sich am Kondensator
Je nach Wert der Bauteile in einer bestimmten Frequenz

Abbildung 166: Parallelschwingkreis aus Kondensator und Spule

ED501: Was ist ein LC-Oszillator? Es ist ein Schwingungserzeuger, wobei die Frequenz ...

A: mittels LC-Tiefpass gefiltert wird.

B: von einer Spule und einem Kondensator als Schwingkreis bestimmt wird.

C: mittels LC-Hochpass gefiltert wird.

D: durch einen hochstabilen Quarz bestimmt wird.

Temperaturstabilität

Die passiven Bauelemente haben bei veränderlicher Temperatur unterschiedliche Werte

Höhere Frequenz bei kleinerer Kapazität oder Induktivität
Niedrigere Frequenz bei höherer Kapazität oder Induktivität

ED502: Wie verhält sich die Frequenz eines LC-Oszillators, wenn bei zunehmender Temperatur die Kapazität des Kondensators größer wird?

A: Die Frequenz wird höher.

B: Die Schwingungen reißen sofort ab.

C: Die Frequenz wird niedriger.

D: Die Frequenz bleibt stabil.

ED503: Wie verhält sich die Frequenz eines LC-Oszillators, wenn bei zunehmender Temperatur die Kapazität des Kondensators kleiner wird?

A: Die Frequenz wird höher.

B: Die Schwingungen reißen sofort ab.

C: Die Frequenz bleibt stabil.

D: Die Frequenz wird niedriger.

ED504: Wie verhält sich die Frequenz eines LC-Oszillators, wenn bei zunehmender Temperatur die Induktivität der Spule größer wird?

A: Die Frequenz wird niedriger.

B: Die Frequenz bleibt stabil.

C: Die Frequenz wird höher.

D: Die Schwingungen reißen sofort ab.

ED505: Wie verhält sich die Frequenz eines LC-Oszillators, wenn bei zunehmender Temperatur die Induktivität der Spule kleiner wird?

A: Die Schwingungen reißen sofort ab.

B: Die Frequenz bleibt stabil.

C: Die Frequenz wird höher.

D: Die Frequenz wird niedriger.

EF304: Der VFO eines Senders ist schwankenden Temperaturen unterworfen. Welche wesentliche Auswirkung könnte dies haben?

A: Die Frequenz des Oszillators springt schnell zwischen verschiedenen Werten.

B: Die Frequenz des Oszillators ändert sich langsam.

C: Die Amplitude des Oszillators springt schnell zwischen verschiedenen Werten.

D: Die Amplitude der Oszillatorfrequenz schwankt langsam.

Quarz-Oszillator

Schwingungserzeugung mit Quarz (Siliziumdioxid SiO₂)
Umgekehrter Piezoelektrischer Effekt an einem Quarzkristall
Quarz wird mit einem (schlechten) LC-Oszillator zum stabilen Schwingen angeregt
Bessere Frequenzstabilität

ED506: Bei einem Quarz-Oszillator handelt es sich um einen Schwingungserzeuger, bei dem die Frequenz ...

A: durch einen Quarz bestimmt wird.

B: mittels Quarz-Hochpass gefiltert wird.

C: mittels Quarz-Tiefpass gefiltert wird.

D: durch einen Quarz verstärkt wird.

ED507: Der Vorteil von Quarzoszillatoren gegenüber LC-Oszillatoren liegt darin, dass sie ...

A: eine breitere Resonanzkurve haben.

B: keine Oberschwingungen erzeugen.

C: eine bessere Frequenzstabilität aufweisen.

D: einen größeren Abstimmbereich aufweisen.

Abstrahlung

Vermeiden
Abschirmung durch Metallgehäuse

EF207: Wie sollte ein Oszillator aufgebaut werden, um unerwünschte Abstrahlungen zu vermeiden?

A: Er sollte niederohmig HF-entkoppelt sein.

B: Die Speisespannung sollte ungesiebt sein.

C: Er sollte durch ein Metallgehäuse abgeschirmt werden.

D: Er sollte nicht abgeschirmt werden.

Spannungsgesteuerter Oszillator (VCO)

Frequenz des Oszillators ist veränderbar
Beispielsweise durch Kapazitätsdiode im Schwingkreis → Kapazität wird durch Gleichspannung beeinflusst
Oszillator wird durch eine Steuerspannung abstimmbar

AD601: Was versteht man unter einem VCO? Ein VCO ist ein ...

A: spannungsgesteuerter Oszillator.

B: Oszillator, der mittels eines Drehkondensators abgestimmt wird.

C: quarzstabilisierter Referenzoszillator.

D: variabler Quarzoszillator.

Rückkopplung

Unerwünschte Rückkopplungen, z.B. vom HF-Signal, führen zur Frequenzinstabilität
Das gilt für alle Oszillatoren

Ursachen:

Phasenverschiebung
Verstärkungsänderungen
Mischprodukte
Temperaturänderungen

AD611: Wenn HF-Signale unerwünscht auf einen VFO zurückkoppeln, kann dies zu ...

A: Frequenzinstabilität führen.

B: Mehrwegeausbreitung führen.

C: Frequenzsynthese führen.

D: Gegenkopplung führen.

Temperaturkompensation von Oszillatoren

Oszillatoren haben eine Temperaturabhängigkeit
Insbesondere Transistoren und Dioden
Aber auch Kondensatoren, Widerstände und Schwingquarze

Thermische Isolation

Oszillatoren möglist gut thermisch isolieren
Großer Abstand zu internen und externen Wärme- und Kältequellen
Abseits von Luftströmungen

Quarzoszillator (XO)

Anstatt RC-, LC- oder VCO-Oszillator
Wesentlich frequenzstabiler durch hohe Güte (Q)
XO: Crystal Oscillator

TCXO

Quarzoszillator mit Bauelementen zur gegenseitigen Kompensation der thermischen Einflüsse
TCXO: Temperature Compensated Crystal Oscillator

OCXO

Künstliche Stabilisierung der Umgebungstemperatur
Thermoisoliertes Gehäuse
Heizt auf eine bestimmte Temperatur auf
OCXO: Oven Controlled Crystal Oszillator

AF215: Wie sollte ein bereits temperaturkompensierter VFO innerhalb eines Gerätes verbaut werden, um eine möglichst optimale Frequenzstabilität zu gewährleisten?

A: Er sollte auf dem gleichen Kühlkörper wie der Leistungsverstärker angebracht werden.

B: Er sollte auf einem eigenen Kühlkörper montiert sein.

C: Er sollte durch einen kleinen Ventilator separat gekühlt werden.

D: Er sollte möglichst gut thermisch isoliert zu anderen Wärmequellen im Gerät sein.

AD602: Unter einem TCXO versteht man einen ...

A: temperaturkompensierten LC-Oszillator.

B: Oszillator, der auf konstanter Temperatur gehalten wird.

C: kapazitiv abgestimmten Quarzoszillator.

D: temperaturkompensierten Quarzoszillator.

AD603: Wie nennt man einen temperaturkompensierten Quarzoszillator?

A: TCXO

B: VFO

C: VCO

D: OCXO

AD605: Welcher der angegebenen Oszillatoren hat die größte Frequenzstabilität?

A: VCO

B: XO

C: TCXO

D: OCXO

Frequenzabweichungen

Die Oszillatorfrequenz wird für die Sende- und Empfangsfrequenz oft vervielfacht
Eine kleine Abweichung der Oszillatorfrequenz führt nach Vervielfachung zu einer hohen Abweichung
Insbesondere im SHF-Bereich und höheren Frequenzen sehr relevant

AD604: Welcher Oszillator ist für einen SSB-SDR-Sender im 3 cm Band geeignet?

A: LC-Oszillator

B: TCXO

C: RC-Oszillator

D: VCO

GPS-disziplinierter Oszillator

Anbindung des Oszillators an ein externes, hochgenaues Referenzsignal
Primäroszillator OCXO wird über ein hochgenaues Referenzsignal von GPS langzeitstabilisiert
Kurzzeitstabilität stammt vom OCXO
Anwendung im GHz-Bereich
GPSDO: GPS Disciplined Oscillator

AD606: Welche Eigenschaften besitzt ein GPSDO?

A: Er hat eine hohe Kurz- und Langzeitstabilität durch ein externes Referenzsignal.

