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.

Navigationspfeile für die Präsentation

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.

Referentenansicht

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.

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:
Schaltfläche für 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
  • UA ist dadurch sehr klein
ED202: Wie wird die dargestellte Filtercharakteristik bezeichnet?

A: Bandsperre

B: Hochpass

C: Bandpass

D: Tiefpass

ED211: Was stellt die folgende Schaltung dar?

A: Sperrkreis

B: Hochpass

C: Bandpass

D: Tiefpass

ED212: Was stellt die folgende Schaltung dar?

A: Hochpass

B: Bandpass

C: Sperrkreis

D: Tiefpass

ED213: Welche Schaltung stellt ein Hochpassfilter dar?
A:
B:
C:
D:

Tiefpass

  • Bei niedrigen Frequenzen hat der Kondensator einen sehr hohen Widerstand
  • Schaltung wirkt wie ein frequenzabhängiger Spannungsteiler
  • UA ist dadurch sehr groß
ED201: Wie wird die dargestellte Filtercharakteristik bezeichnet?

A: Hochpass

B: Bandsperre

C: Bandpass

D: Tiefpass

ED208: Was stellt die folgende Schaltung dar?

A: Bandpass

B: Sperrkreis

C: Hochpass

D: Tiefpass

ED209: Was stellt die folgende Schaltung dar?

A: Hochpass

B: Tiefpass

C: Sperrkreis

D: Bandpass

ED210: Welche Schaltung könnte für die Tiefpassfilterung in einem Mikrofonverstärker eingesetzt werden?
A:
B:
C:
D:

Serienschwingkreis

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

Schwingkreis II

Grenzfrequenz

Bei Hoch- und Tiefpässen gilt für die Grenzfrequenz

Bei RL-Gliedern

$R = X_L$

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

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

A: 154 Hz

B: 154 kHz

C: 1,54 kHz

D: 15,4 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. 2,7 kHz

B: ca. 294 Hz

C: ca. 720 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 magnetischen Feldes in der Spule ist dann gleich dem Betrag des magnetischen Feldes im Kondensator.

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

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

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

Parallelschwingkreis

Abbildung 158: Parallelschwingkreis und Darstellung der Impedanz gegenüber der Frequenz
  • 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

Abbildung 159: Reihenschwingkreis und Darstellung der Impedanz gegenüber der Frequenz
  • 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 kapazitiven Widerstand $X_{\textrm{C}}$.

B: unendlich hoch.

C: gleich dem Wirkwiderstand $R$.

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

AD204: Welcher Schwingkreis passt zu dem neben der jeweiligen Schaltung dargestellten Verlauf der Impedanz?
A:
B:
C:
D:

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: 5,57 MHz

B: 557 MHz

C: 55,7 MHz

D: 557 kHz

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: 1,592 MHz

B: 159,2 kHz

C: 15,92 MHz

D: 15,92 kHz

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: 1590 kHz

C: 159 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: 143,4 MHz

B: 1,434 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: 107,7 kHz

C: 1,077 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: Ferritkern in die Spule einführen

B: Anzahl der Spulenwindungen erhöhen

C: Kleineren Spulenwert verwenden

D: Spule zusammenschieben

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

A: Größeren Kondensatorwert verwenden

B: Größeren Spulenwert 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: Anzahl der Spulenwindungen verringern

C: Spule auseinanderziehen

D: Größeren Kondensatorwert verwenden

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

A: Spule auseinanderziehen

B: Spule zusammenschieben

C: Kleineren Spulenwert verwenden

D: Kleineren Kondensatorwert verwenden

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

A: Ferritkern in die Spule einführen

B: Spule auseinanderziehen

C: Kleineren Spulenwert verwenden

D: Kleineren Kondensatorwert 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 sinkt zunächst und steigt dann stark an.

B: Die Frequenz des Schwingkreises ändert sich nicht.

C: Die Frequenz des Schwingkreises steigt.

D: Die Frequenz des Schwingkreises sinkt.

Bandpassfilter

Abbildung 161: Bandpassfilter aus mehreren Schwingkreisen
  • 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 Tiefpass. Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz werden bedämpft, unterhalb der Grenzfrequenz durchgelassen.

