Grundlegende Schaltungen

Navigationshilfe

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

Navigation

Zwischen den Folien und Abschnitten lässt sich mittels der Pfeiltasten hin- und herspringen, dazu lassen sich 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 Foliensatzes. Das hilft, sich zunächst einen Überblick zu verschaffen oder sich zu orientieren, wenn man das Gefüht 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 das Vollbild 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 der Präsenationsansicht gesynct.

Filter und Schwingkreise 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
$U_\text{A}$ ist dadurch sehr klein

1) Kurzbeschreibung: Diagramm mit einer horizontalen Achse „f“, einer vertikalen Achse „Leistung“, einer vertikalen Linie im linken Teil der Abbildung und einer Kurve, die von links zunächst entlang der Nulllinie verläuft und dann bis zur vertikalen Linie steil ansteigt und rechts der vertikalen Linie bis zum Ende der horizontalen Linie horizontal verläuft.

2) Ausführliche Beschreibung: Ein Koordinatensystem hat eine horizontale Achse mit der Beschriftung „f“ und eine vertikale Achse mit der Beschriftung „Leistung“. Im linken Teil der Abbildung ist eine gestrichelte vertikale Linie eingezeichnet. Eine Kurve verläuft von links zunächst entlang der Nulllinie und steigt dann bis zur vertikalen Linie steil an. Rechts der vertikalen Linie verläuft sie bis zum Ende der horizontalen Achse horizontal. — Abbildung NEAS-11.1.1: Filtercharakteristik eines Hochpass

1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit zwei horizontalen Leitern und jeweils einem Anschlusspunkt links und rechts; im oberen horizontalen Leiter ein Kondensator; rechts davon Ableitung über einen Widerstand zum unteren horizontalen Leiter; zwischen beiden Anschlusspunkten links ein vertikaler Pfeil nach unten („U_E“), rechts ein vertikaler Pfeil nach unten („U_A“).

2) Ausführliche Beschreibung: Die Abbildung besteht aus einem Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit zwei horizontalen Leitern und jeweils einem Anschlusspunkt links und rechts. Im oberen horizontalen Leiter ist ein Kondensator eingefügt. Rechts davon gibt es eine Ableitung über einen Widerstand zum unteren horizontalen Leiter. Zwischen beiden Anschlusspunkten links ist ein ein vertikaler Pfeil nach unten („U_E“) eingezeichnet, zwischen den beiden Anschlusspunkten rechts ist ein vertikaler Pfeil nach unten („U_A“) eingezeichnet. — Abbildung NEAS-11.1.2: Hochpass aus Kondensator und Widerstand

ED202: Wie wird die dargestellte Filtercharakteristik bezeichnet?

A: Tiefpass

B: Hochpass

C: Bandpass

D: Bandsperre

ED211: Was stellt die folgende Schaltung dar?

A: Bandpass

B: Hochpass

C: Sperrkreis

D: Tiefpass

ED212: Was stellt die folgende Schaltung dar?

A: Sperrkreis

B: Tiefpass

C: Bandpass

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
$U_\text{A}$ ist dadurch sehr groß

1) Kurzbeschreibung: Diagramm mit einer horizontalen Achse „f“, einer vertikalen Achse „Leistung“, einer vertikalen Linie im rechten Teil der Abbildung und einer Kurve, die von links bis zur vertikalen Linie horizontal verläuft, rechts davon steil nach unten abfällt und bis zum Ende der horizontalen Achse auf der Nulllinie verläuft.

2) Ausführliche Beschreibung: Ein Koordinatensystem hat eine horizontale Achse mit der Beschriftung „f“ und eine vertikale Achse mit der Beschriftung „Leistung“. Im rechten Teil der Abbildung ist eine gestrichelte vertikale Linie eingezeichnet. Eine horizontale Kurve verläuft links bis zur vertikalen Linie und fällt rechts davon steil nach unten ab. Am Ende verläuft sie bis zum Ende der horizontalen Achse auf der Nulllinie. — Abbildung NEAS-11.1.3: Filtercharakteristik eines Tiefpass

ED201: Wie wird die dargestellte Filtercharakteristik bezeichnet?

A: Bandpass

B: Tiefpass

C: Hochpass

D: Bandsperre

ED208: Was stellt die folgende Schaltung dar?

A: Tiefpass

B: Hochpass

C: Sperrkreis

D: Bandpass

ED209: Was stellt die folgende Schaltung dar?

A: Tiefpass

B: Hochpass

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)

1) Kurzbeschreibung: Diagramm mit einer horizontalen Achse „f“ und einer vertikalen Achse „Z“; in der Mitte eine schmale, V-förmige Kurve, deren Minimum nahe der Nulllinie liegt.

2) Ausführliche Beschreibung: Ein Koordinatensystem hat eine horizontale Achse mit der Beschriftung „f“ und eine vertikale Achse mit der Beschriftung „Z“. In der Mitte gibt es eine schmale, V-förmige Kurve, deren Minimum nahe der Nulllinie liegt. Es sind keine weiteren Beschriftungen oder Maße vorhanden. — Abbildung NEAS-11.1.5: Impedanzverlauf eines Serienschwingkreis

1) Kurzbeschreibung: Schaltplan mit zwei parallelen horizontalen Leitern. In der Mitte des oberen Leiters zweigt ein vertikaler Leiter mit einem Schaltzeichen für eine Spule und darunter für einen Kondensator ab. Dieser Leiter führt auf den unteren horizontalen Leiter. Beide horizontalen Leiter mit Anschlusspunkten jeweils am Anfang und am Ende. Im linken Teil der Abbildung ein vertikaler Pfeil mit der Beschriftung „U_E“, im rechten Teil ein vertikaler Pfeil mit der Beschriftung „U_A“.

2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan besteht aus zwei parallelen horizontalen Leitern. In der Mitte des oberen Leiters zweigt ein vertikaler Leiter mit einem Schaltzeichen bestehend aus vier nach rechts gerichteten Halbbögen (Spule) und darunter mit einem Schaltzeichen bestehend aus zwei horizontalen Strichen (Kondensator) ab. Dieser Leiter führt auf den unteren horizontalen Leiter. Beide horizontalen Leiter haben jeweils am Anfang und am Ende Anschlusspunkte. Im linken Teil der Abbildung ist ein vertikaler Pfeil mit der Beschriftung „U_E“ zu sehen, im rechten Teil ein vertikaler Pfeil mit der Beschriftung „U_A“. — Abbildung NEAS-11.1.6: Serienschwingkreis aus Kondensator und Spule

ED203: Wie wird die dargestellte Filtercharakteristik bezeichnet?

A: Bandsperre

B: Bandpass

C: Tiefpass

D: Hochpass

ED205: Der im folgenden Bild dargestellte Impedanzfrequenzgang ist typisch für ...

A: eine Kapazität.

B: einen Serienschwingkreis.

C: eine Induktivität.

D: einen Parallelschwingkreis.

ED215: Was stellt die folgende Schaltung dar?

A: Bandpass

B: Sperrkreis

C: Saugkreis

D: Tiefpass

Parallelschwingkreis

Es gibt eine Resonanzfrequenz, bei der der Wechselstromwiderstand (Impedanz) sehr hoch ist
Bandsperre, Sperrkreis

1) Kurzbeschreibung: Diagramm mit einer horizontalen Achse „f“ und einer vertikalen Achse „Z“; in der Mitte eine schmale Kurve mit umgekehrter V-Form, deren Anfang und Ende bis in die Nähe der Nulllinie reichen.

2) Ausführliche Beschreibung: Ein Koordinatensystem hat eine horizontale Achse mit der Beschriftung „f“ und eine vertikale Achse mit der Beschriftung „Z“. In der Mitte gibt es eine schmale Kurve mit umgekehrter V-Form, deren Anfang und Ende bis in die Nähe der Nulllinie reichen. Es sind keine weiteren Beschriftungen oder Maße vorhanden. — Abbildung NEAS-11.1.7: Impedanzverlauf eines Parallelschwingkreis

1) Kurzbeschreibung: Schaltplan mit zwei parallelen horizontalen Leitern; der obere mit einem Schaltzeichen für eine Spule und parallel dazu für einen Kondensator. Es besteht keine Verbindung zum unteren horizontalen Leiter. Beide horizontalen Leiter mit Anschlusspunkten jeweils am Anfang und am Ende. Im linken Teil der Abbildung ein vertikaler Pfeil mit der Beschriftung „U_E“, im rechten Teil ein vertikaler Pfeil mit der Beschriftung „U_A“.

2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan besteht aus zwei parallelen horizontalen Leitern. Der obere Leiter enthält ein Schaltzeichen bestehend aus vier nach oben gerichteten Halbbögen (Spule). Parallel dazu ist ein Leiter mit einem Schaltzeichen bestehend aus zwei vertikalen Strichen (Kondensator) eingezeichnet. Es besteht keine Verbindung zum unteren horizontalen Leiter. Beide horizontalen Leiter haben jeweils am Anfang und am Ende Anschlusspunkte. Im linken Teil der Abbildung ist ein vertikaler Pfeil mit der Beschriftung „U_E“ zu sehen, im rechten Teil ein vertikaler Pfeil mit der Beschriftung „U_A“. — Abbildung NEAS-11.1.8: Parallelschwingkreis aus Kondensator und Spule

ED204: Wie wird die dargestellte Filtercharakteristik bezeichnet?

A: Bandsperre

B: Bandpass

C: Tiefpass

D: Hochpass

ED206: Der im folgenden Bild dargestellte Impedanzfrequenzgang ist typisch für ...

A: einen Serienschwingkreis.

B: einen Kondensator.

C: einen Parallelschwingkreis.

D: eine Spule.

ED207: Wie verhält sich ein Parallelschwingkreis bei der Resonanzfrequenz?

A: Wie ein niederohmiger Widerstand.

B: Wie eine Spule mit sehr großer Induktivität.

C: Wie ein hochohmiger Widerstand.

D: Wie ein Kondensator mit sehr kleiner Kapazität.

ED214: Was stellt die folgende Schaltung dar?

A: Saugkreis

B: Bandpass

C: Tiefpass

D: Sperrkreis

Kondensatortyp

kein Elektrolyt, da diese nur bei Gleichspannung funktionieren
Keramik- oder Luftkondensatoren können für hohe Frequenzen eingesetzt werden

ED216: Welche Kondensatoren sollen vorzugsweise für HF-Filter verwendet werden?