B: Er hat eine niedrige Kurz- und hohe Langzeitstabilität durch ein externes Referenzsignal.

C: Er hat eine hohe Kurz- und Langzeitstabilität durch ein internes Referenzsignal.

D: Er hat eine hohe Kurz- und niedrige Langzeitstabilität durch ein internes Referenzsignal.

Spannungsstabilität von Oszillatoren

Frequenz eines VFOs ist von der Betriebsspannung abhängig
Verändert Arbeitspunkt von Transistoren
→ Stabilisierung der Betriebsspannung
→ Betriebsspannung unabhängig von anderen Stufen
→ Betriebsspannung gut gefiltert und entkoppelt

AD612: Wie sollte die Gleichspannungsversorgung eines VFOs beschaffen sein, um Rückwirkungen nachfolgender HF-Leistungsverstärkerstufen zu verhindern?

A: Sie muss möglichst direkt an die Spannungsversorgung der PA angekoppelt werden.

B: Sie darf nicht mit der Masseleitung der PA verbunden werden.

C: Die durch die PA hervorgerufenen HF-Überlagerungen auf der VFO-Stromversorgung müssen mit einem Hochpass gefiltert werden.

D: Sie muss gut gefiltert und von der Spannungsversorgung der PA entkoppelt werden.

AD608: Worauf ist bei der Spannungsversorgung eines VFO zu achten?

A: Spannungsstabilisierte Gleichspannung

B: Unmittelbare Stromzufuhr vom Gleichrichter

C: Stabilisierte Wechselspannung

D: Stromstabilisierte Gleichspannung

AD607: Wie sollte der VFO in einem Sender betrieben werden, damit seine Frequenz stabil bleibt?

A: Er sollte mit einer stabilisierten Gleichspannung versorgt werden.

B: Er sollte mit einer unstabilisierten Wechselspannung versorgt werden.

C: Er sollte in einem verlustarmen Teflongehäuse untergebracht sein.

D: Er sollte in einem Pertinaxgehäuse untergebracht sein.

Chirp

Schlechte Spannungsstabilisierung → Impulsartige Frequenzsprünge
Insbesondere bei der Tastung eines Senders
Bei CW-Signalen hört sich das wie ein zwitscherndes Geräusch zu Beginn von Zeichen an → Chirp

AD609: Wodurch wird „Chirp“ bei Morsetelegrafie hervorgerufen?

A: Durch Amplitudenänderungen des Oszillators, weil die Tastung in der falschen Stufe erfolgt.

B: Durch zu schnelle Tastung der Treiberstufe.

C: Durch Betriebsspannungsänderungen des Oszillators bei der Tastung.

D: Durch zu steile Flanken des Tastsignals.

Oszillatorschaltungen

Eines der wichtigsten Schaltungen im Amateurfunk
Erzeugung von hochfrequenten Schwingungen in Sendern und Empfängern
Herz eines jeden Funkgeräts

Schleifenverstärkung

Verstärkerelement, dessen Ausgangssignal wieder auf den Eingang rückgekoppelt wird
Gleichphasig
Amplitude mindestens gleich groß → Schleifenverstärkung größer 1
Notwendig für Selbsterregung und hält die Schwingung aufrecht

AD613: Welche Bedingungen müssen zur Erzeugung ungedämpfter Schwingungen in Oszillatoren erfüllt sein?

A: Die Grenzfrequenz des verwendeten Verstärkerelements muss mindestens der Schwingfrequenz des Oszillators entsprechen, und das entstehende Eingangssignal muss über den Rückkopplungsweg wieder gegenphasig zum Eingang zurückgeführt werden.

B: Die Schleifenverstärkung des Signalwegs im Oszillator muss kleiner als 1 sein, und das entstehende Oszillatorsignal darf auf dem Rückkopplungsweg nicht in der Phase gedreht werden.

C: Die Schleifenverstärkung des Signalwegs im Oszillator muss größer als 1 sein, und das Ausgangssignal muss über den Rückkopplungsweg in der Phase so gedreht werden, dass es gegenphasig zum Ausgangspunkt zurückgeführt wird.

D: Das an einem Schaltungspunkt betrachtete Oszillatorsignal muss auf dem Signalweg im Oszillator so verstärkt und phasengedreht werden, dass es wieder gleichphasig und mit mindestens der gleichen Amplitude zum selben Punkt zurückgekoppelt wird.

Abbildung 167: Schaltung eines kapazitiv rückgekoppelten Dreipunkt-Oszillators

Ausgangssignal wird vom Emitter über einen kapazitiven Spannungsteiler auf die Basis zurückgekoppelt
Frequenz wird durch Schwingkreis in der Basis und den parallel geschalteten kapazitiven Spannungsteiler bestimmt
Oszillator in Kollektorschaltung

AD614: Bei dieser Schaltung handelt es sich um ...

A: einen Oberton-Oszillator in Kollektorschaltung.

B: einen Hochfrequenzverstärker in Kollektorschaltung.

C: einen kapazitiv rückgekoppelten Dreipunkt-Oszillator.

D: einen Hochfrequenzverstärker in Emitterschaltung.

AD616: Welche Funktion haben die beiden Kondensatoren $C_1$ und $C_2$ in der folgenden Schaltung?

A: $C_1$ kompensiert die Basis-Kollektor-Kapazität und $C_2$ die Basis-Emitter-Kapazität.

B: Sie bilden im dargestellten LC-Oszillator einen kapazitiven Spannungsteiler zur Rückkopplung.

C: Sie bilden in der dargestellten Audionschaltung die notwendige Rückkopplung.

D: $C_1$ stabilisiert die Basisvorspannung und $C_2$ die Emittervorspannung.

Abbildung 168: Schaltung eines Quarzoszillators in Kollektorschaltung mit Betrieb des Quarzes auf Grundfrequenz

Schwingkreis durch Quarz ersetzt
Quarz kann in Grundfrequenz oder auf Harmonische schwingen → Verstärker muss frequenzselektiv z.B. mit Schwingkreis dafür ausgelegt sein

AD617: Bei dieser Oszillatorschaltung handelt es sich um einen kapazitiv rückgekoppelten Quarz-Oszillator in ...

A: Kollektorschaltung. Der Quarz schwingt auf seiner Grundfrequenz.

B: Kollektorschaltung. Der Quarz schwingt auf dem dritten Oberton.

C: Emitterschaltung. Der Quarz wird in Parallelresonanz betrieben.

D: Emitterschaltung. Der Quarz wird in Serienresonanz betrieben.

Auskopplung des Signals

Immer am niederohmigsten Punkt eines Oszillators
Dadurch wird der Oszillator wenig belastet
Bei Kollektorschaltung am Emitter des Transistors

Pufferstufe

Pufferstufe nachschalten
Entkoppelt den Oszillator von weiteren Schaltungsteilen
Frequenz wird nicht durch Belastung des Ausgangs beeinflusst
Pufferstufe ist oft eine Kollektorschaltung (als Emitterfolger) und hat eine hohe Eingangsimpedanz

AD610: Wie sollte ein Oszillator im Regelfall ausgangsseitig betrieben werden?

A: Er sollte an eine Pufferstufe angeschlossen sein.

B: Er sollte an ein passives Hochpassfilter angeschlossen sein.

C: Er sollte direkt an einen HF-Leistungsverstärker angeschlossen sein.

D: Er sollte an ein passives Notchfilter angeschlossen sein.

AD615: An welchem Punkt der Schaltung sollte die HF-Ausgangsleistung ausgekoppelt werden?

A: Schaltungspunkt A

B: Schaltungspunkt B

C: Schaltungspunkt C

D: Schaltungspunkt D

Messung

Eine Messung sollte nach der Pufferstufe durchgeführt werden
Andernfalls wird der Oszillator durch die parasitären Kapazitäten belastet
Frequenz wird dadurch beeinflusst

AD619: Für die Messung der Oszillatorfrequenz sollte der Tastkopf hier vorzugsweise am Punkt ...

A: 1 angelegt werden.

B: 2 angelegt werden.

C: 4 angelegt werden.

D: 3 angelegt werden.

AD618: Welche Auswirkung hat die Messung der Oszillatorfrequenz mit einem Tastkopf an Punkt 3?

A: Der Quarz wird überlastet.

B: Der Transistor wird überlastet.