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

C: 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.

D: 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.

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 2,5 kHz

B: Etwa 6,5 kHz

C: Etwa 4,0 kHz

D: Etwa 6,0 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 Differenz der beiden Frequenzen, bei denen die Spannung auf den 0,7-fachen Wert gegenüber der maximalen Spannung bei der Resonanzfrequenz abgesunken ist.

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

D: 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.

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: FM.

B: CW.

C: SSB.

D: AM.

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

A: AM.

B: CW.

C: FM.

D: SSB.

Güte eines Schwingkreises

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

Reihenschwingkreis

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

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: 15

B: 5

C: 0,2

D: 50

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

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

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 MHz

C: 284 kHz

D: 28,4 kHz

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: 159 Hz

B: 159 kHz

C: 15,9 kHz

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

Abbildung 165: Induktive Kopplung zweier Schwingkreise und das Spannungsdiagramm über die Frequenz
  • 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
Abbildung 165: Induktive Kopplung zweier Schwingkreise und das Spannungsdiagramm über die Frequenz
  • d: lose Kopplung → kaum gegenseitige Beeinflussung, sehr hohe Durchlassdämpfung und sehr geringe Bandbreite
  • c: unterkritische Kopplung → kaum gegenseitige Beeinflussung, hohe Durchlassdämpfung und geringe Bandbreite
Abbildung 165: Induktive Kopplung zweier Schwingkreise und das Spannungsdiagramm über die Frequenz
  • b: kritische Kopplung → etwas gegenseitige Beeinflussung, flache Durchlasskurve mit geringer Dämpfung und Plateau im Durchlassbereich sowie gute Bandbreite
Abbildung 165: Induktive Kopplung zweier Schwingkreise und das Spannungsdiagramm über die Frequenz
  • 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 b ist die Kopplung loser als bei der Kurve c.

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

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

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

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 b zeigt kritische, die Kurve a zeigt überkritische Kopplung.

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

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

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

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

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

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

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

A: Die Frequenz bleibt stabil.

B: Die Frequenz wird niedriger.

C: Die Schwingungen reißen sofort ab.

D: Die Frequenz wird höher.

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

A: Die Schwingungen reißen sofort ab.

B: Die Frequenz wird niedriger.

C: Die Frequenz bleibt stabil.

D: Die Frequenz wird höher.

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

A: Die Frequenz wird höher.

B: Die Frequenz wird niedriger.

C: Die Schwingungen reißen sofort ab.

D: Die Frequenz bleibt stabil.

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

A: Die Frequenz wird höher.

B: Die Frequenz wird niedriger.

C: Die Frequenz bleibt stabil.

D: Die Schwingungen reißen sofort ab.

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

A: Die Frequenz des Oszillators ändert sich langsam.

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

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: mittels Quarz-Hochpass gefiltert wird.

B: durch einen Quarz bestimmt wird.

C: durch einen Quarz verstärkt wird.

D: mittels Quarz-Tiefpass gefiltert wird.

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

A: keine Oberschwingungen erzeugen.

B: eine breitere Resonanzkurve haben.

C: einen größeren Abstimmbereich aufweisen.

D: eine bessere Frequenzstabilität aufweisen.

Abstrahlung

  • Vermeiden
  • Abschirmung durch Metallgehäuse
EF207: Wie sollte ein Oszillator aufgebaut werden, um unerwünschte Abstrahlungen zu vermeiden?

A: Die Speisespannung sollte ungesiebt sein.

B: Er sollte durch ein Metallgehäuse abgeschirmt werden.

C: Er sollte niederohmig HF-entkoppelt sein.

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: variabler Quarzoszillator.

B: Oszillator, der mittels eines Drehkondensators abgestimmt wird.

C: quarzstabilisierter Referenzoszillator.

D: spannungsgesteuerter Oszillator.

Rückkopplung

  • Unerwünschte Rückkopplungen, z.B. vom HF-Signal, führen zur Frequenzinstabilität
  • Das gilt für alle Oszillatoren
AD611: Wenn HF-Signale unerwünscht auf einen VFO zurückkoppeln, kann dies zu ...