A: Folienkondensatoren

B: Keramik- oder Luftkondensatoren

C: Aluminium-Elektrolytkondensatoren

D: Tantal-Elektrolytkondensatoren

Schwingkreis II

Grenzfrequenz

Bei Hoch- und Tiefpässen gilt für die Grenzfrequenz

Bei RL-Gliedern

$$R = X_\text{L}$$ $$f_\text{g} = \frac{R}{2 \pi \cdot L}$$

Bei RC-Gliedern

$$R = X_\text{C}$$ $$f_\text{g} = \frac{1}{2 \pi \cdot R \cdot C}$$

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

A: 154 Hz

B: 15,4 kHz

C: 1,54 kHz

D: 154 kHz

Lösungsweg

gegeben: $R = \qty{4,7}{\kilo\ohm}$
gegeben: $C = \qty{2,2}{\nano\farad}$
gesucht: $f_\text{g}$

$$f_\text{g} = \frac{1}{2 \pi \cdot R \cdot C} = \frac{1}{2 \pi \cdot \qty{4,7}{\kilo\ohm} \cdot \qty{2,2}{\nano\farad}} \approx \qty{15,4}{\kilo\hertz}$$

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

A: 339 kHz

B: 33,9 Hz

C: 339 Hz

D: 3,39 kHz

Lösungsweg

gegeben: $R = \qty{10}{\kilo\ohm}$
gegeben: $C = \qty{47}{\nano\farad}$
gesucht: $f_\text{g}$

$$f_\text{g} = \frac{1}{2 \pi \cdot R \cdot C} = \frac{1}{2 \pi \cdot \qty{10}{\kilo\ohm} \cdot \qty{47}{\nano\farad}} \approx \qty{339}{\hertz}$$

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 MOhm sehr hochohmig.

A: ca. 294 Hz

B: ca. 720 Hz

C: ca. 5 kHz

D: ca. 2,7 kHz

Lösungsweg

gegeben: $R_1 = \qty{4,7}{\kilo\ohm}$
gegeben: $C_1 = \qty{6,8}{\nano\farad}$
gesucht: $f_\text{g}$

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

$$f_\text{g} = \frac{1}{2 \pi \cdot R_1 \cdot C_1} = \frac{1}{2 \pi \cdot \qty{4,7}{\kilo\ohm} \cdot \qty{6,8}{\nano\farad}} \approx \qty{5}{\kilo\hertz}$$

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

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

1) Kurzbeschreibung: linker Teil: horizontaler Leiter mit jeweils einem Anschlusspunkt links und rechts; dazwischen Kondensator, Spule und Widerstand parallel geschaltet; rechter Teil: Diagramm mit einer horizontalen Achse „f“ und einer vertikalen Achse „|Z|“; steile, nach oben gerichtete Kurve mit Beginn und Ende an der Nulllinie.

2) Ausführliche Beschreibung: Die Abbildung besteht aus zwei Teilen. Links ist ein Schaltplan abgebildet, der aus einem horizontalen Leiter mit jeweils einem Anschlusspunkt links und rechts besteht. Dazwischen sind ein Kondensator, eine Spule und ein Widerstand parallel geschaltet. Rechts ist ein Koordinatensystem mit einer horizontalen Achse „f“ und einer vertikalen Achse „|Z|“ abgebildet. Das Diagramm zeigt eine steile, nach oben gerichtete Kurve mit spitzem Maximum, die an der Nulllinie beginnt und endet. — Abbildung NEAS-11.2.1: 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

Oder Serienschwingkreis
Theoretisch ist die Impedanz bei Resonanzfrequenz $\qty{0}{\ohm}$
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: gleich dem induktiven Widerstand $X_{\textrm{L}}$.

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

D: unendlich hoch.

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

Resonanzfall

Für Parallel- und Reihenschwingkreis:

$$X_\text{C} = X_\text{L}$$

Impedanzen sind gleich groß.

Resonanzfrequenz mit Thomsonsche Schwingkreisformel:

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

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 Ohm?

A: 557 kHz

B: 5,57 MHz

C: 55,7 MHz

D: 557 MHz

Lösungsweg

gegeben: $L = \qty{1,2}{\micro\henry}$
gegeben: $C = \qty{6,8}{\pico\farad}$
gegeben: $R = \qty{10}{\ohm}$
gesucht: $f_0$

$$\begin{split} f_0 &= \frac{1}{2 \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}}\\ &= \frac{1}{2 \pi \cdot \sqrt{\qty{1,2}{\micro\henry} \cdot \qty{6,8}{\pico\farad}}} \approx \qty{55,7}{\mega\hertz} \end{split}$$

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 kOhm?

A: 15,92 MHz

B: 15,92 kHz

C: 1,592 MHz

D: 159,2 kHz

Lösungsweg

gegeben: $L = \qty{10}{\micro\henry}$
gegeben: $C = \qty{1}{\nano\farad}$
gesucht: $f_0$

$$\begin{split} f_0 &= \frac{1}{2 \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}}\\ &= \frac{1}{2 \pi \cdot \sqrt{\qty{10}{\micro\henry} \cdot \qty{1}{\nano\farad}}} \approx \qty{1,592}{\mega\hertz} \end{split}$$

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 Ohm?

A: 1,59 kHz

B: 15,9 kHz

C: 1590 kHz

D: 159 kHz

Lösungsweg

gegeben: $L = \qty{100}{\micro\henry}$
gegeben: $C = \qty{0,01}{\micro\farad}$
gesucht: $f_0$

$$\begin{split} f_0 &= \frac{1}{2 \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}}\\ &= \frac{1}{2 \pi \cdot \sqrt{\qty{100}{\micro\henry} \cdot \qty{0,01}{\micro\farad}}} \approx \qty{159}{\kilo\hertz} \end{split}$$

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 kOhm?

A: 14,34 MHz

B: 1,434 MHz

C: 143,4 kHz

D: 143,4 MHz

Lösungsweg

gegeben: $L = \qty{2,2}{\micro\henry}$
gegeben: $C = \qty{56}{\pico\farad}$
gesucht: $f_0$

$$\begin{split} f_0 &= \frac{1}{2 \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}}\\ &= \frac{1}{2 \pi \cdot \sqrt{\qty{2,2}{\micro\henry} \cdot \qty{56}{\pico\farad}}} \approx \qty{14,34}{\mega\hertz} \end{split}$$

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 kHz

B: 1,077 MHz

C: 10,77 kHz

D: 107,7 kHz

Lösungsweg

gegeben: $C_1 = \qty{0,1}{\nano\farad}$
gegeben: $C_2 = \qty{1,5}{\nano\farad}$
gegeben: $C_3 = \qty{220}{\pico\farad}$
gegeben: $L = \qty{1,2}{\milli\henry}$
gesucht: $f_0$

$$C = C_1 + C_2 + C_3 = \qty{0,1}{\nano\farad} + \qty{1,5}{\nano\farad} + \qty{220}{\pico\farad} = \qty{1,82}{\nano\farad}$$

$$\begin{split} f_0 &= \frac{1}{2 \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}}\\ &= \frac{1}{2 \pi \cdot \sqrt{\qty{1,2}{\milli\henry} \cdot \qty{1,82}{\nano\farad}}} \approx \qty{107,7}{\kilo\hertz} \end{split}$$

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: Spule zusammenschieben

B: Ferritkern in die Spule einführen

C: Kleineren Spulenwert verwenden

D: Anzahl der Spulenwindungen erhöhen

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

A: Größeren Kondensatorwert verwenden

B: Spule zusammenschieben

C: Größeren Spulenwert verwenden

D: Anzahl der Spulenwindungen verringern

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

A: Kleineren Spulenwert verwenden

B: Größeren Kondensatorwert verwenden

C: Anzahl der Spulenwindungen verringern

D: Spule auseinanderziehen

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

A: Kleineren Kondensatorwert verwenden

B: Spule auseinanderziehen

C: Kleineren Spulenwert verwenden

D: Spule zusammenschieben

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

A: Kleineren Spulenwert verwenden

B: Ferritkern in die Spule einführen

C: Spule auseinanderziehen

D: Kleineren Kondensatorwert verwenden

Spannungsgesteuerter Schwingkreis

1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit einem horizontalen Leiter unten und einer Spannungsquelle links, einem einstellbaren Widerstand (Potentiometer; oberes Ende mit „X“ beschriftet) mit Schleifkontakt nach rechts, einem in Reihe liegenden Widerstand und einer Verzweigung: nach oben über einen Kondensator und eine Spule zum horizontalen Leiter, nach unten über eine Diode zum horizontalen Leiter.

2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält einen rechteckigen Schaltkreis mit einem horizontalen Leiter unten und einer vertikal eingezeichneten Spannungsquelle links (längere Linie oben, kürzere Linie unten). Parallel dazu liegt ein einstellbarer Widerstand (Potentiometer), dessen oberes Ende mit „X“ markiert ist. Der Schleifkontakt führt nach rechts über einen Widerstand zu einem Verzweigungspunkt. Nach oben führt ein Leiter über einen Kondensator zu einer Spule und weiter nach unten zum horizontalen Leiter. Vom Verzweigungspunkt nach unten ist eine Diode (nach oben zeigendes Dreieck mit Querstrich an der Dreiecksspitze) angeschlossen. Neben ihr ist das Schaltzeichen für einen Kondensator eingezeichnet. — Abbildung NEAS-11.2.3: 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 sinkt.

C: Die Frequenz des Schwingkreises steigt.

D: Die Frequenz des Schwingkreises ändert sich nicht.

Bandpassfilter

1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit zwei horizontalen Leitern, einem Kondensator und einer Spule in Reihe geschaltet im oberen horizontalen Leiter sowie davor und dahinter einem Kondensator mit parallel geschalteter Spule zwischen beiden horizontalen Leitern.