C: Die Oszillatorfrequenz verändert sich.

D: Es gibt keine Auswirkungen.

Direkte digitale Synthese

Erzeugung periodischer, bandbegrenzter Signale mit hoher Frequenzauflösung
Stand der Technik zur Signalerzeugung
Frequenz ist sehr fein einstellbar
FM und PM kann direkt erzeugt werden

Taktgenerator mit fester Frequenz lässt einen Adresszähler hochzählen
Bei Überlauf startet der Adresszähler von vorne
Aus einer Sinus-Lookup-Table wird ein vordefinierter digitaler Sinuswert herausgegeben
Dieser Wert wird über ein Register in einem D/A-Wandler in ein analoges Signal umgewandelt

AD620: Um welche Art von Frequenzaufbereitung handelt es sich bei der dargestellten Schaltung?

A: DDS (Direct Digital Synthesis)

B: VCO (Voltage Controlled Oszillator)

C: PLL (Phase Locked Loop)

D: VFO (Variable Frequency Oszillator)

Phasenregelschleife (PLL)

Stabilisierung eines variablen, potenziell instabilen Oszillators (z.B. VCO) mittels eines stabilen Referenzoszillators
Phasenvergleich zwischen den beiden Signalen
Ausgangsfrequenz entspricht der Referenzfrequenz oder einem Vielfachen und bleibt stabil

Phasenvergleicher vergleicht Phasen von VCO und Referenzoszillator
Tiefpassfilter wandelt Impulse des Phasenvergleichers in Gleichspannung um
VCO erzeugt die Ausgangsfrequenz abhängig von der Gleichspannung aus dem Tiefpassfilter
Frequenzteiler (optional) synchronisiert VCO-Frequenz auf ein Vielfaches der Referenzfrequenz

AD701: Welche Baugruppen muss eine Phasenregelschleife (PLL) mindestens enthalten?

A: Einen VCO, einen Hochpass und einen Phasenvergleicher

B: Einen Phasenvergleicher, einen Tiefpass und einen Frequenzteiler

C: Einen VCO, einen Tiefpass und einen Phasenvergleicher

D: Einen Phasenvergleicher, einen Hochpass und einen Frequenzteiler

AD702: Welche der nachfolgenden Aussagen ist richtig, wenn die im Bild dargestellte Regelschleife in stabilem Zustand ist?

A: Die Frequenz an Punkt A ist höher als die Frequenz an Punkt B.

B: Die Frequenzen an den Punkten A und C sind gleich.

C: Die Frequenz an Punkt B ist höher als die Frequenz an Punkt C.

D: Die Frequenzen an den Punkten A und B sind gleich.

Genauigkeit und Stabilität

Ist abhängig von der Qualität des Referenzoszillators
Oft ein Quarzoszillator

AD705: Ein Frequenzsynthesizer soll eine einstellbare Frequenz mit hoher Frequenzgenauigkeit erzeugen. Die Genauigkeit und Stabilität der Ausgangsfrequenz eines Frequenzsynthesizers wird hauptsächlich bestimmt von ...

A: den Eigenschaften der eingesetzten Frequenzteiler.

B: den Eigenschaften des spannungsgesteuerten Oszillators (VCO).

C: den Eigenschaften des eingesetzten Phasenvergleichers.

D: den Eigenschaften des eingesetzten Quarzgenerators.

Frequenzteilung und Abstimmbarkeit

Frequenzteiler erlaubt die Einstellung der PLL auf verschiedene Frequenzen
Ausgangsfrequenz ist ganzzahliges Vielfaches der Referenzfrequenz
Kleinste wählbare Frequenz entspricht dem Referenzoszillator

AD703: Wie groß muss bei der folgenden Schaltung die Frequenz an Punkt A sein, wenn ein Kanalabstand von 12,5 kHz benötigt wird?

A: 25 kHz

B: 1,25 kHz

C: 11,64 Hz

D: 12,5 kHz

AD704: Die Frequenz an Punkt A beträgt 12,5 kHz. Es sollen Ausgangsfrequenzen im Bereich von 12,000 MHz bis 14,000 MHz erzeugt werden. In welchem Bereich bewegt sich dabei das Teilerverhältnis n?

A: 300 bis 1120

B: 960 bis 1120

C: 960 bis 857

D: 300 bis 857

Lösungsweg

gegeben: $f_{Osc} = 12,5kHz$
gegeben: $f_{Out,low} = 12,000MHz$
gegeben: $f_{Out,high} = 14,000MHz$
gesucht: $:n$

Bei $f_{Out,low} = 12,000MHz$:

$n = \frac{f_{Out,low}}{f_{Osc}} = \frac{12,000MHz}{12,5kHz} = 960$

Bei $f_{Out,high} = 14,000MHz$:

$n = \frac{f_{Out,high}}{f_{Osc}} = \frac{14,000MHz}{12,5kHz} = 1120$

Frequenzvervielfacher I

Ein Oszillator schwingt nur auf einer Frequenz
Um eine höhere Frequenz zu erhalten, kann diese ganzzahlig vervielfacht werden
Rechts unten im Blockschaltbild ist der Multiplikator

Abbildung 172: Frequenzvervielfacher nach einem Oszillator

EF301: Auf welcher Frequenz muss der Quarzoszillator schwingen, damit nach dem Blockschaltbild von der PA die Frequenz 145,200 MHz verstärkt wird?

A: 18,15 MHz

B: 24,2 MHz

C: 12,1 MHz

D: 36,3 MHz

EF302: Am Ausgang a dieser Frequenzaufbereitung wird eine Frequenz von 21,360 MHz gemessen. Welche Frequenz hat der VFO?

A: 5,340 MHz

B: 3,560 MHz

C: 7,120 MHz

D: 4,272 MHz

EF303: Das Blockschaltbild stellt die Frequenzaufbereitung eines Mehrbandsenders dar. Welche Frequenz entsteht am Ausgang a, wenn der VFO auf 3,51 MHz eingestellt ist?

A: 21,06 MHz

B: 7,02 MHz

C: 28,08 MHz

D: 14,04 MHz

Frequenzvervielfacher II

Abbildung 174: Beispiel für eine Schaltung eines Frequenzvervielfachers mit Klasse-C-Verstärker ohne Basis-Vorspannung

Eingangssignal wird einer nichtlinearen Verzerrerstufe zugeführt
Z.B. Klasse-C-Verstärker, durch Betrieb ohne Basis-Vorspannung
Signal wird stark verzerrt
Mit Filter wird die gewünschte Oberschwingung selektiert

Nur ganzzahlige Vielfache möglich
In der Regel wird die 2. oder 3. Harmonische verwendet
Höhere Frequenzvervielfachung mit hinteinander geschalteten Stufen

AF312: Worum handelt es sich bei dieser Schaltung?

A: Frequenzteiler

B: Selbstschwingende Mischstufe

C: Oszillator

D: Frequenzvervielfacher

AF311: Nach welchem Prinzip arbeitet die analoge Frequenzvervielfachung?

A: Das Signal wird einer nicht linearen Verzerrerstufe zugeführt und die gewünschte Oberschwingungen ausgefiltert.

B: Das jeweils um plus und minus 90° phasenverschobene Signal wird einem additiven Mischer zugeführt, der die gewünschte Oberschwingungen erzeugt.

C: Das Signal wird gefiltert und einem Ringmischer zugeführt, der die gewünschte Oberschwingungen erzeugt.

D: Das jeweils um plus und minus 90° phasenverschobene Signal wird einem multiplikativen Mischer zugeführt, der die gewünschte Oberschwingungen erzeugt.

Schirmung

Es werden Zwischenfrequenzen erzeugt
Diese führen oft zu Störungen
Alle Stufen müssen gut abgeschirmt sein

AF313: Wie sollten Frequenzvervielfacher in einer Sendeeinrichtung aufgebaut und betrieben werden?

A: Sie sollten unbedingt im linearen Kennlinienabschnitt betrieben werden

B: Sie sollten am Ausgang ein Hochpassfilter für das vervielfachte Signal besitzen.

C: Sie sollten gut abgeschirmt sein, um unerwünschte Abstrahlungen zu minimieren.

D: Sie sollten sehr gut gekühlt werden.

