Erforsche den Audionempfänger!

Transkript

1 Erforsche den Audionempfänger! Diesen Audionempfänger wirst du nun Schritt für Schritt aufbauen und an der Schaltung Messungen und Experimente durchführen. Analog bedeutet, dass sich Signale, in diesem Fall sind es Spannungen, allmählich und gleichmäßig ändern. Im Gegensatz dazu ändern sich Signale in der Digitaltechnik sprunghaft. Dabei lernst du seine Funktion kennen und erfährst vieles über die analoge Schaltungstechnik. 1

2 Überprüfe den Bausatz! Beachte, dass die Bauteile auf dem Bild etwas anders aussehen können als die Bauteile in deinem Bausatz. Der Bausatz enthält folgende Bauteile: 10 Widerstände 4 Elkos 100µF 2 Potis mit Steckachse 7 Kondensatoren 470pF 1 Drossel 1 Platine 1 Spule mit Ferritkern 3 Transistoren 8 Lötnägel 3 Kondensatoren 220nF 1 Batterieclip 2 1 Kopfhörerbuchse

3 Überprüfe den Bausatz! Hier siehst du einzelne Bauteile und ihre Bezeichnungen noch einmal genauer. Beachte, dass die Bauteile auf dem Bild etwas anders aussehen können als die Bauteile in deinem Bausatz. 3

4 Bestücke die Lötnägel! Nach dem Bestücken verlötest du die Lötnägel auf der Unterseite der Platine. Bestücke als erstes die acht Lötnägel. Dazu legst du unter die Platine ein Stück Wellpappe als weiche Unterlage und drückst die Lötnägel mit einem Lötnagelsetzer von oben in die Bohrungen hinein. Achte darauf, dass die Kragen der Lötnägel dicht auf der Platine aufsitzen. 4

5 Die Energieversorgung Auf der Oberseite der Platine bestückst du den Elko zwischen den Lötnägeln K7 und K8. Der längere Draht ist der Pluspol des Elkos. Achte darauf, dass er nach oben zu K8 zeigt. Auf der Unterseite lötest du zusammen mit den An5 schlüssen des Elkos den Batterieclip fest.

6 Spannungsmessung Schließe eine 9V-Blockbatterie an den Batterieclip an und überprüfe mit einem Voltmeter, ob an den Lötnägeln K7 und K8 eine Spannung von 9V oder etwas mehr angezeigt wird. Wichtig!!! Achte auf die richtige Polung. Wenn vor der Anzeige im Messgerät ein Minuszeichen steht oder der Zeiger des Messgerätes zur falschen Seite ausschlagen will, musst du SOFORT die Batterie vom Clip trennen. Sonst wird der Elko zerstört. Das rote Kabel des Batterieclips muss an K8 angelötet sein. Mehr über Kondensatoren findest du im special-guide Einheiten. 6

7 Aufbau des Kopfhörer-Verstärkers Bestücke die entscheidenden Bauteile und verlöte sie auf der Unterseite der Platine. 470Ω 120kΩ LF Amplifier low frequency Hörbereich des Menschen Verstärker Verstärker für Töne, an den man einen Kopfhörer anschließen kann. gelb violett braun braun rot gelb Beim Transistor muss die flache Seite des Gehäuses nach links zeigen. 7

8 Der Schaltplan So weit hast du die Schaltung nun aufgebaut. Um den Verstärker einzuschalten, verbindest du K5 und K6 mit einem Kabel aus dem EBS. Der Transistor und der 470Ω-Widerstand bilden einen sogenannten Spannungsteiler. Das ist eine wichtige Grundschaltung der analogen Schaltungstechnik, die du jetzt genauer untersuchen sollst. 8

9 Messungen Miss die Spannung am Transistor 9

10 Messungen Miss die Spannung am Transistor und anschließend am Kollektor-Widerstand. Vergleiche die beiden Spannungen mit der Batteriespannung, die du vorher zwischen K7 und K8 gemessen hast. Was fällt dir auf? 10

11 Messungen Wenn man die Spannung am Transistor (UT ) und die Spannung am Widerstand (UR ) addiert, so erhält man die Batteriespannung (Ubat ). UBat = UT + UR Der Spannungsteiler aus Transistor und Kollektorwiderstand teilt die Batteriespannung in zwei Teilspannungen auf. Mehr Infos findest du im special-guide Spannungsteiler. 11