2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält einen rechteckigen Schaltkreis mit zwei horizontalen Leitern mit jeweils einem Anschlusspunkt rechts und links. Im oberen horizontalen Leiter befinden sich ein Kondensator und eine Spule in Reihe geschaltet. Davor und dahinter gibt es jeweils einen Kondensator mit parallel geschalteter Spule, die beide horizontalen Leiter miteinander verbinden. — Abbildung NEAS-11.2.4: 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 eine Bandsperre. Frequenzen oberhalb der oberen Grenzfrequenz und Frequenzen unterhalb der unteren Grenzfrequenz werden durchgelassen. Sie bedämpft nur einen bestimmten Frequenzbereich.

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

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

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 $\qty{-3}{\dB}$-Wert
Halbe Leistung eines Signals kann noch das Filter passieren
Oder die $\num{0,7}$-fache Signalspannung

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

A: Etwa 4,0 kHz

B: Etwa 6,0 kHz

C: Etwa 2,5 kHz

D: Etwa 6,5 kHz

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

A: 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.

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

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 $\qty{500}{\hertz}$ für Telegrafie (CW)
Breitbandig mit $\qty{2,7}{\kilo\hertz}$ 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: FM.

C: AM.

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 ($X_\text{L} = X_\text{C}$)

Reihenschwingkreis

$$Q = \frac{f_0}{B} = \frac{X_\text{L}}{R_\text{S}}$$

Parallelschwingkreis

$$Q = \frac{f_0}{B} = \frac{R_\text{P}}{X_\text{L}}$$

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

A: 100

B: 1

C: 0,1

D: 10

Lösungsweg

gegeben: $L = \qty{100}{\micro\henry}$
gegeben: $C = \qty{0,01}{\micro\farad}$

gegeben: $R_\text{S} = \qty{10}{\ohm}$
gesucht: $Q$

$$\begin{split} f_0 &= \frac{1}{2 \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}}\\ &= \frac{1}{2 \pi \cdot \sqrt{\qty{100}{\micro\henry} \cdot \qty{0,01}{\micro\farad}}} \approx \qty{159,2}{\kilo\hertz} \end{split}$$

$B$ oder $X_\text{L}$ ausrechnen

$$\begin{split} X_\text{L} &= \omega \cdot L = 2 \pi \cdot f_0 \cdot L\\ &= 2 \pi \cdot \qty{159,2}{\kilo\hertz} \cdot \qty{100}{\micro\henry} \approx \qty{100,03}{\ohm} \end{split}$$

$$Q = \frac{X_\text{L}}{R_\text{S}} = \frac{\qty{100,03}{\ohm}}{\qty{10}{\ohm}} \approx 10$$

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

A: 15

B: 5

C: 50

D: 0,2

Lösungsweg

gegeben: $L = \qty{2,2}{\micro\henry}$
gegeben: $C = \qty{56}{\pico\farad}$

gegeben: $R_\text{P} = \qty{1}{\kilo\ohm}$
gesucht: $Q$

$$\begin{split} f_0 &= \frac{1}{2 \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}}\\ &= \frac{1}{2 \pi \cdot \sqrt{\qty{2,2}{\micro\henry} \cdot \qty{56}{\pico\farad}}} \approx \qty{14,34}{\mega\hertz} \end{split}$$

$B$ oder $X_\text{L}$ ausrechnen

$$\begin{split} X_\text{L} &= \omega \cdot L = 2 \pi \cdot f_0 \cdot L\\ &= 2 \pi \cdot \qty{14,34}{\mega\hertz} \cdot \qty{2,2}{\micro\henry} \approx \qty{198,2}{\ohm} \end{split}$$

$$Q = \frac{R_\text{P}}{X_\text{L}} = \frac{\qty{1}{\kilo\ohm}}{\qty{198,2}{\ohm}} \approx 5$$

Bandbreite berechnen

Über Resonanzfrequenz und Güte

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

Oder eingesetzt mit der Thomsonschen Schwingkreisformel

Reihenschwingkreis

$$B = \frac{R_\text{S}}{2 \pi \cdot L}$$

Parallelschwingkreis

$$B = \frac{1}{2 \pi \cdot R_\text{P} \cdot C}$$

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

A: 2,84 MHz

B: 284 kHz

C: 28,4 MHz

D: 28,4 kHz

Lösungsweg

gegeben: $L = \qty{2,2}{\micro\henry}$
gegeben: $C = \qty{56}{\pico\farad}$
gegeben: $R_\text{P} = \qty{1}{\kilo\ohm}$
gesucht: $B$

$$\begin{split} B &= \frac{1}{2 \pi \cdot R_\text{P} \cdot C}\\ &= \frac{1}{2 \pi \cdot \qty{1}{\kilo\ohm} \cdot \qty{56}{\pico\farad}} \approx \qty{2,84}{\mega\hertz} \end{split}$$

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

A: 159 Hz

B: 159 kHz

C: 1,59 kHz

D: 15,9 kHz

Lösungsweg

gegeben: $L = \qty{100}{\micro\henry}$
gegeben: $C = \qty{0,01}{\micro\farad}$
gegeben: $R_\text{S} = \qty{10}{\ohm}$
gesucht: $B$

$$B = \frac{R_\text{S}}{2 \pi \cdot L} = \frac{\qty{10}{\ohm}}{2 \pi \cdot \qty{100}{\micro\henry}} \approx \qty{15,9}{\kilo\hertz}$$

Kopplung

1) Kurzbeschreibung: Zwei LC-Schaltungen nebeneinander mit dem Buchstaben M zwischen den Spulen sowie ein Diagramm U_2 über f mit vier Kurven (a bis d) um die Frequenz f_m.

2) Ausführliche Beschreibung: Die Abbildung besteht aus zwei Teilen: zwei identischen LC-Schaltungen und einem Diagramm. Jede der beiden Schaltungen im linken Teil besteht aus jeweils einer Spule und einem Kondensator. Beide haben jeweils oben und unten einen Anschlusspunkt links (linke Schaltung) bzw. rechts (rechte Schaltung). Beide Schaltungen sind spiegelbildlich zueinander mit den Spulen in der Mitte angeordnet, Kondensator und Spule sind somit parallelgeschaltet. Links neben der linken Schaltung steht „U_1“ mit einem Pfeil nach unten, rechts neben der rechten Schaltung „U_2“ mit einem Pfeil nach unten. Zwischen den beiden Spulen steht der Buchstabe „M“. Im rechten Teil der Abbildung befindet sich ein Koordinatensystem mit einer horizontalen Achse „f“ und einer vertikalen Achse „U_2“. Durch das Diagramm verläuft in der Mitte eine gestrichelte vertikale Linie, unten mit „f_m“ beschriftet. Im Diagramm sind vier Kurven eingezeichnet, die links mit „a“, „b“, „c“, „d“ gekennzeichnet (von oben nach unten). Die Kurven liegen symmetrisch um die gestrichelte Linie. Die Höhe und Breite der Kurven nehmen von oben nach unten ab. Kurve „a“ besitzt zwei Maxima mit einer Einbuchtung in der Mitte, Kurve „b“ nur ein Maximum. — Abbildung NEAS-11.2.5: 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

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 b ist die Kopplung loser als bei der Kurve d.

B: Bei der Kurve b 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 a 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 c zeigt kritische, die Kurve b zeigt überkritische Kopplung.

C: Die Kurve a 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 Ausgangsspannung des Bandfilters das 0,707-fache der Eingangsspannung erreicht.

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

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

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

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-Hochpass gefiltert wird.

B: mittels LC-Tiefpass gefiltert wird.

C: durch einen hochstabilen Quarz bestimmt wird.

D: von einer Spule und einem Kondensator als Schwingkreis 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 Schwingungen reißen sofort ab.

B: Die Frequenz wird höher.

C: Die Frequenz bleibt stabil.

D: Die Frequenz wird niedriger.

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

A: Die Frequenz bleibt stabil.

B: Die Frequenz wird höher.

C: Die Schwingungen reißen sofort ab.

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 bleibt stabil.

B: Die Frequenz wird höher.

C: Die Frequenz wird niedriger.

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 wird niedriger.

C: Die Frequenz bleibt stabil.

D: Die Frequenz wird höher.

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 Amplitude der Oszillatorfrequenz schwankt langsam.

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

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

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 verstärkt wird.

C: durch einen Quarz bestimmt 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: 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 durch ein Metallgehäuse abgeschirmt werden.

B: Er sollte niederohmig HF-entkoppelt sein.

C: Die Speisespannung sollte ungesiebt 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: quarzstabilisierter Referenzoszillator.

B: Oszillator, der mittels eines Drehkondensators abgestimmt wird.

C: variabler Quarzoszillator.

D: spannungsgesteuerter Oszillator.

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: Frequenzsynthese führen.

B: Frequenzinstabilität führen.

C: Mehrwegeausbreitung 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 möglichst gut thermisch isoliert zu anderen Wärmequellen im Gerät sein.

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

C: Er sollte auf einem eigenen Kühlkörper montiert sein.

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

AD602: Unter einem TCXO versteht man einen ...

A: temperaturkompensierten Quarzoszillator.

B: temperaturkompensierten LC-Oszillator.

C: Oszillator, der auf konstanter Temperatur gehalten wird.

D: kapazitiv abgestimmten Quarzoszillator.

AD603: Wie nennt man einen temperaturkompensierten Quarzoszillator?

A: OCXO

B: VFO

C: VCO

D: TCXO

AD605: Welcher der angegebenen Oszillatoren hat die größte Frequenzstabilität?

A: OCXO

B: VCO

C: TCXO

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: LC-Oszillator

B: VCO

C: RC-Oszillator

D: TCXO

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 niedrige Langzeitstabilität durch ein internes Referenzsignal.

D: Er hat eine hohe Kurz- und 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: Die durch die PA hervorgerufenen HF-Überlagerungen auf der VFO-Stromversorgung müssen mit einem Hochpass gefiltert werden.

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

C: Sie muss möglichst direkt an die Spannungsversorgung der PA angekoppelt 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: Stabilisierte Wechselspannung

B: Spannungsstabilisierte Gleichspannung

C: Unmittelbare Stromzufuhr vom Gleichrichter

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 in einem verlustarmen Teflongehäuse untergebracht sein.

C: Er sollte in einem Pertinaxgehäuse untergebracht sein.

D: Er sollte mit einer unstabilisierten Wechselspannung versorgt werden.

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 Betriebsspannungsänderungen des Oszillators bei der Tastung.

B: Durch zu steile Flanken des Tastsignals.

