In diesem Kapitel wurden alle die Fragen und Themen zusammengefasst, die etwas mit dem Bau von Schaltungen aus dem Amateurfunkbereich zu tun haben.

Inhaltsübersicht

• Leistungsendverstärker (PA)
• Röhren-PA mit Pi-Filter
• 2-m-FM-Endstufe
• Linearverstärker
• Detektor-Empfänger
• Aufbau von Oszillatoren
• Ein Dipmeter selbst gebaut
• Audionschaltung
• Richtkoppler selbst gebaut
• Rauschbrücke
• Dummy Load
• Spannungsstabilisierung

Leistungsendverstärker(PA)

Elektronikbastler unter den Funkamateuren bauen gerne selbst Endstufen mit Transistoren oder Röhren auf. Dies ist das besondere Privileg der Funkamateure. Man darf Sender selbst bauen und in Betrieb nehmen, ohne dass das Gerät durch irgendeine "Prüfstelle" abgenommen oder genehmigt werden muss. Auch dürfen kommerzielle Sender umgebaut werden. Dies ist einer der Gründe, weshalb Sie eine Prüfung in Elektronik, Schaltungstechnik und Hochfrequenztechnik machen müssen.

Im Kapitel 6 wurde bereits im Abschnitt "Die Röhre" eine Hochfrequenzverstärkerschaltung mit Pi-Filter vorgestellt. Das Pi-Filter wurde im Kapitel 4 "Schwingkreis - Filter" berechnet. Im Kapitel 7 "Oszillator - HF-Verstärker" wurden Hochfrequenz-Verstärkerschaltungen mit Transistoren besprochen. Dort haben Sie auch die Unterschiede zwischen A-, B- und C-Betrieb kennen gelernt. In diesem Kapitel geht es um die Praxis solcher Schaltungen, sowohl um den Eigenbau wie auch um den Betrieb einschließlich der Abstimmung der Endstufe mit Pi-Filter.

Röhren-PA mit Pi-Filter

Röhrenverstärker haben den Vorteil, dass sie einen höheren Wirkungsgrad haben als Transistorendstufen. Das liegt daran, dass Röhren mit hoher Spannung und niedrigem Strom arbeiten. Die Verluste entstehen aber vorwiegend durch den Strom in den Spulen. Im Kapitel 6 wurde ein Röhrenendverstärker mit Pi-Filter vorgestellt. Wie in der Lektion 4 beschrieben, dient das Pi-Filter zur Anpassung.

Der Kondensator nahe der Anode (C₁) ist für die Resonanz des Kreises bestimmend. Man nennt ihn Abstimm-Kondensator (PLATE oder TUNE). Der antennenseitige Drehkondensator (C₂) dient der Einstellung an die Lastimpedanz (LOAD).

Die Abstimmung der PA geht folgendermaßen vor sich. Die Drehkos PLATE und LOAD stellt man auf Maximum, den Pegeleinsteller (Level) zunächst auf Minimum, das Instrument wird auf Anodenstromanzeige (Ip) geschaltet. Man setzt einen Träger und mit dem Pegeleinsteller wird so weit aufgedreht, dass ein wenig Anodenstrom fließt. Mit dem PLATE-Einsteller zieht man auf HF-Maximum (RF).

Damit ist der Sender vorabgestimmt. Der Vorgang hat nur wenige Sekunden gedauert. Nun erhöht man zügig die Leistung (Level), bis der Anodenstrom nicht weiter ansteigt. Das Kontrollinstrument wird wieder auf I_p zurück gestellt. Mit den Einstellern PLATE und LOAD wird wechselseitig das Pi-Filter so abgestimmt, bis die maximale Ausgangsleistung erreicht wird. Nach dem Abstimmvorgang sollte ein "Anodenstromdip" von 10 Prozent verbleiben, also etwa 90 Prozent des maximalen Anodenstroms fließen.

Danach vergewissert man sich, dass nicht zu viel Gitterstrom (Ig) fließt. Bei einer Röhre fließt normalerweise kein Gitterstrom, aber bei Sendern im C-Betrieb darf ein ganz geringer Gitterstrom von höchstens einem Zehntel des Anodenstroms fließen. Bei SSB sollte kein Gitterstrom fließen. Falls doch zu viel Gitterstrom fließt, muss man die Ansteuerung reduzieren.

Prüfungsfrage

Prüfungsfrage

Prüfungsfrage

TG313  Bei dieser Schaltung handelt es sich um
	eine HF-Endstufe mit einer Triode in Gitterbasisschaltung.
	einen HF-Oszillator mit Katodenmodulation.
	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.
	ein 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 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 Ausgangs- leistung erreicht ist. Nach dem Abstimmvorgang sollte ein Dip von etwa 10 % verbleiben.
	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 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.

