Aufbau eines modulierbaren Senders und Prinzipexperimente zur Informationsübertragung

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1 Aufbau eines modulierbaren Senders und Prinzipexperimente zur Informationsübertragung Wissenschaftliche Arbeit zur Erlangung der ersten Staatsprüfung für das Lehramt am Gymnasium Universität Leipzig Fakultät für Physik und Geowissenschaften Bereich Didaktik der Physik vorgelegt von: Jens Knorr geboren am: Betreuer: Prof. Dr. Wolfgang Oehme 2. Gutachter: Dr. Peter Rieger Leipzig, 8. Februar 2007

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Theoretischer Hintergrund Prinzip der Emitterschaltung Emitterschaltung mit Spannungsgegenkopplung Emitterschaltung mit Stromgegenkopplung Prinzip des Sendens und Empfangens Senden mit Trägerwellen Allgemeine Rückkopplung LC-Oszillatoren Meißner Oszillator Hartley Oszillator Colpitts Oszillator Modulation und deren mathematische Beschreibung Amplitudenmodulation Frequenzmodulation Hartley Oszillator Hartley Oszillator als Grundsender Hartley Oszillator als amplitudenmodulierter Sender Hartley Oszillator als frequenzmodulierter Sender Modularisierung des Hartley Oszillators Modularisierung des Grundsenders Modularisierung des amplitudenmodulierten Senders Modularisierung des frequenzmodulierten Senders Blockschaltbilder der Sender I -

3 5 Aufbau der Module Schwingkreismodul Regelmodul Emitterwiderstandsmodul Amplitudenmodulationsmodul Frequenzmodulationsmodul Aufbau der modularisierten Sender Der modularisierte Grundsender Der modularisierte amplitudenmodulierte Sender Der modularisierte frequenzmodulierte Sender Varianten der Frequenzmodulation Darstellung mit Electronics Workbench Meißner Oszillator Hartley Oszillator Colpitts Oszillator Simulation der Modulation Simulation der Amplitudenmodulation Simulation der Frequenzmodulation Der Empfänger Zusammenfassung II -

4 2.7.3 Hartley Oszillator mit Frequenzmodulation Um eine Modulation der Frequenz vorzunehmen, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Zum einen die Variation der Induktivität und zum anderen die Variation der Kapazität. Hier wird die kapazitive Variante genutzt, da im HF-Bereich gearbeitet wird. D FM C FM1 C S L S R FM C FM2 C R R R T R R E Bild 19: Hartley Oszillator mit Frequenzmodulation Parallel zum gegebenen Schwingkreis wird mittels einer Kapazitätsdiode D FM die Frequenz beeinflusst. Die Diode wird in Sperrrichtung geschaltet und durch Variation der angelegten Spannung wird die Kapazität geändert. Der Vorwiderstand R FM begrenzt den Strom des Funktionsgenerators. Die Spannung beeinflusst den Sperrbereich der Diode und damit deren Kapazität. Man kann sich die Diode als Plattenkondensator vorstellen, dessen Platten aufeinander zu und weg bewegt A werden. Da C = ε ε 0 r ist, wird der Einfluss des Abstandes d deutlich. Dieser d schwingt nun mit der Frequenz des Generators und beeinflusst im gleichen Takt die

5 Der Grundsender wird in drei Teile zerlegt, die im folgenden Kapitel näher beschrieben werden. 3.2 Modularisierung des amplitudenmodulierten Senders Der amplitudenmodulierte Sender wird ebenso in drei Teile gegliedert. L S C S C R R R T R R AM T AM C AM1 C AM2 Bild 21: Modularisierung des amplitudenmodulierten Senders Die Module Schwingkreis und Regelkreis sind wieder vorhanden. Anstelle des Emitterwiderstandes R E wird das Amplitudenmodulationsmodul eingesetzt. Dieses steuert den Emitterwiderstand im Takt der Modulationsfrequenz, d. h. der Kollektor- Emitter-Widerstand wird im Takt des Generators variiert

6 6.2 Der modularisierte amplitudenmodulierte Sender Bild 34: Modularisierter amplitudenmodulierter Sender Beim Senden mit Amplitudenmodulation sollte man auf folgende Einstellungen achten, damit der Effekt am Oszillographen besonders gut veranschaulicht werden kann. Die eingreifende Frequenz des Funktionsgenerators sollte im Bereich von f S 50 Hz liegen

7 8.2 Hartley Oszillator Bild 44: Hartley Oszillator mit EWb Bild 45: Oszillographenbild des Hartley Oszillators mit EWb