Funktion und Bau eines Mittelwellen-Empfängers

Ziele

� elektronische Bauteile und deren Funktion kennen

� technische Geräte zur Nachrichtenübertragung demontieren, analysieren und erklären

� die Funktion nachrichtentechnischer Schaltungen kennen und erklären

� Schaltungsaufbauten aus Schaltbildern entwickeln

� Schaltungen funktionssicher aufbauen

Unterrichtskonzept� Herstellung eines Produkts unter Anwendung

elektronischer Grundlagenkenntnisse � handlungsorientiertes Arbeiten

RichtlinienbezugRichtlinien und Lehrpläne für die Realschule NRW Seite 53 ff

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Unterrichtsablauf

Arbeitsblätter

Lösungsblätter

Fachtipps für Lehrer

Medien und Material

BriefkastenAnregungen, Tipps und Hinweise bitte an

E-mail: nuykenb@nwz.uni-muenster.de

Autor

Manfred Schramm, Städtische Realschule Waltrop

Ziegeleistr. 31, 45731 Waltrop

manfred_schramm@freenet.de

Unterrichtsablauf im ÜberblickEs wird eine Unterrichtsreihe skizziert, die nach Vermittlung wichtiger theoretischer Grundlagen der drahtlosen Nachrichtentechnik auf den Bau eines Mittelwellenempfängers zielt. Dieser Empfänger kann dann eventuell optimiert und ergänzt werden.

Wichtige Stationen der Unterrichtsreihe zugehörige Arbeitsblätter

1. Entstehung elektromagnetischer Wellen

Mit Hilfe eines selbst gebauten Senders kann die Entstehung elektromagnetischer Wellen nachvollzogen werden. Viele Bauteile, die auch später im Empfänger verwendet werden, werden an dieser Stelle eingeführt. Das Nachvollziehen der Modulation erleichtert später das Nachvollziehen und die technische Umsetzung der Demodulation.

� Entwicklung eines Funkensenders: Durch ein Relais werden Störfunken erzeugt, abgestrahlt und damit „gesendet“.

Entwicklung einesFunkensenders

� Funkensender mit Schwingkreis: Der Funkensender wird ergänzt durch einen Schwingkreis, so dass mehrere Sender getrennt werden und sie gleichzeitig senden können.

Funkensender mit Schwingkreis

� Elektronischer Oszillator: Die Schwingung im Schwingkreis des Senders wird statt durch Induktion nun durch einen elektronischen Schalter (Transistor) aufrecht erhalten. Dieser Oszillator kann durch ein Mikrofon moduliert werden. So ist echtes „Senden“ möglich.

Oszillator statt Funkensender

� Die Vorgänge im Schwingkreis betrachten die wechselnde Energiespeicherung in Kondensator und Spule.

Die Vorgänge im Schwingkreis

� Antenne und Erde: Antenne und Erde bilden einen offenen Kondensator zur Abstrahlung des elektrischen Feldes.

Die Funktion von Antenne und Erde

2. Bau eines ganz einfachen Empfängers

� Amplitudenmodulation / -demodulation: Die Modulation bringt eine Nachricht auf die hochfrequente elektromagnetische Welle, die Demodulation macht die Nachricht im Empfänger wieder hörbar.

Amplitudenmodulation

� Der Bau eines Detektorempfängers ist nur bei gutem Empfang eines starken Ortssenders möglich. Schwache Sender können zur Demonstration mit einem Verstärker hörbar gemacht werden.

Der Detektorempfänger

richtiges Löten

Funktion der Diode

� Die Unterrichtsreihe kann an dieser Stelle mit dem Bau des Detektorempfängers beendet werden. Die unbefriedigenden Ergebnisse bzgl. Empfindlichkeit, Lautstärke und Trennschärfe werden im weiteren Unterrichtsverlauf problematisiert und verbessert. Dadurch kann auch ein Optimierungsprozess verdeutlicht werden.

3. Bau eines Audion-Empfängers

� Demodulaton durch ein Audion Das Audion

Der Arbeitspunkt

� Veränderungen des Signals innerhalb des Signalwegs

Vergleich mit dem Detektorempfänger

Der Kondensator überträgt Signale und glättet Schwankungen

� Erweiterung des Schwingkreises Der Spulenkörper

Hinweise zum Schwingkreis

Die Entwicklung eines Funkensenders

Hintergrundinformationen Versuche / Arbeitsanweisungen

Die allgemeine politische und wirtschaftli-che Situation Am Ende des 19. Jahrhunderts nahm der weltweite Tansport von Gütern stark zu. Dies war insbesondere dem Rohstoff- und Warenaustausch zwischen den Ko-lonien und ihren Mutterländern zuzu-schreiben. Dieser Transport wurde im Wesentlichen durch Schiffe durchgeführt. Daraus entwickelte sich die Nachfrage nach einem drahtlosen Nachrichtensys-tem zwischen Küstenstationen und Schif-fen. Telefonverbindungen über tausende von Kilometern gab es bereits. Erfindungen 1837 J.P. Wagner erfindet den automati-schen Unterbrecher (wagnerscher Ham-mer) 1851 H. Rühmkorff ergänzt den wagner-schen Hammer durch eine zweite Spule und erzeugt damit Hochspannung. 1864 J. C. Maxwell entwickelt eine Theo-rie zur Ausbreitung des elektromagneti-schen Feldes. 1887 H. Hertz erzeugt mit Hilfe eines Di-pols elektromagnetische Wellen (Sender) und weist damit die Theorie von Maxwell nach. 1891 E. Branly veröffentlicht seine Erfin-dung, den "Fritter", ein Gerät zum Nach-weis elektromagnetischer Wellen (Emp-fänger) 1894 A. S. Popow verbindet den Fritter mit Antenne und Erde und erhöht damit die Empfangsstärke des Gerätes. 1897 G. Marconi sendet Morsezeichen über eine Strecke von 14 km.

Erfinde einen Sender nach Den wagnerschen Hammer kannst du mit einem Relais nachbauen. Der Ruhekon-takt wird dabei zum fortwährenden auto-matischen Abschalten der Relaisspule verwendet. Dadurch entsteht an dem Ru-hekontakt ein dauerhafter Funke, der e-lektromagnetische Wellen absendet.

Aufgabe: Nimm den Funkensender in Betrieb und bringe ihn in die Nähe eines Radios. � Wie wirkt sich die Entfernung Sender - Empfänger auf die Signalstärke aus? � Auf welchen Bändern (Langwelle / Mit-telwelle / Kurzwelle / UKW) empfängst du deinen Sender? Schließe nun einen Dipol an den Ruhe-kontakt an. Ein Dipol besteht aus zwei Metallstäben (20cm - 40cm lang), die iso-liert voneinander sein müssen.

Wiederhole die Versuche mit dem Dipol.

Der Funkensender erhält einen "Wellenfilter" (Schwing-kreis)

Hintergrundinformationen Versuche

Heinrich Hertz brachte über der Spule des wagnerschen Hammers eine zweite Spule mit sehr vielen Windungen an. Damit entstand ein Bau-teil, dass man damals "Fun-keninduktor" nannte. Brach-te man nämlich die An-schlüsse der zweiten Spule nah aneinander, entstanden kräftige Funken. Heute bezeichnet man die Kombination von zwei Spu-len mit gemeinsamen Ei-senkern als Transformator. Die zweite Spule in Kombi-nation mit einem Kondensa-tor (Antenne - Erde) hat ei-ne weitere Wirkung, die wir näher untersuchen wollen. Vergleiche dazu auch die Arbeitsblätter "Die Vorgänge im Schwingkreis" und "An-tenne und Erde - Abstrah-lung des elektrischen Fel-des".