Eine Besonderheit hat die Schaltung noch, die in einer Prüfungsfrage abgefragt wird: Die Gittervorspannungerzeugung. Eine Röhre benötigt zur Arbeitspunkteinstellung am Gitter eine negativere Spannung als an der Katode. Man könnte dem Gitter eine negative Konstantspannung zuführen. Hier im Bild 17-2 macht man es anders. Man lässt den Katodenstrom über einen Widerstand R₁ fließen. Damit fällt an diesem Widerstand eine Spannung ab, die an der Katode eine positive Spannung erzeugt. Da das Gitterpotenzial null Volt beträgt, ist das Gitter also negativer als die Katode. R₁ dient also zur Arbeitspunkteinstellung dieser Röhrenschaltung (TG317, TG318).

Prüfungsfrage

TG317  Welchem Zweck dient R1 in der folgenden Schaltung?
R1 dient ...
	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

2-m-FM-Endstufe

Diese im Bild 17-4 gezeigte Endstufe liefert nach VALVO-Unterlagen eine Ausgangsleistung von 25 Watt bei 12 bis 14 Volt Betriebsspannung und 2,7 A Betriebsstrom. Der Transistor muss mit einem Kühlkörper von höchstens 1,3 Kelvin/W versehen werden. Für die Spule L1 wird eine halbe Windung aus 1,5 mm Kupferlackdraht mit einem Innendurchmesser von 6 mm und zweimal 6 mm Zuleitung angegeben. Die Spule L4 hat 3,5 Windungen und L5 eine Windung bei sonst gleichen Abmessungen wie L1. Die Induktivitäten L2 und L3 sind Ferroxcube-Drosseln. Diese Drosseln bestehen aus einfach aus Dämpfungsperlen (Fabrikat: VALVO, Werkstoff: FXC 3B für 80-300 MHz, Rohrmaß: Länge 6,5 mm, Durchmesser außen 4,25, innen 2,1 mm).
Diese Perlen werden einfach über den Leiter geschoben, z.B. Zuleitung, Halbleiterbeinchen, Widerstände, Kondensatoren usw.

Für einen Abgleich auf maximale Ausgangsleistung schließt man eine für UKW geeignete 50-Ohm-Dummy-Load (siehe Seite 294) an und erhöht die Eingangsleistung so lange, bis der Strom etwas ansteigt. Dann verstellt man zunächst die Ausgangskondensatoren immer abwechselnd, bis sich die Leistung nicht mehr nennenswert erhöht. Gleiches machen Sie dann mit den Eingangskondensatoren.

Dann erhöhen Sie die Eingangsleistung weiter und beobachten die Stromaufnahme. 2,7 A sollten nicht überschritten werden. Dann machen Sie den Abgleich noch einmal mit diesem Strom.

Sollten Eigenschwingungen auftreten, können Sie den Eingang mit einem Widerstand etwas bedämpfen. Eine andere Möglichkeit der Entstörung ist, eine Ferritperle auf die Emitterleitung des Transistors aufzustecken. Sie finden diese etwas abgeänderte Schaltung in den folgenden Prüfungsfragen. Der dort eingefügte Emitterwiderstand verhindert bei einer Übersteuerung eine zu hohe Stromaufnahme. Allerdings vermindert sich die maximal mögliche Ausgangsleistung.

Die Schaltung sollte zur Abschirmung in ein Metallgehäuse eingebaut werden. Achten Sie beim Aufbau darauf, dass sich zur Vermeidung unerwünschter Rückkopplung der Ausgangskreis und der Eingangskreis nicht "sehen" können. Am besten trennt man diese Kreise ebenfalls durch eine Abschirmwand.

Dieser Verstärker im C-Betrieb ist nur für FM und für CW geeignet. Auf keinen Fall darf diese Endstufe für SSB verwendet werden. Es treten dann starke Verzerrungen auf.

Prüfungsfrage

TG311  Welche Funktion haben C1, C2 und L1 in der folgenden Schaltung?
	Sie schützen den Endstufentransistor vor überlastung.
	Sie unterdrücken unerwünschte Harmonische der vorhergehenden Treiberstufe
	Sie dienen zur optimalen Einstellung des Arbeitspunktes für den Endstufentransistor.
	Sie passen die Eingangsimpedanz an den niederohmigeren Transistoreingang an.

Prüfungsfrage

TG312  Welche der nachfolgenden Aussagen trifft nicht für die Schaltung zu?
	HF-Eingang und HF-Ausgang sind gleichspannungsfrei.
	C4, C5 und L2 passen den Transistorausgang an die niederohmigere Ausgangsimpedanz an.
	C1, C2 und L1 passen die hochohmigere Eingangsimpedanz an den Transistoreingang an.
	R1 dient zur Arbeitspunkteinstellung des Transistors T1.

Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

Prüfungsfrage

Linearverstärker

Ein Hochfrequenzverstärker, der für SSB geeignet sein soll, muss ein Signal unverzerrt (linear) verstärken. Solch eine Endstufe arbeitet entweder mit zwei Transistoren im Gegentakt im B-Betrieb oder bei Verwendung von einem Transistor im sogenannten AB-Betrieb. Der A-Betrieb ist - wie Sie aus der Lektion 7 „Oszillatoren und HF-Verstärker“ noch wissen - eine Betriebsart mit schlechtem Wirkungsgrad. B-Betrieb geht aber auch nicht, weil dann nur eine Halbwelle verstärkt wird.