12 Hinweis zu Spannungsmessungen Alle Spannungen werden in der Regel vom Minuspol aus gemessen, der mit 0 Volt die kleinste Spannung aufweist. Verbinde also das blaue Messkabel immer mit dem Minuspol. Mit dem roten Messkabel berührst du nun den Punkt in der Schaltung, von dem du die Spannung gegenüber dem Minuspol wissen willst. Der Pluspol hat mit 9 Volt die größte Spannung gegenüber dem Minuspol. Das ist die Batteriespannung. Alle Spannungen bewegen sich also zwischen 0 Volt und 9 Volt. 12

13 Die Aufgabe des Basiswiderstandes Weil die Transistorspannung am Kollektor gemessen wird, soll sie ab jetzt Kollektorspannung heißen. UT UC Ein Teil von UC wird durch den Basiswiderstand vom Kollektor auf die Basis übertragen. Dadurch entsteht an der Basis eine Spannung, die Basisspannung UB. Aufgabe: Miss möglichst genau UB und UC. 13

14 Die Aufgabe des Basiswiderstandes Verkleinere den Wert des Basiswiderstandes, indem du einen zweiten Widerstand parallel schaltest wie im Bild. 220kΩ rot rot gelb ergibt 77,6kΩ 4,7kΩ gelb violett rot ergibt 4,5kΩ zusammen mit dem 120kΩ-Widerstand. Aufgabe: Lege eine Tabelle an und führe die Messungen erneut durch. 14

15 Allgemeine Auswertung Wenn der Basiswiderstand kleiner wird, dann wird (UB?) und (UC?). Links siehst du eine Beispielmessung. Deine Messwerte werden wahrscheinlich abweichen. Benutze zur weiteren Auswertung deine Messwerte. 15

16 Genaue Auswertung Aufgabe: Berechne und fülle die nächsten beiden Spalten der Tabelle aus. Δ bedeutet Unterschied. Wie stark hat sich also UB bzw. UC verändert, wenn man den Wert des Basiswiderstandes verringert? 16

17 Genaue Auswertung Die Kollektorspannung ändert sich stärker als die Basisspannung. Das ist die Verstärker-Wirkung des Kopfhörer-Verstärkers. Wenn man den Basiswiderstand von 77,6kΩ auf 4,5kΩ verringert, verstärkt sich selbst die Verstärkung weiter. Es ist also nicht egal, mit welchem Basiswiderstand bzw. welcher Basisspannung man einen Verstärker betreibt. 17

18 Genaue Auswertung Als Maß für die Verstärkung wird das Verhältnis der beiden Spannungsveränderungen berechnet. Aufgabe: Bestimme die Verstärkung deines Kopfhörer-Verstärkers. 18

19 Der Anschluss des Kopfhörers Zunächst misst du den Ruhestrom des Verstärkers. Soviel Strom fließt immer und auch dann, wenn gar keine Töne verstärkt werden. Das Amperemeter schließt du statt des Verbindungskabels zwischen K5 und K6 an. Hinweis: Wahrscheinlich musst du das rote Messkabel im Messgerät umstecken und zusätzlich den Drehschalter verstellen. Stecke das rote Messkabel nach der Strommessung sofort wieder in die alte Buchse zurück, weil sonst eine Sicherung im Messgerät zerstört werden kann. 19

20 Der Anschluss des Kopfhörers Wenn man statt des 470-Widerstandes den Kopfhörer als Kollektorwiderstand benutzt, kann dieser durch den Ruhestrom mit der Zeit zerstört werden. Deshalb soll der Kopfhörer so an den Verstärker angeschlossen werden, dass nur Töne, also Schwankungen oder Schwingungen, auf den Kopfhörer übertragen werden, nicht aber der gleichmäßige Ruhestrom. 20

21 Der Anschluss des Kopfhörers Zunächst bestückst du zwei weitere Bauteile auf der Platine, die KopfhörerBuchse und einen Elko. Achte darauf, dass der lange Draht des Elkos nach oben zur Kopfhörer-Buchse zeigt und knipse diesen Draht noch nicht ab. 21

22 Der Anschluss des Kopfhörers Mit dieser Schaltung kannst du den KopfhörerStrom messen, wenn der Elko in der Leitung liegt. Stelle dein Messgerät wieder auf Strommessung um. Verbinde das rote Messkabel mit K8 und das blaue Messkabel mit dem langen Draht des Elkos. Schalte den Verstärker ein, indem du K5 und K6 verbindest. Beobachte das Amperemeter. Was stellst du fest? 22