Für den nächsten Versuch benötigst du eine Spule aus der Physik-Sammlung, in die du deinen wagnerschen Hammer hineinschieben kannst, und ein Oszilloskop. Je nach Windungszahl der zweiten Spule muss die Empfindlichkeit des Oszilloskops verändert werden.

Aufgabe: � Schließe das Oszilloskop zunächst an den Ruhe-kontakt des Relais an und beobachte den Spannungs-verlauf des Funkens auf dem Bildschirm. � Schließe dann das Oszilloskop an den Schwingkreis aus Spule und Kondensator an. Beobachte und ver-gleiche. � Tausche den Kondensator durch einen kleineren oder größeren aus. Beobachte die Entwicklung auf dem Bildschirm. � Verändere den Wert der Spule durch Einführen ei-nes zusätzlichen Eisenkerns. � Schließe Antenne und Erde an den Schwingkreis an. Untersuche, auf welchen Bändern du den Funken-sender nun noch empfangen kannst. Verwende für diesen Versuch eine Spule mit ca. 100 Windungen und kleine Kondensatoren bis maximal 1000 pF.

Fasse die Ergebnisse der Versuche zusammen. 1. Welche Auswirkung hat es auf den Empfang, wenn die elektromagnetische Welle

nicht vom Relais direkt, sondern vom Schwingkreis abgestrahlt wird, und das Re-lais nur für den nötigen Energienachschub sorgt?

2. Wie kann man die Frequenz eines Schwingkreises verändern?

Oszillator statt Funkensender (elektronische Erzeugung von elektrischen Schwingungen)

Eine Aufgabe des Funkensenders bleibt erhalten: Wenn die Energie durch Abstrahlung und Drahtwiderstand der Spule im Schwingkreis abnimmt, muss dieser kurzfristig an eine Energiequelle gelegt werden, damit Energie in den Schwingkreis nachgeladen werden kann. Beim Funkensender übernahm diese Aufgabe der wagnersche Hammer im Inneren der Hochspannungsspule und die Energieübertragung erfolgte magnetisch über den gemeinsamen Eisenkern. Als Energiequelle dient beim Oszillator eine Batterie, die Schaltfunktion übernimmt ein Transistor.

Liegt die Basisspannung des Transistors über 0,7V, so ist der Transistor

Ein Potentiometer übernimmt nun die genaue Einstellung der Basisspannung auf die Grenze von "ein" und "aus".

Damit wird der Transistor aber immer noch nicht automatisch ein- und ausgeschaltet. Dafür wird die Schaltung um zwei Bauteile ergänzt: a) ein Widerstand in der Emitter-Leitung.

Ob der Transistor ein- oder ausgeschaltet ist, hängt vom

Spannungsunterschied zwischen Basis und Emitter ab. Nun kann man die Basisspannung auch größer als 0,7V einstellen. Eine Basisspannung von 2,8V ergibt dann eine Emitterspannung von ca. 2,1V. Jetzt kann man den Transistor auch am

Wenn man den Transistor am Emitter ansteuert, wird er bei einer Vergrößerung der Emitterspannung ausgeschaltet. b) Rückkopplungs-Leitung Wann und wie stark der Transistor schaltet, hängt von der Spannung im Kondensator ab. Daher wird die Emitterleitung in den Kondensator hinein verlängert.

Die Anzapfung des Kondensators wird durch zwei Kondensatoren in Reihenschaltung realisiert.

Die Vorgänge im Schwingkreis

Darstellung der Felder Beschreibung der Situation

Im ersten Moment ist der Kondensator voll geladen und besitzt ein starkes elektrisches Feld. In diesem Feld ist die gesamte Energie des Schwingkreises gespeichert.

Durch den Spulendraht fließt nun ein Strom, durch den der Kondensator entladen wird und der gleichzeitig in der Spule ein Magnetfeld aufbaut. Dadurch nimmt die Energie des Kondensators ab und die Energie der Spule nimmt zu, ...

... bis der Kondensator vollständig entladen ist und das Magnetfeld der Spule seine größte Stärke erreicht hat. Die gesamte Energie des Schwingkreises steckt nun in der Spule.

Ohne weiteren Strom durch die Spule kann die Stärke des Magnetfeldes nicht mehr aufrecht erhalten werden. Es bricht zusammen und durch die Selbstinduktion der Spule fließt nun ein Strom, der nicht mehr durch die Entladung des Kondensators, sondern durch die Induktion der Spule verursacht wird. Als Folge wird der Kondensator in umgekehrter Richtung aufgeladen, ...

... bis das Magnetfeld der Spule vollständig abgebaut und der Kondensator aufgeladen worden ist. Bis auf die Umpolung des Kondensators ist der Anfangszustand wieder erreicht und der Vorgang beginnt in umgekehrter Richtung von vorne

Antenne und Erde - die Abstrahlung des elektrischen Feldes

In einem Schwingkreis strahlen Spule und Kondensator das magnetische bzw. elektrische Feld abwechselnd ab und es entsteht die elektromagnetische Welle. Das Magnetfeld der Spule wird gut abgestrahlt, da die Feldlinien frei um die Spule liegen.

Anders verhält es sich mit dem elektrischen Feld des Kondensators. Da seine Platten sehr dicht beieinander liegen, kann das Feld kaum entweichen.

Allenfalls am Rand quillt es ein wenig heraus. Damit auch das elektrische Feld abgestrahlt werden kann, wird der Abstand der Platten vergrößert und der Kondensator geöffnet.

Der Kondensator wird so weit geöffnet, dass sich die obere Platte ganz nach oben und die untere ganz nach unten dreht.

In der Praxis ist die obere Platte ein ausgespannter Draht, die Antenne. Die untere Platte ist die Erde selber bzw. ein Metallteil, das weit in der Erde liegt, z.B. eine Wasserleitung. Antenne und Erde bilden also einen Kondensator, durch den der im Schwingkreis bereits enthaltene Kondensator vergrößert wird. Deshalb verringert das Anschließen von Antenne und Erde die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises.

eingeschaltet und der Schwingkreis wird aus der Batterie nachgeladen.

Emitter ein- und ausschalten.

Amplitudenmodulation und -demodulation

Erklärung

Arbeitsanweisungen / Ergebnisse

Ein Oszillator kann zwar durch ein Radio empfangen werden, eine Nachricht in Form von Sprache oder Musik wird aber noch nicht übertragen.

Schalte den Oszillator ein und suche den "Sender" auf der Skala eines Mittelwellenradios. Wie erkennst du deinen "Sender"? ______________________________________ Betrachte den Verlauf der abgestrahlten Welle auf dem Bildschirm eines Oszilloskops. (1)

Der Oszillator wird durch ein Mikrofon erweitert.

Suche erneut den Sender im Radio und betrachte den Verlauf der abgestrahlten Welle. (2) Welche Veränderungen beobachtest du? ___________________________________________________________________________________________________________________________

Klare Töne, z.B. Pfeiftöne, erzeugen einen deutlichen

• • Pfeife einen gleichbleibenden Ton in das Mikrofon und beobachte den Spannungsverlauf des Mikrofons auf dem Oszilloskop. (3)

• • Behalten den Ton bei und zeige nun den Verlauf der abgestrahlten Welle an. (4) Vergleiche die beiden Bilder.