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

D: Durch zu schnelle Tastung der Treiberstufe.

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: 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.

B: 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.

C: 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.

D: 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.

1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit vier parallelen horizontalen Leitern, einem NPN-Transistor, links ein LC-Schwingkreis, in der Mitte ein kapazitiver Teiler, Koppelkondensatoren und Widerstände.

2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält einen rechteckigen Schaltkreis mit vier parallelen horizontalen Leitern und einem NPN-Transistor im rechten Teil. Der untere horizontale Leiter hat am rechten Ende einen mit „–“ bezeichneten Anschlusspunkt. Im linken, vertikalen Teil der Schaltung befindet sich eine Spule mit einem parallel geschalteten verstellbaren Kondensator. Dazu parallel geschaltet sind zwei in Reihe liegende Kondensatoren. Alle diese Bauteile verbinden den unteren horizontalen Leiter mit dem dritten horizontalen Leiter von unten. Zwischen den beiden in Reihe liegenden Kondensatoren zweigt der zweite horizontale Leiter von unten nach rechts ab. Er führt zu einem Verbindungspunkt mit dem Emitter des Transistors und weiter über einen Kondensator an einen Anschlusspunkt. Der dritte horizontale Leiter von unten führt nach rechts über einen Kondensator zu einem Verknüpfungspunkt mit der Basis des Transistors. Von hier geht ein vertikaler Leiter nach unten über einen Widerstand zum unteren horizontalen Leiter und nach oben über einen weiteren Widerstand zum vierten horizontalen Leiter von unten. Dieser Leiter ist links über einen Kondensator mit Masse verbunden. Nach rechts führt der Leiter zu einem Verbindungspunkt mit dem Kollektor des Transistors wie auch über einen Widerstand zu einem Anschlusspunkt mit der Beschriftung „+“. — Abbildung NEAS-11.8.1: 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 Emitterschaltung.

C: einen Hochfrequenzverstärker in Kollektorschaltung.

D: einen kapazitiv rückgekoppelten Dreipunkt-Oszillator.

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

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

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

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1) Kurzfassung: Schaltplan mit einem NPN-Transistor, einer Spule zur mit “+” gekennzeichneten Versorgung, mehreren Kondensatoren (inklusive variablem Kondensator), einem Quarz, zwei Widerständen, Masse und zwei offenen Anschlüssen.

2) Detailbeschreibung: Oben verläuft eine horizontale Leitung; rechts oben ist eine Spule (Induktivität) eingezeichnet, deren rechtes Ende zu einem kleinen offenen Anschluss mit der Markierung “+” führt. Vom rechten oberen Knoten führt eine senkrechte Leitung nach unten zum Transistor-Kollektor. Der Transistor ist im Kreis gezeichnet, mit Basis nach links, Kollektor nach oben und Emitter nach unten; der Pfeil am Emitter zeigt nach außen (NPN). Von der Basis geht eine horizontale Leitung nach links; von diesem Basisknoten führt ein Widerstand senkrecht nach oben zur oberen Leitung. Ebenfalls vom Basisknoten geht nach links ein kurzer Horizontalzweig zu einem Quarzsymbol (Rechteck zwischen zwei Platten); der Quarz liegt in einer linken senkrechten Nebenleitung, in der von oben nach unten ein Kondensator, darunter der Quarz und darunter ein variabler Kondensator (Platten mit diagonaler Pfeilmarkierung) angeordnet sind. Diese linke Nebenleitung ist unten mit der unteren Hauptleitung verbunden. Vom Basisknoten führt außerdem eine senkrechte Leitung nach unten über zwei in Serie gezeichnete Kondensatoren zu einem unteren Knoten. In der Mitte unten verläuft eine horizontale Leitung; dort befindet sich ein Masse-Symbol. Vom Emitter des Transistors geht ein Widerstand nach unten zu dieser Masseleitung. Am mittleren Knoten (auf Höhe der Basis/Emitter-Verbindungsstelle) ist rechts ein Koppelkondensator eingezeichnet, der zu einem kleinen offenen Anschluss nach rechts führt. Ganz rechts unten endet die untere Leitung ebenfalls in einem kleinen offenen Anschluss. Verbindungsstellen sind als schwarze Punkte markiert. — Abbildung NEAS-11.8.2: 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: Emitterschaltung. Der Quarz wird in Serienresonanz betrieben.

C: Emitterschaltung. Der Quarz wird in Parallelresonanz 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 ein passives Notchfilter angeschlossen sein.

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

C: Er sollte an ein passives Hochpassfilter angeschlossen sein.

D: Er sollte an eine Pufferstufe angeschlossen sein.

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

A: Schaltungspunkt C

B: Schaltungspunkt B

C: Schaltungspunkt D

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: 2 angelegt werden.

B: 4 angelegt werden.

C: 3 angelegt werden.

D: 1 angelegt werden.

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

A: Es gibt keine Auswirkungen.

B: Die Oszillatorfrequenz verändert sich.

C: Der Quarz wird überlastet.

D: Der Transistor wird überlastet.

Direkte digitale Synthese

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Kurzfassung: Blockdiagramm eines digitalen Signalwegs mit den Blöcken „Taktgenerator“, „Adresszähler“, „Sinus‑Tabelle“, „Register“ und „D/A Umsetzer“, mit Pfeilen von links nach rechts, einem oberen Rückführpfad und der rechts stehenden Beschriftung „f_out“.

Detailbeschreibung: Links steht ein Rechteck mit einem Rechtecksignal-Symbol (mehrere Taktflanken); links daneben ist senkrecht der Text „Taktgenerator“ gesetzt. Vom rechten Rand dieses Blocks führt eine horizontale Leitung nach rechts; kurz danach befindet sich ein kleiner, ausgefüllter Knotenpunkt. An diesem Knoten setzt oben eine dünne Leitung an, die nach oben führt, sich nach rechts erstreckt und später wieder nach unten zurückgeführt ist (oberer Rückführpfad). Auf der Hauptlinie folgt ein Rechteck mit der Aufschrift „+1“; senkrecht daneben steht „Adresszähler“. Danach liegt auf der Verbindung ein schräger Strich „/“ als Bus-Markierung; darüber steht „N“, darunter senkrecht „Bits“. Es folgt ein Rechteck mit einem kleinen Koordinatenachsen-Symbol und einer Sinuskurve mit Pfeilen; daneben senkrecht die Beschriftung „Sinus‑Tabelle“. Daran schließt sich ein schmales Rechteck mit einem nach rechts zeigenden Dreieckssymbol an. Danach kommt ein weiteres Rechteck mit der senkrechten Beschriftung „Register“. Es folgt ein Rechteck mit diagonaler Trennlinie; in den beiden Dreiecksflächen stehen die Buchstaben „D“ (oben) und „A“ (unten); senkrecht daneben steht „D/A Umsetzer“. Von dort führt ein Pfeil nach rechts zu der kursiv gesetzten Beschriftung „f_out“. Alle Verbindungen sind als Pfeile in Flussrichtung von links nach rechts gezeichnet. — Abbildung NEAS-11.9.1: 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

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: VFO (Variable Frequency Oszillator)

B: VCO (Voltage Controlled Oszillator)

C: DDS (Direct Digital Synthesis)

D: PLL (Phase Locked Loop)

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

1) Kurzbeschreibung: Blockschaltbild mit zwei parallelen horizontalen Leitern, im oberen Leiter Signalfluss von links nach rechts: Oszillator, Anschlusspunkt „A“ von oben, mit „φ“ bezeichneter Block, Filter, VCO, Anschlusspunkt „Ausgang“; im unteren Leiter Signalfluss von rechts nach links: vom VCO ausgehend, Anschlusspunkt „C“, Block mit „:n“, Anschlusspunkt „B“, Verbindung zum Block mit „φ“.

2) Ausführliche Beschreibung: Gezeigt ist ein Blockschaltbild aus mehreren, mit zwei horizontalen Leitern verbundenen Baugruppen. Im oberen horizontalen Leiter gibt es einen Signalfluss von links nach rechts. Ganz links befindet sich ein Block mit der Aufschrift „G“, drei wellenförmigen Linien und einem kleinen Rechteck mit je einer Linie darüber und darunter (Oszillator). Es folgt ein nach oben herausgeführter Anschlusspunkt „A“, danach ein mit „φ“ beschrifteter Block und ein Block mit drei Wellenlinien, von denen die beiden oberen durchgestrichen sind (Filter). Rechts davon gibt es einen Block „VCO“ mit einem Anschlusspunkt „Ausgang“. Im unteren horizontalen Leiter verläuft der Signalfluss von rechts nach links. Zunächst gibt es einen vertikalen Abzweig aus dem „VCO“-Block, der unten in den unteren horizontalen Leiter mündet und mit einem Anschlusspunkt „C“ verbunden ist. Es folgt nach links ein Block „:n“ und ein weiterer Anschlusspunkt „B“. Von hier geht der untere horizontale Leiter wieder vertikal zum „φ“-Block. — Abbildung NEAS-11.10.1: 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 VCO, einen Hochpass und einen Phasenvergleicher

B: Einen Phasenvergleicher, einen Tiefpass und einen Frequenzteiler

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

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

D: Die Frequenzen an den Punkten A und C 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 des spannungsgesteuerten Oszillators (VCO).

B: den Eigenschaften der eingesetzten Frequenzteiler.

C: den Eigenschaften des eingesetzten Quarzgenerators.

D: den Eigenschaften des eingesetzten Phasenvergleichers.

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: 12,5 kHz

B: 1,25 kHz

C: 25 kHz

D: 11,64 Hz

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 857

C: 960 bis 1120

D: 300 bis 857

Lösungsweg

gegeben: $f_\text{Osc} = \qty{12,5}{\kilo\hertz}$
gegeben: $f_\text{Out,low} = \qty{12,000}{\mega\hertz}$
gegeben: $f_\text{Out,high} = \qty{14,000}{\mega\hertz}$
gesucht: $n$

Bei $f_{Out,low} = \qty{12,000}{\mega\hertz}$:

$$n = \frac{f_\text{Out,low}}{f_\text{Osc}} = \frac{\qty{12,000}{\mega\hertz}}{\qty{12,5}{\kilo\hertz}} = 960$$

Bei $f_\text{Out,high} = \qty{14,000}{\mega\hertz}$:

$$n = \frac{f_\text{Out,high}}{f_\text{Osc}} = \frac{\qty{14,000}{\mega\hertz}}{\qty{12,5}{\kilo\hertz}} = 1120$$

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

1) Kurzbeschreibung: Blockschaltbild mit Signalfluss von links nach rechts: Oszillator, drei Vervielfacher in Reihe, PA.