Man legt den Arbeitspunkt deshalb zwischen A- und B-Betrieb, lässt also einen gewissen Ruhestrom fließen. Für kleine Signale arbeitet die Endstufe dann im A-Betrieb, bei höherer Aussteuerung im B-Betrieb.

Mit R₂ und R₁ wird der Arbeitspunkt eingestellt. Mit dem Schwingkreis L₁ -C₁ -C₂ wird eine doppelte Resonanztransformation erreicht. Das Verhältnis C₁ zu C₂ bestimmt die Anpassung an den Eingangswiderstand des Transistors. Die Anzapfung bei L₁ bewirkt den üblichen 50-Ohm-Eingangswiderstand. Am Ausgang findet eine normale Transformation aus dem Verhältnis L₂ zu L₃ statt.

Prüfungsfrage

TG222  Bei dieser Schaltung handelt es sich um einen
	Oszillator.
	Mischer.
	NF-Verstärker.
	HF-Verstärker.

Prüfungsfrage

TG223  Welchem Zweck dient C5 in der folgenden Schaltung?
	Zur HF-Entkopplung.
	Zur Abstimmung
	Zur Wechselstromkopplung
	Zur Kopplung mit der nächstfolgenden Stufe

Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

Prüfungsfrage

TG224  Welchem Zweck dient die Anzapfung an L1 in der folgenden Schaltung?
	Sie dient zur Anpassung der Eingangsimpedanz der Stufe.
	Sie schützt die Verstärkerstufe vor wilden Schwingungen.
	Sie bewirkt die notwendige Entkopplung für den Schwingungseinsatz der Oszillatorstufe.
	Sie dient zur Erhöhung des HF-Wirkungsgrades der Verstärkerstufe.

Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

Prüfungsfrage

TG225  Welchem Zweck dient C2 in der folgenden Schaltung?
	Zur Festlegung der HF-Kopplung.
	Zur Verhinderung der Schwingneigung
	Zur Gleichstromentkopplung
	Zur Unterdrückung von Oberwellen

Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

Detektor-Empfänger

Dieses Bild zeigt die einfachste Anwendung einer Hochfrequenzschaltung - einen kompletten Empfänger mit Ferritantenne für sehr starke Signale. Vielleicht wäre diese Schaltung ein erstes "Bastelprojekt" für Sie?

Sollten Sie in der Nähe eines starken Mittelwellensenders wohnen, bauen Sie diese Schaltung "freitragend" einmal auf, indem Sie den Ferritstab inklusive Spule eines alten Mittelwellenradios nehmen. Mit einem hochohmigen Kopfhörer (zirka 2 Kiloohm) kann man damit "Radio hören". Wenn Sie einen neuen Ferritstab haben, wickeln Sie zirka 120 Windungen mit einer Anzapfung bei 40 Windungen drauf.

Sollte es keinen starken Mittelwellensender in Ihrer Nähe geben, könnte man vielleicht für Versuchszwecke von der Amateurfunk-Clubstation oder von der Ausbildungsstation ein AM-Signal auf 80 m erzeugen. Halbieren Sie in diesem Fall die Windungszahlen. Wenn man zum 47-Kiloohm-Widerstand einen Spannungsmesser parallel schaltet, hat man einen Absorptionsfrequenzmesser für das 80-m-Band (siehe TJ601!). Damit können Sie Feldstärkeversuche in der Nähe der Antenne machen.

Prüfungsfrage

TJ601  Welches Gerät ist hier dargestellt?
	Interferenzwellenmesser
	Dipmeter
	Stehwellenmessgerät
	Absorptionsfrequenzmesser

Aufbau von Oszillatoren

Spulen und Kondensatoren bei Oszillatoren sind temperaturabhängig. Spulen dehnen sich aus, wodurch die Querschnittsfläche vergrößert wird. Die Induktivität steigt. Deshalb wählt man Kondensatoren mit einem negativen Temperaturkoeffizienten, zum Beispiel Styroflexkondensatoren. Durch den Einfluss der Temperatur auf L und C gibt es Einflüsse auf die Frequenz. Beim Aufbau der Schaltung sollte man als erste Maßnahme darauf achten, dass die frequenzbestimmenden Bauteile des Oszillators nicht in der Nähe von Wärmequellen angeordnet werden.

Die Betriebsspannung hat Einfluss auf den Arbeitspunkt. Der Arbeitspunkt beeinflusst die Eingangs- und Ausgangskapazität des Transistors. Dadurch beeinflusst die Betriebsspannung auch die Frequenz. Deshalb erhält jeder Oszillator nochmals eine eigene Spannungsstabilisierung der Gleichstromversorgung.

