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Amateurfunk-Lehrgang Klasse A
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KAPITEL 7: Oszillator, HF-Verstärker

Eine für den Amateurfunk wichtige Anwendung des Transistors als Verstärker ist der Oszillator. Ein Oszillator ist ein Schwingungserzeuger für sinusförmige Schwingungen, wie sie für den Sender in der Funktechnik gebraucht werden. Allerdings werden kommerzielle Sender nicht mehr mit solchen frei schwingenden Oszillatoren aufgebaut, sondern mit so genannten PLL-Schaltungen, wie sie in der Lektion 11 beschrieben werden.

Übersicht

 

Der selektive Verstärker als HF-Verstärker

Betreibt man einen Transistor oder einen Operationsverstärker als Breitbandverstärker mit Widerständen und Kondensatoren zur Beschaltung (so genannter RC-Verstärker), wird man feststellen, dass es nicht ganz einfach ist, sehr hohe Frequenzen (z.B. über 1 MHz) zu verstärken. Die äußeren Kapazitäten (C1 in Bild 7-1) der Verstärkerbauelemente und der Schaltung bilden für hohe Frequenzen einen niedrigen Wechselstromwiderstand, eventuell sogar einen Kurzschluss.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 7-1: Breitbandverstärker (A) und  Selektiver Verstärker (B)

Ersetzt man jedoch den Kollektorwiderstand RC des Breitbandverstärkers durch einen Parallelschwingkreis (Bild 7-1 B), kann die Schaltkapazität mit eingerechnet werden und der Schwingkreis hat bei seiner Resonanzfrequenz einen großen Widerstand und damit hohe Verstärkung. Allerdings hat er die hohe Verstärkung nur bei dieser Frequenz, bzw. entsprechend der Bandbreite in einem schmalen Frequenzbereich. Man nennt einen solchen Verstärker deshalb "Schmalbandverstärker" oder "selektiven Verstärker" oder "Resonanzverstärker".

Die Resonanzfrequenz berechnet sich mit Hilfe der Thomsonschen Schwingkreisformel - wobei die Schaltkapazität einbezogen werden muss - und die Bandbreite mit Hilfe der Güte des Schwingkreises (siehe Lektion 4). Der Nachteil dieses selektiven Verstärkers ist, dass er bei Frequenzwechsel nachgestimmt werden muss, um wieder eine gute Verstärkung zu erzielen. Deshalb wird er im Kurzwellenbereich nicht mehr so gern verwendet, nur gelegentlich noch als so genannter "Preselektor" (selektiver Vorverstärker). Im UKW-Bereich setzt man ihn gern ein, wo man eine entsprechend hohe Bandbreite für das gesamte 2-m-Band erzielt. Der selektive Verstär­ker mit einem Parallelschwingkreis ist die Grundschaltung für einen LC-Oszillator.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 7-2: Bandbreite und Resonanzfrequenz eines selektiven Verstärkers

 

Frequenz

 

Durch Ändern von L oder C kann die Frequenz des Oszillators verändert werden.

Prüfungsfrage

TD612  Wie verhält sich die Frequenz eines Oszillators bei Temperaturanstieg, wenn die Kapazität des Schwingkreiskondensators mit dem Temperaturanstieg ebenfalls ansteigt?
Die Frequenz bleibt stabil.
Die Schwingungen reißen ab (Aussetzer).
Die Frequenz erhöht sich.
Die Frequenz verringert sich.

Kommentar: Aus der obigen Formel kann man erkennen, dass sich Frequenz und Kapazität umgekehrt proportional verhalten, weil die Kapazität unter dem Bruchstrich steht. Umgekehrt proportional bedeutet, dass die eine Größe sinkt, wenn die andere steigt und umgekehrt.

 

Prüfungsfrage

TD613  Wie verhält sich die Frequenz eines Oszillators bei Temperaturanstieg, wenn die Kapazität des Schwingkreiskondensators mit dem Temperaturanstieg geringer wird?
Die Frequenz wird erhöht.
Die Schwingungen reißen ab (Aussetzer).
Die Frequenz wird niedriger.
Die Frequenz bleibt stabil.

 

Prüfungsfrage

TD614  Im VFO eines Senders steigt die Induktivität der Spule mit der Temperatur. Der Kondensator bleibt sehr stabil. Welche Auswirkungen hat dies bei steigender Temperatur?
Die VFO-Frequenz wandert nach oben.
Die VFO-Frequenz wandert nach unten.
Die VFO-Ausgangsspannung nimmt zu.
Die VFO-Ausgangsspannung nimmt ab.

 

 

Die Rückkopplung

Ein Oszillator ist ein Schwingungserzeuger. Im Gegensatz zu PLL-Systemen werden beim LC-Oszillator direkt sinusförmige Spannungen erzeugt. Elektrische Schwingungen erzeugt man auf elektronischem Wege durch Rückkopplung.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 7-3: Prinzip der Rückkopplung

Führt man einen Teil der Ausgangsspannung eines Verstärkers auf den Eingang zurück, bezeichnet man dies als Rückkopplung (Bild 7-3). Man unterscheidet zwei Arten der Rückkopplung. Bei der Gegenkopplung ist die zugeführte Spannung in der Phasenlage entgegengesetzt zur Eingangsspannung. Dadurch heben sich die Spannungen am Eingang teilweise auf und die Gesamtverstärkung geht zurück. Gleichzeitig nehmen auch die in diesem Verstärker erzeugten Verzerrungen ab. Die Gegenkopplung wird angewendet, um im NF-Bereich eine Klangverbesserung und im HF-Bereich eine größere Bandbreite zu erreichen (Breitbandverstärker).

Wird die über K (Bild 7-3) zurück gekoppelte Spannung gleichphasig (jges = 360° oder 0°) an den Eingang geführt, addieren sich die Spannungen. Die Verstärkung wird erhöht. Man nennt diese Art der Rückkopplung Mitkopplung. Die Mitkopplung hat man früher in billigen Empfängern (Rückkopplungsempfänger, Einkreiser usw.) zur Trennschärfeverbesserung eingesetzt. Der Nachteil der vergrößerten Unstabilität des Verstärkungsfaktors und des Arbeitspunktes hat den Einsatz der Mitkopplung für diesen Zweck stark verdrängt.

Ist die Mitkopplungsspannung genau so groß wie die Eingangsspannung, setzen selbsttätig Schwingungen ein. In diesem Fall ist der Rückkopplungsfaktor K gleich dem Kehrwert des Verstärkungsfaktors v. Man nennt dies Schwingbedingung, also die Bedingung, wenn Schwingungen einsetzen.

 

Ein Beispiel mag dies verdeutlichen. Führt man bei einem Verstärker mit v = 100 nur 1/100 der Ausgangsspannung von z.B. 100 mV, also 1 mV, auf den Eingang zurück, wird die Spannung wieder auf 100 mV verstärkt. Der Vorgang hält sich aufrecht.

Ist der Verstärkungsfaktor etwas größer als der Kehrwert des Rückkopplungsfaktors, braucht keine Spannung von außen zugeführt zu werden. Eine kleine zufällige Spannungsänderung beim Einschalten bewirkt, dass die Ausgangsspannung immer mehr ansteigt bis der Verstärker begrenzt. Diesen Fall, bei dem selbsttätig Schwingungen einsetzen, nennt man Anschwingen oder Entstehung von ungedämpften Schwingungen. Es gilt die Anschwingbedingung (Siehe Formel auf dieser Seite links unten!). Eine gute Zusammenfassung findet man in der richtigen Antwort der folgenden Prüfungsfrage.

Prüfungsfrage

TD609  Welche Bedingungen müssen zur Erzeugung ungedämpfter Schwingungen in Oszillatoren erfüllt sein?
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.
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.
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.
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.

 

 

Zeichnung: Eckart Moltrecht

 

Der LC-Oszillator

Bei Hochfrequenzoszillatoren verwendet man meistens selektive Verstärker, die mit LC-Schwingkreisen arbeiten. Bei diesen LC-Sinusoszillatoren gibt es drei Grundprinzipien, die sich in der Art der Erzeugung der Rückkopplung unterscheiden.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 7-4: Rückkopplungsprinzipien

Fast alle LC-Oszillatoren lassen sich auf die im Bild 7-4 dargestellten Prinzipien zurückführen. Beim Meißner-Oszillator wird die Rückkopplung über transformatorische Kopplung (induktiv) erreicht. Bei der Hartley- und der Colpitts-Schaltung haben wir es mit so genannten Dreipunktschaltungen zu tun, bei der die Rückkopplung über Anzapfungen an der Spule (Hartley) oder am Kondensator (Colpitts) erfolgt. Merkhilfe: H = Henry (Induktivität), C = Kapazität.