2) Ausführliche Beschreibung: Gezeigt ist ein Blockschaltbild aus mehreren, mit einer horizontalen Linie verbundenen Baugruppen. Ganz links befindet sich ein Block mit der Aufschrift „G“, drei wellenförmigen Linien und einem kleinen Rechteck mit je einer Linie darüber und darunter (Oszillator). Es schließt sich ein Block mit einem Schrägstrich und der Aufschrift „f“ (oben links) und „2 f“ (unten rechts) (Frequenzvervielfacher) an. Ein zweiter Frequenzvervielfacher mit der Aufschrift „3 f“ (unten rechts) und ein dritter Frequenzvervielfacher mit der Aufschrift „2 f“ (unten rechts) folgen. Ganz rechts befindet sich ein Block mit einem nach rechts zeigenden Dreieck (Verstärker) und der Beschriftung „PA“. Weitere Beschriftungen sind nicht vorhanden. — Abbildung NEAS-11.11.1: 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: 12,1 MHz

C: 24,2 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: 4,272 MHz

B: 3,560 MHz

C: 7,120 MHz

D: 5,340 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: 7,02 MHz

B: 28,08 MHz

C: 14,04 MHz

D: 21,06 MHz

Frequenzvervielfacher II

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1) Kurzzusammenfassung: Schaltplan mit Transistor BF 224, Eingangsanschluss „96 MHz“, Ausgangsanschluss „288 MHz“, Versorgung „+“/„-“, sowie Widerständen, Kondensatoren, zwei gekoppelten Spulen (Transformator) und mehreren Massepunkten.

2) Detaillierte Beschreibung: Links ist ein offener Anschluss mit der Beschriftung „96 MHz“, der über einen Kondensator „6,9 pF“ zu einem Knoten führt. Von diesem Knoten geht ein Widerstand „3,3 kΩ“ senkrecht nach unten zur gemeinsamen Masse-Schiene am unteren Rand. Der Knoten ist außerdem mit der Basis eines Transistors in einem Kreis mit der Beschriftung „BF 224“ verbunden. Vom Emitter des Transistors führt ein Widerstand „330 Ω“ nach unten zur Masse; parallel dazu ist rechts ein Kondensator „1 nF“ vom Emitter zur Masse eingezeichnet. Der Kollektor führt nach oben zu einem Knoten, der einerseits nach oben zur Versorgung geht (dort ein Kondensator „1 nF“ nach Masse und in Serie eine liegende Spule zum Anschluss „+“) und andererseits nach rechts zum oberen Ende einer links stehenden Spule eines Transformator-Symbols (zwei benachbarte Spulen mit Koppelstrich dazwischen); das untere Ende dieser linken Spule geht zur Masse. Vom Kollektor-Knoten führen zudem zwei verstellbare Kondensatoren (Symbol mit schräger Platte) nach unten zur Masse. Rechts davon befindet sich die zweite, gekoppelte Spule: Ein Abgriff in ihrer Mitte ist nach rechts zu einem offenen Anschluss mit der Beschriftung „288 MHz“ geführt; der andere Anschluss der Spule ist über eine hochgezogene Leiterbahn nach unten mit der Masse-Schiene verbunden. Am unteren Rand verläuft durchgehend eine gemeinsame Masse-Leitung mit mehreren schwarzen Verbindungspunkten; am rechten Ende ist sie mit „-“ beschriftet. — Abbildung NEAS-11.12.1: 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: Selbstschwingende Mischstufe

B: Oszillator

C: Frequenzvervielfacher

D: Frequenzteiler

AF311: Nach welchem Prinzip arbeitet die analoge Frequenzvervielfachung?

A: Das jeweils um plus und minus 90 ° phasenverschobene Signal wird einem multiplikativen Mischer 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 Signal wird gefiltert und einem Ringmischer 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 sehr gut gekühlt werden.

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

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 $\cdot 2 \cdot 3 \cdot 3 \cdot 2$

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

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

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

Lösungsweg

gegeben: $f_\text{Sender} = \qty{432}{\mega\hertz}$
gegeben: $f_\text{Grund} = \qty{12}{\mega\hertz}$
gegeben: $f_\text{QRM} = \qty{144}{\mega\hertz}$
gesucht: Vervielfachungskombination

$$n = \frac{f_\text{Sender}}{f_\text{QRM}} = \frac{\qty{432}{\mega\hertz}}{\qty{144}{\mega\hertz}} = 3$$

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:

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

Mischer

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

$$f_\text{a1} = f_\text{e1} + f_\text{e2}$$ $$f_\text{a2} = |f_\text{e1} - f_\text{e2}|$$

1) Kurzbeschreibung: Blockschaltbild aus einer Baugruppe mit Signalfluss von links nach rechts: Mischer mit zwei Eingängen und einem Ausgang.

2) Ausführliche Beschreibung: Gezeigt ist ein Blockschaltbild aus einer einzigen Baugruppe und einem Signalfluss von links nach rechts. In der Mitte steht ein Block mit einem diagonalen Kreuz im Kreis (Mischer). Ein Pfeil von links ist mit „21 MHz“ beschriftet, ein Pfeil von unten mit „31,7 MHz“. Ein aus dem Mischer nach rechts zeigender Pfeil ist mit „? MHz“ beschriftet. — Abbildung NEAS-11.13.1: Mischer mit zwei Eingangsfrequenzen

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

A: 10,7 MHz und 52,7 MHz

B: 21,4 MHz und 105,4 MHz

C: 42 MHz und 63,4 MHz

D: 21 MHz und 63,4 MHz

Lösungsweg

Gegeben: $f_{e1} = \qty{21}{\mega\hertz}$, $f_{e2} = \qty{31,7}{\mega\hertz}$
Lösung:

$$\begin{split}f_{a1} &= \qty{21}{\mega\hertz} + \qty{31,7}{\mega\hertz}\\ &= \qty{52,7}{\mega\hertz}\end{split}$$ $$\begin{split}f_{a2} &= |\qty{21}{\mega\hertz} - \qty{31,7}{\mega\hertz}|\\ &= |\qty{-10,7}{\mega\hertz}|\\ &= \qty{10,7}{\mega\hertz}\end{split}$$

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: 30 MHz und 39 MHz

B: 9 MHz und 69 MHz

C: 39 MHz und 69 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: 9 MHz und 281 MHz

B: 127 MHz und 154 MHz

C: 118 MHz und 163 MHz

D: 272 MHz und 290 MHz

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

A: 154 MHz und 281 MHz

B: 272 MHz und 290 MHz

C: 127 MHz und 154 MHz

D: 9 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 möglichst lose mit dem VFO gekoppelt sein.

B: Sie sollte gut abgeschirmt sein.

C: Sie sollte nicht geerdet werden.

D: Sie sollte niederfrequent entkoppelt werden.

Konverter und Transverter

Konverter

Signale auf einem Frequenzband werden in ein anderes Frequenzband umgesetzt
z. B. wird ein $\qty{2}{\meter}$-Signal im Empfang als ein $\qty{70}{\centi\meter}$-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-Empfänger

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

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 vervielfacht wird, nehmen die Nebenaussendungen mit zunehmender Frequenzabweichung zu.

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

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 frequenzmoduliertes Signal in ein amplitudenmoduliertes Signal um.

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

B: Durch Mischung

C: Durch Vervielfachung

D: Durch Frequenzteilung

EF503: Was stellt folgendes Blockschaltbild dar?

A: Einen Transverter für das 2 m-Band

B: Einen Transceiver für das 10 m-Band

C: Einen Vorverstärker für das 10 m-Band

D: Einen Empfangskonverter für das 2 m-Band

Lösungsweg

Frequenz des Generators wird ver-3-facht: $\qty{38,666}{\mega\hertz} \cdot 3 = \qty{116}{\mega\hertz}$

TX Weg

Die $\qtyrange{28}{30}{\mega\hertz}$ vom TRX werden mit $\qty{116}{\mega\hertz}$ gemischt
Das Signal kann $\qtyrange{86}{88}{\mega\hertz}$ oder $\qtyrange{144}{146}{\mega\hertz}$ sein

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Kurzfassung: Blockdiagramm eines Transverters mit Antenne, RX/TX-Umschaltern, HF-Verstärker, RX‑Mischer und TX‑Mischer, einem 38,666‑MHz‑Generator mit Vervielfacher auf 116 MHz, Treiber, PA und einem TRX für 28–30 MHz; Pfeile zeigen den Signalfluss und Text weist auf 144/146 MHz hin.

Detaillierte Beschreibung: Links steht ein Antennensymbol, das über einen zweistufigen Schalter mit den Beschriftungen „RX“ und „TX“ an eine horizontale Leitung gekoppelt ist. In Empfangsrichtung führt die Leitung nach rechts zu einem Dreieckblock mit der Beschriftung „HF“ (Verstärker), dessen Ausgang mit einem quadratischen Block „RX‑Mischer“ (Quadrat mit gekreuztem Kreis) verbunden ist. In der Mitte befindet sich unten ein Block mit der Beschriftung „38,666 MHz“; darin sind ein „G“ und wellenförmige Linien gezeichnet. Rechts davon zeigt ein Pfeil auf einen quadratischen Block mit diagonaler Trennlinie und den Ziffern „1“ (oben) und „3“ (unten). Von diesem Block führt eine senkrechte Leitung mit der Beschriftung „116 MHz“ nach oben zum „RX‑Mischer“ (Pfeil nach oben) und nach unten zum „TX‑Mischer“ (Pfeil nach unten). Unten links steht ein quadratischer Block „TX‑Mischer“ (ebenfalls mit gekreuztem Kreis). Dessen Ausgang führt nach links zu einem Dreieckblock „Treiber“ und weiter nach links zu einem rechteckigen Block „PA“; von dort geht die Leitung zurück Richtung Antennenschalter. Rechts im Bild ist ein kleiner rechteckiger Block „TRX“ mit der Beschriftung „28–30 MHz“ darunter; daneben befindet sich ein weiterer zweistufiger Schalter mit den Beschriftungen „RX“ und „TX“, der den TRX mit der restlichen Schaltung verbindet. Unten rechts steht der Text „TX: 28 MHz + 116 MHz = 144 MHz“ und „30 MHz + 116 MHz = 146 MHz“. Alle Verbindungen sind mit Pfeilen in Signalflussrichtung dargestellt. — Abbildung NEAS-11.14.1: Transverter im TX-Pfad

RX Weg

Das Antennensignal wird mit $\qty{116}{\mega\hertz}$ gemischt und es kommen $\qtyrange{28}{30}{\mega\hertz}$ raus
Das Antennensignal liegt somit u.a. bei $\qtyrange{144}{146}{\mega\hertz}$
→ Es ist nur die Antwort mit $\qty{2}{\meter}$ und der Transverter richtig

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Kurzfassung: Blockdiagramm einer Funkanlage mit Antenne, HF-Verstärker, RX- und TX-Mischer, Treiber, PA, einem TRX für 28–30 MHz und einer 116‑MHz‑Zuleitung aus einem Generator „38,666 MHz“ über einen Block „1/3“.