Für alle Schaltungen oder Geräte, die Hochfrequenz erzeugen oder Hochfrequenzströme übertragen gilt, dass diese möglichst gut geschirmt werden sollen. Eine Schirmung ist eine metallisch leitende Fläche, die an Masse angeschlossen ist. Elektrische Felder werden nach Masse kurzgeschlossen und nicht nach außen durchgelassen. Die Verbindung von zwei solchen Schaltungen über Kabel erfolgt dementsprechend mit abgeschirmten Kabeln.

Prüfungsfrage

Prüfungsfrage

Prüfungsfrage

TF310  Welche Funktion haben die beiden Kondensatoren C3 und C4 in der folgenden Schaltung?
	Sie erzeugen zusammen die notwendige Rückkopplungsspannung für einen LC-Oszillator.
	Sie erzeugen zusammen die notwendige Rückkopplungsspannung für eine Audionschaltung.
	C3 stabilisiert die Basisvorspannung und C4 die Emittervorspannung.
	C3 kompensiert die Basis-Kollektor-Kapazität und C4 die Basis-Emitter-Kapazität

Prüfungsfrage

TF311  Welchem Zweck dient D1 in der folgenden Schaltung?
	Sie ermöglicht eine Frequenzmodulation des Oszillators.
	Sie zeigt das korrekte Einschwingen des Oszillators an.
	Sie sorgt für eine konstante Ausgangsamplitude des Oszillators über den gesamten Abstimmbereich von C1.
	Sie sorgt für eine stabile Versorgungsspannung, damit die Oszillatorfrequenz stabil bleibt.

Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

Prüfungsfrage

Prüfungsfrage

TF314  An welchem Punkt wird in der Schaltung der Ausgangspegel entnommen?
	Schaltungspunkt A
	Schaltungspunkt B
	Schaltungspunkt C
	Schaltungspunkt D

Prüfungsfrage

Prüfungsfrage

Prüfungsfrage

Prüfungsfrage

Lösungshinweis (hier klicken zum Anzeigen):

Prüfungsfrage

Prüfungsfrage

Prüfungsfrage

Prüfungsfrage

Das Dipmeter

Die Schaltung mit dem Feldeffekttransistor BF245 stellt einen Colpitts-Oszillator dar, dessen HF-Ausgangsspannung mit der Diode 1N914 gleichgerichtet und über einen Verstärker einer Anzeige zugeführt wird.

Als Steckspulen baut man sich diverse Spulen mit verschiedenen Windungszahlen. Für jede Spule muss man die Skala für den Drehkondensator kalibrieren, indem man den Oszillator als Sender benutzt und die Frequenzen mit einem Empfänger abhört.

Wenn ein Schwingkreis (oder eine Antenne mit einer kleinen Koppelschleife) in die Nähe der Oszillatorspule des Dippers gebracht wird, wird der Oszillator gedämpft, wenn die Oszillatorfrequenz und die Resonanzfrequenz übereinstimmen. Dadurch liefert der Oszillator weniger HF und die gleichgerichtete HF wird die LED weniger leuchten lassen. Der Strommesser zeigt einen "Dip" (Einbruch).

Prüfungsfrage

Prüfungsfrage

Prüfungsfrage

Audionschaltung

Eine wirklich interessante Schaltung für den Amateurfunk ist das folgende Audion. Hier kann ein Anfänger ein echtes Amateurfunk-Erfolgserlebnis erreichen. Mit der Ein-Transistor-Schaltung lassen sich abends gut 80-m-SSB-QSOs und sehr gut CW-Signale aufnehmen.

Vielleicht können Sie in einer Gruppe zu Anfang des Amateurfunk-Lehrgangs diese Schaltung mit den Lehrgangsteilnehmern aufbauen oder wenn Sie selbst einige Löterfahrung haben, diese Schaltung selbstständig für eine Streifenleiterplatine entwerfen und aufbauen. Diese Schaltung zeigt viele Inhalte aus der Funktechnik.

Rückkopplungs-Audion-Schaltungen sind mit Oszillatorschaltungen verwandt. Der Unterschied ist der, dass die Rückkopplung so einstellbar sein muss, dass für SSB- oder CW-Empfang die Schwingungen gerade einsetzen. Außerdem wird das Ausgangssignal nicht am Schwingkreis als HF-Signal abgenommen, sondern am Ausgang des Verstärkers ein Widerstand eingesetzt und meistens noch ein RC-Glied dahinter geschaltet. Das Ausgangssignal wird auf einen normalen NF-Verstärker gegeben.

Praxis: Die Schwingkreisspule mit zirka 80 Windungen wird auf einen Spulenkörper mit zirka 10 mm Durchmesser (Kunststoffröhrchen) und 4 bis 5 cm Länge Windung an Windung gewickelt. Um eine hohe Güte zu erreichen, arbeitet die Spule mit ihrer Induktivität ohne zusätzlichen Spulenkern. Der Abgleich wird dadurch zwar etwas schwierig, aber die Trennschärfe besser. Man sollte den Abgleich mit einem Frequenzzähler durchführen und bei Bedarf ein paar Windungen abwickeln oder hinzufügen. Der antennenseitige Koppelkondensator muss ausprobiert werden. Er ist von der Antennenlänge abhängig. Um einen noch weicheren Schwingungseinsatz zu erhalten, kann man einen Widerstand von 4,7 kΩ vom oberen Anschluss des Potis zum Emitter schalten.