• • Wiederhole den Versuch mit schwankenden Pfeiftönen.

Kurvenverlauf auf dem Bildschirm des Oszilloskops. Dadurch kann man erkennen, welchen Einfluss das aktive Mikofon auf den Verlauf der elektromagnetischen Welle hat.

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• Lösungsblatt

1 2

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Der Detektorempfänger

Dieser Empfänger zeichnet sich durch seinen einfachen Aufbau aus. Er benötigt noch nicht einmal eine Batterie, sondern wird durch die Energie des Senders selbst betrieben. Dafür funktioniert er nur zusammen mit einer guten Antenne und einer Erde und die Lautstärke ist sehr gering. Ein Detektorempfänger kann nur amplitudenmodulierte Sender hörbar machen. Deshalb ist der Empfang auf UKW nicht möglich. Bei der Nachrichtenübertragung durch Amplitudenmodulation schwankt die Amplitude der empfangenen elektromagnetischen Welle im Takt der Signalschwingung. (siehe unten)

1. Stufe: Der Schwingkreis Der Schwingkreis filtert aus dem Gemisch der verschiedenen Sender einen ganz bestimmten Sender heraus. Die abgestrahlte Welle dieses Senders hat die gleiche Frequenz wie der Schwingkreis (Resonanz). Damit der Schwingkreis viel Energie vom Sender bekommt und kräftig anfängt zu schwingen, müssen Antenne und Erde angeschlossen sein.

2. Stufe: Die Demodulation Auf der Hochfrequenz (auch "Träger" genannt) ist die Information zweimal enthalten: am oberen Rand und am unteren Rand. Beide Informationen verlaufen symmetrisch. Wird die obere Information positiver, so wird die untere negativer. Dadurch heben sich beide Informationen auf. Um die Information hörbar zu machen, wird eine Halbwelle der Hochfrequenz abgeschnitten. Nach dem

3. Stufe: Hochfrequ. ausfiltern Die hochfrequente Welle hat ihre Aufgabe als Träger der Information vom Sender zum Empfänger erfüllt. Sie wird durch einen Kondensator weitgehend kurzgeschlossen.

4. Stufe: Schallumwandlung Am rechten Kondensator wird durch den empfangenen Sender eine kleine Spannung erzeugt, die im Takt der Information größer und kleiner wird. Damit läßt sich die Membran eines empfindlichen Kristall-Ohrhörers in Schwingung versetzen, so dass man die Information hören kann. Der Hörer eines Walkman ist dafür nicht geeignet, weil er nicht empfindlich genug ist. Dafür muss die Schaltung um eine Verstärkerstufe erweitert werden.

Abschneiden ist nur noch eine Information vorhanden, die hörbar gemacht werden kann

Hinweise zum richtigen Löten

Vorbereitung des Lötkolbens

• • Die Lötspitze muss die richtige Temperatur besitzen, so dass Elektronik-Lot leicht auf der Lötspitze schmilzt.

• • Die Lötspitze muss von Ablagerungen (Zunder) mit einem feuchten Tuch oder einem Silikonschwamm gereinigt werden.

• • Die Lötspitze wird leicht verzinnt.

Zubehör / Handwerkzeug

• • Kolophonium oder Löthonig als Flussmittel Kolophonium erhält man in Musik-Fachgeschäften. Lötfett ist nicht geeignet, weil die darin enthaltene Säure die Lötstellen mit der Zeit zerfrisst.

• • Ablage für den Lötkolben

• • Seitenschneider

• • Spitzzange

• • feines Schleifpapier

Lötvorgang Zwei Drähte werden rechtwinklig miteinander verlötet.

• • Die Drähte werden gesäubert (evtl. Schleifpapier) und übereinandergelegt.

• • Die damit verbundenen Bauteile werden fixiert.

• • Die Lötstelle wird mit dem Lötkolben erhitzt. Das Lötzinn an der Lötspitze dient zur besseren Wärmeübertragung.

• • Erst wenn beide Drähte genügend erhitzt sind, wird Lötzinn auf die Lötstelle gebracht.

• • Das Lötzinn muss auf den heißen Drähten zerschmelzen, nicht auf der Lötspitze.

• • Das Flussmittel im Lötzinn verdampft.

• • Der Lötkolben wird entfernt.

• • Das Lötzinn ist erst fest, wenn es auf der Oberfläche matt aussieht. Erst dann dürfen die Drähte bewegt werden.

Nachbearbeitung schlechter Lötstellen Man erkennt sie an folgendem: 1. 1. Das Lötzinn

zieht spitze Nasen

2. 2. Das Lötzinn sitzt als Kugel auf dem Draht.

3. 3. Die

• • Etwas Kolophonium auf die Lötstelle bringen. Dazu muss das Kolophonium etwas angeschmolzen werden.

• • Die Lötstelle neu erhitzen und wieder abkühlen lassen.

• • Manche Drahtoberflächen lassen sich schlecht löten. Dann: Beide Drähte blank schleifen. Beide Drähte in Kolophonium tauchen und einzeln verzinnen. Erst dann werden die Drähte miteinander verlötet.

Oberfläche des Lötzinns ist rauh.

1.

2. 3.

Die Funktion einer Diode im Gleichstromkreis

Durch die folgenden Versuche kannst du untersuchen, wie eine Diode den Strom in einem Stromkreis beeinflusst. Zur Information: In einem Gleichstromkreis fließen die Elektronen immer vom Minuspol zum Pluspol.

Arbeitsanweisung

Schaltplan Ergebnis

Baue die erste Schaltung auf und beobachte die Glühbirne Zeichne die Richtung des Stromflusses in den Schalt- plan.

Vertausche nun die Pole der Batterie und beobachte erneut. Zeichne die Stromrichtung ein. Welche Schlussfolgerung kannst du ziehen?

Miss die Spannungen an Diode und Glühbirne mit einem Digitalvoltmeter und vergleiche mit der Spannung der Batterie. Wiederhole den Versuch mit verschiedenen Dioden.

Beschreibe die Funktion einer Diode.

Erläutere das Symbol einer Diode. Hinweis: Bevor man erkannt hatte, dass die Elektronen von Minus nach Plus fließen, hatte

man die Stromrichtung willkürlich von Plus nach Minus festgelegt.

Die Funktion einer Diode im Wechselstromkreis

In einem Wechselstromkreis werden die Pole der Spannungsquelle 100 mal in der Sekunde vertauscht, so dass die Elektronen laufend ihre Flussrichtung ändern. Ob sich eine Glühbirne in einem Wechsel- oder Gleichstromkreis befindet, ist mit dem Auge nicht zu erkennen. Als einfaches Anzeigegerät dient daher eine Leuchtdiode. Wie bei einer Schaukel, die in den äußeren Umkehrpunkten für einen Moment still steht, fließt auch beim Wechselstrom beim Umpolen für einen kurzen Moment kein Strom. Die Leuchtdiode flackert daher, wenn man sie schnell hin- und herbewegt. Aber auch sie ist eine Diode. Damit sie leuchtet, muss der lange Anschlussdraht mit dem Pluspol verbunden werden. In Reihe zur Leuchtdiode muss ein Schutzwiderstand geschaltet werden, damit der Diodenstrom nicht zu groß wird.

Arbeitsanweisung Schaltplan Ergebnis Baue das folgende Mess- instrument auf. Die beiden Leuchtdioden müssen eng beieinander liegen. Der Widerstand soll den Strom auf 20 mA begrenzen. (Ohmsches Gesetz)

Funktionsüberprüfung. Bewege beim Beobachten die beiden Leuchtdioden schnell hin- und her.