 

Der Meißner-Oszillator

Jeder Oszillator kann in einer der Transistorgrundschaltungen Emitter-, Basis- oder Kollektorschaltung betrieben werden. Im Bild 7-5 ist dies am Beispiel der Meißner-Schaltung dargestellt.

Bei der Emitterschaltung (Bild 7-5 A) muss die Phasendrehung des Transistorverstärkers durch den entgegen gesetzten Wickelsinn des Transformators aufgehoben werden. Die Punkte deuten den Wickelsinn an. Die mit den Punkten gekennzeichneten Stellen haben zu denselben Zeiten gleiche Phasenlage. Die Ausgangsspannung kann kapazitiv abgenommen werden. Es ist auch eine transformatorische Auskopplung durch eine weitere Zusatzwicklung möglich.

Bei der Basisschaltung (Bild 7-5 B) ist die Basis über einen Kondensator an Masse gelegt. Bei der Kollektorschaltung muss vom Emitter zur Basis zurückgekoppelt werden. Wegen der Spannungsverstärkung kleiner 1 muss bei der Kollektorschaltung das Übersetzungsverhältnis des Transformators so bemessen sein, dass die Basiswicklung mehr Windungen erhält. Der Rückkopplungsfaktor K wird bei allen drei Schaltungen durch das Übersetzungsverhältnis des Trafos bestimmt.

Die Widerstände R1 und R2 bestimmen den Arbeitspunkt und damit die Verstärkung des Transistors. Die Widerstände und Kondensatoren in der Emitterleitung dienen der Arbeitspunktstabilisierung. Mit dem Widerstand Rk in der Rückkoppelleitung kann der Rückkopplungsfaktor eingestellt werden.

Prüfungsfrage

TD602  Bei dieser Schaltung handelt es sich um

 

einen induktiv rückgekoppelten LC-Oszillator in Basisschaltung.
einen induktiv rückgekoppelten LC-Oszillator in Emitterschaltung.
einen Oberton-Oszillator in Basisschaltung.
einen Oberton-Oszillator in Emitterschaltung.

Kommentar: Oberton gibt es nur bei Quarzoszillatoren.

 

Dreipunkt-Schaltungen

Die Meißner-Schaltung arbeitet immer mit einem Transformator im Rückkopplungszweig. Die beiden anderen Grundschaltungen weichen nur insoweit von der Meißner-Schaltung ab, als dass die Rückkopplungsspannung an Anzapfungen abgegriffen und die Wechselspannung über Koppelkondensatoren der entsprechenden Elektrode zurückgeführt wird.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Beim Hartley-Oszillator (Bild 7-6) wird die Rückkopplungsspannung an einer Spulenanzapfung abgegriffen. Je nach Transistor-Grundschaltung (Emitter-, Basis-, Kollektorschaltung) muss die Betriebsspannung anders zugeführt werden.

Bei der Emitterschaltung ist darauf zu achten, dass die Betriebsspannung an die Anzapfung der Spule gelegt wird, damit Kollektor und Basis an den entgegengesetzten Seiten des Schwingkreises angeschlossen werden können, um die Phasendrehung von 180° des Transistorverstärkers wieder auszugleichen.

 

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 7-7: Oszillatorschaltungen in kapazitiver Dreipunktschaltung (Colpitts)
A) Emitter-, B) Basis-, C) Kollektorschaltung

 

Prüfungsfrage

TD603  Bei dieser Schaltung handelt es sich um

 

einen LC-Oszillator in induktiver Dreipunktschaltung.
einen LC-Oszillator in kapazitiver Dreipunktschaltung.
einen Oberton-Oszillator in Kollektorschaltung.
einen Oberton-Oszillator in Emitterschaltung.

Kommentar: Anzapfug an der Spule -> induktive Dreipunktschaltung

 

Prüfungsfrage

TD610  Die Bezeichnungen "Colpitts" und "Hartley" stehen für
FM-Demodulatoren.
Verstärker.
Oszillatoren.
Modulatoren.

Der Colpitts-Oszillator unterscheidet sich vom Hartley-Oszillator nur dadurch, dass die Anzapfung nicht an der Spule sondern am Kondensator erfolgt. Eine Anzapfung am Kondensator gibt es normalerweise nicht; deshalb wird der Schwingkreiskondensator durch zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren ersetzt. Die Gleichstrom­verbindung muss deswegen durch einen parallel geschalteten Widerstand oder eine Hochfrequenzdrossel hergestellt werden.

Selbstverständlich können alle Oszillatorschaltungen auch mit anderen Verstärkerbauelementen wie Feldeffekttransistor oder Operationsverstärker aufgebaut werden. Es wird sich lediglich die Erzeugung der Vorspannung für den Arbeitspunkt des Bauelementes ändern. Beim bipolaren Transistor ist dafür immer der Basis-Spannungsteiler R1 / R2 verantwortlich.

 

Prüfungsfrage

TD601  Bei dieser Schaltung handelt es sich um

 

einen Oberton-Oszillator in Kollektorschaltung.
einen Hochfrequenzverstärker in Basisschaltung.
einen Hochfrequenzverstärker in Emitterschaltung.
einen kapazitiv rückgekoppelten Dreipunkt-Oszillator.

Kommentar: C3/C4 bewirken die kapazitive Rückkopplung.

 

Der Quarzoszillator

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 7-10: Quarzoszillatorschaltungen, a) kapazitive Rückkopplung (Dreipunktschaltung), Parallelresonanz, b) Induktive Rückkopplung, Serienresonanz

In seinem elektrischen Verhalten ist der Quarz mit einem Schwingkreis vergleichbar (Siehe Lektion 4, Abschnitt Quarz!). Er kann jedoch eine etwa tausendfach höhere Güte erreichen. Er hat eine hohe Frequenzstabilität. Deshalb wird ein Quarz als Ersatz für einen Schwingkreis bei solchen Oszillatoren eingesetzt, bei denen es auf gute Frequenzstabilität ankommt.

Prüfungsfrage

TD615  Der Vorteil von Quarzoszillatoren gegenüber LC-Oszillatoren liegt darin, dass sie
eine breitere Resonanzkurve haben.
eine bessere Frequenzstabilität aufweisen.
einen geringeren Anteil an Oberwellen erzeugen.
ein sehr viel geringes Seitenbandrauschen erzeugen.

 

Quarzoszillatoren können in jeder Oszillator-Grundschaltung ausgeführt werden. Der Quarz wird dann entweder für den Schwingkreis eingesetzt (Parallelresonanz), wie dies in Bild 7-10 a beim Colpitts-Oszillator zu sehen ist.

Oder der Quarz wird in den Mitkopplungszweig in Reihe geschaltet (Reihenresonanz). Ein Quarz kann als Parallelkreis oder als Reihenkreis eingesetzt werden. Allerdings weichen die Resonanzfrequenzen in Parallel- oder Reihenresonanz geringfügig voneinander ab (siehe Lektion 4). Bei dieser Schaltung Bild 7-10 b wird nur eine solche HF-Spannung zurückgekoppelt, für die der Quarz in Serienresonanz einen sehr kleinen Widerstand darstellt.

Prüfungsfrage

TD604  Bei dieser Oszillatorschaltung handelt es sich um einen kapazitiv rückgekoppelten Quarz-Oszillator in

  

Kollektorschaltung, in der der Quarz in der 3. Oberschwingung betrieben wird.
Kollektorschaltung, in der der Quarz in seiner Grundschwingung betrieben wird.
Basisschaltung, in der der Quarz in Parallelresonanz betrieben wird.
Basisschaltung, in der der Quarz in Serienresonanz betrieben wird.

 

Prüfungsfrage

TD606  Ist die folgende Schaltung als Oberton-Oszillator geeignet?

 

Ja, wenn der Schwingkreis für eine der Obertonfrequenzen des Quarzes ausgelegt wird.
Nein, weil die Schaltung keinen Frequenzvervielfacher besitzt.
Nein, weil der Quarz in Oberton-Oszillatoren immer in Parallelresonanz betrieben werden muss.
Nein, Oszillatorschaltungen, die neben dem Quarz noch einen LC-Schwingkreis besitzen, sind als Oberton-Oszillatoren ungeeignet.

