Sehr geehrte Community, Im Rahmen meiner Facharbeit im Physik LK ist es meine Aufgabe, die Erzeugung und Modulation von elektromagnetischen Wellen im Rundfunk möglichst einfach und am Modell zu erklären. Dafür habe ich eine Schaltung für einen FM-Sender gefunden und geba... erklärt (wäre ohne Lizenz ja illegal). Die Schaltung ist im Anhang. Ich bin mit meinem Verständnis bisher so weit, dass das NF-Signal durch POT in der Lautstärke variiert, durch C1 und C2 nach der x-Achse gleichgerichtet und durch T1 + Wiederstände daneben verstärkt wird. Nach C2 habe ich das verstärkte Signal, dass durch R2 und R4 für die Basis von T2 nochmals angepasst wird. T2 verstärkt nochmal das Signal und leitet es in den Schwingkreis aus TR und der Spule (es muss ja ein Parallelschwingkreis sein, da ich die HF-Frequenz variieren kann). Aus T2 kommt dann das erneut verstärkte NF-Signal und steuert den Schwingkreis an. Nun meine Frage: Wie variiert die angelegte Spannung die Frequenz des Schwingkreises? Ich kann mir bisher nicht richtig vorstellen, wie die Spannung die Periodendauer ändern soll. Ich freue mich über jede Antwort :D P.s. Nein, ich darf nicht mit einer Varicap arbeiten. Bauteile in der Schaltung: T1 und T2: BC 107 B C1 + C2: 4,7uF (Tantal) C3 + C4: 1,5 nF (Keramik) C5: 6pF (Keramik) TR: 5-50 pF R1 + R2: 4,7 kOhm R3: 100 kOhm R4: 20 kOhm R5: 470 kOhm POT: 10 kOhm
Schüler schrieb: > Nun meine Frage: Wie variiert die angelegte Spannung die Frequenz des > Schwingkreises? Ich kann mir bisher nicht richtig vorstellen, wie die > Spannung die Periodendauer ändern soll. in dem die Stromverstärkung des Transistor den Strom in den C verändert wird das Tau des RC Schwingers und damit f beeinflußt. Ein Transistor ist eben ein setuerbares Widerstand.
Schüler schrieb: > bin mit meinem Verständnis bisher so weit, dass das NF-Signal durch POT > in der Lautstärke variiert, durch C1 und C2 nach der x-Achse > gleichgerichtet Hm, ein wenig seltsam was du da schreibst. C1 und C2 haben die Aufgabe das NF-Signal, unabhängig der anliegenden Gleichspannung, weiterzugeben. Heisst: die andere Stufe nicht durch Gleichspannung der vorhergehenden Stufe zu beeinflussen. Gleichgerichtet wird da nichts. > und durch T1 + Wiederstände daneben verstärkt wird. Die Widerst R2 und R4 dienen zur Arbeitspunkteinstellung von T2, R3 der von T1. > Nach > C2 habe ich das verstärkte Signal, dass durch R2 und R4 für die Basis > von T2 nochmals angepasst wird. Das NF-Signal wird an nichts angepasst die R haben obige Aufgabe. > T2 verstärkt nochmal das Signal und > leitet es in den Schwingkreis aus TR und der Spule (es muss ja ein > Parallelschwingkreis sein, da ich die HF-Frequenz variieren kann). Aus > T2 kommt dann das erneut verstärkte NF-Signal und steuert den > Schwingkreis an. Das NF-Signal hat an der Basis des T2 seine Schuldigkeit getan, es beeinflusst die Arbeitsweise des T2 und der ist es der die Frequenz des Schwingkreises letztendlich verändert (anderer Arbeistpunkt) (eine saubere FM wird das eh nicht, da wären deine verbotenen Varicap das richtige/bessere. Es wäre übersichtlicher wenn du die Spule zum C hinhängen und Punkte bei den Verbindungen setzen würdest. Das erleichtert die Lesbarkeit ungemein. Kurt
Moment mal. Wenn ich es jetzt richtig verstehe, wird C5 über T2 entladen. Dabei beeinflusst das NF-Signal den Strom von T2 und damit die Dauer des Entladens. Wenns halbwegs richtig ist, wie überträgt sich das Signal dann auf den Hauptschwingkreis?
Schüler schrieb: > Dafür habe ich eine Schaltung für einen FM-Sender gefunden und geba... > ... Ich vermute, du meinst "simuliert". Mit LTSpice wäre das kein Hexenwerk.