Überbrücke die Prüfstrecke mit einem Draht und schließe das Messinstrument an eine Wechselspannungsquelle an.

Setze in die Prüfstrecke eine Diode ein.

Setze die Diode um 180° verdreht ein.

Schlussfolgerung: Übertrage die Wirkung der Diode auf die Leuchtdioden auf die Diode im Detektorempfänger. Wie verändert die Diode die Wechselspannung aus dem Schwingkreis? __________________________________________________________________________________________________________

Das Audion

Auch ein Transistor kann demodulieren und gleichzeitig verstärken. Dadurch lassen sich auch schwächere Sender empfangen. Im Folgenden ist die Funktion eines jeden Bauteils erklärt. Die Werte der Bauteile müssen nicht genau eingehalten werden.

1.150 Windungen auf einem Ferritkern

2. 500 pF Drehkondensator oder

330 pF keramischer Kondensator

Bauteil 1 und 2 zusammen bilden den Schwingkreis zum Ausfiltern eines Senders.

3. Potentiometer 47kW - 470kW

Die Basisspannung wird solange erhöht, bis der Transistor gerade anfängt zu leiten. Die Basis-Emitter-Strecke verhält sich dann wie eine Diode. Die Hochfrequenz wird demoduliert.

4. 1nF Der Kondensator verhindert einen Kurzschluss der Basisspannung durch den Spulendraht. Die Hochfrequenz wird trotzdem vom Schwingkreis zur Basis weitergeleitet

5. Schutzwiderstand 100kW für die Basis des Transistors. Wird die Basisspannung größer als 1V, wird der Transistor zerstört.

6. 4,7kW Schwankungen des Kollektorstromes werden in Spannungsschwankungen umgesetzt. Sie entsprechen der verstärkten, demodulierten Hochfrequenz.

7. 4,7uF Die Kollektorspannung ist fast so hoch wie die Batteriespannung. Der Kondensator überträgt nur die Wechselspannung (Nachricht) und hält die Gleichspannung von der folgenden Stufe ab.

8. BC 548 C npn-Transistor

9. 4,7nF Der Kondensator schließt die demodulierte Hochfrequenz kurz, so dass nur die Nachricht übrig bleibt.

10. 47kW Mit dem Potentiometer kann die Lautstärke eingestellt werden.

11. siehe Bauteil 7

12. 470uF Der Kondensator dient als "Akkuersatz" für die Audionstufe.

13. 470W Der Widerstand lädt den Kondensator 12 laufend auf. Schwankungen der Batteriespannung können so nicht auf das Audion übertragen werden.

14. 220kW - 1MW Der Widerstand muss so angepasst werden, dass am Kollektor ungefähr halbe Batteriespannung anliegt. Der Ton im Ohrhörer muss unverzerrt klingen.

15. siehe Bauteil 8

Der Arbeitspunkt des Transistors

Für die ordnungsgemäße Funktion von Audionstufe und Verstärkerstufe ist es wichtig, dass die Basisspannung des Transistors richtig eingestellt wird.

Arbeitspunkt der Audionstufe Arbeitspunkt der Verstärkerstufe

Das Audion soll

• demodulieren (eine Halbwelle abschneiden)

• verstärken

Der Verstärker soll

• nicht verzerren (beide Halbwellen übertragen)

• verstärken

Der Arbeitspunkt wird auf den unteren Kennlinienknick des Transistors gelegt. Ohne Signalspannung eines empfangenen Senders leitet der Transistor gerade nicht.

Der Arbeitspunkt wird in die Mitte des linearen Bereichs gelegt. Ohne Signalspannung leitet der Transistor mäßig.

Durch das überlagerte Empfangssignal schwankt die Basisspannung um den Arbeitspunkt. Nur die obere Halbwelle wird verstärkt.

Durch das überlagerte Empfangssignal kann der Transistor stärker oder schwächer leiten. Er verstärkt somit beide Halbwellen des Signals.

Der Kondensator überträgt Informationen

Hinweise / Erläuterungen Schaltungshinweise

Schalte einen Walkman an eine Verstär- kerstufe an. Stelle ihn leise, dass die Musik im Ohrhörer unverzerrt klingt. Du kannst dazu auch das Potentiometer 10 benutzen. Miss die Spannung an der Basis und am Kollektor des Transistors.

• <![endif]> Überbrücke den Kondensator 11 mit einem Draht (Kurzschluss) und beobachte die Basis- und die Kollektor- spannung.

• Hört sich die Musik nun verzerrt an?

• Stelle das Potentiometer sehr leise und den Walkman entsprechend laut. Beobachte Spannungsveränderungen und Verzerrungen.

Der Kondensator gleicht Spannungs- unterschiede zwischen einzelnen Verstärkerstufen aus und überträgt nur die Spannungsschwankungen des Tonsignals. Im Audionempfänger haben die Bauteile 4, 7 und 11 diese Funktion.

Ein Kondensator besteht aus zwei voneinander isolierten Metallplatten. Die Isolierung trennt verschieden hohe Spannungen voneinander, z.B. die hohe Kollektorspannung der Audionstufe von der kleinen Basisspannung der Verstär- kerstufe. (1)Wenn bei einer Spannungsschwankung ein Elektron auf die linke Metallplatte gelangt (2), stößt es ein Elektron von der rechten Platte herunter, da sich gleiche Ladungen abstoßen. Das linke Elektron scheint durch den Kondensator hindurch gegangen zu sein. So können Spannungsschwankungen (Tonsignale) vom Kondensator weitergeleitet werden.

Der Kondensator glättet Spannungsschwankungen

Hinweise / Erläuterungen

Schaltungsaufbau

Benutze die Spannung am Kopfhörer- ausgang eines Walkman als Tonsignal. Zeige den Spannungsverlauf auf dem Bildschirm eines Oszilloskops.

Schalte zwischen Walkman und Oszillos- kop einen Kondensator und einen Wider- stand. Beobachte die Veränderung auf dem Bildschirm. Benutze Widerstände von 100Ohm bis 22kOhm und Kondensatoren von 10nF bis 100uF.

Mische die Spannungsschwankung des Tonsignals mit einer Gleichspannung, z.B. der Spannungsversorgung deines Radios. Damit die Gleichspannung deinen Walkman nicht zerstört, musst du in die Zuleitung zum Walkman einen Kondensator schalten.

Wenn du Widerstand und Kondensator vor dem Oszilloskop groß genug machst, kannst du die Spannungsschwankung des Walkman auf dem Bildschirm nicht mehr erkennen. Sie werden wirksam unterdrückt. Die Bauteil 12 und 13 im Audionempfänger haben die gleiche Funktion. Spannungsschwankungen der Batterie sollen nicht auf das Audion übertragen werden.

Hinweise zum Bau des Schwingkreises

1. 1. Ein Ferritstab von ca. 10mm Durchmesser wird mit einem Meißel in

30mm lange Stücke zerschlagen. Ferrit ist sehr spröde und springt leicht. Gerade Abbruchkanten lassen sich allerdings schlecht erzielen.

2. 2. Als Grundkörper für die Spule wird rundes PVC-Rohr aus der Elektroinstallation verwendet. In diesem Rohr läßt sich der Ferritkern leicht hin- und herschieben. Das Rohr muss ca. 70mm lang sein.