Detailbeschreibung: Links steht ein Antennensymbol, verbunden mit einer Leitung und einem kleinen Umschalter mit den Beschriftungen „RX“ und „TX“. Vom Umschalter führt oben eine Leitung mit Pfeil nach rechts durch einen Block „HF“ (Verstärkersymbol) zu einem Block „RX‑Mischer“ (Quadrat mit Kreis/Kreuz). Rechts davon befindet sich ein weiterer kleiner Umschalter mit den Beschriftungen „RX“ und „TX“, der zu einem rechteckigen Block „TRX“ führt; daneben steht „28–30 MHz“. Rechts oben ist Text: „RX:“ und darunter „144 MHz – 116 MHz = 28 MHz“ sowie „146 MHz – 116 MHz = 30 MHz“. Unten verläuft der Sendezweig vom rechten „RX/TX“-Umschalter nach links in einen Block „TX‑Mischer“ (Quadrat mit Kreis/Kreuz), weiter in „Treiber“ (Verstärkersymbol) und in „PA“, dann zurück zum linken Umschalter und zur Antenne. In der Mitte unten steht ein Block mit der Beschriftung „G“ und einer Sinuslinie; darunter steht „38,666 MHz“. Von dort zeigt ein Pfeil nach rechts zu einem Block mit der Aufschrift „1“ über „3“. Aus diesem Block führt eine senkrechte Leitung, mit „116 MHz“ beschriftet, mit Pfeilen nach oben zum „RX‑Mischer“ und nach unten zum „TX‑Mischer“. Alle Verbindungen sind als Linien mit Pfeilspitzen gezeichnet, die die Signalrichtung anzeigen. — Abbildung NEAS-11.14.2: Transverter im RX-Pfad

Frequenzstabilität

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

Grafik aus vorheriger Frage
Aus $\qty{10}{\mega\hertz}$ werden $\qty{2,256}{\giga\hertz}$, also $\num{225,6}$ Vervielfachung
Statt $\qty{10}{\mega\hertz}$ erzeugt der Oszillator aufgrund eines Fehlers $\qty{10,01}{\mega\hertz}$
$$\qty{10,01}{\mega\hertz} \cdot 225,6 = \qty{2,258256}{\giga\hertz}$$
Mischer: $\qty{144}{\mega\hertz} + \qty{2,258256}{\giga\hertz} = \qty{2,402256}{\giga\hertz} \rightarrow \qty{2,256}{\mega\hertz}$ daneben

1) Kurzbeschreibung: Blockschaltbild aus fünf Baugruppen mit Signalfluss von links nach rechts; im oberen Zweig: Eingang „144 MHz“, Bandpassfilter, Mischer, Bandpassfilter, Ausgang „2,4 GHz“; im unteren Zweig Quarzoszillator „10 MHz“, PLL mit Eingang „Ext. GPSDO“ von unten; PLL mit dem Mischer von unten verbunden; der Eingang am Mischer ist mit „2,256 GHz“ beschriftet.

2) Ausführliche Beschreibung: Gezeigt ist ein Blockschaltbild aus fünf Baugruppen, von denen drei im oberen Zweig und zwei im unteren Zweig jeweils mit einer horizontalen Linie verbunden sind. Der Signalfluss ist von links nach rechts. Oben links gibt es einen mit „144 MHz“ beschrifteten Eingang, rechts davon steht ein Block mit drei Wellenlinien, von denen die obere und die untere durchgestrichen sind (Bandpassfilter). Es folgt ein Block mit einem diagonalen Kreuz (Mischer) und ein weiterer Block mit drei Wellenlinien, von denen die obere und die untere durchgestrichen sind (Bandpassfilter). Nach rechts führt aus dem Block heraus eine Linie zu einem mit „2,4 GHz“ beschrifteten Ausgang. Im unteren Zweig gibt es links einen Block mit der Aufschrift „G“, drei wellenförmigen Linien und einem kleinen Rechteck mit je einer Linie darüber und darunter (Quarzoszillator). Über diesem Block steht „10 MHz“, unterhalb „TCXO“. Der Block ist nach rechts mit einem Block mit der Aufschrift „PLL“ verbunden. Hier gibt es von unten einen Eingang „Ext. GPSDO“. Die PLL ist mit dem Mischer von unten verbunden; der Eingang am Mischer ist mit „2,256 GHz“ beschriftet. — Abbildung NEAS-11.14.3: Konverter für das $\qty{13}{\centi\meter}$-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: 45,556 MHz und 45,778 MHz

B: 44,889 MHz und 45,111 MHz

C: 45,333 MHz und 45,556 MHz

D: 45,111 MHz und 45,333 MHz

Lösungsweg

gegeben: $\Delta f_\text{o} = \qty{440}{\mega\hertz} – \qty{30}{\mega\hertz} = \qty{410}{\mega\hertz}$
gegeben: $\Delta f_\text{u} = \qty{436}{\mega\hertz} – \qty{28}{\mega\hertz} = \qty{408}{\mega\hertz}$
gegeben: $n = 9$
gesucht: $f_{\text{Osc},1}, f_{\text{Osc},2}$

$$f_{\text{Osc},1} = \frac{\Delta f_\text{u}}{n} = \frac{\qty{408}{\mega\hertz}}{9} = \qty{45,333}{\mega\hertz}$$ $$f_{\text{Osc},2} = \frac{\Delta f_\text{o}}{n} = \frac{\qty{410}{\mega\hertz}}{9} = \qty{45,556}{\mega\hertz}$$

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: 44,667 MHz und 44,889 MHz

B: 44,444 MHz und 44,667 MHz

C: 45,111 MHz und 45,333 MHz

D: 44,889 MHz und 45,111 MHz

Lösungsweg

gegeben: $\Delta f_\text{o} = \qty{434}{\mega\hertz} – \qty{30}{\mega\hertz} = \qty{404}{\mega\hertz}$
gegeben: $\Delta f_\text{u} = \qty{430}{\mega\hertz} – \qty{28}{\mega\hertz} = \qty{402}{\mega\hertz}$
gegeben: $n = 9$
gesucht: $f_{\text{Osc},1}, f_{Osc,2}$

$$f_{\text{Osc},1} = \frac{\Delta f_\text{u}}{n} = \frac{\qty{402}{\mega\hertz}}{9} = \qty{44,6667}{\mega\hertz}$$ $$f_{\text{Osc},2} = \frac{\Delta f_\text{o}}{n} = \frac{\qty{404}{\mega\hertz}}{9} = \qty{44,889}{\mega\hertz}$$

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 Mischer, ein 9 MHz-Oszillator und ein Bandfilter.

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

C: Ein Phasenvergleicher, ein Oberwellenmischer und ein Hochpass.

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

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 und dazu ist eine Spannungsquelle notwendig.

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

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

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

ED403: Für welchen Zweck werden HF-Leistungsverstärker eingesetzt?

A: Filterung des Sendesignals

B: Mischung des Sendesignals

C: Modulation 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

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1. Zusammenfassung: Dreiteilige Grafik mit den Überschriften „Eingangssignal“, „Verstärkung“ und „Ausgangssignal“, jeweils mit Achsen „Amplitude“ (vertikal) und „t“ (horizontal), die links eine kleine Sinuskurve, in der Mitte eine größere Sinuskurve mit zwei roten horizontalen Linien „Begrenzung“ und rechts ein oben und unten abgeflachtes Signal zeigen.

2. Detaillierte Beschreibung:
- Linkes Koordinatensystem: Überschrift „Eingangssignal“. Vertikale Achse mit Pfeil nach oben: „Amplitude“. Horizontale Achse mit Pfeil nach rechts: „t“. Um die Nulllinie verläuft eine kleine, schwach ausgeprägte Sinuskurve, in mehreren dünnen blauen Varianten übereinander.
- Mittleres Koordinatensystem: Überschrift „Verstärkung“. Achsen wieder mit „Amplitude“ (vertikal) und „t“ (horizontal). Eine große Sinuskurve (schwarz) schwingt über und unter die Nulllinie hinaus. Zwei rote, waagerechte Linien liegen symmetrisch ober- und unterhalb der Nulllinie; neben der oberen Linie steht der rote Text „Begrenzung“. Innerhalb der schwarzen Kurve sind mehrere dünne blaue Sinuskurven mit etwas geringerer Amplitude gezeichnet.
- Rechtes Koordinatensystem: Überschrift „Ausgangssignal“. Achsen erneut „Amplitude“ (vertikal) und „t“ (horizontal). Die dargestellte Kurve verläuft abschnittsweise flach, mit oben und unten waagerechten Plateaus auf etwa der Höhe der zuvor gezeigten roten Linien; dazwischen verbinden schräge Übergänge die Plateaus. Mehrere dünne blaue Linien liegen an der Kontur dieser abgeflachten Kurve an. — Abbildung NEAS-11.16.1: 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 linearer Verstärker

C: Als Begrenzerverstärker

D: Als Vervielfacher

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

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1) Kurzfassung: Schaltbild mit einem Transistor, Biasnetzwerk aus Widerständen, zwei Elektrolytkondensatoren, einem Koppelkondensator am Eingang „E“ und einem Lautsprecher zwischen Knoten und der mit „+“ gekennzeichneten Versorgungsschiene.

