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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 21:23 So 17.02.2008 | | Autor: | Miri.Am |
Hallo zusammen!
Ich muss für die Schule (Physik 2-stündig, 13.Klasse) einen Mittelwellenempfänger inkl. Verstärker bauen. Den Bau- und den Schaltplan habe ich vorliegen. Ich habe ihn hier eingescannt:
[Dateianhang nicht öffentlich]
Im Folgenden beziehe mich auf diesen Schaltplan.
Ich muss außerdem die Funktionsweise des Radios erklären und habe dies zum Teil auch hinbekommen.
Allerdings weiß ich nicht, ob meine Vermutungen zur Funktionsweise stimmen.
1) Ich wäre also sehr dankbar, wenn ihr mir sagen könntet, ob Folgendes richtig ist:
Die Antenne nimmt elektromagnetische Wellen auf und wandelt sie in Schwingungen um.
Es entsteht ein Schwingkreis:
Am Kondensator 1 (C1) baut sich ein elektrisches Feld auf, während dieser sich auflädt. Bei Anschluss an einer (mit einem Metallstab verstärkten) Spule entlädt sich C1, da eine Verbindung zwischen den Kondensatorplatten über die Spule aufgebaut wird. Durch das Entladen von C1 ändert sich die Stromstärke in der Spule, wodurch ein magnetisches Feld induziert wird. Die induzierte Spannung lädt C1 anders herum auf.
2) Wozu braucht man eine Erdung?
3) Ist Folgendes richtig?
Die Diode lässt einen elektrischen Stromkreislauf nur in eine Richtung durch, das bedeutet, dass die erzwungenen Schwingungen übertragen wird, aber nicht der Schwingkreis.
4) Wozu dienen die Widerstände R1 und R2?
Bis hierhin kann ich mir mehr oder weniger erklären, wie der Empfänger funktioniert. Bei dem Verstärker bin ich allerdings völlig aufgeschmissen.
5) Kann mir jemand erklären oder Tipps dazu geben, wie ein Verstärker funktioniert?
Ich wäre sehr dankbar dafür!
Ich habe diese Frage in keinem Forum auf anderen Internetseiten gestellt.
Gruß, M.
Dateianhänge:
Anhang Nr. 1 (Typ: jpg) [nicht öffentlich]
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 22:43 So 17.02.2008 | | Autor: | rainerS |
Hallo!
Erstmal herzlich ![[willkommenvh]](/images/smileys/willkommenvh.png "[willkommenvh]")
> Ich muss für die Schule (Physik 2-stündig, 13.Klasse) einen
> Mittelwellenempfänger inkl. Verstärker bauen. Den Bau- und
> den Schaltplan habe ich vorliegen. Ich habe ihn hier
> eingescannt:
> ![[]](/images/popup.gif) http://www.oyla9.de/userdaten/22689946/bilder/Bauplan_Radio.JPG
Ich habe daraus einen Link gemacht, damit man einfach draufklicken kann.
> Im Folgenden beziehe mich auf diesen Schaltplan.
>
> Ich muss außerdem die Funktionsweise des Radios erklären
> und habe dies zum Teil auch hinbekommen.
>
> Allerdings weiß ich nicht, ob meine Vermutungen zur
> Funktionsweise stimmen.
Du kannst in diesen Wikipedia-Artikel schauen. Dein Radio ist zwar kein Detektorempfänger, aber die Funktionsweise ist die gleiche.
> 1) Ich wäre also sehr dankbar, wenn ihr mir sagen könntet,
> ob Folgendes richtig ist:
>
> Die Antenne nimmt elektromagnetische Wellen auf und wandelt
> sie in Schwingungen um.
