feature: contributions from Karsten Merker (DH1KM)
This commit is contained in:
Matthias Jung
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Das Schaltbild zeigt eine Oszillatorschaltung, deren Schwingfrequenz
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sich aus der Resonanzfrequenz eines Parallelschwingkreises ergibt.
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Die induktive Komponente dieses Schwingkreises besteht aus der Spule,
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die kapazitive Komponente des Schwinkreises setzt sich aus mehreren
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Teilen zusammen:
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* den der Spule benachbarten Kondensatoren
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* der Kapazitätsdiode
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Die Kapazität der Kondensatoren ist konstant, aber die Kapazität
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der Kapazitätsdiode ist abhängig von der an ihr anliegenden
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Spannung. Wenn über den Eingangswiderstand ganz links ein
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Audiosignal zugeführt wird, ändert sich die an der Kapazitätsdiode
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anliegende Spannung mit der Amplitude des Audiosignals. Mit Änderung der
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Spannung ändert sich die Kapazität der Kapazitätsdiode, mit der Änderung
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der Kapazität ändert sich die Resonanzfrequenz des Schwingkreises
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und damit die Ausgangsfrequenz des Oszillators, d.h. aus einer
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Amplitudenänderung des Eingangssignals wird eine Frequenzänderung des
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Ausgangssignals, und das ist *Frequenzmodulation*.
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Aus diesem Grund zeigt die Schaltung einen Modulator zur Erzeugung von frequenzmodulierten Signalen.
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Vom Mikrofon wird ein Audiosignal erzeugt. Der Kasten mit dem Dreieck
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stellt einen Verstärker dar. Aufgrund der Angabe
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"$\qtyrange{0,3}{3,4}{\kilo\hertz}$" ist ersichtlich, dass dieser
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Verstärker selektiv arbeitet, also quasi einen integrierten Bandpass
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hat, und nur den Frequenzbereich zwischen $\qty{300}{\hertz}$ und
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$\qty{3,4}{\kilo\hertz}$, also Audio, verstärkt.
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Die beiden antiparallel geschalteten Dioden wirken als "harte"
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Amplitudenbegrenzung für das Ausgangssignal des Verstärkers. Solange
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die Amplitude des Signals unterhalb der Flussspannung der jeweiligen
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Diode liegt, leitet die Diode nicht. Steigt die Amplitude des Signals
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aber über die Flussspannung der Diode, fängt diese ab Erreichen der
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Flussspannung an zu leiten und begrenzt damit den Signalpegel auf die
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Höhe der Flussspannung (bei einer Siliziumdiode wären das ca.
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$\qty{0,7}{\volt}$). Durch die beiden antiparallel geschalteten
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Dioden geschieht das für beide Halbwellen - die eine Diode beschneidet
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die positive Halbwelle, die andere Diode die negative Halbwelle.
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Das Potentiometer wirkt als einstellbarer Spannungsteiler, d.h. damit
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kann die Amplitude des Audiosignals zwischen $\qty{0}{\volt}$ und dem
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Maximum, dass sich durch die Flussspannung der Dioden ergibt,
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eingestellt werden.
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Der $\qty{3}{\kilo\hertz}$-Tiefpass ganz rechts filtert
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Frequenzanteile über $\qty{3}{\kilo\hertz}$ aus.
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Die maßgebliche Bandbreite eines FM-Signals (die sogenannte
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"Carson-Bandbreite") wird durch zwei Komponenten beeinflusst: durch den
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FM-Hub, der wiederum unmittelbar von der Amplitude des Audiosignals
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abhängt, und durch die höchste Frequenz im Audiosignal.
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Da die zulässige Bandbreite eines Sendesignals gesetzlich beschränkt
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ist, muss sichergestellt sein, dass diese durch einen Sender nicht
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überschritten werden kann. Diese Schaltung begrenzt beide
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Komponenten:
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* die Dioden begrenzen die Amplitude des Audiosignals und damit auch
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den FM-Hub
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* der Tiefpassfilter begrenzt die höchste Frequenz im Signal
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Die korrekte Antwort auf die Frage ist daher "Die Hubbegrenzung und
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Hubeinstellung bei FM-Funkgeräten". Die Hubbegrenzung erfolgt durch
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die Dioden, die Hubeinstellung durch das Potentiometer.