3. 3. Am einen Ende des Rohres wird 20mm breites doppelseitiges Klebeband aufgebracht.

4. 4. Auf dem Klebeband werden nun ca. 10m Kupferlackdraht mit 0,2mm Durchmesser aufgewickelt. Verschiedene Lagen der Wicklung können durch Klebeband getrennt werden.

5. 5. Als Kondensator für den Schwingkreis sind 300pF bis 500pF ein guter Wert . Bei eingeschobenem Ferritkern wird wieder soviel Draht entfernt, bis der Deutschlandfunk gut empfangen wird.

6. 6. Als Alternative zu einem festen Kondensator und einer verstellbaren Spule kann auch ein Drehkondensator von 500 pF und eine feste Spule verwendet werden. In diesem Fall braucht der Spulenkörper nicht viel länger als die Spule zu sein.

Hinweise zum Bau des Schwingkreises

1. Aufbau des Spulenkörpers a) Ein Din-A-5-Blatt kann um ein normales Kupferrohr aus dem Heizungsbau gewickelt werden. Die lose Papierkante wird auf dem aufgewickelten Papier festgeklebt.Es entsteht eine Papierrolle, aus der das Kupferrohr entfernt wird. b) Man verwendet ein Stück PVC-Rohr aus der Elektroinstallation. 2. Wickeln der Spule Ca. 10m Draht werden auf den Spulenkörper gewickelt, jedoch nur an seinem einen Ende in einer Breite von ca. 3cm. Damit der Draht beim Wickeln nicht verrutscht, wird auf den Spulenkörper doppelseitiges Klebeband aufgebracht. Es ergeben sich mehrere Lagen, die durch doppelseitiges Klebeband getrennt werden können. Dadurch entsteht auch ein mechanisch sehr stabiler Spulenwickel. 3. Der Spulenkern besteht aus einem 3cm langen Ferritstab. Ferrit ist ein ferromagnetischer Werkstoff mit hoher, aber durchaus unterschiedlicher Permeabilität. Restposten aus dem Elektronikversand können billig und gut verwendet werden. Da die Permeabilität in der Regel nicht bekannt ist, muss in jedem Fall ein experimenteller

Abgleich der Resonanzfrequenz des fertiggestellten Schwingkreises erfolgen. Ferrit läst sich mit einer Feile einritzen und dann abbrechen. Die Bruchstelle gelingt selten senkrecht zur Achse des Ferritstabes. Im Zweifelsfall muss der Ferritkern etwas länger sein als die Wicklung des Spule.

4. Der freie Teil des Spulenkörpers dient zum einen zur Führung des herausgefahrenen Ferritkerns bei induktiver Abstimmung und zum anderen zum Verschieben der Rückkopplungsspule beim Audion. Wird der Schwingkreis kapazitiv durch einen Drehkondensator durchgeführt (teuer) und der Detektorempfänger nicht zum Audion fortentwickelt, kann der Spulenkörper auf etwas mehr als Spulenbreite gekürzt werden. 5. Abgleich der Resonanzfrequenz Parallel zur Spule wird ein Kondensator (evtl. Drehkondensator) von 400pF bis 500pF gelötet. Antenne und Erde werden angeschlossen. Spule und Kondensator werden auf maximalen Wert eingestellt. Mit einem Oszilloskop oder einem kleinen Verstärker mit Mikrofonempfindlichkeit wird ein Sender bei Empfang sichtbar bzw. hörbar gemacht. Der Spulendraht wird nun so lange wieder abgewickelt, bis der Deutschlandfunk auf Resonanz eingestellt ist. Der überschüssige Spulendraht wird

gekürzt und der Schwingkreis neu verlötet.

Arbeitsblätter zu verschiedenen Themen

Entstehung elektromagnetischer Wellen

Arbeitsblätter zur Funktion verschiedener Bauteile

Entwicklung von Schaltplänen für verschiedene Empfänger

Hinweis: Es sind nur Links gesetzt worden, die auf Arbeitsblätter für den Bau eines Detektorempfängers notwendig sind. Die Unterrichtsreihe wird vervollständigt.

Entstehung elektromagnetischer Wellen

Entwicklung eines Funkensenders Durch ein Relais werden Störfunken erzeugt, abgestrahlt und damit „gesendet“.

Funkensender mit Schwingkreis Der Funkensender wird ergänzt durch einen Schwingkreis, so dass mehrere Sender getrennt werden und gleichzeitig senden können.

Oszillator statt Funkensender Die Schwingung im Schwingkreis des Senders wird durch einen elektronische Schaltung aufrecht erhalten.

Die Vorgänge im Schwingkreis Die wechselnde Energiespeicherung in Kondensator und Spule wird dargestellt.

Die Funktion von Antenne und Erde

für die Abstrahlung des elektrischen Feldes wird erläutert. Außerdem wird die Verstimmung eines Schwingkreises durch Antenne und Erde erläutert.

Arbeitsblätter zur Funktion verschiedener Bauteile

Der Kondensator • Einsatz zur Glättung von

Spannungsschwankungen

• Einsatz zum Ausgleich unterschiedlicher

Spannung zwischen zwei Verstärkerstufen

Die Diode Abtrennung einer Halbwelle bei

Wechselspannungen

Der Transistor Einstellung des Arbeitspunktes für Demodulation

und Verstärkerbetrieb

Der Schwingkreis Energiespeicherung und Umsetzung von

elektrischem in magnetisches Feld

Schaltpläne für verschiedene Empfänger

Der Detektorempfänger Ein ganz einfaches Radio ohne Batterie

Die Verstärkerstufe Die Lautstärke des Detektorempfängers wird

heraufgesetzt.

Der Detektor im Edding Vorschläge für ausgefallene Gehäuse

Das Audion Eine Empfängerstufe, die gleichzeitig demoduliert

und verstärkt.

Die Erweiterung des

Schwingkreises

Rückkopplung für die Verbesserung der

Empfangsstärke

Anpassung der Audionstufe an den Schwingkreis

zur Verbesserung der Trennschärfe

Magnetische Einkopplung der empfangenen Welle

zur Verringerung des Verstimmungseffektes

Eine einfache Verstärkerstufe

Informationen zu verwendeten Bauteilen Entwicklung der Schaltung

1. Ein Transistor beeinflusst den Strom durch eine Glühlampe. Der Kollektorstrom ist zugleich auch der Strom durch die Glühlampe. Im Moment fließt jedoch noch kein Strom, weil die Basis noch nicht angeschlossen ist.

2. Ab einer Basisspannung von ca. 0,6 V zwischen Basis und Emitter leitet der Transistor vom Emitter zum Kollektor immer besser. Mit steigender Basisspannung steigt auch der Kollektorstrom, die Glühlampe leuchtet immer heller. Aufgabe: Stelle den Kollektorstrom auf eine mittlere Helligkeit der Glühbirne ein und miss die Basisspannung. Diese Spannung nennt man

Basisvorspannung.

3. An die Basis wird nun eine zusätzliche Signalspannung angelegt. Es ist eine kleine Wechselspannung und entspricht der Spannung am Kopfhörer des Detektorempfängers. Im Versuch wird diese Signalspannung durch einen kleinen Elektromotor erzeugt. Aufgabe: Schließe den Motor an die Basis an, beobachte die Lampe und miss die Basisspannung.