Eine Beeinflussung (Belastung) im Rythmus der Modulation für den Schwingkreis ist doch über T1 gegeben. Damit hast du deine Änderung der Frequenz. Die Schalte ist nicht optimal gezeichnet da bekommt man ja einen Knoten ins Hirn. Wenn dein Finger zb. einen Tremor hätte und so um die 100 Hertz zittern würde, dann könntest du damit bei Annäherung an deinen Schwingkreis den Sender FM modulieren.... und sogar je nach Distanz des Fingers zur Spule den Hub einstellen...;-)
Bevor Herberts Knoten platzt, hab ich das Schaltbild schnell mal umgezeichnet. So wird deutlicher, dass sich der Schwingkreis aus TR und L zusammensetzt. Der Kondensator C5 dient der Rückkopplung, ohne ihn würde der Oszillator nicht schwingen. > Das NF-Signal hat an der Basis des T2 seine Schuldigkeit getan, es > beeinflusst die Arbeitsweise des T2 und der ist es der die Frequenz > des Schwingkreises letztendlich verändert (anderer Arbeistpunkt) Die NF verändert den Arbeitspunkt des Transistors T2. Dabei verändern sich die Breiten der Sperrschichten und damit die Kapazitäten im Transistor. Diese Kapazitätsänderungen bewirken die Frequenzmodulation. Gleichzeitig entsteht aber auch unerwünschte AM-Modulation.
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Die Simulation verdeutlicht den Effekt. Die dabei entstehende AM ist hier gar nicht so tragisch.
B e r n d W. schrieb: > Der Kondensator C5 dient der Rückkopplung, ohne ihn > würde der Oszillator nicht schwingen. Ich nehme an,dass sich der eine oder andere fragt,wie es moeglich ist, dass so eine Konstellation schwingen kann. Soweit ich mich erinnern kann ,funktioniert dies eigentlich nur im UKW-Bereich. Bei 100MHz kommt es innerhalb des Transistors durch Laufzeitverzoegerungen zu einer Phasenverschiebung von 90 Grad.Die normale Phasenverschiebung zwischen dem Emitter und dem Kollektor ist ja 180 Grad.Zuzueglich der 90 Grad durch Laufzeitzverzoegerung hat man 270 Grad am Kollektor.Uber C5 kommt es zum Emitter hin zu einer weiteren 90 Grad Phasenverschiebung was sich dann im Endeffekt zu einer gesamten Phasenverschiebung von 360 Grad aufsummiert => Mitkopplung - die Schaltung schwingt. B e r n d W. schrieb: > Die NF verändert den Arbeitspunkt des Transistors T2. Dabei verändern > sich die Breiten der Sperrschichten und damit die Kapazitäten im > Transistor. Diese Kapazitätsänderungen bewirken die Frequenzmodulation. > Gleichzeitig entsteht aber auch unerwünschte AM-Modulation. So seh ich das auch..... Es ist eine Bastlerschaltung die tatsaechlich funktioniert - aber fuer die Praxis untauglich ist.
>> Gleichzeitig entsteht aber auch unerwünschte AM-Modulation. > Es ist eine Bastlerschaltung die tatsaechlich funktioniert > - aber fuer die Praxis untauglich ist. So wie sich durch Arbeitspunktverschiebung FM erzeugen läßt, driftet die Frequenz durch eine sich entleerende Batterie weg. Würde man eine Antenne anschließen, wäre der Oszillator bezüglich Frequenz handempfindlich.
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und auserdem ist die Schaltung vollkommen ungeeigent, die >Erzeugung und Modulation von elektromagnetischen Wellen im Rundfunk >möglichst einfach und am Modell zu erklären. Denn an dieser Schaltung wird eben das Grundprinzip der FM-Erzeugung nicht sichtbar (die Schaltung nutzt nämlich nur Dreckeffekte eines realen Transistors aus, nämlich die Spannungsabhängigkeiten diverser Sperrschichtkapazitäten).
Hätte jemand eine möglichst einfache Schaltung (bestenfalls mit Erklärung), die anschaulich ist?
Jens G. schrieb: > und auserdem ist die Schaltung vollkommen ungeeigent, die >>Erzeugung und Modulation von elektromagnetischen Wellen im Rundfunk >>möglichst einfach und am Modell zu erklären. > > Denn an dieser Schaltung wird eben das Grundprinzip der FM-Erzeugung > nicht sichtbar (die Schaltung nutzt nämlich nur Dreckeffekte eines > realen Transistors aus, nämlich die Spannungsabhängigkeiten diverser > Sperrschichtkapazitäten). Es wäre sinnvoll die Rückkopplung (phasenpassende Mitkopplung) durch eine zweite Spule zu machen, das bring Klarheit was da notwendig ist um eine Transistorschaltung zum Schwingen anzuregen. Diese Schaltung hier, auch wenn sie funktioniert, verschleiert mehr als das sie das Prinzip eines Oszillators aufzeigt, die Mitkopplung eben. Wie oben angesprochen, hier ist eine 0° Mitkopplung vorhanden die ohne dass der Transistor diese "verbiegt" nicht zum Schwingen führen würde. Kurt
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Toxic schrieb: > Die > normale Phasenverschiebung zwischen dem Emitter und dem Kollektor ist ja > 180 Grad. Eher null Grad bei einer Basisschaltung wie in diesem Fall hier. Ich glaube nicht dass Deine Erklärung hier zutreffend ist. Die HF wird über C5 auf die Basis gekoppelt und das ist die Rückkopplung, der Emitter ist der Eingang, der Kollektor der Ausgang des nicht-invertierenden Verstärkers (Transistor in Basisschaltung). Die Basis liegt HF-mässig auf Ground. Es gibt noch eine Variante bei der der Kollektor an einer Abzapfung hängt, dann wird deutlicher was passiert: Das Rückopplungssignal wird am Ende der Spule abgegriffen und an den Verstärkereingang (Emitter) geleitet, der Verstarkerausgang (Kollektor) hängt an einer Abzapfung kurz vor dem Ende.