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Sofern man die gezeigte Schaltung nicht unmittelbar als Dämpfungsglied
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(in diesem Fall in Form eines T-Netzwerks) erkennt, kann man die Aufgabe
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auch im Ausschlussverfahren lösen:
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* Ein Hoch- oder Tiefpass müsste ein Bauteil mit einem frequenzabhängigen
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Widerstand - also einen Kondensator oder eine Spule - enthalten. Das
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ist hier aber nicht der Fall.
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* Ein Verstärker müsste ein aktives Element wie einen Transistor
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enthalten. Das ist hier ebenfalls nicht der Fall.
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Damit bleibt im Ausschlussverfahren nur die Antwort "Dämpfungsglied"
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übrig.
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Sofern man die gezeigte Schaltung nicht unmittelbar als Dämpfungsglied
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(in diesem Fall in Form eines Pi-Netzwerks) erkennt, kann man die Aufgabe
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auch im Ausschlussverfahren lösen:
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* Ein Hoch- oder Tiefpass müsste ein Bauteil mit einem frequenzabhängigen
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Widerstand - also einen Kondensator oder eine Spule - enthalten. Das
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ist hier aber nicht der Fall.
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* Ein Verstärker müsste ein aktives Element wie einen Transistor
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enthalten. Das ist hier ebenfalls nicht der Fall.
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Damit bleibt im Ausschlussverfahren nur die Antwort "Dämpfungsglied"
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übrig.
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Bei der Frage nach der geringsten möglichen Bandbreite und der
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höchsten Flankensteilheit ergibt sich folgende Rangfolge von gut zu
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schlecht:
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1. Quarzfilter
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2. Keramikfilter
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3. LC-Filter
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4. RC-Filter
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Quarzfilter sind die beste Wahl, wenn man einen sehr schmalen (d.h.
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nur wenige $\unit{\kilo\hertz}$ oder sogar nur einige hundert
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$\unit{\hertz}$ breiten) und steilflankigen Filter benötigt (z.B. als
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ZF-Filter für CW- oder SSB-Signale).
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Keramikfilter funktionieren ähnlich wie Quarzfilter, haben aber etwas
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schlechtere elektrische Eigenschaften als Quarzfilter.
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LC-Filter und RC-Filter sind für Einsatzgebiete wie CW- oder
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SSB-Filter nicht geeignet. Man erreicht mit ihnen weder vergleichbar
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schmale Filterbandbreiten noch eine vergleichbare Flankensteilheit.
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Ein LC-Filter ist steilflankiger als ein RC-Filter, da im RC-Filter
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nur ein frequenzabhängiges Bauteil (der Kondensator) enthalten ist,
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wogegen im LC-Filter beide Bauteile frequenzabhängig sind.
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Wenn eher breite Filter benötigt werden, also z.B. bei einem
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Bandpass, der ein ganzes Amateurfunkband durchlassen soll, sind
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Quarze oder Keramikresonatoren wiederum ungeeignet, weil sich damit
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so breite Filter nicht realisieren lassen. Hierfür kommen LC-Filter
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zum Einsatz.
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In der ersten Stufe (NF) wird ein Audiosignal erzeugt. Um dieses
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Audiosignal auf die Zwischenfrequenz (ZF) umzusetzen, wird es in
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der zweite Stufe - dem Balancemodulator - mit dem Signal des CO
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(Quarzoszillator) gemischt.
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Bei einem idealen Balancemodulator entstehen durch den Mischvorgang
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aus den beiden eingespeisten Signalen (hier NF und CO) am Ausgang nur
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zwei neue Signale: die frequenzmäßige Summe und die frequenzmäßige
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Differenz der beiden Eingangssignale. Die frequenzmäßige Summe bildet
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das obere Seitenband (USB), die frequenzmäßige Differenz bildet das
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untere Seitenband (LSB). Als Analogschaltung lässt sich allerdings
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kein 100% idealer Balancemodulator konstruieren, so dass in der
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Praxis am Ausgang neben USB und LSB auch noch einige weitere Signale
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anliegen (in der Amplitude abgesenkte Reste der beiden
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Eingangssignale sowie weitere Mischprodukte).