4. Vermeidung des Kurzschlusses durch den Spulendraht des Motors. Zwischen Motor und Basis wird ein Kondensator in die Leitung eingebaut. Er überträgt die Wechselspannung des Motors auf Basis. Die Isolation zwischen seinen Platten verhindert den Kurzschluss der Basisspannung durch den Spulendraht des Motors. Die Glühlampe leuchtet weiter und flackert heller und dunkler, wenn du die Achse des Motors drehst.

5. Ein Kopfhörer ersetzt die Glühlampe So wie die Helligkeit der Glühlampe schwankt, bewegt sich die Membran eines Kopfhörer, wenn du statt des Motors den Detektorempfänger an den Verstärker anschließt. Eine kleine Veränderung der Basisspannung bewirkt eine große Veränderung des Kollektorstromes.

Detektorempfänger im Edding

Schaltplan

1 120 Windungen 2 300pF - 500pF 3 AA 116 4 4,7nF

5 4,7uF 6 220k - 1M 7 BC 548C 8 16Ohm - 32Ohm

Verdrahtungsplan

Die flache Seite des Transistors zeigt nach oben. Bei Anschließen des Ohrhörers wird automatische die Batterie eingeschaltet.

Hinweise zum Bau des Schwingkreises

1. Aufbau des Spulenkörpers a) Ein Din-A-5-Blatt kann um ein nor-males Kupferrohr aus dem Heizungs-bau gewickelt werden. Die lose Pa-pierkante wird auf dem aufgewickelten Papier festgeklebt.Es entsteht eine Papierrolle, aus der das Kupferrohr entfernt wird. b) Man verwendet ein Stück PVC-Rohr aus der Elektroinstallation. 2. Wickeln der Spule Ca. 10m Draht werden auf den Spu-lenkörper gewickelt, jedoch nur an sei-nem einen Ende in einer Breite von ca. 3cm. Damit der Draht beim Wickeln nicht verrutscht, wird auf den Spulen-körper doppelseitiges Klebeband auf-gebracht. Es ergeben sich mehrere Lagen, die durch doppelseitiges Kle-beband getrennt werden können. Da-durch entsteht auch ein mechanisch sehr stabiler Spulenwickel. 3. Der Spulenkern besteht aus einem 3cm langen Ferrit-stab. Ferrit ist ein ferromagnetischer Werkstoff mit hoher, aber durchaus unterschiedlicher Permeabilität. Rest-posten aus dem Elektronikversand können billig und gut verwendet wer-den. Da die Permeabilität in der Regel nicht bekannt ist, muss in jedem Fall ein experimenteller Abgleich der Re-sonanzfrequenz des fertiggestellten Schwingkreises erfolgen. Ferrit läst sich mit einer Feile einritzen und dann abbrechen. Die Bruchstelle gelingt sel-ten senkrecht zur Achse des Ferritsta-bes. Im Zweifelsfall muss der Ferrit-kern etwas länger sein als die Wick-lung des Spule.

4. Der freie Teil des Spulenkörpers dient zum einen zur Führung des he-rausgefahrenen Ferritkerns bei indukti-ver Abstimmung und zum anderen zum Verschieben der Rückkopplungs-spule beim Audion. Wird der Schwingkreis kapazitiv durch einen Drehkondensator durchgeführt (teuer) und der Detektorempfänger nicht zum Audion fortentwickelt, kann der Spulenkörper auf etwas mehr als Spulenbreite gekürzt werden. 5. Abgleich der Resonanzfrequenz Parallel zur Spule wird ein Kondensa-tor (evtl. Drehkondensator) von 400pF bis 500pF gelötet. Antenne und Erde werden angeschlossen. Spule und Kondensator werden auf maximalen Wert eingestellt. Mit einem Oszilloskop oder einem kleinen Verstärker mit Mik-rofonempfindlichkeit wird ein Sender bei Empfang sichtbar bzw. hörbar ge-macht. Der Spulendraht wird nun so lange wieder abgewickelt, bis der Deutschlandfunk auf Resonanz einge-stellt ist. Der überschüssige Spulen-draht wird gekürzt und der Schwing-kreis neu verlötet.

Lösungen zu einzelnen Arbeitsblättern

Titel des Arbeitsblattes Links zu den Lösungsblättern

Die Entwicklung eines Funkensenders

Funkensender

Der Funkensender erhält einen "Wellenfilter" (Schwingkreis)

Wellenfilter

Die Funktion der Diode

Diode

Eine einfache Verstärkerstufe Darstellung der Amplitudenmodulation

Verstärker

Modulation

Die Entwicklung eines Funkensenders

Für den Aufbau des Senders eignet sich besonders ein altes, gebrauchtes Relais, dessen Schaltkontakte schon abgenutzt sind. Dann ist der Funken deutlich stärker als bei einem neuen Relais. Je näher man den Sender an das Radio bringt, um so stärker sind die Knistergeräusche. Sie sind auf jedem Wellenband zu empfangen, auf UKW jedoch deutlich schwächer, weil der Hochfrequenzteil nur auf Frequenzmodulation anspricht und Amplitudenmodulation unterdrückt. Durch den Anschluss des Dipols wird das elektrische Feld wesentlich besser abgestrahlt und die Knistergeräusche im Radio werden stärker bzw. auf eine weitere Entfernung zwischen Sender und Empfänger hörbar.

Der Funkensender erhält einen „Wellenfilter“

(Schwingkreis)

Wenn das Oszilloskop direkt am Relaiskontakt angeschlossen wird, erscheint der wild gezackte Spannungsverlauf des Funken-Abrisses. Dieser Spannungsverlauf entsteht aus der Überlagerung von unendlich vielen Sinus-Spannungen mit unterschiedlicher Frequenz und Amplitude. Daher ist der Funkensender auch auf jedem Wellenband zu empfangen. Betrachtet man den Spannungsverlauf am Schwingkreis, so erkennt man eine sinusförmige Schwingung. Die Frequenz ist stabil, was man an den stehenden Nullstellen (Knotenpunkten) erkennt. Die Amplitude schwankt, da es sich noch um eine gedämpfte Schwingung handelt, die bei jedem Funkenabriss neu entfacht wird. Bei kleineren Induktivitäten und Kapazitäten des Schwingkreises rücken die Knotenpunkte näher aneinander, d.h. die Resonanzfrequenz steigt und der Schwingkreis filtert aus dem Schwingungsgemisch des Funkens eine Schwingung mit höherer Frequenz aus. Antenne und Erde strahlen das elektrische Feld besser ab. Mit den angegebenen Werten erreicht man mit einiger Wahrscheinlichkeit eine Frequenz auf Mittelwelle, die nun besonders stark empfangen wird. Allerdings wird immer auch noch die elektromagnetische Welle des Funkens empfangen. Zusammenfassung der Versuchsergebnisse 1. Der Sender wird nur noch an wenigen Stellen des Empfangsbereiches empfangen,

im Idealfall nur an einer einzigen Stelle. 2. Die Frequenz wird größer, wenn die Werte der Bauteile des Schwingkreises kleiner

werden.

Die Funktion einer Diode im Gleichstromkreis

Die Glühlampe leuchtet. Der Strom fließt im physikalischen Sinne links herum. Die technische Stromrichtung ist hingegen rechts herum.

Die Glühlampe leuchtet nicht. Schlussfolgerung: Die Diode leitet den Strom nur in einer Richtung.

Silizium-Diode: 5V / 0,7V / 4,3V Germanium-Diode: 5V / 0,3V / 4,7V

Eine Diode leitet den Strom nur in einer Richtung, bei technischer Stromrichtung ist dies in Pfeilrichtung.