2) Detaillierte Beschreibung: Rechts sind zwei waagerechte Versorgungsschienen eingezeichnet: oben mit „+“, unten mit „-“, jeweils mit einem offenen Kreis als Anschluss. Verbindungspunkte sind als schwarze Punkte dargestellt. Links befindet sich der Eingang „E“, der über einen in Serie liegenden Kondensator „1 µF“ zu einem Knoten führt. Von diesem Knoten gehen zwei Widerstände ab: nach oben ein „47 kΩ“ zum oberen Versorgungsleiter, nach unten ein „10 kΩ“ zum unteren Versorgungsleiter. In der Mitte steht ein Transistorsymbol im Kreis; der linke Anschluss (Basis) ist mit dem genannten Knoten verbunden, der obere Anschluss führt nach oben zu einem Lautsprechersymbol, das weiter zum oberen Versorgungsleiter geht, und der untere Anschluss (Emitter mit Pfeil) führt nach unten zu einem Knoten. Von diesem unteren Transistorknoten geht ein Widerstand „120 Ω“ nach unten zum „-“‑Leiter; parallel dazu ist rechts ein Elektrolytkondensator „4,7 µF“ eingezeichnet, dessen oberer Anschluss mit „+“ markiert und am unteren Transistorknoten liegt, der untere Anschluss ist mit dem „-“‑Leiter verbunden. Links oben ist zusätzlich ein Elektrolytkondensator „10 µF“ zu sehen; sein oberer Anschluss mit „+“ liegt am oberen Versorgungsleiter, der untere Anschluss führt nach unten und endet an einer kurzen Querlinie. — Abbildung NEAS-11.16.2: Schaltbild eines NF-Verstärkers

ED402: Worum handelt es sich bei dieser Schaltung?

A: HF-Verstärker

B: NF-Verstärker

C: ZF-Verstärker

D: Tongenerator

Auch bei der Verstärkung des Mikrofonsignals findet man Verstärker
Verstärkung im Bereich von ca. $\qtyrange{300}{3000}{\hertz}$
Die Bandbreite liegt bei $\qty{2,7}{\kilo\hertz}$ oder darunter

1) Kurzbeschreibung: Diagramm mit einer horizontalen Achse „f/kHz“ und einer vertikalen Achse „U_A“. Eine Kurve beginnt links auf der Nulllinie, steigt steil an, geht dann in einen horizontalen Teil über, bevor sie wieder steil zur Nulllinie abfällt; vertikale gestrichelte Linien durch die Punkte, an denen sich die Richtung der Kurve ändert; auf der Nulllinie mit „0,3“ und „3,0“ beschriftet.

2) Ausführliche Beschreibung: Ein Koordinatensystem hat eine horizontale Achse mit der Beschriftung „f/kHz“ und eine vertikale Achse mit der Beschriftung „U_A“. Eine Kurve beginnt links auf der Nulllinie, steigt steil an, geht dann in einen horizontalen Teil über, bevor sie wieder steil zur Nulllinie abfällt. Durch die Punkte, an denen sich die Richtung der Kurve ändert, verlaufen vertikale gestrichelte Linien. Ihre Schnittpunkte mit der Nulllinie sind mit „0,3“ bzw. „3,0“ beschriftet. — Abbildung NEAS-11.16.3: 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. 2,5 kHz

B: ca. 1,0 kHz

C: ca. 12,5 kHz

D: ca. 6,0 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 über das Leistungsverstärkergehäuse geführt werden.

B: Sie sollte möglichst hochohmig sein.

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

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

Kollektorschaltung

1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit zwei parallelen horizontalen Leitern und einem NPN-Transistor in der Mitte; dessen Basis nach links über einen Kondensator mit Anschlusspunkt „E“ sowie über jeweils einen Widerstand mit dem oberen und dem unteren horizontalen Leiter verbunden; oberer Leiter nach links über einen Kondensator mit Masse vebunden; Kollektor mit dem oberen Leiter; Emitter über einen Widerstand mit dem unteren Leiter sowie nach rechts über einen Kondensator mit Anschlusspunkt „A“ verbunden; rechtes Ende des oberen Leiters mit „+“, rechtes Ende des unteren, mit Masse verbundenen Leiters mit „–“ beschriftet.

2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält zwei parallele horizontale Leiter und einen NPN-Transistor in der Mitte. Dessen Basis ist nach links über einen Kondensator mit einem Anschlusspunkt „E“ sowie über jeweils einen Widerstand mit dem oberen und dem unteren horizontalen Leiter verbunden. Der obere Leiter liegt nach links über einen Kondensator an Masse. Der Kollektor ist über mit dem oberen Leiter verbunden. Der Emitter ist über einen Widerstand mit dem unteren Leiter sowie nach rechts über einen Kondensator mit einem Anschlusspunkt „A“ verbunden. Das rechte Ende des oberen Leiters ist mit „+“ beschriftet, das rechte Ende des unteren, mit Masse verbundenen Leiters mit „–“. — Abbildung NEAS-11.17.1: Verstärker in Kollektorschaltung eines Bipolartransistors

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 → Versorgungsspannung → Kollektor

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

A: einen Verstärker in Kollektorschaltung.

B: einen Oszillator in Kollektorschaltung.

C: einen Oszillator in Emitterschaltung.

D: einen Verstärker 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 $\qty{0}{\degree}$
Eingangsimpedanz relativ hoch
→ Spannungsverstärkung ca. $\num{0,9}$ bis $\num{0,98}$ (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: 180 °

B: 0 °

C: 270 °

D: 90 °

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 $\varphi = 0 °$.

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

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

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

AD403: Die Ausgangsimpedanz dieser Schaltung ist ...

A: sehr hoch im Vergleich zur Eingangsimpedanz.

B: in etwa gleich der Eingangsimpedanz und hochohmig.

C: sehr niedrig im Vergleich zur Eingangsimpedanz.

D: in etwa gleich der Eingangsimpedanz und niederohmig.

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: Frequenzvervielfacher verwendet werden.

B: Phasenumkehrstufe verwendet werden.

C: Pufferstufe zwischen Oszillator und Last verwendet werden.

D: Spannungsverstärker mit hoher Verstärkung verwendet werden.

Emitterschaltung

1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit zwei parallelen horizontalen Leitern und einem Transistor in der Mitte; dessen Basis nach links über einen Kondensator mit Anschlusspunkt „E“ sowie über jeweils einen Widerstand mit dem oberen und dem unteren horizontalen Leiter verbunden; oberer Leiter nach links über einen Kondensator mit Masse vebunden; Kollektor über einen Widerstand mit dem oberen Leiter und nach rechts über einen Kondensator mit Anschlusspunkt „A“ verbunden; Emitter über einen Widerstand und einen parallel geschalteten Kondensator mit dem unteren Leiter verbunden; rechtes Ende des oberen Leiters mit „+“, rechtes Ende des unteren, mit Masse verbundenen Leiters mit „–“ beschriftet.

2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält zwei parallele horizontale Leiter und einen Transistor in der Mitte. Dessen Basis ist nach links über einen Kondensator mit einem Anschlusspunkt „E“ sowie über jeweils einen Widerstand mit dem oberen und dem unteren horizontalen Leiter verbunden. Der obere Leiter liegt nach links über einen Kondensator an Masse. Der Kollektor ist über einen Widerstand mit dem oberen Leiter und nach rechts über einen Kondensator mit einem Anschlusspunkt „A“ verbunden. Der Emitter ist über einen Widerstand und einen parallel geschalteten Kondensator mit dem unteren Leiter verbunden. Das rechte Ende des oberen Leiters ist mit „+“ beschriftet, das rechte Ende des unteren, mit Masse verbundenen Leiters mit „–“. — Abbildung NEAS-11.18.1: Bipoltransistor in 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 in Emitterschaltung.

B: einen Verstärker in Kollektorschaltung.

C: einen Verstärker für Gleichspannung.

D: einen Verstärker als Emitterfolger.

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: Einstellung der Basisvorspannung.

C: Verhinderung von Eigenschwingungen.

D: Verhinderung von Phasendrehungen.

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: Stabilisierung des Arbeitspunktes des Transistors.

B: Verringerung der Wechselspannungsverstärkung.

C: Einstellung der Vorspannung am Emitter.

D: Maximierung 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: Wechselstromkopplung und Gleichspannungsentkopplung.

D: Anhebung niederfrequenter Signalanteile.

Abblockkondensator führt unerwünschte HF- und NF-Signale aus der Betriebsspannung nach Masse ab
Phasenverschiebung zwischen Ein- und Ausgangssignal: $\qty{180}{\degree}$

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

A: 0 °

B: 270 °

C: 90 °

D: 180 °

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

1) Kurzbeschreibung: oberer Teil: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit drei parallelen horizontalen Leitern; die beiden unteren Leiter mit jeweils einem Anschlusspunkt links (im mittleren Leiter mit „E“ beschriftet) und über einen vertikal eingezeichneten Widerstand miteinander verbunden; im mittleren Leiter weiterer Widerstand rechts davon mit Verbindung zur Basis eines NPN-Transistors; vom Kollektor Abzweigung nach rechts mit Anschlusspunkt; nach oben über einen Widerstand mit dem oberen horizontalen Leiter verbunden; Anschlusspunkt nach rechts, mit „+10 V“ beschriftet; nach links über einen Kondensator mit Masse verbunden; Emitter mit dem unteren horizontalen Leiter verbunden; Anschlusspunkt nach rechts, mit „0 V“ beschriftet; links vertikaler Pfeil „U_E“ zwischen „E“ und unterem horizontalem Leiter; rechts vertikaler Pfeil „U_A“ zwischen Kollektor und unterem horizontalem Leiter; unterer Teil: Diagramm mit einer horizontalen Achse „t“ und einer vertikalen Achse „U_E“ mit einer Markierung und einer horizontalen Linie bei 0,6 V; Sinuskurve um die Nulllinie mit Maxima bei etwas über 0,6 V.