A: Frequenzsynthese führen.

B: Mehrwegeausbreitung führen.

C: Gegenkopplung führen.

D: Frequenzinstabilität 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 durch einen kleinen Ventilator separat gekühlt werden.

C: Er sollte auf einem eigenen Kühlkörper montiert sein.

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

AD602: Unter einem TCXO versteht man einen ...

A: Oszillator, der auf konstanter Temperatur gehalten wird.

B: temperaturkompensierten LC-Oszillator.

C: kapazitiv abgestimmten Quarzoszillator.

D: temperaturkompensierten Quarzoszillator.

AD603: Wie nennt man einen temperaturkompensierten Quarzoszillator?

A: VCO

B: VFO

C: OCXO

D: TCXO

AD605: Welcher der angegebenen Oszillatoren hat die größte Frequenzstabilität?

A: TCXO

B: VCO

C: OCXO

D: XO

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: VCO

B: LC-Oszillator

C: TCXO

D: RC-Oszillator

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 internes Referenzsignal.

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

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

D: Er hat eine niedrige Kurz- und hohe Langzeitstabilität durch ein externes 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 gut gefiltert und von der Spannungsversorgung der PA entkoppelt werden.

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

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

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

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

A: Spannungsstabilisierte Gleichspannung

B: Stabilisierte Wechselspannung

C: Stromstabilisierte Gleichspannung

D: Unmittelbare Stromzufuhr vom Gleichrichter

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

A: Er sollte mit einer unstabilisierten Wechselspannung versorgt werden.

B: Er sollte in einem Pertinaxgehäuse untergebracht sein.

C: Er sollte mit einer stabilisierten Gleichspannung versorgt werden.

D: Er sollte in einem verlustarmen Teflongehäuse 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 zu schnelle Tastung der Treiberstufe.

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

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

B: 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.

C: 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.

D: 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.

Abbildung 167: Schaltung eines kapazitiv rückgekoppelten Dreipunkt-Oszillators
AD614: Bei dieser Schaltung handelt es sich um ...

A: einen Oberton-Oszillator in Kollektorschaltung.

B: einen kapazitiv rückgekoppelten Dreipunkt-Oszillator.

C: einen Hochfrequenzverstärker in Emitterschaltung.

D: einen Hochfrequenzverstärker in Kollektorschaltung.

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

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

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

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

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

Abbildung 168: Schaltung eines Quarzoszillators in Kollektorschaltung mit Betrieb des Quarzes auf Grundfrequenz
AD617: Bei dieser Oszillatorschaltung handelt es sich um einen kapazitiv rückgekoppelten Quarz-Oszillator in ...

A: Emitterschaltung. Der Quarz wird in Parallelresonanz betrieben.

B: Kollektorschaltung. Der Quarz schwingt auf seiner Grundfrequenz.

C: Emitterschaltung. Der Quarz wird in Serienresonanz betrieben.

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

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 direkt an einen HF-Leistungsverstärker angeschlossen sein.

C: Er sollte an ein passives Notchfilter angeschlossen sein.

D: Er sollte an ein passives Hochpassfilter angeschlossen sein.

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

A: Schaltungspunkt D

B: Schaltungspunkt B

C: Schaltungspunkt C

D: Schaltungspunkt A

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: 3 angelegt werden.

B: 1 angelegt werden.

C: 2 angelegt werden.

D: 4 angelegt werden.

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

A: Der Quarz wird überlastet.

B: Es gibt keine Auswirkungen.

C: Der Transistor wird überlastet.

D: Die Oszillatorfrequenz verändert sich.

Direkte digitale Synthese

Abbildung 170: Blockschaltung zu 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
Abbildung 170: Blockschaltung zu Direkte digitale Synthese
  • 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: PLL (Phase Locked Loop)

B: DDS (Direct Digital Synthesis)

C: VCO (Voltage Controlled Oszillator)

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
Abbildung 171: Darstellung einer Phasenregelschleife (PLL)
  • 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 Phasenvergleicher, einen Tiefpass und einen Frequenzteiler

B: Einen VCO, einen Hochpass und einen Phasenvergleicher

C: Einen Phasenvergleicher, einen Hochpass und einen Frequenzteiler

D: Einen VCO, einen Tiefpass und einen Phasenvergleicher

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

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

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

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

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

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 des eingesetzten Phasenvergleichers.