Die Spitze des Dreiecks zeigt die technische Stromrichtung bei Durchfluss an. Anmerkung: Das Dreieck ist ursprünglich die Spitze eines Metalldrahtes, der auf einen Bleikristall (Strich des Dioden-Symbols) drückt. Dies war der erste Gleichrichter in der Nachrichtentechnik und wurde auch Detektor genannt. Er gab dem gleichnamigen Empfänger seinen Namen.

Die Funktion einer Diode im Wechselstromkreis

Beide Leuchtdioden (LED) leuchten. Beim Hin- und Herbewegen erkennt man, dass sie abwechselnd leuchten.

Im ersten Fall leuchtet die innere, im zweiten Fall die äußere LED.

Die Diode läßt eine Halbwelle des Wechselstromes durchfließen und sperrt die andere ab. Beim Detektorempfänger wird so die negative oder positive Halbwelle dem empfangenen Senders abgeschnitten. Das in der Hüllkurve enthaltene Signal wird damit hörbar.

Eine einfache Verstärkerstufe

1. Ohne Basisvorspannung leitet der Transistor nicht. Als Transistor eignet sich jeder Kleinleistungs-Transistor, z.B. BC 548 C. Der Lampenstrom sollte 200mA nicht überschreiten.

2. Die Basisvorspannung hängt etwas von der verwendeten Glühlampe und dem Transistortyp ab. Bei Silizium-Transistoren ergibt sich eine Spannung zwischen 0,6V und 0,7V. Als Richtwert wird in der Literatur in der Regel 0,7V angegeben. Der Widerstand von 470 Ohm dient als Schutzwiderstand, damit der Transistor nicht zerstört wird. Er kann auch in die Leitung zwischen Schleifer des Potentiometers und Basis gelegt werden.

3. Die Basisspannung geht auf 0V zurück und die Glühlampe erlischt. Das kommt daher, dass der Spulendraht des Motors für die Basisvorspannung einen Kurzschluss darstellt.

4. Die Isolierung zwischen den Platten des Kondensators verhindert den Kurzschluss der Basisvorspannung. Der Kondensator lädt sich auf den Wert der Basisvorspannung auf. Solange leuchtet die Glühlampe schwächer. Ist der Kondensator aufgeladen, ist die ursprüngliche Basisvorspannung wieder erreicht und die Glühlampe leuchtet mit mittlerer Helligkeit. Die Motorachse kann nun in eine Richtung gedreht werden und der Motor erzeugt über seinen Kommutator eine pulsierende Gleichspannung. Die Glühlampe leuchtet dann entweder rhythmisch heller oder dunkler als der eingestellte Mittelwert. Wird die Motorachse hin- und hergedreht, beobachtet man bei Rechtsdrehung z.B. ein helleres und bei Linksdrehung ein dunkleres Leuchten, da der Motor eine Wechselspannung erzeugt. Motorspannung und Basisvorspannung addieren sich.

5. Als Kopfhörer kann ein Walkman-Hörer verwendet werden, dessen beide Systeme in Reihe geschaltet werden. Dann beträgt der Innenwiderstand des Hörers ca. 64 Ohm. Ein 8-Ohm-Lautsprecher ist nicht geeignet, weil er für einen Kleinleistungs-Transistor einen viel zu hohen Ruhestrom benötigt. Dieser Ruhestrom entspricht dem Lampenstrom bei mittlerer Helligkeit. Lautsprecher aus Gegensprech-Anlagen mit höherer Impedanz sind manchmal als Restposten zu bekommen. Gut eignen sich auch Hörkapseln aus alten Telefonen. Der Wert des Potentiometers wurde vergrößert, um den Eingangswiderstand der Schaltung zu erhöhen.

Amplitudenmodulation und -demodulation

ohne Modulation Der Sender erzeugt nur ein Rauschen im Empfänger.

mit Modulation

Das breite Band des Trägers wird durch die Modulation eingeschnürt. Obere und untere Halbwelle sind symmetrisch.

Die Tonschwingung (3) erscheint als Hüllkurve auf der Schwingung der Trägerfrequenz (4).

Weiterführende Informationen

Hinweise zum Bau des Schwingkreises

und des Spulenkörpers

Demodulation beim Detektorempfänger

mechanischer Aufbau einer Detektorschaltung

Hinweise zum Bau des Schwingkreises

1. Aufbau des Spulenkörpers a) Ein Din-A-5-Blatt kann um ein nor-males Kupferrohr aus dem Heizungs-bau gewickelt werden. Die lose Pa-pierkante wird auf dem aufgewickelten Papier festgeklebt.Es entsteht eine Papierrolle, aus der das Kupferrohr entfernt wird. b) Man verwendet ein Stück PVC-Rohr aus der Elektroinstallation. 2. Wickeln der Spule Ca. 10m Draht werden auf den Spu-lenkörper gewickelt, jedoch nur an sei-nem einen Ende in einer Breite von ca. 3cm. Damit der Draht beim Wickeln nicht verrutscht, wird auf den Spulen-körper doppelseitiges Klebeband auf-gebracht. Es ergeben sich mehrere Lagen, die durch doppelseitiges Kle-beband getrennt werden können. Da-durch entsteht auch ein mechanisch sehr stabiler Spulenwickel. 3. Der Spulenkern besteht aus einem 3cm langen Ferrit-stab. Ferrit ist ein ferromagnetischer Werkstoff mit hoher, aber durchaus unterschiedlicher Permeabilität. Rest-posten aus dem Elektronikversand können billig und gut verwendet wer-den. Da die Permeabilität in der Regel nicht bekannt ist, muss in jedem Fall ein experimenteller Abgleich der Re-sonanzfrequenz des fertiggestellten Schwingkreises erfolgen. Ferrit läst sich mit einer Feile einritzen und dann abbrechen. Die Bruchstelle gelingt sel-ten senkrecht zur Achse des Ferritsta-bes. Im Zweifelsfall muss der Ferrit-kern etwas länger sein als die Wick-lung des Spule.

4. Der freie Teil des Spulenkörpers dient zum einen zur Führung des he-rausgefahrenen Ferritkerns bei indukti-ver Abstimmung und zum anderen zum Verschieben der Rückkopplungs-spule beim Audion. Wird der Schwingkreis kapazitiv durch einen Drehkondensator durchgeführt (teuer) und der Detektorempfänger nicht zum Audion fortentwickelt, kann der Spulenkörper auf etwas mehr als Spulenbreite gekürzt werden. 5. Abgleich der Resonanzfrequenz Parallel zur Spule wird ein Kondensa-tor (evtl. Drehkondensator) von 400pF bis 500pF gelötet. Antenne und Erde werden angeschlossen. Spule und Kondensator werden auf maximalen Wert eingestellt. Mit einem Oszilloskop oder einem kleinen Verstärker mit Mik-rofonempfindlichkeit wird ein Sender bei Empfang sichtbar bzw. hörbar ge-macht. Der Spulendraht wird nun so lange wieder abgewickelt, bis der Deutschlandfunk auf Resonanz einge-stellt ist. Der überschüssige Spulen-draht wird gekürzt und der Schwing-kreis neu verlötet.

Hinweise zum Bau des Schwingkreises

1. Ein Ferritstab von ca. 10mm Durchmesser wird mit einem Meißel in 30mm lange

Stücke zerschlagen. Ferrit ist sehr spröde und springt leicht. Gerade Abbruchkanten lassen sich allerdings schlecht erzielen.