Mehrere Vervielfacher-Stufen

Die einzelnen Frequenzen zwischen den Vervielfacher-Stufen können zu Störungen führen
Weg durch die einzelnen Stufen verfolgen und die einzelnen Frequenzen berechnen
Die Reihenfolge der Stufen ist wichtig zur Ermittlung der Störfrequenzen

AF314: Ein quarzgesteuertes Funkgerät mit einer Ausgangsfrequenz von 432 MHz verursacht Störungen bei 144 MHz. Der Quarzoszillator des Funkgeräts schwingt auf einer Grundfrequenz bei 12 MHz. Bei welcher Vervielfachungskombination kann die Störfrequenz von 144 MHz auftreten?

A: Grundfrequenz $\cdot 2 \cdot 2 \cdot 3 \cdot 3$

B: Grundfrequenz $\cdot 2 \cdot 3 \cdot 3 \cdot 2$

C: Grundfrequenz $\cdot 3 \cdot 2 \cdot 3 \cdot 2$

D: Grundfrequenz $\cdot 3 \cdot 3 \cdot 2\cdot 2$

Lösungsweg

gegeben: $f_{Sender} = 432MHz$
gegeben: $f_{Grund} = 12MHz$
gegeben: $f_{QRM} = 144MHz$
gesucht: Vervielfachungskombination

$n = \frac{f_{Sender}}{f_{QRM}} = \frac{432MHz}{144MHz} = 3$

Es ist nur die Kombination aus $\textrm{Grundfrequenz}\,\cdot 2\cdot 2\cdot 3\cdot 3$ möglich, da diese als letzte eine Verdreifachung der Frequenz vornimmt.

Gegenprobe:

$$\begin{split}f_{Sender} &= f_{Grund}\cdot 2\cdot 2\cdot 3\cdot 3\\ &= 12MHz\cdot 2\cdot 2\cdot 3\cdot 3\\ &= 24MHz\cdot 2\cdot 3\cdot 3\\ &= 48MHz\cdot 3\cdot 3\\ &= \bold{144MHz}\cdot 3\\ &= 432MHz\end{split}$$

Mischer

Beim Mischen von zwei Eingangs-Frequenzen entstehen immer zwei Ausgangs-Frequenzen

$$\begin{equation}f_\text{A1} = f_\text{E1} + f_\text{E2}\end{equation}$$

$$\begin{equation}f_\text{A2} = |f_\text{E1} – f_\text{E2}|\end{equation}$$

Abbildung 175: Mischer mit zwei Eingangsfrequenzen

EF201: Welche wesentlichen Ausgangsfrequenzen erzeugt die in der Abbildung dargestellte Stufe?

A: 10,7 MHz und 52,7 MHz

B: 21 MHz und 63,4 MHz

C: 42 MHz und 63,4 MHz

D: 21,4 MHz und 105,4 MHz

Lösungsweg

Gegeben: $f_{E1} = 21MHz$, $f_{E2} = 31,7MHz$
Lösung:

$$\begin{split}f_{A1} &= 21MHz + 31,7MHz\\ &= 52,7MHz\end{split}$$

$$\begin{split}f_{A2} &= |21MHz – 31,7MHz|\\ &= |-10,7MHz|\\ &= 10,7MHz\end{split}$$

EF202: Einem Mischer werden die Frequenzen 28 MHz und 38,7 MHz zugeführt. Welche Mischfrequenzen werden hauptsächlich erzeugt?

A: 17,3 MHz und 49,4 MHz

B: 56 MHz und 77,4 MHz

C: 10,7 MHz und 66,7 MHz

D: 45,3 MHz und 88,1 MHz

EF203: Welches sind die erwünschten Produkte, die bei der Mischung der Frequenzen 30 MHz und 39 MHz am Ausgang des Mischers entstehen?

A: 30 MHz und 39 MHz

B: 39 MHz und 69 MHz

C: 9 MHz und 39 MHz

D: 9 MHz und 69 MHz

EF204: Einem Mischer werden die Frequenzen 136 MHz und 145 MHz zugeführt. Welche Mischfrequenzen werden hauptsächlich erzeugt?

A: 272 MHz und 290 MHz

B: 127 MHz und 154 MHz

C: 118 MHz und 163 MHz

D: 9 MHz und 281 MHz

EF205: Welches sind die erwünschten Produkte, die bei der Mischung der Frequenzen 136 MHz und 145 MHz am Ausgang des Mischers entstehen?

A: 9 MHz und 281 MHz

B: 127 MHz und 154 MHz

C: 154 MHz und 281 MHz

D: 272 MHz und 290 MHz

Schirmung

In der Regel ist nur eine von den beiden Frequenzen erwünscht
Die unerwünschte Frequenz wird durch Filter beseitigt
Bis dahin sollte diese Frequenz nicht außerhalb der Mischerstufe zu detektieren sein
Deshalb wird die Mischerstufe vor Abstrahlungen gut geschirmt, z.B. mit einem Metallgehäuse

EF206: Wie sollte eine Mischstufe beschaffen sein, um unerwünschte Abstrahlungen zu vermeiden?

A: Sie sollte nicht geerdet werden.

B: Sie sollte möglichst lose mit dem VFO gekoppelt sein.

C: Sie sollte niederfrequent entkoppelt werden.

D: Sie sollte gut abgeschirmt sein.

Konverter und Transverter

Konverter

Signale auf einem Frequenzband werden in ein anderes Frequenzband umgesetzt
z.B. wird ein 2m-Signal im Empfang als ein 70cm-Signal ausgesendet
Signal wird nur in eine Richtung umgewandelt
Im Grunde ein einfacher Mischer

EF504: Was stellt die nachfolgende Schaltung dar?

A: Einen 13 cm-Transverter zur Vorschaltung vor einen VHF-Sender

B: Einen 13 cm-Transverter zur Vorschaltung vor einen VHF-Empfänger

C: Teile eines I/Q-Mischers für das 13 cm-Band

D: Einen 13 cm-Konverter für einen VHF-Sender

EF505: Warum soll der Lokaloszillator (XO) in einem Transverter für Satellitenbetrieb mit einer Uplinkfrequenz von 2,4 GHz temperaturstabilisiert oder durch ein höherwertiges Frequenznormal synchronisiert sein?

A: Da die Frequenz des Oszillators für die Sendefrequenz heruntergemischt wird, verringert sich dadurch die Abweichung.

B: Da die Frequenz des Oszillators für die Sendefrequenz vervielfacht wird, vervielfacht sich auch die Abweichung, die für SSB-Betrieb zu groß wäre.

C: Da die Frequenz des Oszillators für die Sendefrequenz heruntergemischt wird, verringert sich bei zunehmender Frequenzabweichung der Modulationsgrad.

D: Da die Frequenz des Oszillators für die Sendefrequenz vervielfacht wird, nehmen die Nebenaussendungen mit zunehmender Frequenzabweichung zu.

Transverter

Beim Transverter funktioniert die Umsetzung in beide Richtungen
Die Umsetzung erfolgt auch hier durch Mischung

EF501: Welche der nachfolgenden Antworten trifft für die Wirkungsweise eines Transverters zu? Ein Transverter setzt...

A: beim Empfangen z. B. ein 70 cm-Signal in das 10 m-Band und beim Senden das 10 m-Sendesignal auf das 70 cm-Band um.

B: sowohl beim Senden als auch beim Empfangen z. B. ein 70 cm-Signal in das 10 m-Band um.

C: sowohl beim Senden als auch beim Empfangen z. B. ein DMR-Signal in ein D-Star-Signal um.

D: sowohl beim Senden als auch beim Empfangen z. B. ein frequenzmoduliertes Signal in ein amplitudenmoduliertes Signal um.

EF502: Durch welchen Vorgang setzt ein Transverter einen Frequenzbereich in einen anderen um?

A: Durch Rückkopplung

B: Durch Mischung

C: Durch Frequenzteilung

D: Durch Vervielfachung

EF503: Was stellt folgendes Blockschaltbild dar?

