Strom- und Spannungsversorgung

Spannungsquellen

Netzgerät

Die für uns Funkamateuere wichtigste Spannungsquelle ist, neben Batterien, das Netzgerät. Es wird über das Stromnetz mit 230 Volt Wechselspannung versorgt und erzeut eine Gleichspannung von 13,8 Volt. Damit lassen sich Funkgeräte und Zubehör versorgen.
Wichtig ist, dass die Ausggangsspannung bei Last konstant bleibt.

ED301: Welche Eigenschaften sollten Gleichspannungsquellen aufweisen?

A: Gleichspannungsquellen sollten bei Belastung eine hohe Spannungskonstanz haben.

B: Gleichspannungsquellen sollten bei Belastung die Spannung erhöhen.

C: Gleichspannungsquellen sollten bei Belastung eine niedrige Spannungskonstanz haben.

D: Gleichspannungsquellen sollten bei Belastung einen Wechselspannungsanteil haben.

Elektrische Sicherheit

Bei Netzgeräten, besonders mit einem Metallgehäuse, ist ein normgerechter Anschluss an das Stromnetz wichtig. Der Schutzleiter (grün/gelb) hat dabei die Aufgabe im Fehlerfall die Spannung zur „Erde“ abzuleiten und damit die Haussicherung auszulösen, damit keine gefährliche Spannung am Metallgehäuse anliegt. Bei einer 3-adrigen Leitung sind die Adernkennfarben wie folgt festgelegt:

Aderfarben

Außenleiter (L) → braun
Neutralleiter (N) → blau
Schutzleiter (PE) → grün/gelb

EK205: Wählen Sie die normgerechten Adernkennfarben von 3-adrigen, isolierten Energieleitungen und -kabeln in der Reihenfolge: Schutzleiter, Außenleiter, Neutralleiter!

A: grau, schwarz, rot

B: grüngelb, braun, blau

C: braun, grüngelb, blau

D: grüngelb, blau, braun oder schwarz

Stromquellen

Innenwiderstand

AB201: Welche Eigenschaften sollten Strom- und Spannungsquellen nach Möglichkeit aufweisen?

A: Stromquellen sollten einen möglichst niedrigen Innenwiderstand und Spannungsquellen einen möglichst hohen Innenwiderstand haben.

B: Strom- und Spannungsquellen sollten einen möglichst niedrigen Innenwiderstand haben.

C: Stromquellen sollten einen möglichst hohen Innenwiderstand und Spannungsquellen einen möglichst niedrigen Innenwiderstand haben.

D: Strom- und Spannungsquellen sollten einen möglichst hohen Innenwiderstand haben.

AG401: Welche Lastimpedanz ist für eine Leistungsanpassung erforderlich, wenn die Signalquelle eine Ausgangsimpedanz von 50 Ω hat?

A: 50 Ω

B: 100 Ω

C: 1/50 Ω

D: 200 Ω

AB202: In welchem Zusammenhang müssen der Innenwiderstand $R_\textrm{i}$ einer Strom- oder Spannungsquelle und ein direkt daran angeschlossener Lastwiderstand $R_\textrm{L}$ stehen, damit Leistungsanpassung vorliegt?

A: $R_\textrm{L} = R_\textrm{i}$

B: $R_\textrm{L} \gg R_\textrm{i}$

C: $R_\textrm{L} = \dfrac{1}{R_\textrm{i}}$

D: $R_\textrm{L} \ll R_\textrm{i}$

AB203: In welchem Zusammenhang müssen der Innenwiderstand $R_{\textrm{i}}$ einer Spannungsquelle und ein direkt daran angeschlossener Lastwiderstand $R_{\textrm{L}}$ stehen, damit Spannungsanpassung vorliegt?

A: $R_{\textrm{L}} \gg R_{\textrm{i}}$

B: $R_{\textrm{L}} = \frac{1}{R_{\textrm{i}}}$

C: $R_{\textrm{L}} \ll R_{\textrm{i}}$

D: $R_{\textrm{L}} = R_{\textrm{i}}$

AB204: In welchem Zusammenhang müssen der Innenwiderstand $R_\textrm{i}$ einer Stromquelle und ein direkt daran angeschlossener Lastwiderstand $R_\textrm{L}$ stehen, damit Stromanpassung vorliegt?