B: den Eigenschaften des spannungsgesteuerten Oszillators (VCO).

C: den Eigenschaften des eingesetzten Quarzgenerators.

D: den Eigenschaften der eingesetzten Frequenzteiler.

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: 11,64 Hz

B: 1,25 kHz

C: 12,5 kHz

D: 25 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: 960 bis 1120

B: 300 bis 857

C: 300 bis 1120

D: 960 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
EF301: Auf welcher Frequenz muss der Quarzoszillator schwingen, damit nach dem Blockschaltbild von der PA die Frequenz 145,200 MHz verstärkt wird?

A: 36,3 MHz

B: 12,1 MHz

C: 24,2 MHz

D: 18,15 MHz

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

A: 7,120 MHz

B: 3,560 MHz

C: 5,340 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: 14,04 MHz

C: 28,08 MHz

D: 7,02 MHz

Frequenzvervielfacher II

Abbildung 174: Beispiel für eine Schaltung eines Frequenzvervielfachers mit Klasse-C-Verstärker ohne Basis-Vorspannung
Abbildung 174: Beispiel für eine Schaltung eines Frequenzvervielfachers mit Klasse-C-Verstärker ohne Basis-Vorspannung
AF312: Worum handelt es sich bei dieser Schaltung?

A: Frequenzvervielfacher

B: Selbstschwingende Mischstufe

C: Oszillator

D: Frequenzteiler

AF311: Nach welchem Prinzip arbeitet die analoge Frequenzvervielfachung?

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

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

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

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 gut abgeschirmt sein, um unerwünschte Abstrahlungen zu minimieren.

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

C: Sie sollten sehr gut gekühlt werden.

D: Sie sollten unbedingt im linearen Kennlinienabschnitt betrieben 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 $\cdot 3 \cdot 2 \cdot 3 \cdot 2$

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

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

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

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

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

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

A: 21 MHz und 63,4 MHz

B: 10,7 MHz und 52,7 MHz

C: 21,4 MHz und 105,4 MHz

D: 42 MHz und 63,4 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: 10,7 MHz und 66,7 MHz

B: 56 MHz und 77,4 MHz

C: 45,3 MHz und 88,1 MHz

D: 17,3 MHz und 49,4 MHz

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

A: 39 MHz und 69 MHz

B: 9 MHz und 69 MHz

C: 30 MHz und 39 MHz

D: 9 MHz und 39 MHz

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

A: 118 MHz und 163 MHz

B: 272 MHz und 290 MHz

C: 9 MHz und 281 MHz

D: 127 MHz und 154 MHz

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

A: 272 MHz und 290 MHz

B: 127 MHz und 154 MHz

C: 9 MHz und 281 MHz

D: 154 MHz und 281 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 gut abgeschirmt sein.

C: Sie sollte niederfrequent entkoppelt werden.

D: Sie sollte möglichst lose mit dem VFO gekoppelt 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-Konverter für einen VHF-Sender

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

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

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

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 bei zunehmender Frequenzabweichung der Modulationsgrad.

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

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

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

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

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

C: 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.

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

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

A: Durch Vervielfachung

B: Durch Mischung

C: Durch Rückkopplung

D: Durch Frequenzteilung

EF503: Was stellt folgendes Blockschaltbild dar?

A: Einen Transceiver für das 10 m-Band

B: Einen Transverter für das 2 m-Band

C: Einen Empfangskonverter 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

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: 45,556 MHz und 45,778 MHz

B: 45,111 MHz und 45,333 MHz

C: 44,889 MHz und 45,111 MHz

D: 45,333 MHz und 45,556 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 Vervielfacher, ein selektiver Verstärker und ein Tiefpass.

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

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

D: Ein Phasenvergleicher, ein Oberwellenmischer und ein Hochpass.

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 gleich der Eingangsleistung, da eine Spannungsquelle notwendig ist.

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

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

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

ED403: Für welchen Zweck werden HF-Leistungsverstärker eingesetzt?