A: Einen Transceiver für das 10 m-Band

B: Einen Empfangskonverter für das 2 m-Band

C: Einen Transverter für das 2 m-Band

D: Einen Vorverstärker für das 10 m-Band

Lösungsweg

Frequenz des Generators wird ver-3-facht: $38,666MHz \cdot 3 = 116MHz$

TX Weg

Die 28 bis 30 MHz vom TRX werden mit 116 MHz gemischt
Das Signal kann 80-90MHz oder 144 bis 146 MHz sein

RX Weg

Das Antennensignal wird mit 116 MHz gemischt und es kommen 28 bis 30 MHz raus
Das Antennensignal liegt somit u.a. bei 144 bis 146 MHz
→ Es ist nur die Antwort mit 2 m und der Transverter richtig

Frequenzstabilität

Konverter und Transverter sollten mit frequenzstabilen Oszillatoren gebaut werden
Weicht die Frequenz ab, ist die Ausgangsfrequenz auch abweichend

Grafik aus vorheriger Frage
Aus 10 MHz werden 2,256 GHz, also 225,6 Vervielfachung
Statt 10 MHz erzeugt der Oszillator aufgrund eines Fehlers 10,01 MHz
10,01 MHz × 225,6 = 2,258256 GHz
Mischer: 144 MHz + 2,258256 GHz = 2,402256 GHz → 2,256 MHz daneben

Abbildung 178: Konverter für das 13cm-Band

Konverter und Transverter II

Umsetzer von einer Frequenz auf eine andere durch Frequenzvervielfacher
Liegt die Oszillatorfrequenz unterhalb des Nutzsignals, lässt sich die höhere Frequenz des Nutzsignals direkt zur höheren Ausgangsfrequenz des Konverters/Transverters mischen
Liegt die Oszillatorfrequenz darunter, wird ein SSB-Signal invertiert (USB → LSB und LSB → USB)

AF501: Zwischen welchen Frequenzen muss der Quarzoszillator umschaltbar sein, damit im 70 cm-Bereich die oberen 4 MHz durch diesen Konverter empfangen werden können? Die Oszillatorfrequenz $f_{\textrm{OSZ}}$ soll jeweils unterhalb des Nutzsignals liegen.

A: 44,889 MHz und 45,111 MHz

B: 45,111 MHz und 45,333 MHz

C: 45,333 MHz und 45,556 MHz

D: 45,556 MHz und 45,778 MHz

Lösungsweg

gegeben: $\Delta f_o = 440MHz – 30MHz = 410MHz$
gegeben: $\Delta f_u = 436MHz – 28MHz = 408MHz$
gegeben: $n = 9$
gesucht: $f_{Osc,1}, f_{Osc,2}$

$f_{Osc,1} = \frac{\Delta f_u}{n} = \frac{408MHz}{9} = 45,333MHz$

$f_{Osc,2} = \frac{\Delta f_o}{n} = \frac{410MHz}{9} = 45,556MHz$

AF502: Zwischen welchen Frequenzen muss der Quarzoszillator umschaltbar sein, damit im 70 cm-Bereich die unteren 4 MHz durch diesen Konverter empfangen werden können? Die Oszillatorfrequenz $f_{\textrm{OSZ}}$ soll jeweils unterhalb des Nutzsignals liegen.

A: 45,111 MHz und 45,333 MHz

B: 44,444 MHz und 44,667 MHz

C: 44,667 MHz und 44,889 MHz

D: 44,889 MHz und 45,111 MHz

Lösungsweg

gegeben: $\Delta f_o = 434MHz – 30MHz = 404MHz$
gegeben: $\Delta f_u = 430MHz – 28MHz = 402MHz$
gegeben: $n = 9$
gesucht: $f_{Osc,1}, f_{Osc,2}$

$f_{Osc,1} = \frac{\Delta f_u}{n} = \frac{402MHz}{9} = 44,6667MHz$

$f_{Osc,2} = \frac{\Delta f_o}{n} = \frac{404MHz}{9} = 44,889MHz$

Die folgende Frage wird in ein anderes Kapitel einsortiert, da sie für das Thema Konverter und Transverter nicht passend ist.

AF301: Mit welchen der folgenden Baugruppen kann aus einem 5,3 MHz-Signal ein 14,3 MHz-Signal erzeugt werden?

A: Ein Frequenzteiler durch 3, ein Verachtfacher und ein Notchfilter.

B: Ein Vervielfacher, ein selektiver Verstärker und ein Tiefpass.

C: Ein Phasenvergleicher, ein Oberwellenmischer und ein Hochpass.

D: Ein Mischer, ein 9 MHz-Oszillator und ein Bandfilter.

Verstärker

Mittels Transistoren lassen sich, abhängig von der Art der Schaltung, alle Arten von Signalen (Digital, NF oder HF) verstärken.
Dabei ist die Ausgangsleistung gegenüber der Eingangsleistung größer.
Es ist eine Spannungsquelle notwendig.
Wir haben im Kapitel Transistor schon gesehen, wie das funktioniert.

ED401: Was versteht man in der Elektronik unter Leistungsverstärkung?

A: Die Ausgangsleistung ist gegenüber der Eingangsleistung größer, obwohl keine Spannungsquelle notwendig ist.

B: Die Ausgangsleistung ist gleich der Eingangsleistung, obwohl keine Spannungsquelle notwendig ist.

C: Die Ausgangsleistung ist gleich der Eingangsleistung, da eine Spannungsquelle notwendig ist.

D: Die Ausgangsleistung ist gegenüber der Eingangsleistung größer und dazu ist eine Spannungsquelle notwendig.

ED403: Für welchen Zweck werden HF-Leistungsverstärker eingesetzt?

A: Mischung des Sendesignals

B: Modulation des Sendesignals

C: Anhebung des Sendesignals

D: Filterung des Sendesignals

Linearität bedeutet: Eine Verdoppelung des Eingangssignals muss zu einer Verdoppelung des Ausgangssignals führen
Linearitätsabweichungen sind unerwünscht, weil sie zu Frequenzen führen, die im Originalsignal nicht vorhanden sind.
Sie werden im NF-Bereich als Verzerrungen wahrgenommen und im HF-Bereich als Oberwellen

Abbildung 179: Das Eingangssignal wird verstärkt. Bei Begrenzung durch fehlende Linearität wird das Ausgangssignal verformt.

EF403: Wie ist die Ausgangsstufe eines SSB-Senders aufgebaut?

A: Als nichtlinearer Verstärker

B: Als Begrenzerverstärker

C: Als linearer Verstärker

D: Als Vervielfacher

NF-Verstärker finden im Amateurfunk zum Beispiel bei der Anhebung des Signals für eine Ausgabe im Lautsprecher Anwendung

Abbildung 180: Schaltbild eines NF-Verstärkers

ED402: Worum handelt es sich bei dieser Schaltung?

A: Tongenerator

B: NF-Verstärker

C: ZF-Verstärker

D: HF-Verstärker

Auch bei der Verstärkung des Mikrofonsignals findet man Verstärker
Verstärkung im Bereich von ca. 300 bis 3.000 Hz
Die Bandbreite liegt bei 2,7 kHz oder darunter

Abbildung 181: Typischer Frequenzgang für einen Amateurfunk Mikrofonverstärker

EF307: Welcher Frequenzgang ist am besten für den Mikrofonverstärker eines Sprechfunkgeräts geeignet?

EF308: Über welche Bandbreite sollte der in der Blockschaltung dargestellte NF-Verstärker für eine gute Sprachverständlichkeit mindestens verfügen?

A: ca. 6,0 kHz

B: ca. 1,0 kHz

C: ca. 12,5 kHz

D: ca. 2,5 kHz

Die Stromzufuhr eines Senders sollte neben Stabilität auch einen guten Schutz gegen HF-Einstrahlung haben
Damit verhindert man das Einströmen von Hochfrequenz in das Stromnetz

Mehr dazu im Abschnitt Unerwünschte Ausstrahlungen im Kapitel Sender

EF405: Wie sollte die Stromzufuhr in einem Sender beschaffen sein?

A: Sie sollte mit möglichst wenig Kapazität gegen Masse ausgelegt werden.

B: Sie sollte gegen HF-Einstrahlung gut entkoppelt sein.

C: Sie sollte möglichst hochohmig sein.

D: Sie sollte über das Leistungsverstärkergehäuse geführt werden.

Kollektorschaltung

Verstärkerschaltungen von Bipolartransistoren werden nach dem Anschluss benannt, der vom Eingangs- und Ausgangssignal durchflossen wird
Oder andersrum: Der Anschluss, an dem weder Eingang noch Ausgang direkt angeschlossen sind

Eingangssignal: Quelle → Basis → Kollektor → Versorgungspannung → Quelle
Ausgangsignal: Kollektor → Last → Versorgungsspannug → Kollektor

AD401: Bei dieser Schaltung handelt es sich um ...