> Es entsteht ein Schwingkreis:
> Am Kondensator 1 (C1) baut sich ein elektrisches Feld auf,
> während dieser sich auflädt. Bei Anschluss an einer (mit
> einem Metallstab verstärkten) Spule entlädt sich C1, da
> eine Verbindung zwischen den Kondensatorplatten über die
> Spule aufgebaut wird. Durch das Entladen von C1 ändert sich
> die Stromstärke in der Spule, wodurch ein magnetisches Feld
> induziert wird. Die induzierte Spannung lädt C1 anders
> herum auf.
Das ist im Prinzip richtig, allerdings erklärst du die Funktion der Antenne nicht ganz.
Du hast in deinem Bauplan eine Ferritstabantenne, das ist ein Ferritstab, um den deine Spule gewickelt ist. Damit kann man auch ohne Anschluss einer externen Antenne empfangen: der magnetisierbare Stab bündelt die magnetischen Feldlinien der elektromagnetischen Wellen und kann daher selbst als Antenne dienen. Das geht allerdings nur, wenn der Sender stark genug ist.
> 2) Wozu braucht man eine Erdung?
Um einen Stromkreis zu haben. Mit nur einem Anschluss allein kann kein Strom fließen. Die Erdung dient als Gegenpol zur Antenne. Die nimmst den Unterschied des elektrischen Feldes zwischen Antenne und Erde auf. (Die Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen beträgt bei Mittelwelle mehrere Hundert Meter, deswegen darf dir Antenne nicht zu klein oder zu nah am Boden sein.)
> 3) Ist Folgendes richtig?
>
> Die Diode lässt einen elektrischen Stromkreislauf nur in
> eine Richtung durch, das bedeutet, dass die erzwungenen
> Schwingungen übertragen wird, aber nicht der Schwingkreis.
Nein, das ist nicht richtig. Die Diode dient als Hüllkurvendemodulator. Ein Signal eines Mittelwellensenders sieht etwa so aus. Die schwarz eingezeichneten Schwingungen sind die Wellen, die an der Antenne ankommen, die rote Markierung zeigt das Nutzsignal, also die eigentliche Radiosendung. Du musst irgendwie an das rote Signal herankommen und dabei den schwarzen Teil loswerden.
So etwas macht man mit einem Tiefpass: einer Schaltung, die die niedrigen (roten) Frequenzen durchlässt, die hohen (schwarzen) aber nicht. Das macht der Kondensator C2. Ohne die Diode würde das aber nichts nutzen, weil die Spannung so schnell zwischen positiven und negativen Werten hin- und herwechselt, dass sich diese gegenseitig aufheben.
Durch die Diode werden die negativen Anteile weggefiltert, denn der Strom kann nur in einer Richtung fließen. Das bedeutet in der Grafik, dass die untere Hälfte wegfällt. Durch den Kondensator werden dann die hohen Frequenzen unterdrückt, sodass am Schluss das rote Signal (Sprache, Musik) übrigbleibt.
> 4) Wozu dienen die Widerstände R1 und R2?
R1 dient zum Entladen des Kondensators C2. Ohne R1 würde nur der Strom durch die Diode den Kondensator aufladen; durch die Diode kann er sich nicht entladen, weil der Strom nicht zurück fließen kann. Durch R1 wird er entladen, sobald die (rote) Spannung kleiner wird.
R2 und Rp bilden zusammen einen Spannungsteiler. Dadurch wird, abhängig von der Stellung des Drehwiderstandes Rp, die Spannung am Basiseingang des Transistors auf einen bestimmten Wert eingestellt und dadurch die Verstärkung beeinflusst.
> Bis hierhin kann ich mir mehr oder weniger erklären, wie
> der Empfänger funktioniert. Bei dem Verstärker bin ich
> allerdings völlig aufgeschmissen.
> 5) Kann mir jemand erklären oder Tipps dazu geben, wie ein
> Verstärker funktioniert?