Übungsfrage

Ich habe diese Schaltung selbst einmal aufgebaut und war begeistert, mit welch kurzer Empfangsantenne man abends SSB-QSOs hören konnte. Durch die gerade einsetzende Rückkopplung wird der Schwingkreis nur minimal bedämpft. Durch die sich daraus ergebende hohe Güte erzielt man bei sauberem Aufbau eine für den geringen Schaltungsaufwand erstaunlich hohe Trennschärfe. Für Bauanleitungen schauen Sie gelegentlich mal auf meine Homepage www.dj4uf.de unter "Projekte".

SWR-Meter (Richtkoppler)

Wie gut eine Antenne an die Zuleitung oder die Zuleitung an den Senderausgang angepasst ist, kann man mit dem Stehwellenverhältnis (SWR) messen. Ein gutes Stehwellenverhältnis ist für eine Antennenanlage sehr wichtig, denn nur dann wird die volle zur Verfügung stehende Senderleistung auch an die Antenne abgegeben. Die Schaltung eines Stehwellenmessgerätes wurde im Kapitel 16 - Bild 16-11 - vorgestellt. Ein SWR-Meter besteht aus einem Richtkoppler und einer Anzeige.

Der Richtkoppler besteht aus einer 50-Ohm-Leitung (Koaxkabel), wobei in den Innenraum dieses Leiters noch zwei weitere isolierte Drähte eingezogen werden. Die Länge der Leitung ist unwichtig. Für Kurzwelle sollte man ein längeres Stück - vielleicht einen halben Meter - verwenden, da die entstehende Spannung von dem Verhältnis zur Wellenlänge abhängig ist. Für 2 m und 70 cm reichen 8 bis 12 Zentimeter.

Jeweils an den gegenüberliegenden Enden dieser Koppelleitungen schließt man nach Bild 16-10 einen Abschlusswiderstand an. An der anderen Seite wird die hochfrequente Wechselspannung mittels Einweggleichrichter in Gleichspannung umgewandelt und angezeigt.

Mit einem Richtkoppler kann man die Spannung messen, die durch Induktion und kapazitive Kopplung beim Stromfluss in beiden Richtungen entsteht. Einmal sind die induktiv und kapazitiv ausgekoppelten Wechselspannungen in Phase (Addition) und einmal in Gegenphase (Subtraktion).

Für die Anzeige benötigt man ein empfindliches Anzeigeinstrument. Am besten eignen sich kleine, analoge Messgeräte mit 100 µA Vollausschlag. Um die Spannung an beiden Seiten zu messen, kann man einen Umschalter verwenden und sich die Spannungen abwechselnd anzeigen lassen. Daraus kann man den SWR-Wert berechnen oder sich nach Bild 10-4 eine Skala beschriften. Allerdings muss hierzu bei der Messung der Spannung in Vorwärtsrichtung immer 100 Prozent eingestellt werden. Dies macht man am einfachsten mit Hilfe eines Potentiometers.

Die Widerstände und die Kondensatoren lötet man direkt am Ende des Abschirmgeflechts des Koaxkabels an. Die Minusleitung für die Messspannung lötet man genau in der Mitte der Leitung an das Abschirmgeflecht an. Als Dioden kann man im Kurzwellenbereich jede Universal-Germanium- oder bei höheren Leistungen auch Silizium-Dioden verwenden. Bei sehr hohen Frequenzen im 2-m-Band und erst recht im 70-cm-Band sollte es eine Schottky-Diode sein, die für Hochfrequenz besser geeignet ist als eine normale Siliziumdiode.

Die Rauschbrücke

Eine Rauschbrücke wird zur Messung der Antennenimpedanz verwendet. Siehe voriges Kapitel 16 Bild 16-8 und Text!

Das schwache Rauschen einer Z-Diode oder Leuchtdiode (verschiedene Typen ausprobieren!) wird in einem dreistufigen Breitbandverstärker auf den für den Empfänger notwendigen Pegel angehoben. Als Übertrager wird ein kleiner, hochfrequenzgeeigneter Ferritkern verwendet, der mit vier verdrillten Drähten bewickelt wird (Balun-Prinzip). Zwei dieser Drähte werden in Reihe geschaltet und dienen als Primärwicklung, die beiden anderen stellen die Sekundärwicklung dar.

Um die genauen Einstellwerte an den Skalen zu erhalten (Kalibrierung), werden zunächst genau bekannte Widerstände an die Z_X -Buchse gesteckt und bei Mittelstellung von C mit R auf Minimum Rauschen abgeglichen. Dann können Sie zu diesen Widerständen noch genau bekannte Kondensatoren parallel schalten und auch mit C einen weiteren Abgleich durchführen. Schaltet man schließlich kleine Induktivitäten in Reihe, kann wieder mit C ein Abgleich erfolgen. In diesem Fall wird der Abgleichpunkt von der Mitte aus gesehen auf der anderen Seite sein (induktiv). Auf diese Art und Weise kann man die Eigenschaften der Antenne sehr genau ausmessen.