A: einen Verstärker in Kollektorschaltung.

B: einen Verstärker in Emitterschaltung.

C: einen Oszillator in Kollektorschaltung.

D: einen Oszillator in Emitterschaltung.

Transistor benötigt definierten Arbeitspunkt (BIAS)
Wird durch den Spannungsteiler an der Basis festgelegt

Der Emitterwiderstand erzeugt eine Spannung, wenn Strom durch den Transistor fließt.
Der Strom fließt vom Emitter durch den Widerstand zur Masse.
Je mehr Strom fließt, desto höher wird die Spannung am Emitter.

Die Emitterspannung bremst den Stromfluss und verhindert starke Schwankungen.
Temperaturänderungen beeinflussen den Transistor weniger.
→ Der Transistor bleibt zuverlässig und arbeitet gleichmäßig.

Ein- und Auskopplung der Signale an Basis und Emitter über Koppelkondensatoren
Halten Gleichspannungsanteile von der Verstärkerstufe fern
Arbeitspunkt wird stabilisiert

Abblockkondensator in der Betriebsspannung führt unerwünschte HF- und NF-Signale auf Masse ab
Rückkopplungseffekte in der Stufe und auf die Versorungsspannung werden vermieden
Kollektor wird auf Masse gelegt → Ausgang ist auf gleichem Potenzial wie Eingang

Phasenverschiebung ist 0º
Eingangsimpedanz relativ hoch
→ Spannungsverstärkung ca. 0,9 bis 0,98 (immer etwas kleiner als 1)
Ausgangsimpedanz sehr niedrig gegenüber Eingangsimpedanz

AD405: Welche Phasenverschiebung tritt zwischen den sinusförmigen Ein- und Ausgangsspannungen eines Transistorverstärkers in Kollektorschaltung auf?

A: 0°

B: 90°

C: 270°

D: 180°

AD402: Was lässt sich über die Wechselspannungsverstärkung $v_U$ und die Phasenverschiebung $\varphi$ zwischen Ausgangs- und Eingangsspannung dieser Schaltung aussagen?

A: $v_U$ ist groß (z. B. 100 ... 300) und $\varphi = 180°$.

B: $v_U$ ist klein (z. B. 0,9 ... 0,98) und $\varphi = 180°$.

C: $v_U$ ist groß (z. B. 100 ... 300) und $\varphi = 0°$.

D: $v_U$ ist klein (z. B. 0,9 ... 0,98) und $\varphi = 0°$.

AD403: Die Ausgangsimpedanz dieser Schaltung ist ...

A: in etwa gleich der Eingangsimpedanz und hochohmig.

B: in etwa gleich der Eingangsimpedanz und niederohmig.

C: sehr hoch im Vergleich zur Eingangsimpedanz.

D: sehr niedrig im Vergleich zur Eingangsimpedanz.

Pufferstufe

Häufig Anwendung als Pufferstufe zwischen Oszillator und weiteren Schaltungsteilen
Belastet den Oszillator hochohmig
→ Weniger Strom vom Oszillator
→ Entkopplung
→ Bessere Frequenzstabilisierung des Oszillators

AD404: Diese Schaltung kann unter anderem als ...

A: Pufferstufe zwischen Oszillator und Last verwendet werden.

B: Spannungsverstärker mit hoher Verstärkung verwendet werden.

C: Frequenzvervielfacher verwendet werden.

D: Phasenumkehrstufe verwendet werden.

Emitterschaltung

Eingangssignal: Quelle → Basis → Emitter → Masse → Quelle
Ausgangsignal: Kollektor → Last → Betriebsspannung → Masse → Emitter → Kollektor

AD409: Bei dieser Schaltung handelt es sich um ...

A: einen Verstärker als Emitterfolger.

B: einen Verstärker in Emitterschaltung.

C: einen Verstärker in Kollektorschaltung.

D: einen Verstärker für Gleichspannung.

Arbeitspunkt (BIAS) wird über den Spannungsteiler an der Basis eingestellt

AD411: Welche Funktion haben die Widerstände $R_1$ und $R_2$ in der folgenden Schaltung? Sie dienen zur ...

A: Einstellung der Gegenkopplung.

B: Verhinderung von Phasendrehungen.

C: Einstellung der Basisvorspannung.

D: Verhinderung von Eigenschwingungen.

Kollektorwiderstand wandelt Kollektorstrom in eine Spannung um
Kollektorstrom fließt in den Emitterstrom rein
Emitterwiderstand erzeugt Spannungsabfall und erhöht das Emitterpotenzial
Thermische Änderungen des Kollektorstroms werden automatisch ausgeglichen

AD413: Welche Funktion hat der Kondensator $C_1$ in der folgenden Schaltung? Er dient zur ...

A: Maximierung der Wechselspannungsverstärkung.

B: Einstellung der Vorspannung am Emitter.

C: Stabilisierung des Arbeitspunktes des Transistors.

D: Verringerung der Wechselspannungsverstärkung.

Ein- und Auskopplung über Koppelkondensatoren
Halten Gleichspannungsanteile aus der Netzspannung vom Arbeitspunkt fern

AD412: Welche Funktion haben die Kondensatoren $C_1$ und $C_2$ in der folgenden Schaltung? Sie dienen zur ...

A: Festlegung der oberen Grenzfrequenz.

B: Erzeugung der erforderlichen Phasenverschiebung.

C: Anhebung niederfrequenter Signalanteile.

D: Wechselstromkopplung und Gleichspannungsentkopplung.

Abblockkondensator führt unerwünschte HF- und NF-Signale aus der Betriebsspannung nach Masse ab
Phasenverschiebung zwischen Ein- und Ausgangssignal: 180º

AD407: Welche Phasenverschiebung tritt zwischen den sinusförmigen Ein- und Ausgangsspannungen eines Transistorverstärkers in Emitterschaltung auf?

A: 90°

B: 180°

C: 270°

D: 0°

AD408: Das Signal $U_{\textrm{E}}$ wird auf den Eingang folgender Schaltung gegeben. In welcher Antwort sind alle dargestellten Signale phasenrichtig zugeordnet?

Abbildung 195: Bipoltransistor in Emitterschaltung ohne Arbeitspunktvoreinstellung

BIAS-Spannungsteiler entfällt
Ansteuerung erfolgt nur durch das zugeführte Signal
Basis-Emitter-Strecke leitet erst, wenn ca. 0,5 V überschritten werden
Bei Überschreitung fließt ein Kollektorstrom
Spannungsabfall am Ausgang

AD406: An den Eingang dieser Schaltung wird das folgende Signal gelegt. Welches ist ein mögliches Ausgangssignal $U_{\textrm{A}}$?

Spannungsverstärkung ca. 100...300
Entfernung des Emitterkondensators → Verstärkungfaktor sinkt erheblich
Verstärkungsfaktor nur noch durch Verhältins Kollektor- zu Emitterwiderstand definiert

AD414: Wie verhält sich die Spannungsverstärkung bei der folgenden Schaltung, wenn der Kondensator $C_1$ entfernt wird?

A: Sie nimmt ab.

B: Sie nimmt zu.

C: Sie fällt auf Null ab.

D: Sie bleibt konstant.

AD415: Bei folgender Emitterschaltung wird die Schaltung ohne den Emitterkondensator betrieben. Auf welchen Betrag sinkt die Spannungsverstärkung ungefähr?

A: 1

B: 1/10

C: 10

D: 0

AD410: Was lässt sich über die Wechselspannungsverstärkung $v_U$ und die Phasenverschiebung $\varphi$ zwischen Ausgangs- und Eingangsspannung dieser Schaltung aussagen?

A: $v_U$ ist klein (z. B. 0,9 ... 0,98) und $\varphi = 0°$.

B: $v_U$ ist groß (z. B. 100 ... 300) und $\varphi = 180°$.

C: $v_U$ ist groß (z. B. 100 ... 300) und $\varphi = 0°$

D: $v_U$ ist klein (z. B. 0,9 ... 0,98) und $\varphi = 180°$.