Ich nehme an, dir ist das Grundprinzip klar: leise rein -> laut raus 
Um das genauer zu verstehen, musst du dir die Arbeitsweise eines Transistors anschauen. Wenn du mal (nicht erschrecken!) dieses Bild anschaust, und zwar den linke obere Quadranten, in dem auf der x-Achse der Basisstrom [mm] $I_B$ [/mm] und auf der y-Achse der Kollektorstrom [mm] $I_C$ [/mm] aufgetragen sind. [mm] $I_B$ [/mm] ist der Strom, der vom Radioempfänger kommt, und [mm] $I_C$ [/mm] ist der Strom, der durch den Lautsprecher fließt.
Wichtig sind zwei Dinge:
1. Der Strom durch den Lautsprecher ist viel größer, als der Strom, der links in den Transistor hineingeht. Also wird der Eingangstrom verstärkt.
2. Die Kurve ist (außer in der Nähe des Nullpunkts) gerade, also haben wir einen linearen Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang des Verstärkers.
Anders ausgedrückt: das Signal kommt genauso heraus, wie es hineinging, nur verstärkt.
Ich hoffe, das hilft dir weiter.
Viele Grüße
Rainer
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 19:26 Di 19.02.2008 | | Autor: | Miri.Am |
Vielen Dank für die ausführliche Antwort!! Sie hat mir extrem weitergeholfen!
Allerdings ergeben sich für mich nun neue Fragen =)
> Ohne die Diode würde das aber nichts nutzen, weil die Spannung
> so schnell zwischen positiven und negativen Werten hin- und
> herwechselt, dass sich diese gegenseitig aufheben.
Warum wechselt der Strom so schnell zwischen negativ und positiv?
> Durch die Diode werden die negativen Anteile weggefiltert,
> denn der Strom kann nur in einer Richtung fließen. Das
> bedeutet in der Grafik, dass die untere Hälfte wegfällt.
> Durch den Kondensator werden dann die hohen Frequenzen
> unterdrückt, sodass am Schluss das rote Signal (Sprache,
> Musik) übrigbleibt.
Hast du zu beiden Aussagen eine Formel, aus der man das herleiten kann? Oder gibt es einfach keine und man nimmt das als Phänomen hin?
> R1 dient zum Entladen des Kondensators C2. Ohne R1 würde
> nur der Strom durch die Diode den Kondensator aufladen;
> durch die Diode kann er sich nicht entladen, weil der Strom
> nicht zurück fließen kann. Durch R1 wird er entladen,
> sobald die (rote) Spannung kleiner wird.
Heißt das, dass sich zwischen C2, der Spule über die Diode ein weiterer Schwingkreis bildet oder nur ein normaler Stromkreis?
> Ich nehme an, dir ist das Grundprinzip klar: leise rein ->
> laut raus
>
> Um das genauer zu verstehen, musst du dir die Arbeitsweise
> eines Transistors anschauen.
Ok, dann werd ich mich mal noch informieren, was sich genau im Transistor abspielt.
Nochmal danke für die schnelle Antwort.
Gruß, M.
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(Antwort) fertig | | Datum: | 20:35 Di 19.02.2008 | | Autor: | rainerS |
Hallo!
> Vielen Dank für die ausführliche Antwort!! Sie hat mir
> extrem weitergeholfen!
>
> Allerdings ergeben sich für mich nun neue Fragen =)
>
> > Ohne die Diode würde das aber nichts nutzen, weil die
> Spannung
> > so schnell zwischen positiven und negativen Werten hin- und
> > herwechselt, dass sich diese gegenseitig aufheben.
>
> Warum wechselt der Strom so schnell zwischen negativ und
> positiv?
Das kommt von der Übertragung durch die Radiowellen, die durch das Nutzsignal moduliert werden.
Das Nutzsignal, also die Sprache oder Musik, die übertragen werden, haben Frequenzen im Bereich von etwa 16 bis 16000 Hertz. Wenn man versucht, solche Frequenzen durch die Luft als elektromagnetische Wellen zu übertragen, stellt man fest, dass man nicht weit kommt. Das Hauptproblem ist, dass es so viele Quellen für Wellen in diesem Frequenzbereich gibt, die das Nutzsignal stören. Außerdem ist die Reichweite nicht so furchtbar groß.