Bei Quarzoszillatoren mit dem Quarz in Serienschaltung kann der Schwingkreis auf eine Oberwelle der Quarzfrequenz abgestimmt werden. Beispielsweise hat der Quarz eine Grundfrequenz von 4 MHz und der Schwingkreis wird auf 12 MHz eingestellt. Man nennt diese Schaltung dann Oberton-Quarzoszillator.

Prüfungsfrage

TD605  Bei dieser Oszillatorschaltung handelt es sich um einen kapazitiv rückgekoppelten Quarz-Oszillator in

 

Basisschaltung, in der der Quarz in Serienresonanz betrieben wird.
Basisschaltung, in der der Quarz in Parallelresonanz betrieben wird.
Emitterschaltung, in der der Quarz in Parallelresonanz betrieben wird.
Emitterschaltung, in der der Quarz in Serienresonanz betrieben wird.

Kommentar: Basisschaltung, weil Basis über C5 an Masse.

 

Praktische Oszillatorschaltung

Zeichnung: Eckart Moltrecht

 

Praxis
V1 ist der Oszillator und V2 die Pufferstufe. Zur Stabilisierung der Betriebsspannung wird für den Oszillator ein Festspannungsregler eingesetzt. Der Serienkondensator CS und der Parallelkondensator Cp dienen zur Bereichseinengung, damit bei einem Drehwinkel von 180° der gewünschte Frequenzbereich genau überstrichen wird.
Wenn ein Oszilloskop zur Verfügung steht, sollten Sie das Ausgangssignal auf Sinusform hin begutachten und gegebenenfalls mit dem Rückkopplungswiderstand von 100 Ω noch etwas experimentieren.

Bei einem schlecht spannungsstabilisierten Oszillator kann es beim Tasten in Telegrafie zu Frequenzverwerfungen kommen, die sich wie das Chirpen eines Spatzes anhören. Man nennt diese Frequenzverwerfung deshalb Chirp.

Prüfungsfrage

TD611  "Chirp" ist eine Form der Frequenzinstabilität. Es wird hervorgerufen durch
Frequenzänderungen des Oszillators, weil die Tastung auf der falschen Stufe erfolgt.
Frequenzänderungen des Oszillators z.B. durch zu schwach ausgelegte Stromversorgung.
Phasensprung der Oszillatorfrequenz durch zu steile Flanken des Tastsignals.
Kontaktprellungen am Tastrelais.

 

 

Hochfrequenz-Leistungsverstärker (PA)

Ein Oszillator plus Pufferstufe liefert Hochfrequenzleistungen im Bereich von Milliwatt. Diese Leistung muss verstärkt werden. Dabei handelt es sich um relativ hohe Frequenzen und eine Leistungsverstärkung ist nicht so einfach wie im Niederfrequenzbereich zu erreichen.

Man verstärkt die vorhandene Leistung in einzelnen Treiberstufen, die selten mehr als zehnfache Leistungsverstärkung (10 dB) haben. Die letzte Stufe heißt Endstufe (PA, power amplifier). Die Senderendstufe soll die gewünschte HF-Leistung an die Antenne abgeben. Sie soll bei einem möglichst hohen Wirkungsgrad die zugeführte Gleichstromleistung in Hochfrequenzleistung umwandeln.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 7-13: Leistungsbilanz eines Senders (Beispiel)

 

Der Wirkungsgrad

Ein HF-Verstärker (PA) kann am Ausgang mehr Leistung abgeben, als ihm am Eingang zugeführt wird. Er hat eine Leistungsverstärkung. Woher kommt diese Leistung? Natürlich wird diese Leistung nicht „gewonnen“. Eine Verstärkung entsteht dadurch, dass man mit einem kleinen Strom einen großen Strom steuert. Verstärkung ist also eine Steuerwirkung.

Damit Wechselstromleistung (Hochfrequenz) entstehen kann, muss Gleichstromleistung zugeführt werden. Von dieser zugeführten Gleichstromleistung wird nur ein Teil in Wechselstromleistung umgewandelt. Der Rest der zugeführten Leistung fällt als Verlustleistung (Wärme) an.

Unter Wirkungsgrad h (sprich: eta) bei Hochfrequenz-Leistungsverstärkern versteht man das Verhältnis der abgegebenen Hochfrequenzleistung zur zugeführten Gleichstromleistung.

Der Wirkungsgrad wird meistens in Prozent angegeben. Dem Faktor 1 entspricht 100%. Je höher die Ausgangsleistung sein soll, desto mehr muss auf einen guten Wirkungsgrad geachtet werden.

 

Übungsaufgabe

Berechnen Sie den Wirkungsgrad der PA (Verstärker 5) aus Bild 7-13.

Lösung: Wie aus Bild 7-13 zu erkennen ist, gibt die PA 100 W HF-Leistung ab und es werden 167 W Gleichstromleistung zugeführt.

 

Prüfungsfrage

TB919  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 Amperemeter 16 A an. Der Wirkungsgrad des Verstärkers beträgt demnach
45 %.
55 %.
100 %.
222 %.

 

Prüfungsfrage

TG504  Wie ist der Wirkungsgrad eines HF-Generators definiert?
Als Erhöhung der Ausgangsleistung in der Endstufe bezogen auf die Eingangsleistung.
Als Verhältnis der Stärke der erwünschten Aussendung zur Stärke der unerwünschten Aussendungen.
Als Verhältnis der HF-Leistung zu der Verlustleistung der Endstufenröhre bzw. des Endstufentransistors.
Als Verhältnis der HF-Ausgangsleistung zu der Gleichstrom-Eingangsleistung.

 

 

Übungsaufgabe

Berechnen Sie die Wirkungsgrade der einzelnen Verstärkerstufen 1 bis 4 aus Bild 7-13 und tragen Sie diese in folgende Tabelle ein.

Lösung: Bei der ersten Stufe rechnet man 10 : 200 = 0,05 = 5 %,

bei der zweiten Stufe 100 mW : 1 W  = 0,1 = 10 %,

bei der dritten Stufe 1 W : 3 W  = 0,333 = 33,3 %,

bei der vierten Stufe 10 : 25 W  = 0,4 = 40 %

Übungsaufgabe

Berechnen Sie den Gesamtwirkungsgrad des Senders aus Bild 7-13. Hierbei müssen Sie berücksichtigen, welche Wechselstromleistung tatsächlich am Ausgang herauskommt und welche Gesamtgleichstromleistung hierfür aufgewendet werden musste.

Lösung: Zugeführte Gesamtgleichstromleistung (alles in Watt)
167 + 25 + 3 + 1 + 0,2 = 196,2
100 : 196,2 = 0,5096
Der Wirkungsgrad beträgt zirka 50 Prozent.

 

Prüfungsfrage

TD426  Eine Treiberstufe eines HF-Verstärkers braucht am Eingang eine Leistung von 1 Watt um am Ausgang 10 Watt an die Endstufe abgeben zu können. Sie benötigt dazu eine Gleichstromleistung von 25 Watt. Wie hoch ist der Wirkungsgrad der Treiberstufe?
10 %
15 %
25 %
40 %

 

 

 

Verstärker-Betriebsarten

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 7-14: Arbeitspunkte bei A-, B- und C-Betrieb
a) bei einer Röhre (oder Feldeffekttransistor),
b) beim bipolaren Transistor

Normalerweise arbeiten Verstärker entweder mit rein positiven oder rein negativen Versorgungsspannungen. Vom Nullpunkt aus können sie dann nur positive oder nur negative Spannungen verarbeiten (verstärken). Eine zu verstärkende Signalspannung hat meistens aber eine negative und eine positive Halbwelle. Deshalb verstärkt man Wechselspannungen so, dass man als Arbeitspunkt einen Mittelwert auswählt und von diesem Mittelwert aus die Spannung größer oder kleiner werden lässt.

