Bauanleitung als Step-by-Step-Guide - TU

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
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
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
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
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.
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
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
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
Messungen
Miss die Spannung am Transistor …
9
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
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“.
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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.
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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 .
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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.
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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.
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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?
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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.
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Genaue Auswertung
Als Maß für die Verstärkung wird das
Verhältnis der beiden Spannungsveränderungen berechnet.
Aufgabe:
Bestimme die Verstärkung deines
Kopfhörer-Verstärkers.
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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.
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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.
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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.
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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?
◙
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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.
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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.
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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
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
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.
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Die Einstellung des Audions
Du bestückst und verlötest
zunächst die entsprechenden
Bauteile.
220kΩ
rot rot gelb
28
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
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
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
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
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.
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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
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
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.
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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.
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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).
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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“.
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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
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.
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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.
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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.
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