2) Ausführliche Beschreibung: Die Abbildung besteht aus zwei Teilen. Oben gibt es einen Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit drei parallelen horizontalen Leitern: Die beiden unteren Leiter haben links jeweils einen Anschlusspunkt (beim mittleren Leiter mit „E“ beschriftet) und sind über einen vertikal eingezeichneten Widerstand miteinander verbunden. Im mittleren Leiter folgt nach rechts ein weiterer Widerstand mit Verbindung zur Basis eines NPN-Transistors. Vom Kollektor gibt es eine Abzweigung nach rechts mit einem unbeschrifteten Anschlusspunkt. Nach oben ist der Kollektor über einen Widerstand mit dem oberen horizontalen Leiter verbunden. Hier gibt es rechts einen Anschlusspunkt, der mit „+10 V“ beschriftet ist. Nach links führt eine Verbindung über einen Kondensator zur Masse. Der Emitter ist mit dem unteren horizontalen Leiter verbunden. Hier gibt es rechts einen Anschlusspunkt, der mit „0 V“ beschriftet ist. Im linken Teil des Schaltplans ist zwischen „E“ und dem unteren horizontalen Leiter ein vertikaler Pfeil eingezeichnet, der mit „U_E“ beschriftet ist. Im rechten Teil steht ein vertikaler Pfeil „U_A“ zwischen Kollektor und dem unteren horizontalen Leiter. Unten ist ein Diagramm mit einer horizontalen Achse „t“ und einer vertikalen Achse „U_E“ mit einer Markierung bei 0,6 V. In Höhe dieser Markierung verläuft eine horizontale Linie über die gesamte Breite. Das Diagramm enthält eine Sinuskurve um die Nulllinie mit Maxima bei etwas über 0,6 V. — Abbildung NEAS-11.18.6: Bipoltransistor in Emitterschaltung ohne Arbeitspunktvoreinstellung

BIAS-Spannungsteiler entfällt
Ansteuerung erfolgt nur durch das zugeführte Signal
Basis-Emitter-Strecke leitet erst, wenn ca. $\qty{0,5}{\volt}$ 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. $100\dots 300$
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 bleibt konstant.

B: Sie nimmt ab.

C: Sie nimmt zu.

D: Sie fällt auf Null ab.

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

A: 1/10

B: 1

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

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

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

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Kurze Zusammenfassung: Diagramm mit Koordinatensystem, in dem eine aus zwei Abschnitten bestehende Linie von der x‑Achse aus ansteigt und die Punkte „AP_1“, „AP_2“, „AP_3“, „AP_4“ sowie eine Markierung „I_Cmax“ zeigt.

Detaillierte Beschreibung: Das Koordinatensystem hat eine nach oben gerichtete y‑Achse mit der Beschriftung „I_C“ und eine nach rechts gerichtete x‑Achse mit der Beschriftung „U_BE“. Auf der x‑Achse links unten steht ein offener Kreis mit der Beschriftung „AP_1“. Von dort verläuft eine waagerechte Linie entlang der x‑Achse bis zu einem weiteren offenen Kreis mit der Beschriftung „AP_2“. Ab „AP_2“ steigt eine schräg nach oben rechts verlaufende gerade Linie an. Auf dieser ansteigenden Linie liegen zwei offene Kreise mit den Beschriftungen „AP_3“ (weiter unten) und „AP_4“ (weiter oben). Nahe dem oberen Ende der ansteigenden Linie ist quer ein kurzer Strich angebracht, neben dem „I_Cmax“ steht. Es sind keine Zahlenwerte oder Teilstriche an den Achsen eingezeichnet. — Abbildung NEAS-11.19.1: Kennlinie eines Transistors mit Arbeitspunkten

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. $\qtyrange{80}{87}{\percent}$
hoher Oberwellenanteil

AP2

B-Betrieb des Verstärkers
Geringe Vorspannung bis zum Einsetzen des Kollektorstroms
Ruhestrom fast null (gering)
Wirkungsgrad bis zu $\qty{80}{\percent}$
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 $\qty{50}{\percent}$ bis $\qty{80}{\percent}$
geringer Oberwellenanteil

AP4

A-Betrieb des Verstärkers
Höhe der Vorspannung so gewählt, dass der Ruhestrom ca. $\qty{50}{\percent}$ des maximal zulässigen Wertes erreicht
Wirkungsgrad ca. $\qty{40}{\percent}$
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 C-Betrieb, $\text{AP}_2$ entspricht B-Betrieb, $\text{AP}_3$ entspricht AB-Betrieb, $\text{AP}_4$ entspricht A-Betrieb.

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

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

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

AD419: Welche Merkmale hat ein HF-Leistungsverstärker im A-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.

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

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

C: Wirkungsgrad bis zu 70 %, geringer Oberschwingungsanteil, geringer bis mittlerer 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: $\approx$ 85 W

C: $\approx$ 40 W

D: $\approx$ 75 W

Lösungsweg

gegeben: $U=\qty{50}{\volt}$
gegeben: $I = \qty{2}{\ampere}$
gegeben: $\eta_\text{A} \approx \qty{40}{\percent}$
gesucht: $P_\text{ab}$

$$P_\text{zu} = U \cdot I = \qty{50}{\volt} \cdot \qty{2}{\ampere} = \qty{100}{\watt}$$

$$\eta_\text{A} = \frac{P_\text{ab}}{P_\text{zu}} \Rightarrow P_\text{ab} = \eta_\text{A} \cdot P_\text{zu} = 0,4 \cdot \qty{100}{\watt} = \qty{40}{\watt}$$

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: $\approx$ 70 W

B: $\approx$ 85 W

C: $\approx$ 60 W

D: $\approx$ 40 W

Lösungsweg

gegeben: $U=\qty{50}{\volt}$
gegeben: $I = \qty{2}{\ampere}$
gegeben: $\eta_\text{C} \approx \qty{85}{\percent}$
gesucht: $P_\text{ab}$

$$P_\text{zu} = U \cdot I = \qty{50}{\volt} \cdot \qty{2}{\ampere} = \qty{100}{\watt}$$

$$\eta_\text{C} = \frac{P_\text{ab}}{P_\text{zu}} \Rightarrow P_\text{ab} = \eta_\text{C} \cdot P_\text{zu} = 0,85 \cdot \qty{100}{\watt} = \qty{85}{\watt}$$

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

A: Bei null Ampere

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

C: Bei fast 100 % 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 nimmt erheblich zu.

D: Er verringert sich geringfügig.

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

C: A-, AB- oder B-Betrieb

D: AB-, B- oder C-Betrieb

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

A: AB-Betrieb

B: A-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: parasitären Schwingungen des Verstärkers.

B: Frequenzsprüngen in der Sendefrequenz.

C: Chirp im Sendesignal.

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: C-Betrieb

C: AB-Betrieb

D: B-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: in einem gut isolierten Kunststoffgehäuse untergebracht werden.

C: direkt an der Antenne befestigt 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: 9 dB

C: 6 dB

D: 3 dB

Lösungsweg

gegeben: $U_1 = \qty{1}{\milli\volt}$
gegeben: $U_2 = \qty{4}{\milli\volt}$
gesucht: $g$

$$\begin{split} g &= \qty{20\cdot \log_{10}{\left(\frac{U_2}{U_1}\right)}}{\dB}\\ &= \qty{20\cdot \log_{10}{\left(\frac{\qty{4}{\milli\volt}}{\qty{1}{\milli\volt}}\right)}}{\dB} = \qty{12}{\dB} \end{split}$$

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

A: 11,8 dB.

B: 23,6 dB.

C: 17,7 dB.

D: 15,2 dB.

Lösungsweg

gegeben: $P_1 = \qty{38}{\watt}$
gegeben: $P_2 = \qty{2,5}{\watt}$
gesucht: $g$

$$\begin{split} g &= \qty{10\cdot \log_{10}{\left(\frac{P_2}{P_1}\right)}}{\dB}\\ &= \qty{10\cdot \log_{10}{\left(\frac{\qty{38}{\watt}}{\qty{2,5}{\watt}}\right)}}{\dB} = \qty{11,8}{\dB} \end{split}$$

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: 80 W

B: 16 W

C: 20 W

D: 40 W

Lösungsweg

gegeben: $g = \qty{16}{\dB}$
gegeben: $P_1 = \qty{1}{\watt}$
gesucht: $P_2$

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

$$P_2 = P_1 \cdot g = \qty{1}{\watt} \cdot 40 = \qty{40}{\watt}$$

Wirkungsgrad

Verhältnis von Ausgangsleistung zur zugeführten Gleichstromleistung
Maximal $1$ bzw. $\qty{100}{\percent}$

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: 100 %.

C: 45 %.

D: 55 %.

Lösungsweg

gegeben: $U = \qty{12,5}{\volt}$
gegeben: $I = \qty{16}{\ampere}$
gegeben: $P_\text{ab} = \qty{90}{\watt}$
gesucht: $\eta$

$$P_\text{zu} = U \cdot I = \qty{12,5}{\volt} \cdot \qty{16}{\ampere} = \qty{200}{\watt}$$

$$\eta = \frac{P_\text{ab}}{P_\text{zu}} = \frac{\qty{90}{\watt}}{\qty{200}{\watt}} = \qty{45}{\percent}$$

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: 10 %

B: 25 %

C: 40 %

D: 15 %

Lösungsweg

gegeben: $P_\text{ab} = \qty{10}{\watt}$
gegeben: $P_\text{zu} = \qty{25}{\watt}$
gesucht: $\eta$

$$\eta = \frac{P_\text{ab}}{P_\text{zu}} = \frac{\qty{10}{\watt}}{\qty{25}{\watt}} = \qty{40}{\percent}$$

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 Phasenlage zwischen Eingang und Ausgang beträgt immer 180 °.

C: Er ist nur für sinusförmige Signale geeignet.

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

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: Zu hohe Restwelligkeit in der Stromversorgung

C: Unzulängliche Verstärkung

D: Unzulängliche Regelung der Stromversorgung

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

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

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

C: sollte jede Stufe gut abgeschirmt sein.

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

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

A: sollte kein Schaltnetzteil als Stromversorgung verwendet werden.

B: sollte die Versorgungsspannung über ein Netzfilter zugeführt werden.

C: sollten die Ein- und Ausgangsschaltungen gut voneinander entkoppelt 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: Amplitudenbegrenzer

B: Hochpassfilter

C: Notchfilter

D: Bandpassfilter