Diese Wahl des Arbeitspunktes in der Mitte der Steuerkennlinie des Verstärker-Bauelementes nennt man A-Betrieb oder man sagt, es ist ein Klasse-A-Verstärker. Der Klasse-A-Verstärker hat den Vorteil, dass er sehr wenige Verzerrungen produziert. Er wird in der NF-Technik gern eingesetzt, wenn neuerdings auch hier mal wieder Röhren verwendet werden. In der Hochfrequenztechnik wird diese Betriebsart bei HF-Vorverstärkern, Treibern (Pufferstufen) verwendet. Den Arbeitspunkt im unteren Knickpunkt der Steuerkennlinie heißt B-Betrieb, mit Vorspannung in Sperrrichtung
C-Betrieb.

Prüfungsfrage

TD419 Das folgende Bild zeigt eine idealisierte Steuerkennlinie eines Transistors mit vier eingezeichneten Arbeitspunkten P1 bis P4. Welcher Arbeitspunkt ist welcher Verstärkerbetriebsart zuzuordnen?
P1 entspricht C-Betrieb,  P2 entspricht B-Betrieb,  P3 entspricht AB-Betrieb,  P4 entspricht A-Betrieb.
P2 entspricht C-Betrieb,  P3 entspricht B-Betrieb,  P4 entspricht A-Betrieb,  P1 ist kein geeigneter Verstärkerarbeitspunkt.
P2 entspricht A-Betrieb,  P3 entspricht B-Betrieb,  P4 entspricht C-Betrieb,  P1 ist kein geeigneter Verstärkerarbeitspunkt.
P1 entspricht A-Betrieb,  P2 entspricht AB-Betrieb,  P3 entspricht B-Betrieb,  P4 entspricht C-Betrieb.

 

Klasse A

Bei Leistungsverstärkern hat die Wahl des Arbeitspunktes in der Mitte der Steuerkennlinie einen großen Nachteil. Es wird nämlich bereits ohne Signal ein relativ hoher, mittlerer Strom fließen und damit das Verstärker-Bauelement (Transistor, FET, Röhre) stark erwärmen. Es entstehen Leerlaufverluste und der Wirkungsgrad wird schlecht. Man rechnet mit einem Wirkungsgrad von zirka 40 % bei Vollaussteuerung.

Prüfungsfrage

TD420  Welche Merkmale hat ein HF-Leistungsverstärker im A-Betrieb?
Wirkungsgrad 80 bis 87 %, hoher Oberwellenanteil, der Ruhestrom ist fast null.
Wirkungsgrad bis zu 70 %, geringer Oberwellenanteil, geringer bis mittlerer Ruhestrom.
Wirkungsgrad bis zu 80 %, geringer Oberwellenanteil, sehr geringer Ruhestrom.
Wirkungsgrad ca. 40 %, geringst möglicher Oberwellenanteil, hoher Ruhestrom.

 

Prüfungsfrage

TD423  Ein HF-Leistungsverstärker im A-Betrieb wird mit Ua = 800 Volt und Ia=130 mA betrieben. Wie hoch ist die zu erwartende Ausgangsleistung des Verstärkers?
zirka 40 Watt
zirka 60 Watt
zirka 80 Watt
zirka 100 Watt

Lösung:
Die zugeführte Gleichstromleistung beträgt

Davon 40 % sind 41,6 Watt.

 

Klasse B

Beim B-Betrieb fließt ohne Ansteuerung kein Strom (Siehe Bild 7-14). Dies hat zur Folge, dass nur positive Halbwellen des Signals verstärkt werden können und damit große Verzerrungen entstehen. Man kann aber zwei Transistoren so gegeneinander schalten, dass ein Transistor die positive und der andere die negative Halbwelle verstärkt (Gegentaktbetrieb). Mit zwei Transistoren im B-Betrieb als Leistungsverstärker (siehe Bild 7-18) erhält man einen guten Wirkungsgrad (theoretisch bis 78,5 %) bei geringen Verzerrungen, bei etwas höheren Verzerrungen bis zu 80%.

Prüfungsfrage

TD421  Welche Merkmale hat ein HF-Leistungsverstärker im B-Betrieb?
Wirkungsgrad ca. 40 %, geringst möglicher Oberwellenanteil, hoher Ruhestrom.
Wirkungsgrad bis zu 70 %, geringer Oberwellenanteil, geringer bis mittlerer Ruhestrom.
Wirkungsgrad bis zu 80 %, geringer Oberwellenanteil, sehr geringer Ruhestrom.
Wirkungsgrad 80 bis 87 %, hoher Oberwellenanteil, der Ruhestrom ist fast null.

 

Klasse C

Den höchsten Wirkungsgrad (bis 87,5 %) erreicht man beim Verstärker der Klasse C. Hierbei werden kleine Signalspannungen noch nicht verstärkt sondern nur die großen Signalspitzen. Dieser Verstärker kann in der Digitaltechnik verwendet werden und für die Verstärkung von Hochfrequenzsignalen bei Frequenzmodulation oder Telegrafiesendern, da die Information bei FM in der Frequenzänderung und nicht in der Amplitude steckt und weil bei Morsetelegrafie sowieso nur ein- und ausgeschaltet wird.

Prüfungsfrage

TD422  Welche Merkmale hat ein HF-Leistungsverstärker im C-Betrieb?
Wirkungsgrad bis zu 70 %, geringer Oberwellenanteil, geringer bis mittlerer Ruhestrom.
Wirkungsgrad 80 bis 87 %, hoher Oberwellenanteil, der Ruhestrom ist fast null.
Wirkungsgrad bis zu 80 %, geringer Oberwellenanteil, sehr geringer Ruhestrom.
Wirkungsgrad ca. 40 %, geringst möglicher Oberwellenanteil, hoher Ruhestrom.

Prüfungsfrage

TD424  Ein HF-Leistungsverstärker im C-Betrieb wird mit Ua = 800 Volt und Ia=130 mA betrieben. Wie hoch ist die zu erwartende Ausgangsleistung des Verstärkers?
zirka 60 Watt
zirka 100 Watt
zirka 80 Watt
zirka 40 Watt

Prüfungsfrage

TD425  In welcher Größenordnung liegt der Ruhestrom eines HF-Leistungsverstärkers im C-Betrieb? Die Größenordnung liegt bei
fast null Ampere.
etwa 10 bis 20 % des Stromes bei Nennleistung.
etwa 70 bis 80 % des Stromes bei Nennleistung.
fast 100 % des Stromes bei Nennleistung.

 

Hochfrequenzverstärker im C-Betrieb arbeiten mit einem Parallelschwingkreis als Arbeitswiderstand. Der Parallelschwingkreis wird durch die entstehenden Stromimpulse angestoßen und schwingt dann selbständig weiter. Er ergänzt sozusagen die fehlende Halbwelle und macht aus den Impulsen wieder einen Sinus. Ohne den Schwingkreis würden wegen der Verzerrung der Sinusform starke Oberwellen entstehen, die zu Störungen führen können.

 

Klasse A-B

Prüfungsfrage

TD427  Wenn ein linearer HF-Leistungsverstärker im AB-Betrieb durch ein SSB-Signal übersteuert wird, führt dies zu
Kreuzmodulation
parasitären Schwingungen des Verstärkers.
Übernahmeverzerrungen bei den Transistoren des Verstärkers.
Splatter auf benachbarten Frequenzen.

 

Es gibt auch noch den D-Betrieb. Dabei wird die Impulsbreitensteuerung angewendet. Dies ist aber kein Thema für den Amateurfunk.

 

 

HF-Verstärker-Schaltungen

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 7-15: Hochfrequenzverstärker in Emitterschaltung       
a) Resonanzverstärker mit Schwingkreis,
b) Breitbandverstärker mit niederohmigem Arbeitswiderstand,
c) Breitbandverstärker mit Transformatorkopplung.

 

Die höchste Leistungsverstärkung erreicht man mit der Emitterschaltung. Allerdings hat eine normale Emitterschaltung mit Arbeitswiderstand (Bild 7-15 b) eine relativ niedrige Grenzfrequenz. Die Grenzfrequenz (Frequenz, bei der die Verstärkung auf 70% des Maximalwertes abgesunken ist) wird umso höher, je kleiner der Arbeitswiderstand gewählt wird. Desto kleiner wird dann aber auch der Verstärkungsfaktor und es fließt ein großer Ruhestrom.

Höhere Verstärkung und gleichzeitig bessere Anpassung an den Eingangswiderstand der nächsten Stufe erreicht man mit einem Verstärker mit Transformatorkopplung. Es werden hier HF-Transformatoren mit Ringkern verwendet (Bild 7-15 c).