23 Der Anschluss des Kopfhörers Das Amperemeter sollte nur kurz beim Einschalten einen Wert anzeigen und danach auf Null zurück gehen. Jetzt kannst du einen Kopfhörer anschließen. Beim Einschalten solltest ein deutliches Knacken hören. 23

24 Das Audion Das Audion ist eine Schaltung, die zwei Aufgaben gleichzeitig erfüllt: 1. Es verstärkt das Eingangsignal, genau wie der Kopfhörerverstärker. 2. Es trennt die eigentliche Nachricht, die später als Töne hörbar ist, von der Trägerwelle, die die Nachricht vom Sender zum Empfänger bringt. 24

25 Das Audion Das Audion bekommt seine eigene Energieversorgung: Der Elko dient als Ersatz für einen Akku und wird über den 470Ω-Widerstand laufend aus der Batterie aufgeladen. Achte auf die richtige Polung des Elkos: Der lange Draht (Pluspol) muss dieses Mal nach unten zeigen. Der andere Kondensator verhindert ein eigenständiges Schwingen der Schaltung. Den Transistor als verstärkendes Bauteil und den Kollektorwiderstand kennst du schon vom Kopfhörer-Verstärker. Infos zum Kondensator findest du im special-guide Kondensator1. 25

26 Messungen. Soweit hast du die Schaltung nun aufgebaut. Überprüfe die Energieversorgung des Audions, indem du die Spannung am unteren Anschluss des 470Ω-Widerstandes misst. Miss auch UB und UC und vergleiche mit dem Kopfhörer-Verstärker. Was fällt dir auf? 26

27 Die Einstellung des Audions. UB = 0V und UC = 8V oder höher. Es fehlt der 120kΩ-Widerstand. Damit das Audion die Nachricht von der Trägerwelle trennen kann, muss die Basisspannung viel genauer als beim Kopfhörer-Verstärker eingestellt werden. Das geschieht über ein Poti, das als einstellbarer Spannungsteiler arbeitet. Damit kannst du das Audion auf optimalen Empfang einstellen. 27

28 Die Einstellung des Audions Du bestückst und verlötest zunächst die entsprechenden Bauteile. 220kΩ rot rot gelb 28

29 Die Einstellung des Audions. Drehe das Poti ganz nach links (unterer Anschlag im Schaltplan). Was weißt du nun von der Höhe der Basisspannung? Miss laufend die Kollektorspannung und drehe das Poti dabei langsam immer weiter bis zum rechten Anschlag. Beobachte genau! 29

30 Grenzwerte. Weil UB langsam steigt, fällt UC nach einer gewissen Drehung des Potis immer weiter bis ca. 1,5V. Miss die Basisspannung, bei der die Kollektorspannung gerade noch nicht angefangen hat zu fallen. Sie beträgt etwas mehr als 0,4V. Unterhalb dieser Grenzspannung leitet der Transistor noch nicht. Darüber nimmt seine Leitfähigkeit immer weiter zu bzw. sein Innenwiderstand nimmt immer weiter ab. 30

31 Grenzwerte. Stelle das Poti zum Abschluss so ein, dass die Kollektorspannung um 0,05V gefallen ist. Damit steht der Transistor an der Grenze zwischen Nicht-Leiten und Leiten. An dieser Grenze kann das Audion die Nachricht von der Trägerwelle trennen. Diesen Vorgang nennt man Demodulation. Mehr Infos gibt es im special-guide Audion-Demodulation. 31

32 Die Kopplung der beiden Verstärkerstufen. In der Beispielmessung besteht zwischen UB und UC ein Unterschied von 8,08V. Bei einer Drahtverbindung würde dieser Spannungsunterschied kurzgeschlossen und beide Verstärkerstufen könnten nicht mehr arbeiten. Wie vor dem Lautsprecher benutzen wir einen Koppelkondensator. Mehr Infos gibt es im special-guide Kondensator2. 32

33 Die Kopplung der beiden Verstärkerstufen. Löte den Kondensator etwas hochbeinig ein, so dass du von der Oberseite der Platine aus die Spannung am Kondensator messen kannst. Aufdruck auf dem Kondensator 224 Aufgabe: Miss die Spannung am Koppel-Kondensator. Sie sollte genau dem Spannungsunterschied zwischen dem Kollektor des Audions und der Basis des KopfhörerVerstärkers entsprechen. 33