Verstärkerklassen

Verstärkerklasse A: Kann das gesamte Signal verstärken
Verstärkerklasse B: Das halbe Signal wird gut verstärkt
Verstärkerklasse A/B: Kombination aus A und B mit Verstärkung von etwas mehr als dem halben Signal
Verstärkerklasse C: Weniger als das halbe Signal wird gut verstärkt

Die Verstärkerklassen werden durch die Wahl des Arbeitspunktes bestimmt

Transistorkennlinie zeigt den Zusammenhang zwischen Eingangssignal und Ausgangssignal
Basis-Emitter- oder Gate-Source-Spannung und Kollektor- oder Drainstrom
In linearen Bereichen ist die Änderung proportional
Andere Bereiche sind nichtliniear

Arbeitspunkt

Optimaler Betrieb bei optimaler Wahl des Arbeitspunktes auf der Kennlinie
Arbeitspunkt wird durch die Vorspannung an Basis oder Gate festgelegt
Verstärkung wirkt dann um den gewünschten Arbeitspunkt herum

Ruhestrom

Ruhestrom ergibt sich duch die Wahl des Arbeitspunktes
Fließt auch ohne Eingangssignal
Beeinflusst die Effizienz eines Verstärkers
Erhöht thermische Verlustleistung
Verringert Wirkungsgrad

AP1

C-Betrieb des Verstärkers
ohne Vorspannung
Ruhestrom null
Wirkungsgrad ca. 80 bis 87 %
hoher Oberwellenanteil

AP2

B-Betrieb des Verstärkers
Geringe Vorspannung bis zum Einsetzen des Kollektorstroms
Ruhestrom fast null (gering)
Wirkungsgrad bis zu 80 %
geringer Oberwellenanteil

AP3

A/B-Betrieb des Verstärkers
Höhere Vorspannung als im B-Betrieb, jedoch geringer als im A-Betrieb
Ruhestrom größer als im B-Betrieb, aber deutlich geringer als im A-Betrieb
Wirkungsgrad zwischen 50 % bis 80 %
geringer Oberwellenanteil

AP4

A-Betrieb des Verstärkers
Höhe der Vorspannung so gewählt, dass der Ruhestrom ca. 50 % des maximal zulässigen Wertes erreicht
Wirkungsgrad ca. 40 %
sehr geringer Oberwellenanteil

AD416: Das folgende Bild zeigt eine idealisierte Steuerkennlinie eines Transistors mit vier eingezeichneten Arbeitspunkten $\text{AP}_1$ bis $\text{AP}_4$. Welcher Arbeitspunkt ist welcher Verstärkerbetriebsart zuzuordnen?

A: $\text{AP}_1$ entspricht A-Betrieb, $\text{AP}_2$ entspricht AB-Betrieb, $\text{AP}_3$ entspricht B-Betrieb, $\text{AP}_4$ entspricht C-Betrieb.

B: $\text{AP}_1$ ist kein geeigneter Verstärkerarbeitspunkt, $\text{AP}_2$ entspricht A-Betrieb, $\text{AP}_3$ entspricht B-Betrieb, $\text{AP}_4$ entspricht C-Betrieb.

C: $\text{AP}_1$ entspricht C-Betrieb, $\text{AP}_2$ entspricht B-Betrieb, $\text{AP}_3$ entspricht AB-Betrieb, $\text{AP}_4$ entspricht A-Betrieb.

D: $\text{AP}_1$ ist kein geeigneter Verstärkerarbeitspunkt, $\text{AP}_2$ entspricht C-Betrieb, $\text{AP}_3$ entspricht B-Betrieb, $\text{AP}_4$ entspricht A-Betrieb.

AD419: Welche Merkmale hat ein HF-Leistungsverstärker im A-Betrieb?

A: Wirkungsgrad bis zu 70 %, geringer Oberschwingungsanteil, geringer bis mittlerer Ruhestrom.

B: Wirkungsgrad bis zu 80 %, geringer Oberschwingungsanteil, sehr geringer Ruhestrom.

C: Wirkungsgrad ca. 40 %, sehr geringer Oberschwingungsanteil, hoher Ruhestrom.

D: Wirkungsgrad 80 bis 87 %, hoher Oberschwingungsanteil, der Ruhestrom ist null.

AD420: Welche Merkmale hat ein HF-Leistungsverstärker im B-Betrieb?

A: Wirkungsgrad bis zu 70 %, geringer Oberschwingungsanteil, geringer bis mittlerer Ruhestrom.

B: Wirkungsgrad bis zu 80 %, geringer Oberschwingungsanteil, sehr geringer Ruhestrom.

C: Wirkungsgrad ca. 40 %, sehr geringer Oberschwingungsanteil, hoher Ruhestrom.

D: Wirkungsgrad 80 bis 87 %, hoher Oberschwingungsanteil, der Ruhestrom ist null.

AD421: Welche Merkmale hat ein HF-Leistungsverstärker im C-Betrieb?

A: Wirkungsgrad bis zu 70 %, geringer Oberschwingungsanteil, geringer bis mittlerer Ruhestrom.

B: Wirkungsgrad 80 bis 87 %, hoher Oberschwingungsanteil, der Ruhestrom ist null.

C: Wirkungsgrad ca. 40 %, sehr geringer Oberschwingungsanteil, hoher Ruhestrom.

D: Wirkungsgrad bis zu 80 %, geringer Oberschwingungsanteil, sehr geringer Ruhestrom.

Ausgangsleistung

Bei Kenntnis des Arbeitspunkt ist der Wirkungsgrad bekannt
Gleichspannungsleistung ausrechnen
Ausgangsleistung ist das Produkt aus Gleichspannungsleistung und Wirkungsgrad

AD424: Ein HF-Leistungsverstärker im A-Betrieb wird mit einer Drainspannung von 50 V und einem Drainstrom von 2 A betrieben. Wie hoch ist die zu erwartende Ausgangsleistung des Verstärkers?

A: $\approx$ 60 W

B: $\approx$ 40 W

C: $\approx$ 75 W

D: $\approx$ 85 W

Lösungsweg

gegeben: $U=50V$
gegeben: $I = 2A$
gegeben: $\eta_A \approx 40\%$
gesucht: $P_{ab}$

$P_{zu} = U \cdot I = 50V \cdot 2A = 100W$

$\eta_A = \frac{P_{ab}}{P_{zu}} \Rightarrow P_{ab} = \eta_A \cdot P_{zu} = 0,4 \cdot 100W = 40W$

AD425: Ein HF-Leistungsverstärker im C-Betrieb wird mit einer Drainspannung von 50 V und einem Drainstrom von 2 A betrieben. Wie hoch ist die zu erwartende Ausgangsleistung des Verstärkers?

A: $\approx$ 60 W

B: $\approx$ 70 W

C: $\approx$ 40 W

D: $\approx$ 85 W

Lösungsweg

gegeben: $U=50V$
gegeben: $I = 2A$
gegeben: $\eta_C \approx 85\%$
gesucht: $P_{ab}$

$P_{zu} = U \cdot I = 50V \cdot 2A = 100W$

$\eta_C = \frac{P_{ab}}{P_{zu}} \Rightarrow P_{ab} = \eta_C \cdot P_{zu} = 0,85 \cdot 100W = 85W$

AD418: In welcher Größenordnung liegt der Ruhestrom eines HF-Leistungsverstärkers im C-Betrieb?

A: Bei etwa 10 bis 20 % des Stromes bei Nennleistung

B: Bei null Ampere

C: Bei etwa 70 bis 80 % des Stromes bei Nennleistung

D: Bei fast 100 % des Stromes bei Nennleistung

AD417: Wie verhält sich der Kollektorstrom eines NPN-Transistors in einer HF-Verstärkerstufe im B-Betrieb, wenn die Basis-Emitterspannung erhöht wird?

A: Er nimmt erheblich ab.

B: Er verringert sich geringfügig.

C: Er nimmt erheblich zu.

D: Er bleibt konstant.

SSB-Betrieb

Lineare Verstärkung wird benötigt
Verstärkung im A-, A/B- oder B-Betrieb
Bei Übersteuerung kommt es zu Verzerrungen des Signals → Splatter auf benachbarten Frequenzen

AD422: In welchem Arbeitspunkt kann ein HF-Leistungsverstärker für einen SSB-Sender betrieben werden?