 Eine sehr hohe Verstärkung erreicht man mit einem Resonanz-Verstärker (Bild 7-15 a). Hierbei wird ein Schwingkreis als Arbeitswiderstand eingesetzt. Allerdings hat diese Schaltung den Nachteil, dass nur ein sehr schmales Frequenzband verstärkt wird und man bei Frequenzwechsel nachstimmen muss. Diese Schaltung ist nur sinnvoll bei Sendern, die mit  einer konstanten Frequenz oder in einem schmalen Frequenzbereich arbeiten. Man nennt die Schaltung auch selektiven HF-Verstärker.

Der Emitterwiderstand RE dient zur Arbeitspunktstabilisierung und zur Strombegrenzung. Er wird so bemessen, dass im Arbeitspunkt eine Spannung von 1/10 bis 1/20 der Betriebsspannung abfällt.

 

Der erste Transistor bei folgendem dreistufigen HF-Verstärker (Bild 7-16) arbeitet als RC-Verstärker, die beiden weiteren Stufen als Transformator gekoppelte Schaltungen, beide ebenfalls in Emitterschaltung. Wenn jede Stufe nur eine zehnfache Leistungsverstärkung hätte, ergäbe sich eine Gesamtleistungsverstärkung von eintausend.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 7-16: Dreistufiger HF-Verstärker

 

Beispiel
Bei einer Eingangsleistung von 10 Milliwatt (0,01 W) würde eine Ausgangsleistung von 0,01 W . 10 . 10 . 10 = 10 W entstehen.

 

Prüfungsfrage

TG237 Bei der nebenstehenden Schaltung handelt es sich um einen zweistufigen
Gegentakt-Verstärker.
selektiven Hochfrequenzverstärker.
Breitband-HF-Verstärker.
Niederfrequenz-Verstärker.

Prüfungsfrage

TG238
Wozu dient der Transformator T1 der folgenden Schaltung? Er dient der Anpassung des Ausgangswiderstandes der
Kollektorschaltung an den Eingang der folgenden PA.
Emitterschaltung an den Eingang der folgenden Kollektorschaltung.
Kollektorschaltung an den Eingang der folgenden Emitterschaltung.
Emitterschaltung an den Eingang der folgenden Emitterschaltung.

 

Prüfungsfrage

TG239 Weshab wurden bei C1, C2 und C3 je zwei Kondensatoren parallel geschaltet?
Der Kondensator mit der geringen Kapazität dient zur Siebung der niedrigen und der Kondensator mit der hohen Kapazität zur Siebung der hohen Frequenzen.
Die Kapazität nur eines Kondensators reicht bei der hohen Frequenz nicht aus.
Der Kondensator mit der geringen Kapazität dient zur Siebung der hohen und der Kondensator mit der hohen Kapazität zur Siebung der niedrigen Frequenzen.
Zu einem Elektrolytkondensator muss immer ein keramischer Kondensator parallel geschaltet werden, weil er sonst bei hohen Frequenzen zerstört werden würde.

 

Prüfungsfrage

TG240 Wozu dient der Widerstand R von 180 Ohm parallel zur Trafowicklung?
Er dient zur Erhöhung des HF-Wirkungsgrades der Verstärkerstufe.
Er dient zur Anpassung der Primärwicklung an die folgende PA.
Er soll die Entstehung parasitärer Schwingungen verhindern.
Er dient zur Begrenzung des Kollektorstroms bei Übersteuerung.

Kommentar: Der Trafo bildet mit seiner Induktivität und der Schaltkapazität einen Schwingkreis für sehr hohe Frequenzen, wodurch möglicherweise Eigenschwingungen entstehen könnten. Der Widerstand bedämpft die Entstehung.

 

In folgendem Bild 7-17 ist die typische Prinzipschaltung eines Gegentaktverstärkers dargestellt. Die beiden Transistoren arbeiten im B-Betrieb (Ruhestrom zirka 1/10 des maximalen Betriebsstroms), um einen guten Wirkungsgrad (zirka 80 %) bei geringen Verzerrungen zu erzielen. Die Anpassung erfolgt über Breitband-Transformatoren auf Ferrit-Ringkernen.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 7-17: Breitband-Gegentaktendstufe für große Leistungen

Prüfungsfrage

TD430  Welche Art von Schaltung wird im Bild (Bild 7-17) dargestellt? Es handelt sich um einen
selektiven Hochfrequenzverstärker.
Breitband-Gegentaktverstärker.
steuerbaren Zwischenfrequenzverstärker.
einstellbaren Frequenzverdoppler.

 

 

Bild 7-18: UKW-FM-Endstufe im B- oder C-Betrieb

Die 2-m-Band-FM-Endstufe (Bild 7-18) aus dem Fragenkatalog kann im B- oder im C-Betrieb arbeiten. Mit R2 zu R1 wird der Arbeitspunkt entsprechend eingestellt.

Mit dem Eingangsschwingkreis erreicht man eine Resonanztransformation. Je größer C2 zu C1 gewählt wird, desto niederohmiger wird ausgekoppelt.

Die Anzapfung an L1 wird für 50 Ohm Eingangswiderstand dimensioniert. L2 zu L3 dient zur Transformation auf 50 Ohm Ausgangsimpedanz.

Die Drossel Dr1 mit C5 dient zur HF-Entkopplung von der Netzversorgung. HF-Entkopplung bedeutet hier, dass keine Hochfrequenz des Senders in die Netzstromversorgung gelangt.

Prüfungsfrage

TG222  (Gegeben ist die Schaltung Bild 7-18)

Bei dieser Schaltung handelt es sich um einen

Oszillator.
Mischer.
NF-Verstärker.
HF-Verstärker.

 

Prüfungsfrage

TG223  (Gegeben ist die Schaltung Bild 7-18)

Welchem Zweck dient C5 in der Schaltung?

Zur Wechselstromkopplung
Zur Abstimmung
Zur HF-Entkopplung
Zur Kopplung mit der nächstfolgenden Stufe

 

Prüfungsfrage

TG224  (Gegeben ist die Schaltung Bild 7-18)

Welchem Zweck dient die Anzapfung an L1 in der folgenden Schaltung?

Sie dient zur Erhöhung des HF-Wirkungsgrades der Verstärkerstufe.
Sie schützt die Verstärkerstufe vor wilden Schwingungen.
Sie bewirkt die notwendige Entkopplung für den Schwingungseinsatz der Oszillatorstufe.
Sie dient zur Anpassung der Eingangsimpedanz der Stufe.

 

Prüfungsfrage

TG225  (Gegeben ist die Schaltung Bild 7-18)

Welchem Zweck dient C2 in der Schaltung?

Zur Gleichstromentkopplung
Zur Verhinderung der Schwingneigung
Zur Festlegung der HF-Kopplung
Zur Unterdrückung von Oberwellen

Die Erläuterungen finden Sie im Text unter Bild 7-18.

 

HF-Verstärker mit Röhren

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 7-19: HF-Verstärker in Gitterbasisschaltung

Im Fragenkatalog finden Sie ab der Prüfungsfrage TG313 eine Hochfrequenzverstärker-schaltung mit einer Röhre in einer besonderen Schaltungsart. Das Gitter der Röhre liegt an null Volt, die HF-Signal­spannung wird der Katode zugeführt und die Auskopplung erfolgt über ein Pi-Filter (Siehe Resonanztransformation Lektion 4) an die Antenne. Man sagt zu dieser Schaltung Röhren-Endstufe in Gitterbasisschaltung mit Pi-Filter (Siehe Lektion 6, Röhre).

Eine Röhre benötigt immer am Gitter eine negativere Spannung als an der Katode. Weil das Gitter hier auf null Volt liegt, wird die Katode auf eine positive Spannung angehoben. Damit ist das Gitter auch negativer als die Katode. Man erreicht dies, indem man entweder der Katode eine konstante positive Spannung über ein Netzgerät zuführt oder indem man einen Widerstand (hier R1) in den Katodenstromkreis legt. An H1 – H2 wird die Heizspannung angelegt und Ua ist die Spannungsversorgung für die Anode. Alle Stromversorgungen sind verdrosselt.

Prüfungsfrage

TG313 Bei dieser Schaltung handelt es sich um
einen HF-Oszillator mit Katodenmodulation.
eine HF-Endstufe mit einer Triode in Gitterbasisschaltung.
eine UKW-Vorstufe mit einer Triode in Katodenbasisschaltung.
ein Pendelaudion mit Selbstüberlagerung.