2. Als Grundkörper für die Spule wird rundes PVC-Rohr aus der Elektroinstallation verwendet. In diesem Rohr läßt sich der Ferritkern leicht hin- und herschieben. Das Rohr muss ca. 70mm lang sein.

3. Am einen Ende des Rohres wird 20mm breites doppelseitiges Klebeband aufgebracht.

4. Auf dem Klebeband werden nun ca. 10m Kupferlackdraht mit 0,2mm Durchmesser aufgewickelt. Verschiedene Lagen der Wicklung können durch Klebeband getrennt werden.

5. Als Kondensator für den Schwingkreis sind 300pF bis 500pF ein guter Wert . Bei eingeschobenem Ferritkern wird wieder soviel Draht entfernt, bis der Deutschlandfunk gut empfangen wird.

6. Als Alternative zu einem festen Kondensator und einer verstellbaren Spule kann auch ein Drehkondensator von 500 pF und eine feste Spule verwendet werden. In diesem Fall braucht der Spulenkörper nicht viel länger als die Spule zu sein.

Die Demodulation beim Detektorempfänger

1. Einfache Darstellung Der Träger für die Nachricht ist die hochfrequente elektromagnetische Welle. Wird diese Welle im Schwingkreis empfangen, führt dies zu einem sinusförmigen Spannungsverlauf, den man im Oszilloskop sichtbar machen kann. Die Nachricht ist ebenfalls eine Schwingung. Sie ist aber in der Regel nicht sinusförmig und auf jeden Fall niederfrequent. Den Spannungsverlauf der Nachricht erkennt man auf dem Bildschirm als „Einhüllende“ der Hochfrequenz. Die Einhüllende entspricht aber genau dem Amplitudenverlauf der hochfrequenten Schwingung. Daher spricht man auch von Amplituden-Modulation (AM). Die Nachricht (Einhüllende) kommt symmetrisch zur x-Achse (Null-Potential) zweimal vor. Führt man beide Einhüllende in einen Verstärker, so löschen sich ihre Wirkungen gegenseitig aus. Daher schneidet man mit einer Diode eine Halbwelle der hochfrequenten Schwingung ab und

2. Tiefergehende Darstellung a) Modulation Bei einem amplitudenmodulierten Sender werden neben der Trägerfrequenz (fo) auch noch zwei Seitenbänder (f+ / f-) erzeugt. Der Abstand der Seitenbänder zum Träger entspricht genau der Tonfrequenz ft der Nachricht. Es werden also drei hochfrequente Wellen mit unter- schiedlichen Frequenzen vom Sender abgestrahlt. (1) Beispiel: Ein Sender hat eine Trägerfrequenz fo von 100 kHz. Der Ton der Nachricht hat eine Frequenz ft von 2 kHz. Bei der Modulation entstehen drei Frequenzen: f- = fo - ft = 98 kHz fo = 100 kHz f+ = fo + ft = 102 kHz Folgerungen: Bei unterschiedlichen hohen Tönen schwankt der Abstand der Seitenbänder zur Trägerfrequenz. Bei Musiksendungen können die ganz hohen Töne nicht moduliert werden, weil ein Seitenband sonst mit dem Seitenband des Nachbarsenders vermischt wird. Deshalb klingt Musik auf Mittelwelle immer dumpf. Den Effekt kann man im Radio nachweisen: Verstimmt man einen Mittelwellensender aus der Trägerfrequenz, so wird ein Seitenband nicht mehr richtig empfangen. Das andere Seitenband wird aber auch dann noch empfangen, wenn es einen größeren Abstand zum Träger hat, d.h. wenn der Ton der Nachricht sehr hoch ist. Bei einer Musiksendung klingt die Musik nicht mehr so klar, aber „heller“. (2) Bei Einseitenband-Modulation ist man dazu übergegangen, nur noch ein Seitenband im Sender abzustrahlen und sogar den Träger bis auf einen kleinen Rest zu unterdrücken. Das spart viel Sendeenergie, die dann voll dem Seitenband (der Nachricht) zu Gute kommt. Solche Sender sind auf weite Strecken zu empfangen. Im Empfänger wird dann der Träger neu erzeugt und dem empfangenen Signal zugemischt. (3) b) Demodulation Entscheidend bei der Diode ist nicht die „Fahrradventil-Wirkung“, sondern der gekrümmte Verlauf der Strom-Spannungs-Kennlinie. (4) Alle Bauteile mit gekrümmten Kennlinien mischen verschiedene Frequenzen und sind

entfernt damit eine Einhüllende. Die verbleibende Einhüllende wird als Nachricht im Verstärker hörbar gemacht. Der Kondensator am Ausgang des Detektorempfängers dient dazu, die hochfrequente Schwingung kurzschließen, da sie im Verstärker zu unerwünschten Schwingungen und Störgeräuschen führen kann.

daher für die Demodulation von AM-Sendern geeignet. Aus der Akustik kennt man das Mischen von Schwingungen verschiedener Frequenz als „Schwebung“. Es entstehen neben den ursprünglichen Frequenzen f1 und f2 auch die Frequenzen f1+f2 und f1-f2. Auf die Demodulation übertragen bedeutet dies: f1+f2 = fo + f+ hochfrequente Schwingung wird durch den Kondensator kurzgeschlossen. f1-f2 = fo - f+ = fo - (fo - ft) = fo - fo + ft Durch die Mischung fällt der Träger weg und es entsteht die Nachricht. Eine entsprechende Rechnung kann man auch für das untere Seitenband durchführen. Germanium-Dioden (AA.......)sind zur Demodulation wesentlich besser geeignet, weil die Krümmung über eine weiten Spannungsbereich besteht und daher schwache und starke Sender verzerrungsarm demoduliert werden. Außerdem muss jeder empfangene Sender die Schwellenspannung des Halbleiter überschreiten, um überhaupt in den gekrümmten Bereich zu kommen. Die Schwellenspannung liegt bei Germanium um 0,2 V Silizium um 0,7 V

1)

2)

3)

4)

5) Kennlinie für Silizium

Kennlinie für Germanium

Aufbau einer Detektorschaltung

Detektorempfänger mit Kristallohrhörer / Aufbau auf Spanplatte mit Reißnägeln.

Detektorempfänger mit anschließender Verstärkerstufe für Kopfhörer

Der Widerstand muss unter Umständen der Stromverstärkung des Transistors und dem Innenwiderstand des Ohrhörers angepasst werden. Als Ohrhörer eignet sich ein Walkman-Hörer oder eine Hörkapsel aus einem Telefon. Die Batteriespannung muss mindestens 3V betragen. Damit die Schaltungsvorlage ungefähr den Originalmaßen entspricht, muss das Blatt von DinA4 auf DinA3 vergrößert werden.

Bezugsquellen für Bauteile

Firma

Anschrift

Conrad Elektronik

Conrad Electronic Tel.0180-5312111 Klaus-Conrad-Str. 1 Fax 0180-5312110 92240 Hirschau

EVE-Versand

Elektronik-Vertrieb Emsdetten Postfach 1540 48282 Emsdetten Tel. 02572-81024

ETT-Versand

ETT-Versand Tel 0531-581100 Kreuzstr. 65-66 Fax 0531-5811030 38118 Braunschweig

heho-Elektronik

heho-Elektronik Tel 07351-2035 Hermann-Volz-Str. 42 Fax 07351-28685 88400 Biberach

Literatur

Titel

Bezugsquelle

technik für dich Elektromagnetische Geräte

Cornelsen Best.-Nr. 73866