A: Modulation des Sendesignals

B: Filterung des Sendesignals

C: Mischung des Sendesignals

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

A: Als nichtlinearer Verstärker

B: Als linearer Verstärker

C: Als Vervielfacher

D: Als Begrenzerverstärker

  • NF-Verstärker finden im Amateurfunk zum Beispiel bei der Anhebung des Signals für eine Ausgabe im Lautsprecher Anwendung
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
EF307: Welcher Frequenzgang ist am besten für den Mikrofonverstärker eines Sprechfunkgeräts geeignet?
A:
B:
C:
D:
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. 2,5 kHz

C: ca. 1,0 kHz

D: ca. 12,5 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 gegen HF-Einstrahlung gut entkoppelt sein.

B: Sie sollte möglichst hochohmig sein.

C: Sie sollte über das Leistungsverstärkergehäuse geführt werden.

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

Kollektorschaltung

Abbildung 189: Verstärker in Kollektorschaltung eines Bipolartransistors
Abbildung 189: Verstärker in Kollektorschaltung eines Bipolartransistors
AD401: Bei dieser Schaltung handelt es sich um ...

A: einen Oszillator in Emitterschaltung.

B: einen Oszillator in Kollektorschaltung.

C: einen Verstärker in Kollektorschaltung.

D: einen Verstärker in Emitterschaltung.

Abbildung 189: Verstärker in Kollektorschaltung eines Bipolartransistors
Abbildung 189: Verstärker in Kollektorschaltung eines Bipolartransistors
Abbildung 189: Verstärker in Kollektorschaltung eines Bipolartransistors
Abbildung 189: Verstärker in Kollektorschaltung eines Bipolartransistors
Abbildung 189: Verstärker in Kollektorschaltung eines Bipolartransistors
Abbildung 189: Verstärker in Kollektorschaltung eines Bipolartransistors
AD405: Welche Phasenverschiebung tritt zwischen den sinusförmigen Ein- und Ausgangsspannungen eines Transistorverstärkers in Kollektorschaltung auf?

A: 0°

B: 180°

C: 90°

D: 270°

AD402: 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 $\varphi = 0°$.

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

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

AD403: Die Ausgangsimpedanz dieser Schaltung ist ...

A: sehr niedrig im Vergleich zur Eingangsimpedanz.

B: in etwa gleich der Eingangsimpedanz und niederohmig.

C: in etwa gleich der Eingangsimpedanz und hochohmig.

D: sehr hoch 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: Phasenumkehrstufe verwendet werden.

B: Pufferstufe zwischen Oszillator und Last verwendet werden.

C: Spannungsverstärker mit hoher Verstärkung verwendet werden.

D: Frequenzvervielfacher verwendet werden.

Emitterschaltung

Abbildung 196: Bipoltransistor in Emitterschaltung
AD409: Bei dieser Schaltung handelt es sich um ...

A: einen Verstärker als Emitterfolger.

B: einen Verstärker in Emitterschaltung.

C: einen Verstärker für Gleichspannung.

D: einen Verstärker in Kollektorschaltung.

Abbildung 196: Bipoltransistor in Emitterschaltung
AD411: Welche Funktion haben die Widerstände $R_1$ und $R_2$ in der folgenden Schaltung? Sie dienen zur ...

A: Verhinderung von Eigenschwingungen.

B: Verhinderung von Phasendrehungen.

C: Einstellung der Basisvorspannung.

D: Einstellung der Gegenkopplung.

Abbildung 196: Bipoltransistor in Emitterschaltung
AD413: Welche Funktion hat der Kondensator $C_1$ in der folgenden Schaltung? Er dient zur ...

A: Einstellung der Vorspannung am Emitter.

B: Stabilisierung des Arbeitspunktes des Transistors.

C: Verringerung der Wechselspannungsverstärkung.

D: Maximierung der Wechselspannungsverstärkung.

Abbildung 196: Bipoltransistor in Emitterschaltung
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.

Abbildung 196: Bipoltransistor in Emitterschaltung
AD407: Welche Phasenverschiebung tritt zwischen den sinusförmigen Ein- und Ausgangsspannungen eines Transistorverstärkers in Emitterschaltung auf?