Prüfungsfrage

TG314 Bei C1, C2 und L1 handelt es sich um
einen abstimmbaren Sperrkreis zur Unterdrückung von Harmonischen.
einen regelbaren Bandfilter mit veränderbarer Bandbreite zur Kompensation der Auskoppelverluste
einen Pi-Filter zur Anpassung der Antenne an die Ausgangsimpedanz der Röhre.
einen Idler-Kreis, der die zweite Harmonische unterdrückt und so den Wirkungsgrad der Verstärkerstufe erhöht.

Prüfungsfrage

TG315 Das folgende Bild zeigt eine HF-Endstufe. Welche Bedeutung und Funktion haben C1, C2 und L1 ?  Wie sind die Bedienknöpfe der beiden Kondensatoren an einer Endstufe wahrscheinlich beschriftet?
An dem Drehknopf für C1 steht "CPlate" oder "Plate", an dem für C2 steht "CLoad" oder "Load". Die drei Bauelemente C1, C2 und L1 bilden zusammen einen so genannten Pi-Tankkreis zur Anpassung der Ausgangsimpedanz der Röhre an die Antennenimpedanz.
An dem Drehknopf für C1 steht "CLoad" oder "Load", an dem für C2 steht "CPlate" oder "Plate". Die drei Bauelemente C1, C2 und L1 bilden zusammen ein abstimmbaren Sperrkreis zur Unterdrückung von Harmonischen.
An dem Drehknopf für C1 steht "CPlate" oder "Plate", an dem für C2 steht "CLoad" oder "Load". Die drei Bauelemente C1, C2 und L1 bilden zusammen ein abstimmbaren Sperrkreis zur Unterdrückung von Harmonischen.
An dem Drehknopf für C1 steht "CLoad" oder "Load", an dem für C2 steht "CPlate" oder "Plate". Die drei Bauelemente C1, C2 und L1 bilden zusammen einen so genannten Pi-Tankkreis zur Anpassung der Ausgangsimpedanz der Röhre an die Antennenimpedanz.

Prüfungsfrage

TG316 Wie wird die folgende Endstufe richtig auf die Sendefrequenz abgestimmt?
C1 und C2 auf maximale Kapazität stellen. C1 auf Dip im Anodenstrom (Resonanz) stellen, dann mit C2 einen etwas niedrigeren Anodenstrom einstellen (Leistung einkoppeln). Vorgang mit C1 und C2 wechselweise mehrmals wiederholen bis die maximale Oberwellenleistung erreicht ist. Nach dem Abstimmvorgang sollte ein Dip von etwa 10 % verbleiben.
C1 und C2 auf minimale Kapazität stellen. C2 auf Dip im Anodenstrom (Resonanz) stellen, dann mit C1 einen etwas höheren Anodenstrom einstellen (Leistung auskoppeln). Vorgang mit C1 und C2 wechselweise mehrmals wiederholen bis die maximale Ausgangsleistung erreicht ist. Nach dem Abstimmvorgang sollte ein Dip von etwa 20 % verbleiben.
C1 und C2 auf maximale Kapazität stellen. C1 auf Dip im Anodenstrom (Resonanz) stellen, dann mit C2 einen etwas höheren Anodenstrom einstellen (Leistung auskoppeln). Vorgang mit C1 und C2 wechselweise mehrmals wiederholen bis die maximale Ausgangsleistung erreicht ist. Nach dem Abstimmvorgang sollte ein Dip von etwa 10 % verbleiben.
C1 und C2 auf minimale Kapazität stellen. C2 auf maximalen Anodenstrom (Resonanz) stellen, dann mit C1 einen etwas niedrigeren Anodenstrom (Dip) einstellen. Vorgang so oft wiederholen bis die maximale Ausgangsleistung erreicht ist. Nach dem Abstimmvorgang sollte ein Dip von etwa 20 % verbleiben.

Prüfungsfrage

TG317 Welchem Zweck dient R1 in der folgenden Schaltung?
Zur Ableitung von Störeinflüssen durch die Heizspannung
Zur Bedämpfung des Eingangskreises um Schwingneigung zu verhindern
Als Vorwiderstand für den Heizfaden
Als Katodenwiderstand zur Erzeugung einer negativen Gittervorspannung

Prüfungsfrage

TG318 Wodurch könnte R1 in der folgenden Schaltung ersetzt werden, um den Arbeitspunkt der Röhre von der HF-Aussteuerung unabhängig einzu­stellen?
Durch eine Konstantstromquelle
Durch eine Konstantspannungsquelle
Durch mehrere Siliziumdioden in Sperrrichtung
Durch nichts, da R1 ohnehin überflüssig ist

 

Senderleistungen

In der Funktechnik gibt es eine Reihe von Leistungsbegriffen, die es zu unterscheiden gilt: Ausgangsleistung, Strahlungsleistung (ERP und EIRP), Spitzenleistung (PEP) und mittlere Leistung.

Die Ausgangsleistung eines Senders ist die unmittelbar nach dem Senderausgang messbare Leistung, bevor sie Zusatzgeräte durchläuft. Die Ausgangsleistung eines Senders kann nun wiederum als Spitzenleistung PEP bei der Betriebsart SSB oder als Trägerleistung bei AM oder CW oder RTTY angegeben werden.

Prüfungsfrage

TB901  Die Ausgangsleistung eines Senders ist
die unmittelbar nach dem Senderausgang gemessene Summe aus vorlaufender und rücklaufender Leistung.
die unmittelbar nach dem Senderausgang gemessene Differenz aus vorlaufender und rücklaufender Leistung.
die unmittelbar nach den erforderlichen Zusatzgeräten (z.B. Anpassgeräte) messbare Leistung.
die unmittelbar nach dem Senderausgang messbare Leistung, bevor sie Zusatzgeräte (z.B. Anpassgeräte) durchläuft.

Tipp: Wenn Sie den Text der Aufgabe aufmerksam gelesen haben, finden Sie die richtige Lösung.

Die Spitzenleistung PEP (peak envelope power) ist der Durchschnittswert der Leistung während einer Periode der Hochfrequenzschwingung bei der höchsten Spitze der Modulationshüllkurve (Bild 7-20). Dieser Spitzenwert darf nicht mit dem Scheitelwert von einer Sinusspannung verwechselt werden. Auch die Spitzenleistung ist ein Effektivwert, aber eben nur für einen sehr kurzen Augenblick.

Prüfungsfrage

TB902  Die Spitzenleistung eines Senders (PEP) ist
die durchschnittliche Leistung, die ein Sender unter normalen Betriebsbedingungen an die Antennenspeiseleitung während eines Zeitintervalls abgibt, das im Verhältnis zur Periode der tiefsten Modulationsfrequenz ausreichend lang ist.
die unmittelbar nach dem Senderausgang messbare Leistung über die Spitzen der Periode einer durchschnittlichen Hochfrequenzschwingung, bevor Zusatzgeräte (z.B. Anpassgeräte) durchlaufen werden.
die durchschnittliche Leistung, die ein Sender unter normalen Betriebsbedingungen während einer Periode der Hochfrequenzschwingung bei der höchsten Spitze der Modulationshüllkurve der Antennenspeiseleitung zuführt.
das Produkt aus der Leistung, die unmittelbar der Antenne zugeführt wird und ihrem Gewinnfaktor in einer Richtung, bezogen auf den Halbwellendipol.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 7-20: PEP (peak envelope power)

Die mittlere Leistung bei einem SSB-Sender hängt stark von der Stärke der Modulation ab. Bei Sprache gibt es Stellen mit hohen Spannungsspitzen aber oft langen Bereichen mit weniger Modulation. Wenn man beispielsweise einen Vokal „A“ in das Mikrofon spricht, erhält man ein Signal, das wie ein Dreieck aussieht. Wenn man hier versucht, eine waagerechte Linie eines mittleren Wertes einzuzeichnen, erhält man die mittlere Modulationsspannung und daraus die mittlere Leistung. Man könnte sie auch Durchschnittleistung oder durchschnittliche Leistung nennen.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 7-21: Mittlere Leistung - „geschätzt“

Man kann diese mittlere Leistung auch sehr gut an einem außen angeschlossenen Leistungsmesser erkennen. Wenn man beispielsweise zunächst in das Mikrofon pfeift (möglichst sauberer Sinus) und dabei die ALC des Senders beobachtet und den Sender nicht übersteuert, müsste man fast den Spitzenwert als Anzeige bekommen. Wenn man dann anschließend ein lang gezogenes „A“ in das Mikrofon spricht, ohne die Aussteuerung zu verändern, wird man nur noch zirka ein Drittel der Leistung angezeigt bekommen. Die Definition der mittleren Leistung finden Sie als Antwort in der Prüfungsfrage TB903. Mehr zu den Leistungsbegriffen ERP und EIRP finden Sie in der Lektion 9 Antennentechnik und in der Lektion 18 EMV und Sicherheit unter Personenschutz.