Also nimmt man einen anderen Frequenzbereich, bei Mittelwellen sind das Frequenzen um 1MHz (1 Million Hertz). Da gibt's erstens weniger Störsender, und zweitens breiten die sich auch besser aus. Die Modulation bewirkt, dass das sogenannte Trägersignal (etwa 1MHz) im Rhythmus des Nutzsignals (16-16000Hz) verändert wird. Das Ergebnis ist das Bild, das ich im letzten Post verlinkt habe: schwarz ist das Trägersignal, rot das Nutzsignal. Wenn die ganze Sache im Schwingkreis angekommen ist, braucht man das Trägersignal nicht mehr.
Übrigens dient der Schwingkreis auch dazu, das richtige Trägersignal herauszusuchen. Verschiedene Radiosender senden mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen, zum Beispiel 900kHz oder 1000kHz. Der Schwingkreis muss auf die passende Frequenz eingestellt sein, damit man genau diese Trägerfrequenz herausfiltern kann.
> > Durch die Diode werden die negativen Anteile weggefiltert,
> > denn der Strom kann nur in einer Richtung fließen. Das
> > bedeutet in der Grafik, dass die untere Hälfte wegfällt.
> > Durch den Kondensator werden dann die hohen Frequenzen
> > unterdrückt, sodass am Schluss das rote Signal (Sprache,
> > Musik) übrigbleibt.
>
> Hast du zu beiden Aussagen eine Formel, aus der man das
> herleiten kann? Oder gibt es einfach keine und man nimmt
> das als Phänomen hin?
Vereinfacht gesagt, hängt der (scheinbare) Widerstand eines Kondensators mit der Kapazität C von der Frequenz f ab, er beträgt nämlich
$ [mm] \bruch{1}{2\pi f C} [/mm] $
Wenn zum Beispiel deine Trägersignal 1MHz hat, das Nutzsignal aber nur 10kHz, also ein Hunderstel, ist der Widerstand für das Nutzsignal hundertmal so groß wie für das Trägersignal. Deswegen wirkt der Kondensator fast wie ein Kurzschluss für die hohen Frequenzen. So etwas nennt man einen Tiefpass.
(Das ist eine vereinfachte Darstellung, mit der man sehr gut rechnen kann. In Wirklichkeit fließt kein Strom durch den Kodensator, sondern er wird von dem Wechselstrom ständig geladen und entladen. Je höher die Frequenz, desto schneller geht das, und um so weniger Zeit steht für den einzelnen Aufladevorgang zur Verfügung, um so kleiner ist die Spannung, die durch die Ladung entsteht. Im Endeffekt entsteht eine Spannung am Kondensator, die dem (roten) Nutzsignal entspricht, plus kleine, schnelle Schwankungen.)
> > R1 dient zum Entladen des Kondensators C2. Ohne R1 würde
> > nur der Strom durch die Diode den Kondensator aufladen;
> > durch die Diode kann er sich nicht entladen, weil der Strom
> > nicht zurück fließen kann. Durch R1 wird er entladen,
> > sobald die (rote) Spannung kleiner wird.
>
> Heißt das, dass sich zwischen C2, der Spule über die Diode
> ein weiterer Schwingkreis bildet oder nur ein normaler
> Stromkreis?
Nein, kein Schwingkreis, denn es findet kein Hin- und her statt wie bei Kondensator und Spule.
Viele Grüße
Rainer
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 02:31 Fr 22.02.2008 | | Autor: | Miri.Am |
Vielen, vielen Dank für deine Hilfe! Ich hätte vieles nicht alleine herausgefunden. Du hast mir sehr weitergeholfen! Danke. =)
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