34 Teste die Schaltung. Schließe einen Kopfhörer an und berühre mit dem Finger oder einem Metallstift die Basis des Audions. Die Geräusche zeigen dir, dass die Schaltung ordnungsgemäß arbeitet und welchem Elektrosmog dein Körper ausgesetzt ist. 34

35 Der Schwingkreis. Mehr Infos zum Schwingkreis gibt es im special-guide Schwingkreis. Ein Schwingkreis besteht aus einem Kondensator und einer Spule. Um die Wirkung der Spule verändern zu können, wird ein Eisenkern in sie hineingeschoben. Der Audionempfänger besitzt zwei Schwingkreise, deren Spulen auf einen gemeinsamen Spulenkörper gewickelt wurden. 35

36 Der Schwingkreis. Bestücke die vier 470pFKondensatoren. Aufdruck L Spule C capacity Kondensator resonator Schwingkreis 471 Die beiden unteren Kondensatoren gehören zu den beiden Schwingkreisen, die oberen beiden sind die Koppel-Kondensatoren zum Audion und zum Antennen-Verstärker. 36

37 Der Schwingkreis. L C capacity resonator Spule Kondensator Schwingkreis Der gemeinsame Anfang beider Spulen wurde verdrillt und miteinander verlötet. Die beiden Drahtenden bleiben getrennt und müssen noch verzinnt werden. Im Lötzinn auf der Spitze des Lötkolben schmilzt in der Hitze der isolierende Lack auf dem Kupferdraht. Vorsicht! Der dünne Draht reißt leicht ab. 37

38 Das Audion geht auf Empfang! Wenn ein starker Sender in der Nähe deines Wohnortes steht (Ortssender), kannst du ihn vielleicht schon empfangen. Zur Abstimmung auf einen Sender verschiebst du den Kern. Erde Verbinde K3 mit der Wasserleitung oder einem Heizungsrohr. Antenne Schließe an K4 ein langes Kabel an oder berühre K4 mit dem Finger (Körperantenne). 38

39 Das Audion geht auf Empfang! Damit auch schwächere Sender empfangen werden können, bekommt der Empfänger eine dritte Verstärkerstufe. Die Schaltung entspricht dem Audion, nur wird die Basisspannung höher gewählt. Der Abgleich erfolgt nach Gehör. Bestücke die restlichen Bauteile bis auf die Drossel. Dazu gibt es gleich noch eine Schaltungs-Variante. Mehr Infos findest du im special-guide Arbeitspunkt. 39

40 Schaltungs-Variante: ein dritter Schwingkreis Eine Drossel ist eine fertig aufgebaute Spule. Sie unterdrückt einen großen Teil der Störungen durch Elektrosmog. Wenn man die Sender schärfer von einander trennen will, baut man statt der Drossel eine Spule mit gleicher Windungszahl ein. Bei ** bestückt man noch einen 470pF-Kondensator.. 40

41 Letzte Störungen werden beseitigt. Wahrscheinlich kreischt oder pfeift es im Kopfhörer. Durch die hohe Verstärkung gelangen Reste der Trägerwelle vom Audion oder dem Kopfhörer-Verstärker zurück auf die Antenne und bilden eine Rückkopplung. Durch die beiden Kondensatoren, die du nun noch bestückst, wird die Trägerwelle wirksam unterdrückt und der Empfang ist störungsfrei. 41

42 Antenne und Erde Für einen guten Empfang baust du am besten eine solche Antenne auf. Der Antennendraht müsste 564m lang sein, damit ein vollständiger Wellenzug der Trägerwelle in den Antennendraht hineinpasst. Es geht aber auch mit geringerem Aufwand. 42

43 Antenne und Erde Mehr Infos findest du in den special-guides Wellenlänge zur Länge der Welle in Abhängigkeit zur Sendefrequenz. Antenne Erde zur Funktionsweise von Antenne und Erde. In der Praxis nimmst du als Antenne einen möglichst langen Draht, den du möglichst hoch aufhängst. Auch dein Körper ist als Antenne ganz gut geeignet. Du fasst dann K1 oder K2 mehr oder weniger fest mit den Fingern an. Als Erde eignet sich ein Draht, den du mit einem blanken Heizungsrohr oder mit einer Wasserleitung verbindest. Weil diese Rohre durch Wände oder durchs Erdreich führen, bilden sie eine gute Erde. 43