Prüfungsfrage

TB903  Die mittlere Leistung eines Senders ist
die durchschnittliche Leistung, die ein Sender unter normalen Betriebsbedingungen an die Antennenspeiseleitung während eines Zeitintervalls abgibt, das im Verhältnis zur Periode der tiefsten Modulationsfrequenz ausreichend lang ist.
die unmittelbar nach dem Senderausgang messbare Leistung über die Spitzen der Periode einer durchschnittlichen Hochfrequenzschwingung, bevor Zusatzgeräte (z.B. Anpassgeräte) durchlaufen werden.
die durchschnittliche Leistung, die ein Sender unter normalen Betriebsbedingungen während einer Periode der Hochfrequenzschwingung bei der höchsten Spitze der Modulationshüllkurve der Antennenspeiseleitung zuführt.
das Produkt aus der Leistung, die unmittelbar der Antenne zugeführt wird und ihrem Gewinnfaktor in einer Richtung, bezogen auf den Halbwellendipol.

 

Leistungen ERP, EIRP

Bereits im Buch Klasse E in der Lektion 11 Antennentechnik wurden die Begriffe EIRP und ERP und im Buch Betriebstechnik/Vorschriften die Begriffe Ausgangsleistung, Spitzenleistung, mittlere Leistung, äquivalente Strahlungsleistung und äquivalente isotrope Strahlungsleistung ausführlich erläutert. Weil es dazu aber immer wieder Fragen gibt, bearbeiten Sie bitte die folgenden Prüfungsfragen.

 

Prüfungsfrage

TB904  Die äquivalente (effektive) Strahlungsleistung (ERP) ist
das Produkt aus der Leistung, die unmittelbar der Antenne zugeführt wird und ihrem Gewinnfaktor in einer Richtung, bezogen auf den Halbwellendipol.
das Produkt aus der Leistung, die unmittelbar der Antenne zugeführt wird und ihrem Gewinnfaktor in einer Richtung, bezogen auf den isotropen Kugelstrahler.
die durchschnittliche Leistung, die ein Sender unter normalen Betriebsbedingungen während einer Periode der Hochfrequenzschwingung bei der höchsten Spitze der Modulationshüllkurve der Antennenspeiseleitung zuführt.
die durchschnittliche Leistung, die ein Sender unter normalen Betriebsbedingungen an die Antennenspeiseleitung während eines Zeitintervalls abgibt, das im Verhältnis zur Periode der tiefsten Modulationsfrequenz ausreichend lang ist.

Prüfungsfrage

TB905  Die äquivalente isotrope Strahlungsleistung (EIRP) ist
das Produkt aus der Leistung, die unmittelbar der Antenne zugeführt wird und ihrem Gewinnfaktor in einer Richtung, bezogen auf den isotropen Kugelstrahler.
das Produkt aus der Leistung, die unmittelbar der Antenne zugeführt wird und ihrem Gewinnfaktor in einer Richtung, bezogen auf den Halbwellendipol.
die durchschnittliche Leistung, die ein Sender unter normalen Betriebsbedingungen während einer Periode der Hochfrequenzschwingung bei der höchsten Spitze der Modulationshüllkurve der Antennenspeiseleitung zuführt.
die durchschnittliche Leistung, die ein Sender unter normalen Betriebsbedingungen an die Antennenspeiseleitung während eines Zeitintervalls abgibt, das im Verhältnis zur Periode der tiefsten Modulationsfrequenz ausreichend lang ist.

 

Prüfungsfrage

TB906  Die belegte Bandbreite einer Aussendung ist die Frequenzbandbreite,
bei der die unterhalb ihrer unteren und oberhalb ihrer oberen Frequenzgrenzen ausgesendeten mittleren Leistungen jeweils 0,5 % der gesamten mittleren Leistung einer gegebenen Aussendung betragen.
bei der die oberhalb ihrer unteren und unterhalb ihrer oberen Frequenzgrenzen ausgesendeten mittleren Leistungen jeweils 50 % der gesamten mittleren Leistung einer gegebenen Aussendung betragen.
bei der die oberhalb ihrer unteren und unterhalb ihrer oberen Frequenzgrenzen ausgesendeten mittleren Leistungen jeweils 10 % der gesamten mittleren Leistung einer gegebenen Aussendung betragen.
bei der die unterhalb ihrer unteren und oberhalb ihrer oberen Frequenzgrenzen ausgesendeten mittleren Leistungen jeweils 5 % der gesamten mittleren Leistung einer gegebenen Aussendung betragen.

 

Prüfungsfrage

TB907  Was versteht man unter dem Begriff "EIRP"?
Es ist die Leistung, die man einem isotropen Strahler zuführen müsste, damit dieser die gleiche Feldstärke erzeugt wie eine im Vergleich herangezogene reale Antenne, in die eine Antenneneingangsleistung P eingespeist wird.
Es ist die Eingangsleistung des verwendeten Senders wie sie in der EMVU-Selbsterklärung anzugeben ist.
Es handelt sich um die Leistung, die man im Maximum der Strahlungskeule einer Dipolantenne vorfindet.
Es ist die durchschnittliche Leistung der Amateurfunkstelle wie sie in der EMVU-Selbsterklärung anzugeben ist.

 

Prüfungsfrage

TB908  Die Spitzenleistung eines Senders ist die
HF-Leistung bei der höchsten Spitze der Hüllkurve.
Durchschnittsleistung einer SSB-Übertragung.
Spitzen-Spitzen-Leistung bei den höchsten Spitzen der Modulationshüllkurve.
Mindestleistung bei der Modulationsspitze.

 

Prüfungsfrage

TB909  Wie wird die ERP (Effective Radiated Power oder auch Equivalent Radiated Power) berechnet und worauf ist sie bezogen?
ERP = (PSender - PVerluste· GAntenne     bezogen auf den Halbwellendipol
ERP = (PSender  · GAntenne) - PVerluste     bezogen auf den isotropen Kugelstrahler
ERP = (PSender + PVerluste· GAntenne    bezogen auf den Halbwellendipol
ERP = PSender + PVerluste + GAntenne      bezogen auf den isotropen Kugelstrahler

 

Prüfungsfrage

TB910  Wie wird die EIRP ermittelt?
PEIRP =  (PSender - PVerluste· GAntenne           bezogen auf den isotropen Kugelstrahler
PEIRP =  (PSender  · GAntenne) - PVerluste           bezogen auf den Halbwellendipol
PEIRP =  (PSender + PVerluste· GAntenne          bezogen auf den isotropen Kugelstrahler
PEIRP = PSender + PVerluste + GAntenne             bezogen auf den Halbwellendipol

 

Verzerrungen

Ein Hochfrequenzverstärker für SSB muss „linear“ verstärken. Dies bedeutet, dass die Kurvenform am Ausgang genau der am Eingang entspricht. Wenn man einen SSB-Sender durch zu hohe Modulation „übersteuert“, werden die Spitzen des Signals begrenzt. Die sinusförmigen Signale werden „rechteckig“ und erzeugen Oberwellen, die sich als Nebenfrequenzen äußern und sich als so genannte „Splatter“ störend bemerkbar machen. Mehr zu Oberwellen in der folgenden Lektion!

Nochmals Prüfungsfrage

TD427  Wenn ein linearer HF-Leistungsverstärker im AB-Betrieb durch ein SSB-Signal übersteuert wird, führt dies zu
Kreuzmodulation.
parasitären Schwingungen des Verstärkers.
Übernahmeverzerrungen bei den Transistoren des Verstärkers.
Splatter auf benachbarten Frequenzen.

 

Beim Eigenbau von HF-Verstärkern kann bei zu hoher Verstärkung leicht der Fall eintreten, dass ein Teil der Ausgangsspannung wieder auf den Eingang zurückkoppelt. Wenn man Pech hat, kann es zu Mitkopplung kommen und möglicherweise der HF-Verstärker zu einem Oszillator werden. Meistens ist dann keine Modulation mehr möglich.