A: $R_{\textrm{L}} = \dfrac{1}{R_{\textrm{i}}}$

B: $R_{\textrm{L}} = R_{\textrm{i}}$

C: $R_{\textrm{L}} \gg R_{\textrm{i}}$

D: $R_{\textrm{L}} \ll R_{\textrm{i}}$

AB205: Die Leerlaufspannung einer Spannungsquelle beträgt 5,0 V. Schließt man einen Belastungswiderstand mit 1,2 Ω an, so geht die Klemmenspannung der Spannungsquelle auf 4,8 V zurück. Wie hoch ist der Innenwiderstand der Spannungsquelle?

A: 0,05 Ω

B: 8,2 Ω

C: 0,17 Ω

D: 0,25 Ω

AB206: Die Leerlaufspannung einer Gleichspannungsquelle beträgt 13,5 V. Wenn die Spannungsquelle einen Strom von 0,9 A abgibt, sinkt die Klemmenspannung auf 12,4 V. Wie groß ist der Innenwiderstand der Spannungsquelle?

A: 0,82 Ω

B: 0,99 Ω

C: 1,22 Ω

D: 15,0 Ω

AB207: Die Leerlaufspannung einer Gleichspannungsquelle beträgt 13,5 V. Wenn die Spannungsquelle einen Strom von 2 A abgibt, sinkt die Klemmenspannung auf 13 V. Wie groß ist der Innenwiderstand der Spannungsquelle?

A: 1 Ω

B: 4 Ω

C: 0,25 Ω

D: 6,75 Ω

AB208: Die Leerlaufspannung einer Gleichspannungsquelle beträgt 13,8 V. Wenn die Spannungsquelle einen Strom von 20 A abgibt, bleibt die Klemmenspannung auf 13,6 V. Wie groß ist der Innenwiderstand der Spannungsquelle?

A: 0,2 Ω

B: 10 m$\Omega$

C: 20 m$\Omega$

D: 0,1 Ω

Akkus

AB209: Folgende Schaltung eines Akkus besteht aus Zellen von je 2 V. Jede Zelle kann 10 Ah Ladung liefern. Welche Daten hat der Akku?

A: 2 V/10 Ah

B: 12 V/60 Ah

C: 12 V/10 Ah

D: 2 V/60 Ah

AB210: Auf dem Akku-Pack eines Handfunksprechgerätes stehen folgende Angaben: 7,4 V – 2200 mAh – 16,28 Wh. Welcher Begriff ist für die Angabe 2200 mAh zutreffend.

A: maximaler Entladestrom pro Stunde

B: maximaler Ladestrom pro Stunde

C: Nennleistung

D: Nennkapazität

AB211: Wie lange könnte man idealerweise mit einem voll geladenen Akku mit 60 Ah einen Amateurfunkempfänger betreiben, bis dieser auf 10 % seiner Kapazität entladen ist und einen Strom von 0,8 A aufnimmt?

A: 48 Stunden und 0 Minuten

B: 74 Stunden und 60 Minuten

C: 67 Stunden und 30 Minuten

D: 43 Stunden und 12 Minuten

AB501: Ein 12 V Akku hat eine Kapazität von 5 Ah. Welcher speicherbaren Energie entspricht das?

A: 60,0 Wh

B: 12,0 Wh

C: 2,4 Wh

D: 5,0 Wh

Photovoltaik

AB212: Was ist die primäre Aufgabe einer Solarzelle?

A: Die Umwandlung von Strahlungsenergie in thermische Energie.

B: Die Umwandlung von thermischer Energie in Strahlungsenergie.

C: Die Umwandlung von elektrischer Energie in Strahlungsenergie.

D: Die Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie.

AD301: Ein Photovoltaikmodul besteht aus vier parallel geschalteten Reihen von je 30 Solarzellen mit je Zelle 0,6 V Leerlaufspannung und 1 A Kurzschlussstrom. Welche Leerlaufspannung und welchen Kurzschlussstrom liefert das Modul?