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Von einem SSB-Sender soll nur genau das gewünschte Seitenband (mit
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einer Breite von maximal $\qty{2,7}{\kilo\hertz}$) ausgesendet
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werden - nichts darunter und nichts darüber, d.h. man benötigt an
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der Position des Fragezeichens einen Bandpass mit einer Bandbreite
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von maximal $\qty{2,7}{\kilo\hertz}$ und einer hohen
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Flankensteilheit, der nur das gewünschte Seitenband durchlässt. Das
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ist als analoge Schaltung nur mit einem Quarzfilter zu realisieren.
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Die übrigen Antworten können aus mehreren Gründen nicht richtig
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sein:
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* Benötigt wird ein Bandpass, denn sowohl alles oberhalb als auch
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alles unterhalb des gewünschten Seitenbandes muss ausgefiltert
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werden. Ein Tiefpass oder Hochpass würde jeweils nur entweder
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oberhalb bzw. unterhalb des gewünschten Seitenbandes filtern.
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* Unabhängig davon wäre die für einen Seitenbandfilter erforderliche
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hohe Flankensteilheit mit RC- oder RL-Gliedern nicht zu erreichen;
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diese erreicht man nur mit einem Quarzfilter.
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* Ein Notchfilter wäre an dieser Stelle unsinnig, denn er ist das
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genaue Gegenteil eines Bandpasses - ein Notchfilter filtert einen
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schmalen Bereich aus und lässt alles andere passieren.
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Das Schaltbild zeigt einen Schwingkreis, bei dem ein Teil
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der Schwingkreiskapazität durch eine Kapazitätsdiode gebildet wird.
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Die Kapazität der Kapazitätsdiode ist abhängig von der an ihr
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anliegenden Spannung. Über den Widerstand wird an der Kapazitätsdiode
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zunächst eine Gleichspannung angelegt, aus der sich eine
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bestimmte Kapazität der Kapazitätsdiode ergibt.
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Wenn über die Drosselspule und den Koppelkondensator auf der linken
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Seite ein Audiosignal zugeführt wird, überlagert sich dieses
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Audiosignal mit der über den Widerstand zugeführten Gleichspannung,
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d.h. die Spannung an der Kapazitätsdiode schwankt mit der Amplitude
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des Eingangssignals.
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Mit Änderung der Spannung ändert sich die Kapazität der
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Kapazitätsdiode und mit der Änderung der Kapazität ändert sich die
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Resonanzfrequenz des Schwingkreises.
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Der Schwingkreis ist der frequenzbestimmende Teil der nachfolgenden
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Oszillatorschaltung, d.h. aus der Amplitudenänderung des
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Eingangssignals wird eine Änderung der Ausgangsfrequenz des
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Oszillators, und das ist Frequenzmodulation.
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Das für die Lösung maßgebliche Stichwort ist "Gleichrichtung". Eine
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Gleichrichtung erfolgt an einer Diode bzw. allgemeiner an einem
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Halbleiter-PN-Übergang. Von den vier angebotenen Antwortmöglichkeiten
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beinhaltet nur eine einen PN-Übergang, nämlich die Antwort "an einem
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Basis-Emitter-Übergang".
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@@ -0,0 +1,20 @@
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DVB-T2 wird in Deutschland auf Frequenzen zwischen
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$\qty{470}{\mega\hertz}$ und $\qty{694}{\mega\hertz}$ ausgestrahlt.