Prüfungsfrage

TD429  Was ist die Ursache für Eigenschwingungen eines Verstärkers?
Unzulängliche Verstärkung
Kopplung zwischen Ein- und Ausgang
Zu hohe Restwelligkeit in der Stromversorgung
Unzulängliche Regelung der Stromversorgung

 

Manchmal passiert es auch, dass ein Teil der HF-Ausgangsspannung in den Mikrofoneingang zurück koppelt und dort möglicherweise gleichgerichtet (demoduliert) wird. Dieses Signal überlagert sich der eigenen Modulation und hört sich auf der Gegenseite „kaputt“ an. Abhilfe schafft eine bessere Erdung des Ausgangs, bessere Abschirmung des HF-Kabels zur Antenne oder eine „ Entstörung“ des Mikrofoneingangs mit einem Tiefpass.

Prüfungsfrage

TK210  Wenn HF-Signale unerwünscht auf einen VFO zurückkoppeln, kann dies zu
Frequenzinstabilität führen.
Frequenzsynthese führen.
Gegenkopplung führen.
Mehrwegeausbreitung führen.

 

Prüfungsfrage

TK211  Das Nutzsignal eines 144-MHz-Senders verursacht die Übersteuerung eines in der Nähe befindlichen UHF-Fernsehempfängers. Das Problem lässt sich durch den Einbau eines
Hochpassfilters in das Antennenzuführungskabel des Fernsehempfängers lösen.
Tiefpassfilter in das Antennenzuführungskabel des Fernsehempfängers lösen.
Subharmonischenfilters vor dem Tuner des Fernsehempfängers lösen.
ZF-Begrenzers hinter dem Tuner des Fernsehempfängers lösen.

 

Prüfungsfrage

TK212  Um Oberwellenausstrahlungen eines UHF-Senders zu minimieren, sollte dem Gerät
ein Hochpassfilter nachgeschaltet werden.
ein Tiefpassfilter nachgeschaltet werden.
eine Bandsperre vorgeschaltet werden.
ein Notchfilter vorgeschaltet werden.

 

Prüfungsfrage

TK213  Ein SSB-Sender wird Störungen auf benachbarten Frequenzen hervorrufen, wenn
das Ausgangs-PI-Filter falsch abgestimmt ist.
das Antennenkabel einen Wackelkontakt hat.
die Ansteuerung der NF-Stufe zu gering ist.
der Leistungsverstärker übersteuert wird.

Prüfungsfrage

TK104  Ein Sender sollte so betrieben werden, dass
parasitäre Schwingungen vorhanden sind.
die Selbsterregung maximiert wird.
er keine unerwünschten Aussendungen hervorruft.
die Oberwellenabschirmung minimiert wird.

Prüfungsfrage

TK201  Die Übersteuerung eines Leistungsverstärkers führt zu
einem hohen Nebenwellenanteil.
lediglich geringen Verzerrungen beim Empfang.
einer besseren Verständlichkeit am Empfangsort.
einer Verringerung der Ausgangsleistung.

Prüfungsfrage

TK202  In HF-Schaltungen können Nebenresonanzen durch die
Stromversorgung hervorgerufen werden.
Eigenresonanz der HF-Drosseln hervorgerufen werden.
Sättigung der Kerne der HF-Spulen hervorgerufen werden.
Widerstandseigenschaft einer Drossel hervorgerufen werden.

 

Prüfungsfrage

TK203  Diese Modulationshüllkurve eines CW-Senders sollte vermieden werden, da

 

wahrscheinlich Tastklicks erzeugt werden.
während der Aussetzer Probleme im Leistungsverstärker entstehen könnten.
sie schwierig zu interpretieren ist.
die Stromversorgung überlastet wird.

 

Prüfungsfrage

TK205  Durch welche Maßnahme können Tastklicks verringert werden? Durch
die Verringerung des Tastenhubes.
die Vergrößerung der Flankensteilheit.
den Einsatz eines Bandpassfilters.
die Verringerung der Flankensteilheit.

 

Prüfungsfrage

TK207  Durch welche Maßnahme kann die übermäßige Bandbreite einer FM-Aussendung verringert werden? Durch die Verringerung der
HF-Begrenzung.
Hubeinstellung.
Vorspannung in der Endstufe.
Trägerfrequenz.

 

Prüfungsfrage

TK208  Parasitäre Schwingungen können Störungen hervorrufen. Man erkennt sie auch daran, dass sie
bei ungeradzahligen Vielfachen der Betriebsfrequenz auftreten.
keinen festen Bezug zur Betriebsfrequenz haben.
bei geradzahligen Vielfachen der Betriebsfrequenz auftreten.
bei ganzzahligen Vielfachen der Betriebsfrequenz auftreten.

 

Prüfungsfrage

TK209  Um Bandbreite einzusparen sollte der Frequenzumfang eines NF-Sprachsignals, das an einen Modulator angelegt wird,
15 kHz nicht überschreiten.
1 kHz nicht überschreiten.
800 Hz nicht überschreiten.
3 kHz nicht überschreiten.

 

Prüfungsfrage

TK214  Im 144-MHz-Bereich werden Störungen festgestellt, die von einem quarzgesteuerten 432-MHz-Sender verursacht werden, dessen Quarzoszillator bei etwa 12 MHz schwingt. Die Oszillatorfrequenz wird in mehreren Stufen vervielfacht. Bei welcher Kombination der Vervielfacher tritt die Störung auf?
Bei der Kombination: Quarzfrequenz x 3 x 2 x 3 x 2.
Bei der Kombination: Quarzfrequenz x 2 x 3 x 3 x 2.
Bei der Kombination: Quarzfrequenz x 3 x 3 x 2 x 3.
Bei der Kombination: Quarzfrequenz x 2 x 2 x 3 x 3.

Hinweis: Es muss eine Kombination sein, die mit mal 3 endet, denn 144 x 3 = 432. Dann probieren Sie ob 12 x 3 x 3 x 2 oder 12 x 2 x 2 x 3 auf 144 kommt.

 

Prüfungsfrage

TK302  Wie kann man hochfrequente Störungen reduzieren, die durch Harmonische hervorgerufen werden? Sie können reduziert werden durch ein
Hochpassfilter
Nachbarkanalfilter
ZF-Filter
Oberwellenfilter

 

Prüfungsfrage

TK303  Welchen Frequenzgang sollte ein Filter zur Verringerung der Oberwellenausgangsleistung eines KW-Senders haben?

Kommentar: Ein Filter für einen Kurzwellensender muss 3 bis 30 MHz durchlassen und darüber möglichst alles sperren.

 

Prüfungsfrage

TK317  Um etwaige Funkstörungen auf Nachbarfrequenzen zu begrenzen, sollte bei Telefonie die höchste zu übertragende NF-Frequenz
unter 1 kHz liegen.
unter 3 kHz liegen.
unter 5 kHz liegen.
unter 10 kHz liegen.

 

Prüfungsfrage

TK318  In den nachfolgenden Bildern sind mögliche Signalverläufe des Senderausgangssignals bei der CW-Tastung dargestellt. Welcher Signalverlauf führt zu den geringsten Störungen?

 

 Hier geht's weiter mit dem nächsten Kapitel



Das Begleitbuch zum Lehrgang

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Dieser Lehrgang basiert auf dem aktuellen Prüfungsfragenkatalog der Bundesnetzagentur. Alle darin vorkommenden Themen wie Grundlagen der Elektrotechnik, Elektronik sowie Sender- und Empfängertechnik, Übertragungstechnik, Antennentechnik und Messtechnik aus dem Gebiet "Technische Kenntnisse" werden ausführlich erläutert. Die Erfahrung mit praktischen Lehrgängen wird genutzt, um den Prüfling in die Lage zu versetzen, jede Frage aus dem Fragenkatalog richtig zu beantworten. Dieses Buch ist auch sehr gut für das Selbststudium geeignet. Dieser Lehrgang baut auf dem Lehrgang für die Klasse E auf. Sie sollten also erst den Lehrgang für das Amateurfunkzeugnis Klasse E durchgearbeitet haben oder zumindest bei Verweisen dort nachlesen können.
Letztes Update: 06.01.2017 (by DJ4UF)