Die Dummy-Load

Nicht nur Selbstbauer im Bereich der Hochfrequenztechnik, sondern auch für Messzwecke ist eine "künstliche Antenne" sehr hilfreich. Im Prinzip ist eine künstliche Antenne ein für Hochfrequenz und hohe Leistung geeigneter Widerstand. Er soll geringe Eigenkapazitäten und vor allem eine geringe Eigeninduktivität haben. Lastwiderstände aus gewickelten Drahtwiderständen sind vollkommen ungeeignet. Gut geeignet sind zusammengeschaltete Schichtwiderstände.

Man baut die gewünschte HF-Buchse in den Boden einer Kaffeedose ein und schaltet entsprechend nebenstehendem Bild mit Hilfe von Zwischenringen aus blankem Draht lauter 1/2-Watt-Widerstände in einer Ebene parallel. Die einzelnen Ebenen sind in Serie geschaltet, so dass sich ein Widerstand von genau 50 Ohm ergibt. Die Ringe sollten nach unten im Durchmesser zunehmen, wenn die Dummy Load auch im UHF-Bereich noch 50 Ohm betragen soll. Der letzte Ring wird mit dem Rand der Kaffeedose verlötet. Werden oben Löcher in den früheren Boden der Kaffeedose gebohrt und die Dose auf Füße gestellt, ergibt sich durch Kaminwirkung eine gute Kühlung der Widerstände. Diese Dummy Load kann kurzzeitig mit bis zu 180 Watt belastet werden.

Auf dieser Homepage www.dj4uf.de wird der Bau von Mini-Dummy-Loads für kleine Leistungen beschrieben.

Prüfungsfrage

TJ708  Für den Bau einer Dummy Load wurden Schichtwiderstände von 150 Ohm / 1 Watt verwendet. Jeweils vier Widerstände wurden in Serie geschaltet und durch Parallelschaltung dieser Serienschaltungen wurden zirka 50 Ohm erreicht. Wie viele Widerstände wurden insgesamt benötigt und welche Dauerleistung verträgt die Dummy Load?
	gesamt 48 Widerstände, 12 Watt
	gesamt 48 Widerstände, 48 Watt
	gesamt 12 Widerstände, 48 Watt
	gesamt 16 Widerstände, 16 Watt

Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

Netzteil und Stabilisierung

Bereits in Lektion 5 über Dioden wurden Gleichrichterschaltungen behandelt. Sie haben dort die Einweggleichrichtung und die Zweiweggleichrichtung kennen gelernt. In diesem Abschnitt sollen noch die zu einem Netzteil gehörenden Spannungsstabilisierungsschaltungen vorgestellt werden.

Diese Schaltung mit Z-Diode zur Spannungsstabilisierung haben Sie in der Lektion 5 kennen gelernt. Der entnehmbare Laststrom I_L ist jedoch kleiner als der maximale Querstrom I_Z durch die Diode. Um höhere Ströme entnehmen zu können, kann man einen Stromverstärker dahinter schalten.

Das Bild unten links zeigt eine solche Schaltung in zwei Darstellungen. Links erkennt man den Z-Dioden-Spannungsteiler und die Kollektorschaltung, rechts erkennt man einfacher, dass der Transistor V2 mit der Last in Reihe geschaltet ist. Die Ausgangsspannung U2 ist immer um 0,6 bis 0,7 V kleiner als die Spannung an der Z-Diode.

Die Schaltung funktioniert folgendermaßen. Der Transistor ist als regelbarer Vorwiderstand geschaltet. Nimmt der Laststrom zu, wird dadurch die Ausgangsspannung U2 etwas sinken. Dadurch wird die Basis-Emitter-Spannung des Transistors größer und er regelt weiter auf, wodurch die Spannung wieder ansteigt. Die Regeleigenschaften dieser einfachen Spannungsstabilisierungsschaltung lassen noch etwas zu wünschen übrig. Erheblich besser arbeitet die Schaltung, wenn noch ein Verstärkertransistor V3 wie in folgendem Bild dazwischen geschaltet wird.

Wirkungsweise: Der Transistor V3 vergleicht die Sollspannung der Z-Diode mit der Istspannung über einen Spannungsteiler am Ausgang. Wenn bei einer Laststromzunahme die Ausgangsspannung sinkt, erhält die Basis von V3 weniger Spannung und der Kollektorstrom sinkt. Dadurch steigt die Spannung am Kollektor und somit auch an der Basis von V2. Dieser leitet nun besser und erzeugt weniger Spannungsabfall. Also steigt die Ausgangsspannung wieder.

Um noch höhere Ströme stabilisieren zu können, erhält der Längstransistor noch einen zusätzlichen Transistor in Kollektorschaltung. V3 und V4 bilden eine sogenannte "Darlingtonschaltung". Der Transistor V1 hat die Aufgabe, eine zu hohe Stromabgabe zu verhindern.