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Wenn ein $\qty{144}{\mega\hertz}$-Sender einen DVB-T2-Empfänger mit
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passiver Antenne übersteuert und der $\qty{2}{\meter}$-Sender mit
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normkonformer Oberwellenunterdrückung ausgestattet ist, also
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nennenswerte Sendeleistung nur im $\qty{2}{\meter}$-Band abstrahlt,
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ist davon auszugehen, dass die Eingangsstufe des DVB-T2-Empfängers so
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breitbandig ist, dass nicht nur Signale im DVB-T2-Bereich, sondern
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auch Signale auf tieferen Frequenzen wie dem
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$\qty{2}{\meter}$-Amateurfunkband in den Empfänger gelangen.
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Um zu verhindern, dass Signale des
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$\qty{2}{\meter}$-Amateurfunkbandes den Empfänger erreichen, kann ein
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Hochpassfilter vor den Empfänger geschaltet werden, dessen
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Grenzfrequenz etwas unter dem DVB-T2-Bereich (und damit weit oberhalb
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des $\qty{2}{\meter}$-Amateurfunkbandes) liegt - etwas unter und
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nicht genau auf dem unteren Ende des DVB-T2-Bereichs deshalb, weil
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der Hochpassfilter nur eine begrenzte Flankensteilheit hat und
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ansonsten auch Fernsehsignale am unteren Rand des DVB-T2-Bereichs zu
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stark bedämpft würden.
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@@ -0,0 +1,37 @@
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Es geht in der Frage um ein "Netzanschlusskabel", also um eine
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Stromversorgung mit $\qty{230}{\volt}$ und $\qty{50}{\hertz}$.
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Das Ziel ist es, HF-Ströme auf der Zuleitung möglichst zu
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dämpfen, die Stromversorgung mit einem
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$\qty{50}{\hertz}$-Wechselstrom aber nicht zu beeinträchtigen.
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Gesucht ist also ein Filter, der hohe Frequenzen stark bedämpft,
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tiefe Frequenzen (hier die $\qty{50}{\hertz}$) aber möglichst
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ungehindert passieren lässt: ein Tiefpassfilter.
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Wenn man die Tiefpassfilterschaltung nicht unmittelbar erkennt,
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kann man die richtige Schaltung auch im Ausschlussverfahren
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ermitteln:
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Kondensatoren haben bei tiefen Frequenzen einen großen kapazitiven
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Widerstand und bei hohen Frequenzen einen kleineren kapazitiven
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Widerstand. Damit kann man alle Schaltungen ausschließen, bei denen
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Kondensatoren mit den Stromversorgungsleitungen in Reihe geschaltet
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sind, denn diese in Reihe geschalteten Kondensatoren würden die
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HF-Ströme passieren lassen, aber für die
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$\qty{50}{\hertz}$-Stromversorgung einen relativ hohen Widerstand
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darstellen, was das genaue Gegenteil des gewünschten Effekts ist.
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Übrig bleibt also nur die Schaltung, bei der in Reihe mit den beiden
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Adern der Stromversorgungsleitung je eine Spule eingeschleift ist und
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die Kondensatoren zwischen die beiden Adern geschaltet sind.
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Die in Reihe geschalteten Spulen haben für die
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$\qty{50}{\hertz}$-Wechselspannung der Stromversorgung nur einen
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sehr kleinen Widerstand, behindern die Stromversorgung durch das
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Netzanschlusskabel also kaum. Für die der Stromversorgung überlagerte
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HF bilden sie aber einen hohen induktiven Widerstand.
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Die Kondensatoren zwischen den beiden Adern schließen die überlagerte
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HF zwischen den beiden Adern quasi kurz, denn für die HF haben sie
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einen sehr kleinen kapazitiven Widerstand. Für die
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$\qty{50}{\hertz}$-Wechselspannung der Stromversorgung ist der
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kapazitive Widerstand aber so hoch, dass der durch die Kondensatoren
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fließende Querstrom bei $\qty{50}{\hertz}$ vernachlässigbar ist.
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@@ -0,0 +1,25 @@
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Gesucht ist ein Filter, der *Ober*schwingungen, also Vielfache
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der Sendefrequenz, unterdrückt. Das wäre bei einem Tiefpass und
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bei einem Bandpass der Fall.
