Kapitel 7: Oszillator und Hochfrequenzverstärker

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 im Kapitel A11 beschrieben werden.

In diesem Kapitel:



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.

 

Bild 7 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.

Der Oszillator

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 Gegenkopplungist 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 Kgleich dem Kehrwert des Verstärkungsfaktors v. Man nennt dies Schwingbedingung, also die Bedingung, wenn Schwingungen einsetzen.

 

 

Ein Beispielmag 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

Bild 7-5: Meißner-Oszillator

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

 

Bild 7-6 Hartey-Oszillator

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 Serienschaltungkann 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 %
Lösungstipp: 10:25 =0,4; entspricht 40 %

Den besten Wirkungsgrad erreicht ein Leistungsverstärker, wenn seine Last an den Ausgangswiderstand angepasst ist.


Prüfungsfrage
TG308    Bei einer Senderausgangsimpedanz von 240 Ohm sollte für eine optimale Leistungsübertragung die Last
50 Ohm betragen.
60 Ohm betragen.
120 Ohm betragen.
240 Ohm betragen.

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 Arbeitspunkteinen 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-Betrieboder 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 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.

Leistungsverstärker 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.

Leistungsverstärker 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.

Leistungsverstärker 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, siehe folgendes Kapitel.


Leistungsverstärker Klasse A-B

Leistungsverstärker im Amateurfunk arbeiten ein wenig oberhalb des B-Betriebs mit einem geringen Ruhestrom, also mit einer Verschiebung des Arbeitspunktes in Richtung A-Betrieb. Wenn allerdings die Aussteuerung zu groß wird, verbreitert sich das Signal und es entstehen Störungen im Nachbarkanal.


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

Prüfungsfrage
TG238  Wozu dient der Transformator T1 der nebenstehenden 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 Hochfrequenzverstärkerschaltung 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.
... "CLoad" oder "Load", an dem für C2 steht "C Plate" oder "Plate". Die drei Bauelemente C1 , C2 und L1 bilden zusammen ein abstimmbaren Sperrkreis zur Unterdrückung von Harmonischen.
..."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.
..."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 nebenstehende 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 Ausgangsleistungeines 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 ERPund EIRPfinden Sie in der Lektion 9 Antennentechnik und in der Lektion 18 EMV und Sicherheitunter 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 im Kapitel 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. 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 3endet, 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?

Viel Erfolg beim Lehrgang wünscht Ihnen Eckart Moltrecht DJ4UF!


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Copyright-Hinweis:
Eckart K. W. Moltrecht 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 für das Internet umgewandelt. Das Copyright liegt beim Autor und beim Verlag. Mehr über den Autor!
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Letzte Bearbeitung: 06.11.2016 DK2DQ, 23.05.2017 DJ4UF
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