A: B- oder C-Betrieb

B: AB-, B- oder C-Betrieb

C: A-, AB- oder B-Betrieb

D: A-, AB-, B- oder C-Betrieb

AJ218: In welcher Arbeitspunkteinstellung darf die Endstufe eines SSB-Senders nicht betrieben werden?

A: A-Betrieb

B: AB-Betrieb

C: B-Betrieb

D: C-Betrieb

AD423: Wenn ein linearer HF-Leistungsverstärker im AB-Betrieb durch ein SSB-Signal übersteuert wird, führt dies zu ...

A: Chirp im Sendesignal.

B: Frequenzsprüngen in der Sendefrequenz.

C: Splatter auf benachbarten Frequenzen.

D: parasitären Schwingungen des Verstärkers.

C-Betrieb

Nichtlinearer Betriebspunkt erzeugt Oberwellen
Müssen anschließend durch Filterung unterdrückt werden
Abschirmung durch ein Metallgehäuse

AF402: Welcher Arbeitspunkt der Leistungsverstärkerstufe eines Senders erzeugt grundsätzlich den größten Oberschwingungsanteil?

A: B-Betrieb

B: A-Betrieb

C: AB-Betrieb

D: C-Betrieb

AF403: Welche Maßnahmen sind für Ausgangsanpassschaltung und Ausgangsfilter eines HF-Verstärkers im C-Betrieb vorzunehmen? Beide müssen...

A: in einem gut abschirmenden Metallgehäuse untergebracht werden.

B: direkt an der Antenne befestigt werden.

C: in einem gut isolierten Kunststoffgehäuse untergebracht werden.

D: vor dem Verstärker eingebaut werden.

Verstärkungsleistung

Wird meistens in Dezibel ausgedrückt
Leistungs- oder Spannungsverstärkung benötigt unterschiedliche Rechnung
Alle Rechnungen lassen sich mit den Formeln zu Leistungs- und Spannungspegel durchführen

AD427: Ein NF-Verstärker hebt die Eingangsspannung von 1 mV auf 4 mV Ausgangsspannung an. Eingangs- und Ausgangswiderstand sind gleich. Wie groß ist die Spannungsverstärkung des Verstärkers?

A: 12 dB

B: 3 dB

C: 6 dB

D: 9 dB

Lösungsweg

gegeben: $U_1 = 1mV$
gegeben: $U_2 = 4mV$
gesucht: $g$

$g = 20\cdot \log_{10}{(\frac{U_2}{U_1})}dB = 20\cdot \log_{10}{(\frac{4mV}{1mV})}dB = 12dB$

AD428: Ein Leistungsverstärker hebt die Eingangsleistung von 2,5 W auf 38 W Ausgangsleistung an. Dem entspricht eine Leistungsverstärkung von ...

A: 17,7 dB.

B: 11,8 dB.

C: 23,6 dB.

D: 15,2 dB.

Lösungsweg

gegeben: $P_1 = 38W$
gegeben: $P_2 = 2,5W$
gesucht: $g$

$g = 10\cdot \log_{10}{(\frac{P_2}{P_1})}dB = 10\cdot \log_{10}{(\frac{38W}{2,5W})}dB = 11,8dB$

AD426: Ein HF-Leistungsverstärker hat eine Verstärkung von 16 dB. Welche HF-Ausgangsleistung ist zu erwarten, wenn der Verstärker mit 1 W HF-Eingangsleistung angesteuert wird?

A: 40 W

B: 80 W

C: 20 W

D: 16 W

Lösungsweg

gegeben: $g = 16dB$
gegeben: $P_1 = 1W$
gesucht: $P_2$

$g = 16dB = 10dB + 6dB = 10 \cdot 4 = 40$

$P_2 = P_1 \cdot g = 1W \cdot 40 = 40W$

Wirkungsgrad

Verhältnis von Ausgangsleistung zur zugeführten Gleichstromleistung
Maximal 1 bzw. 100 %

AD430: Ein HF-Verstärker ist an eine 12,5 V-Gleichstrom-Versorgung angeschlossen. Wenn die HF-Ausgangsleistung des Verstärkers 90 W beträgt, zeigt das an die Stromversorgung angeschlossene Strommessgerät 16 A an. Der Wirkungsgrad des Verstärkers beträgt ...

A: 55 %.

B: 100 %.

C: 45 %.

D: 222 %.

Lösungsweg

gegeben: $U = 12,5V$
gegeben: $I = 16A$
gegeben: $P_{ab} = 90W$
gesucht: $\eta$

$P_{zu} = U \cdot I = 12,5V \cdot 16A = 200W$

$\eta = \frac{P_{ab}}{P_{zu}} = \frac{90W}{200W} = 45\%$

AD429: Eine Treiberstufe eines HF-Verstärkers braucht am Eingang eine Leistung von 1 W, um am Ausgang 10 W an die Endstufe abgeben zu können. Sie benötigt dazu eine Gleichstromleistung von 25 W. Wie hoch ist der Wirkungsgrad der Treiberstufe?

A: 25 %

B: 10 %

C: 40 %

D: 15 %

Lösungsweg

gegeben: $P_{ab} = 10W$
gegeben: $P_{zu} = 25W$
gesucht: $\eta$

$\eta = \frac{P_{ab}}{P_{zu}} = \frac{10W}{25W} = 40\%$

Linearverstärker

Bildet das Eingangssignal linear auf dem Ausgangssignal ab
Jedoch um den Verstärkungsfaktor vergrößert
Es finden keine Verzerrungen statt
Benötigt für Modulationsarten, die die Information in der Amplitude oder Phase übertragen (SSB, AM, QAM, QPSK, PSK, ...)

AD431: Welche Eigenschaft besitzt ein Linearverstärker?

A: Die Phasenlage zwischen Eingang und Ausgang beträgt immer 180°.

B: Die Amplitude am Ausgang entspricht der Amplitude am Eingang.

C: Die Kurvenform am Ausgang entspricht der Kurvenform am Eingang.

D: Er ist nur für sinusförmige Signale geeignet.

Eigenschwingung

Eigenschwingungen entstehen, wenn die Leistung innerhalb von Stufen oder vom Ausgang zurück auf den Eingang eines Verstärkers geführt wird
Eingangs- und Ausgangsschaltungen möglichst gut voneinander entkoppeln
Einzelne Stufen gut abschirmen
Je höher der Verstärkungsfaktor, umso mehr Eigenschwingungen und Rückkopplungen treten auf

AD432: Was ist die Ursache für Eigenschwingungen eines Verstärkers?

A: Unzulängliche Regelung der Stromversorgung

B: Zu hohe Restwelligkeit in der Stromversorgung

C: Unzulängliche Verstärkung

D: Kopplung zwischen Ausgang und Eingang

AJ216: Um die Gefahr von unerwünschten Eigenschwingungen in HF-Schaltungen zu verringern, ...

A: sollten die Abschirmungen der einzelnen Stufen nicht miteinander verbunden werden.

B: sollte jede Stufe gut abgeschirmt sein.

C: sollten die Betriebsspannungen den einzelnen Stufen mit koaxialen oder verdrillten Leitungen zugeführt werden.

D: sollte die vollständige Schaltung in einem einzelnen Metallgehäuse untergebracht sein.

AJ215: Um die Wahrscheinlichkeit von Eigenschwingungen in einem Leistungsverstärker zu verringern, ...

A: sollten die Ein- und Ausgangsschaltungen gut voneinander entkoppelt werden.

B: sollte kein Schaltnetzteil als Stromversorgung verwendet werden.

C: sollte die Versorgungsspannung über ein Netzfilter zugeführt werden.

D: sollte Verstärkerausgang und Netzteil möglichst weit voneinander entfernt aufgebaut werden.

Begrenzung der Verstärkerbandbreite

Bei analogen Modulationsverfahren ist die belegte Bandbreite abhängig von der maximalen Modulationsfrequenz des aufmodulierten Signals
Zur Einhaltung der Bandbreite des Sendesignals muss die NF-Modulationsfrequenz begrenzt werden
Beispielsweise Tiefpassfilter oder Bandpassfilter im Mikrofonverstärker

AD433: Welche Baugruppe sollte für die Begrenzung der NF-Bandbreite eines Mikrofonverstärkers verwendet werden?

A: Notchfilter

B: Bandpassfilter

C: Hochpassfilter

D: Amplitudenbegrenzer