Wirkungsweise der Strombegrenzung: Über den Widerstand R5 wird bei hohem Laststrom der Transistor V1 leitend, so dass die Basisspannung für V3 gering wird und die Transistoren V3 und V4 weniger Strom erhalten.

Die Vergleichsspannung für den Transistor V2 wurde einstellbar gemacht. Dadurch lässt sich die Ausgangsspannung in Grenzen verändern. Die obere Grenze ist durch die Versorgungsspannung minus U_CE von V4 minus R5 mal IL und die untere durch die Z-Diode D2 plus U_BE von V2 bedingt.

Dieses Netzteil benutze ich für meine Zusatzgeräte TNC und PTC. Es folgt ein Bestückungsplan für eine Streifenleiterplatine. Die Leiterbahnen sind auf der Rückseite. Die eingezeichneten Quadrate bedeuten eine Leiterbahnunterbrechung.

Prüfungsfragen zu Netzteilen

Im Prüfungsfragenkatalog findet man unter TD306 eine interessante Spannungsstabilisierungsschaltung, bei der die Z-Diode direkt am Ausgang sitzt.

Der Vorteil ist, dass die Ausgangsspannung direkt als Vergleich genommen wird. Allerdings kann man diese Spannung nicht einstellbar machen, denn die Ausgangsspannung ist immer Z-Diodenspannung plus 0,6 V für U_BE von T2.

Funktionsweise der Regelung: Sinkt die Ausgangsspannung bei höherer Belastung, erhält Transistor T2 über die Z-Diode Z1 weniger Strom und leitet dadurch weniger. Durch den verminderten Kollektorstrom von T2 verringert sich der Spannungsabfall an R1/R2 und die Basisspannung von T1 steigt. T1 leitet besser, U_A steigt wieder.

Prüfungsfrage

TD306  Welche Aussage enthält die richtige Beschreibung der Funktionsweise der Regelung in diesem Netzteil, wenn die Ausgangsspannung bei Belastung absinkt?
	Sinkt die Ausgangsspannung, so erhält Transistor T2 über die Zenerdiode Z1 weniger Strom und leitet da­durch weniger. Durch den verminderden Kollektor­strom von T2 verringert sich der Spannungsabfall an R1/R2 und die Basisspannung von T1 steigt und somit auch die Emitterspannung.
	Sinkt die Ausgangsspannung bei Belastung, so erhält Transistor T2 über die Z-Diode Z1 mehr Strom und leitet dadurch stärker. Durch den ansteigenden Kollektorstrom von T2 nimmt der Spannungsabfall an R1/R2 zu. Dabei sinkt die Basisspannung von T1 und die Emitterspannung steigt wieder.
	Sinkt die Ausgangsspannung, so fließt durch Transistor T1 weniger Strom. Durch den sich vermindernden Kollektorstrom von T1 steigt aber der Spannungsabfall an R1/R2 und die Basisspannung von T2 über die Z-Diode Z1. Somit steigt auch die Emitterspannung von T1.
	Sinkt die Ausgangsspannung bei Belastung, so fließt durch den Transistor T1 mehr Belastungsstrom. Der Transistor T2 erhält über Z1 weniger Spannung und der Spannungsabfall am Spannungsteiler R1/R2 nimmt zu. Dabei sinkt die Basisspannung von T1 und die Emitterspannung steigt wieder.

Festspannungsregler

Mit Festspannungsreglern lassen sich Spannungen viel einfacher stabilisieren. In einem solchen IC sind viele Transistoren und Dioden enthalten, welche die Schaltung 17-21 ersetzen. Nur Kondensatoren müssen außen zugeschaltet werden. Die Eingangsspannung für den Regler muss mindestens 15% größer sein als die Ausgangsspannung.

Bei der 78er-Serie für 1 A gibt die Zahl hinter der 78 die Spannung in Volt an, zum Beispiel 7812 für einen 1-A/12-V-Regler. Die 79er Serie ist für negative Spannungen. Steht ein Buchstabe zwischen der 78 und der weiteren Zahl, zum Beispiel 78L09, bedeutet L = 0,1 A und S = 2 A.

Reicht die Stromabgabe eines Festspannungsreglers nicht aus, kann auch dieser, wie im Bild 17-23 gezeigt, mit einem Transistor in Kollektorschaltung erweitert werden. Allerdings ist die Ausgangsspannung um die Basis-Emitterspannung des Zusatztransistors, also um zirka 0,6 V geringer als die des Festspannungsreglers.

Wenn man nicht den passenden Festspannungsregler mit der gewünschten Ausgangsspannung zur Hand hat, kann durch einen einfachen "Trick" die Ausgangsspannung heraufgesetzt werden. Legt man den Mittelanschluss des Dreibeinreglers auf ein höheres Potenzial, ergibt sich eine höhere Ausgangsspannung, da im Regler immer mit der Spannung am Mittelanschluss verglichen wird.