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Üblicherweise werden Ausgangsfilter eines Senders als Tiefpassfilter
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realisiert, unter den vier Lösungsmöglichkeiten ist jedoch keine
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Tiefpassfilter-Kurve. Die vier gezeigten Filterkurven stellen
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folgende Filtercharakteristiken dar:
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* Zwei verschiedene Bandstoppfilter (Bandsperren) - einmal recht
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steilflankig, einmal weniger steilflankig: Das Sendesignal wird
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ausgefiltert, statt dessen werden sowohl Frequenzen unterhalb als
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auch oberhalb des Sendesignals durchgelassen. Eine solche
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Filtercharakteristik ergibt als als Senderausgangsfilter keinen
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Sinn, denn sie würde das Gegenteil von dem bewirken, was man
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eigentlich erreichen möchte.
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* Ein Hochpassfilter: Dieser Filter würde das Nutzsignal
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durchlassen, aber die Oberschwingungen ebenfalls.
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* Ein Bandpassfilter: Er lässt das Sendesignal passieren und
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unterdrückt sowohl niedrigere als auch höhere Frequenzen, und
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damit natürlich auch die Oberschwingungen.
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Die korrekte Lösung ist also die Bandpassfilterkurve.
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@@ -0,0 +1,19 @@
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Unerwünschte Mischprodukte am Ausgang eines Mischers können sowohl
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niedrigere als auch höhere Frequenzen haben als das gewünschte
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Mischprodukt. Um sicherzustellen, dass nur das gewünschte Signal in
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die Senderausgangsstufe gelangt, muss man dem Mischer daher einen
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Bandpass nachschalten, der nur das gewünschte Signal passieren lässt
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und sowohl niedrigere als auch höhere Frequenzen ausfiltert.
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Die übrigen Antworten können nicht richtig sein:
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* Eine Auskopplung über einen Hochpass würde nur unerwünschte
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Mischprodukte unterhalb des Nutzsignals ausfiltern, unerwünschte
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Mischprodukte oberhalb des Nutzsignals jedoch nicht.
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* Die Verstärkung des Signals durch eine lineare
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Klasse-A-Treiberstufe verstärkt alle Mischprodukte gleichermaßen -
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erwünschte wie unerwünschte.
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* Eine Auskoppelung durch ein *breitbandiges* Dämpfungsglied dämpft
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alle Mischprodukte gleichermaßen - unerwünschte wie erwünschte.
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@@ -257,7 +257,7 @@
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Dennis Eisold (DN9KGB), Klaus Finkenzeller (DL5MCC), Christoph Fischer (DC6GF), Michael Funke (DL4EAX), Tim Grelka (DA2TG), Michael Groni
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(DB7YI), Prof. Dr. Michael Hartje (DK5HH), Christian Hillmer (DM7EE), Ronny Jerke (DG2RON), Prof. Dr. Matthias Jung
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(DL9MJ), Thomas Kamp (DF5JL), Erich Kless (DD4UQ), Karlheinz Krause (DL4DBY), Stephan Kregel (DG1HXJ), Dr. Andreas
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Krüger (DJ3EI), Michael Lowack (DK1KC), Rüdiger Maaß (DF7LYN), Ralf Mahler (DF1RM), Daniel Mittendorf (DK5WP), Michael Moller
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Krüger (DJ3EI), Michael Lowack (DK1KC), Rüdiger Maaß (DF7LYN), Ralf Mahler (DF1RM), Karsten Merker (DH1KM), Daniel Mittendorf (DK5WP), Michael Moller
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(DG9NDT), Christian Reiber (DL8MDW), Harald Rode (DL4HR), Florian Schmid (DL1FLO), Prof. Dr. Herrmann Schumacher
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(DF2DR), Alexander Schumacher (DL1ASN), Marco Schwan (DC8WAN), Prof. Dr. Klaus Solbach (DK3BA), Caspar Heinrich Nicolas Spethmann, Björn Swierczek
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(DL1PZ), Aaron Thielmann (DB9TT), Carmen Weber (DM4EAX), Lars Weiler (DC4LW), Daniel Wendt-Fröhlich (DL2AB),
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