A: Leerlaufspannung: 2,4 V, Kurzschlussstrom: 4 A

B: Leerlaufspannung: 2,4 V, Kurzschlussstrom: 30 A

C: Leerlaufspannung: 18 V, Kurzschlussstrom: 4 A

D: Leerlaufspannung: 18 V, Kurzschlussstrom: 30 A

Spannungswandler

Gleichrichter I

Gleichrichter

Um die Wechselspannung zu einer Gleichspannung zu wandeln, benötigen wir einen Gleichrichter.
Die einfachste Möglichkeit ist die Gleichrichtung mit einer Diode, denn eine Diode leitet den Strom nur in eine Richtung.

Damit „schneiden“ wir von der Wechselspannung die negative Halbwelle ab.
Weitere Bauelemente sind notwendig um aus den positiven Halbwellen eine stabile Gleichspannung zu machen, diese lernen wir im Klasse A Kurs kennen.

Abbildung 75: Eingangsspannung Einweggleichrichter

Abbildung 76: Lastspannung Einweggleichrichter

ED304: Welchen Verlauf hat die Spannung $U$?

Gleichrichter II

AD302: Berechnen Sie für diese Schaltung die Leerlaufspannung an den Klemmen A – B.

A: Zirka 15 V

B: Zirka 42 V

C: Zirka 30 V

D: Zirka 21 V

AD303: Welche Spannungsfestigkeit des Kondensators sollte mindestens gewählt werden, wenn das Transformationsverhältnis 20:1 beträgt und ein Sicherheitsaufschlag auf die Spannungsfestigkeit von 50 % berücksichtigt werden soll?

A: 10 V

B: 25 V

C: 35 V

D: 16 V

AD304: Bei einem Transformationsverhältnis von 5:1 sollte die Spannungsfestigkeit der Diode (max. Spannung plus 20 % Sicherheitsaufschlag) in dieser Schaltung nicht weniger als ...

A: 78 V betragen.

B: 130 V betragen.

C: 156 V betragen.

D: 90 V betragen.

Brückengleichrichter

AD305: Welche der folgenden Auswahlantworten enthält die richtige Diodenanordnung und Polarität eines Brückengleichrichters?

AD306: Wie groß ist die Spannung am Siebkondensator $C_{\textrm{S}}$ im Leerlauf, wenn die Netzwechselspannung von 230 V anliegt und das Windungsverhältnis 8:1 beträgt?

A: etwa 40 V

B: etwa 29 V

C: etwa 20 V

D: etwa 58 V

Vollweggleichrichter

AD307: Welche Gleichrichterschaltung erzeugt eine Vollweg-Gleichrichtung mit der angezeigten Polarität?

AD308: Welche Form hat die Ausgangsspannung der dargestellten Schaltung?

AD310: Welche Grundfrequenz hat die Ausgangsspannung eines Vollweggleichrichters, der an eine 50 Hz-Versorgung angeschlossen ist?

A: 50 Hz

B: 200 Hz

C: 25 Hz

D: 100 Hz

Restwelligkeit

AD309: Im folgenden Bild ist die Spannung am Ausgang einer Stromversorgung dargestellt. Die Restwelligkeit und die Brummfrequenz betragen ...

A: 3 V; 100 Hz

B: 13,5 V ±1,5 V; 100 Hz

C: 3 V; 50 Hz

D: 13,5 V ±1,5 V; 50 Hz

Schaltnetzteil I

Das im vorigen Kapitel vorgestellte Netzteil hat den Nachteil eines hohen Gewichts durch den Transformator und einen schlechten Wirkungsgrad aufgrund von Verlusten bei der Konstanthaltung der Ausgangsspannung.
Schaltnetzteile bringen die Eingangsspannung auf eine höhere Frequenz, wodurch kleinere Transformatoren eingesetzt werden können und bieten effizientere Wege die Ausgangsspannung konstant zu halten.

Details auch hier im Klasse A Kurs, wir konzentrieren uns auf die positiven Eigenschaften:

Hoher Wirkungsgrad
Geringes Gewicht
Geringes Volumen

ED302: Welche Eigenschaften hat ein Schaltnetzteil?