Prüfungsfrage

TD319  Welche Ausgangsspannung entsteht mit folgender Spannungsregler-Schaltung?
	6 V
	8,9 V
	18 V
	14,9 V

Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

Prüfungsfrage

TD310  Welche Beziehung muss zwischen der Eingangs­spannung und der Ausgangsspannung der folgenden Schaltung bestehen, damit der Spannungsregler Q1 seine Funktion erfüllen kann?
	Die Eingangsspannung muss deutlich größer als die gewünschte Ausgangsspannung sein (ca. 15%), damit die Ausgangsspannung stabil bleibt.
	Die Eingangsspannung muss gleich der gewünschten Ausgangsspannung sein, damit eine maximale Stromentnahme am Ausgang erfolgen kann.
	Die Eingangsspannung muss mindestens doppelt so groß wie die gewünschte Ausgangs­spannung sein, damit die Restwelligkeit der Eingangsspannung auf ein Minimum gehalten werden kann.
	Die Eingangsspannung muss gleich der gewünschten Ausgangsspannung sein, damit eine maximale Unterdrückung der Restwelligkeit der Eingangsspannung am Ausgang eintritt.

Prüfungsfrage

TD312
Die Ausgangsspannung zwischen A und B in der Schaltung beträgt ungefähr
	5,6 Volt.
	11,2 Volt.
	6,2 Volt.
	5 Volt.

Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

Schaltnetzteil

Damit ein Transformator im Netzteil kleiner gemacht werden kann, muss man die Frequenz der Wechselspannung vergrößern. Technisch löst man es so, dass man die Netzwechselspannung gleichrichtet, diese mit einem elektronischen Schalter (E in Bild 17-25, „MOS-Switch mit Pulsweitenmodulation“) zerhackt, dann transformiert und wiederum gleichrichtet. Es werden Schaltfrequenzen bis in den Megahertzbereich hinein verwendet. Allerdings entstehen dabei Oberwellen, die den Kurzwellenempfang stören können.

Prüfungsfrage

TD317  Welche Funktion hat der Block E bei einem Schaltnetzteil?
	Er wandelt die Wechselspannung in Gleichspannung um.
	Er soll bei überspannung den Transformator schützen.
	Es ist ein elektronischer Schalter zur Pulsweitensteuerung.
	Er dient als Puls-Gleichrichter in dieser Schaltung.

Prüfungsfrage

TD318  Welches ist der Hauptnachteil eines Schaltnetzteils gegenüber einem Netzteil mit Längsregelung?
Die Schaltung wird zur Beantwortung der Frage nicht benötigt.
	Ein Schaltnetzteil erzeugt Oberwellen, die zu Störungen führen können.
	Ein Schaltnetzteil benötigt einen größeren Transformator.
	Ein Schaltnetzteil kann keine so hohen Ströme abgeben.
	Ein Schaltnetzteil hat höhere Verluste.

Mechanik, Sicherheit

Ein großes Problem für Selbstbauer ist häufig die Mechanik. Jedoch gibt es einfache Aluminiumboxen, die innen ein Rillensystem haben, in das man passende Platinen einfach hineinschieben kann.

Bei allen Geräten, die Hochfrequenzströme führen, muss man auf eine gute Abschirmung achten. Besonders Oszillatoren, Frequenzvervielfacher, Mischstufen, HF-Verstärker und Anpassungsfilter müssen abgeschirmt werden, damit es einerseits nicht zu unerwünschten Rückkopplungen und andererseits nicht zu störenden Beeinflussungen anderer Geräte kommt.

Metallgehäuse, die Netzspannungen enthalten, müssen mit dem Schutzleiter verbunden werden. Netzzuleitungen von Sendern höherer Leistung sollten durch Tiefpassfilter entkoppelt werden.

Prüfungsfrage

Prüfungsfrage

Prüfungsfrage

Prüfungsfrage

Prüfungsfrage

Prüfungsfrage

Prüfungsfrage

Prüfungsfrage

Prüfungsfrage

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Eigenbaugeräte (Bausätze)

Man kann seinen Kurzwellentransceiver seit einiger Zeit auch wieder selbst bauen. Von der Firma Elecraft^®wird ein hervorragender und leicht nachbaubarer Bausatz angeboten. Es macht nicht nur Vergnügen, mit diesem Gerät Funkbetrieb durchzuführen, sondern auch, dieses Gerät aufzubauen. Sie brauchen dazu nur ein klein wenig Löterfahrung.

Viel Erfolg beim Lehrgang wünscht Ihnen Eckart Moltrecht DJ4UF!

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	Dieser DARC-Online-Lehrgang wurde mit freundlicher Genehmigung des Autors Eckart K. W. Moltrecht aus seinen Büchern "Amateurfunk-Lehrgang für das Amateurfunkzeugnis" aus dem VTH-Verlag (möglicherweise einer älteren Auflage!) für das Internet umgewandelt. Das Copyright liegt beim Autor und beim Verlag. Mehr über den Autor!
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