A: 180°

B: 270°

C: 90°

D: 0°

AD408: Das Signal $U_{\textrm{E}}$ wird auf den Eingang folgender Schaltung gegeben. In welcher Antwort sind alle dargestellten Signale phasenrichtig zugeordnet?
A:
B:
C:
D:
Abbildung 195: Bipoltransistor in Emitterschaltung ohne Arbeitspunktvoreinstellung
AD406: An den Eingang dieser Schaltung wird das folgende Signal gelegt. Welches ist ein mögliches Ausgangssignal $U_{\textrm{A}}$?
A:
B:
C:
D:
Abbildung 196: Bipoltransistor in Emitterschaltung
AD414: Wie verhält sich die Spannungsverstärkung bei der folgenden Schaltung, wenn der Kondensator $C_1$ entfernt wird?

A: Sie nimmt ab.

B: Sie fällt auf Null ab.

C: Sie nimmt zu.

D: Sie bleibt konstant.

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

A: 0

B: 10

C: 1

D: 1/10

AD410: 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 klein (z. B. 0,9 ... 0,98) und $\varphi = 0°$.

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

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

Abbildung 201: Kennlinie eines Transistors mit Arbeitspunkten

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

Abbildung 201: Kennlinie eines Transistors mit Arbeitspunkten

AP2

Abbildung 201: Kennlinie eines Transistors mit Arbeitspunkten

AP3

Abbildung 201: Kennlinie eines Transistors mit Arbeitspunkten

AP4

Abbildung 201: Kennlinie eines Transistors mit Arbeitspunkten
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: $\text{AP}_1$ ist kein geeigneter Verstärkerarbeitspunkt, $\text{AP}_2$ entspricht A-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 C-Betrieb, $\text{AP}_3$ entspricht B-Betrieb, $\text{AP}_4$ entspricht A-Betrieb.

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

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

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

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

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

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

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

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

A: Wirkungsgrad bis zu 80 %, geringer Oberschwingungsanteil, sehr geringer 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 70 %, geringer Oberschwingungsanteil, geringer bis mittlerer Ruhestrom.

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

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

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

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

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: $\approx$ 85 W

B: $\approx$ 75 W

C: $\approx$ 60 W

D: $\approx$ 40 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: $\approx$ 85 W

D: $\approx$ 40 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 fast 100 % des Stromes bei Nennleistung

B: Bei null Ampere

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

D: Bei etwa 70 bis 80 % 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 bleibt konstant.

B: Er nimmt erheblich ab.

C: Er verringert sich geringfügig.

D: Er nimmt erheblich zu.

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: A-, AB- oder B-Betrieb

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

C: B- oder C-Betrieb

D: 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: Frequenzsprüngen in der Sendefrequenz.

B: Chirp im Sendesignal.

C: parasitären Schwingungen des Verstärkers.

D: Splatter auf benachbarten Frequenzen.

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: A-Betrieb

B: B-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 isolierten Kunststoffgehäuse untergebracht werden.

B: vor dem Verstärker eingebaut werden.

C: in einem gut abschirmenden Metallgehäuse untergebracht werden.

D: direkt an der Antenne befestigt 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: 9 dB

B: 12 dB

C: 6 dB

D: 3 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: 23,6 dB.

B: 17,7 dB.

C: 15,2 dB.

D: 11,8 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: 16 W

C: 20 W

D: 80 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: 222 %.

B: 55 %.

C: 45 %.

D: 100 %.

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: 15 %

B: 10 %

C: 40 %

D: 25 %

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 Kurvenform am Ausgang entspricht der Kurvenform am Eingang.

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

C: Er ist nur für sinusförmige Signale geeignet.

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

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: Kopplung zwischen Ausgang und Eingang

B: Unzulängliche Verstärkung

C: Unzulängliche Regelung der Stromversorgung

D: Zu hohe Restwelligkeit in der Stromversorgung

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

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

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

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

D: sollte jede Stufe gut abgeschirmt 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: Bandpassfilter

B: Amplitudenbegrenzer

C: Notchfilter

D: Hochpassfilter

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