A: Hoher Wirkungsgrad, hohes Gewicht, geringes Volumen.

B: Hoher Wirkungsgrad, geringes Gewicht, großes Volumen.

C: Niedriger Wirkungsgrad, geringes Gewicht, geringes Volumen.

D: Hoher Wirkungsgrad, geringes Gewicht, geringes Volumen.

Aber: Wo Licht ist, ist auch Schatten.

Durch die hohen Frequenzen kann es zu hochfrequenten Störungen kommen, die besonders im Kurzwellenbereich stören.
Bei für den Amateurfunk konzipierten Netzgeräten ist das inzwischen kein Problem mehr, bei Netzgeräten in der Unterhaltungselektronik schon.

ED303: Welches ist der Hauptnachteil eines Schaltnetzteils ?

A: Ein Schaltnetzteil hat einen niedrigen Wirkungsgrad.

B: Ein Schaltnetzteil kann hochfrequente Störungen erzeugen.

C: Ein Schaltnetzteil kann keine so hohen Ströme abgeben.

D: Ein Schaltnetzteil hat hohe Verluste.

Schaltnetzteil II

AD311: Welche Funktion übernimmt der elektronische Schalter (Block E) des Schaltnetzteils?

A: Puls-Gleichrichter

B: Überspannungsableiter

C: Gleichrichter

D: Impulsbreitenmodulator

AD312: Was ist der Hauptnachteil des dargestellten Schaltnetzteils?

A: Der Transformator bewirkt hohe Verluste

B: Die Diode am Ausgang muss hohe Frequenzen gleichrichten.

C: Der elektronische Schalter in Block E erzeugt ein unerwünschtes Signalspektrum.

D: Der Brückengleichrichter erzeugt eine Spannung mit Restwelligkeit.

AD313: In einem Amateurfunkempfänger werden etwa alle 120 kHz unerwünschte Signale festgestellt. Dies ist wahrscheinlich zurückzuführen auf ...

A: unerwünschte Abstrahlungen eines Schaltnetzteils.

B: unerwünschte Abstrahlungen eines linearen Netzteils.

C: eine Amateurfunkstelle mit unzureichender Anpassung der Antenne.

D: einen schlecht entstörten Bürstenmotor.

AD314: Welche der dargestellten Schaltungen könnte in den Netzeingang eines Schaltnetzteils eingebaut werden, um eine Verbreitung von Störungen in das Stromversorgungsnetz zu verringern?

Spannungsstabilisierung

AD315: Wenn man folgendes Signal an den Eingang der gezeigten Schaltung anlegt, beträgt die Ausgangsspannung zwischen A und B ungefähr ...

A: 6,2 V.

B: 5,6 V.

C: 5 V.

D: 11,2 V.

AD316: Welche Beziehung muss zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung der folgenden Schaltung bestehen, damit der Linearspannungsregler IC1 eine stabilisierte Ausgangsspannung erzeugt?

A: Die Eingangsspannung muss kleiner als die gewünschte Ausgangsspannung sein.

B: Die Eingangsspannung muss größer als die gewünschte Ausgangsspannung sein.

C: Die Eingangsspannung muss mindestens doppelt so groß wie die gewünschte Ausgangsspannung sein.

D: Die Eingangsspannung muss gleich der gewünschten Ausgangsspannung sein

AD317: Bei dieser Schaltung mit einem 12 V-Festspannungsregler schwankt die Eingangsspannung zwischen 15 V und 18 V. Wie groß ist die Spannungsschwankung am Ausgang?

A: Die Spannungsschwankung beträgt nahezu null Volt.

B: Die Spannungsschwankung liegt zwischen 0,7 V und 3 V.

C: Die Spannungsschwankung beträgt ca. 0,7 V.

D: Die Spannungsschwankung beträgt ca. 3 V.

AD318: Wie groß ist die Verlustleistung im Linearspannungsregler IC1?

A: 5,0 W

B: 2,5 W

C: 7,9 W

D: 4,4 W

AD319: Ein linearer Spannungsregler stabilisiert eine Eingangsspannung von 13,8 V auf eine Ausgangsspannung von 9 V. Es fließt ein Ausgangsstrom von 900 mA. Wie groß ist die Verlustleistung im Spannungsregler?

A: 4,32 W

B: 8,10 W

C: 1,53 W

D: 12,42 W

AD320: Ein linearer Spannungsregler stabilisiert eine Eingangsspannung von 13,8 V auf eine Ausgangsspannung von 5 V. Es fließt ein Eingangsstrom von 455 mA und ein Ausgangsstrom von 450 mA. Wie groß ist der Wirkungsgrad?

A: 0,64

B: 0,36

C: 0,56

D: 0,99

AD321: Wie groß ist der Wirkungsgrad $\left(\eta = \dfrac{P_{\textrm{L}}}{P_{\textrm{IN}}}\right)$ der dargestellten Spannungsstabilisierung, wenn durch den Lastwiderstand $R_{\textrm{L}}$ = 470 Ω ein Strom von $I_{\textrm{L}}$ = 10 mA und durch die Z-Diode ein Strom $I_{\textrm{Z}}$ = 15 mA fließt.

A: 0,21

B: 0,14

C: 0,34

D: 0,17

Fernspeiseweiche

AD322: Zu welchem Zweck wird ein Bias-T (Fernspeiseweiche) eingesetzt?

A: Zur Übertragung von zwei unterschiedlichen Gleichspannungen über eine gemeinsame Leitung.

B: Zur Verteilung der Gleichspannung auf zwei unterschiedliche Geräte.

C: Zur Verteilung eines HF-Signals auf zwei Ausgänge.

D: Zur Gleichspannungsversorgung und HF-Signalübertragung über eine gemeinsame Leitung.

AD323: Was stellt die folgende Schaltung dar?

A: Bias-T

B: Netzfilter

C: PI-Filter

D: Bandsperre

AD324: Zu welchem Zweck dient $C_1$ in dem dargestellten Bias-T?

A: Zur Verbesserung des Tiefpass-Verhaltens.

B: Zur Siebung der Gleichspannung.

C: Zur HF-Trennung von RX und LNA.

D: Zur Trennung der Gleichspannung vom Empfängereingang.

AD325: Was ist bei der Dimensionierung der Spule in dem dargestellten Bias-T zu beachten?

A: Temperaturkoeffizient

B: Güte

C: Spannungsfestigkeit

D: Strombelastbarkeit

Sicherungen

Im Netzgerät und/oder in der Verbindungsleitung zum Transceiver gibt es sogenannte Feinsicherungen
Diese unterbrechen im Fehlerfall (Kurzschluss oder Überlastung) den Stromfluss

Nachdem eine Feinsicherung ausgelöst hat und man die Ursache behoben hat, muss man sie austauschen.
Defekte Sicherungen dürfen nur durch gleichartige ersetzt werden!
Dabei ist sowohl auf Stromstärke als auch die Auslösecharakteristik zu achten, die angibt, wie schnell eine Sicherung auslöst (flink, mittelträge, träge).

Auslösecharakteristik	Kennzeichen	Abschaltzeit bei zehnfachem Nennstrom
flink	F	max. 30 ms
mittelträge	MT	max. 90 ms
träge	T	max. 300 ms

EK204: Sie haben in ihren Kurzwellensender soeben einen Kurzschluss im Netzteil erfolgreich repariert. Durch den Fehler wurde auch die Feinsicherung für die Stromversorgung mit der Aufschrift 20 A „Flink“ zerstört. Beim Austausch dieser Sicherung ...

A: darf bei gleichem Stromwert auch eine Sicherung mit Auslösecharakteristik „Mittelträge“ oder „Träge“ eingesetzt werden.

B: darf der Stromwert auch größer als 20 A sein, es muß jedoch eine Sicherung mit Auslösecharakteristik „Flink“ eingesetzt werden.

C: sollte eine Sicherung gleichen Stromwertes und gleicher Auslösecharakteristik eingesetzt werden.

D: kann ersatzweise auch eine Drahtbrücke aus dünnem Kupferdraht eingesetzt werden.