Bernd schrieb: > Eher null Grad bei einer Basisschaltung wie in diesem Fall hier. Ich > glaube nicht dass Deine Erklärung hier zutreffend ist. > > Die HF wird über C5 auf den Emitter gekoppelt und das ist die > Rückkopplung, der Emitter ist der Eingang, der Kollektor der Ausgang des > nicht-invertierenden Verstärkers (Transistor in Basisschaltung). Die > Basis liegt HF-mässig auf Ground. > > Es gibt noch eine Variante bei der der Kollektor an einer Abzapfung > hängt, dann wird deutlicher was passiert: Das Rückopplungssignal wird am > Ende der Spule abgegriffen und an den Verstärkereingang (Emitter) > geleitet, der Verstarkerausgang (Kollektor) hängt an einer Abzapfung > kurz vor dem Ende. Sorry, Korrektur: zweiter Absatz erste Zeile: Emitter statt Basis. Konnte es leider nicht editieren, da versehentlich nicht eingeloggt.
Schüler schrieb: > Hätte jemand eine möglichst einfache Schaltung (bestenfalls mit > Erklärung), die anschaulich ist? Hier ist deine Schaltung nochmal - diesmal in etwas modifizierter Form so dass eine mehr oder weniger "praxisgerechte" FM-Modulation vorliegt: Der Hauptunterschied zu dieser (aus dem Internet gestohlenen Schaltungsvorschlag http://circuit-zone.com/?cat=fm_transmitters)ist,dass die Oszillatorfrequenz nun ueber eine Varicap (= eine in Sperrichtung betriebene Spezialdiode) veraendert wird - also nicht mehr indirekt ueber Seiteneffekte des Transistors). Der Author der Schaltung schlaegt 2 Fliegen mit einer Klappe: Er benutzt die Varicap zur Veraenderung der Traegerfrequenz zwischen 88MHz und 108MHz und zur Modulation derselbigen. Mit dem Poti stellt man also die Sendefrequenz ein und ueber das NF-signal wird dann diese Sendefrequenz ca. +/- 50khz (abhangig von der Lautstaerke) "hin- und her geschaukelt" Die vollstaendige Erklaerung und dem posten noch besserer Schaltungsvorschlaegen ueberlasse ich den Profis.
Normalerweise schwingt ein Oszillator bei der Schleifenphase 0°. Die Frequenz simmt nicht mit dem Maximum des Schwingkreises überein. Trotzdem ist dort noch Schleifenverstärkung im Überfluss vorhanden.
Toxic schrieb: > FM_Transmitter.jpg > > 358 KB, 17 Downloads Ich probiere, diese Schaltung nachzubauen. Könnte mir jemand bei der Wahl von Spule, Varikap und Transistor helfen (Stromversorgung wäre 9V per Blockbatterie)?
Hallo Schüler In meinen Simulationen wird schon eine typische Spule verwendet, sie hat 100nH. Es ginge auch ncoh mit 60nH oder 150nH, aber das sind typische Werte und die Kapazitätsdiode muss dazu passen, um auf den UKW-Frequenzbereich zu kommen. Falls du die 100nH Spule verwendest, kannst du dir mal ausrechnen, wie groß der Kondensator sein müsste, um auf eine Resonanz von 90 MHz oder 105 MHz zu kommen. Dann kann eine geeignete Kapazitätsdiode ausgesucht werden. Die Spule wird für UKW in der Regel als Luftspule mit Kupferdraht gewickelt, manchmal Kupferlackdraht, manchmal ist er auch versilbert. Alle drei Varianten sollten funktionieren. Die Drahtstärke sollte ca. 0,4 bis 1mm betragen, damit die Spule freitragend einigermaßen stabil ist, aber nicht zu steif. Es gibt im Mini-Ringkern-Rechner eine Lasche "Luftspulen", dort lassen sich die Abmessungen und Windungszahlen solcher Spulen recht einfach ermitteln: http://www.dl0hst.de/mini-ringkern-rechner.htm
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Zum Testen und Experimentieren: Nimm Silber- oder Kupferdraht mit einem Durchmesser von ca. 1mm.Wickel den um einen Bleistift,so das Du etwa 7-10 Windungen hast.Wenn der Draht nicht isoliert ist,dann stell sicher, dass sich die einzelnen Windungen nicht beruehren-also die soeben von konstruierte Spule ein kleines bischen auseinderziehen.Bleistift entfernen Spule einloeten..... Weiterhin nur zum Testen - oder wenn es funktioniert auch gleich so belassen - nimm als Varicap versuchsweise eine 1N4007. Die hat laut einem weiteren Internetuser bei 0V ca. 22pF und bei 9V etwa 7pF. http://www.hanssummers.com/varicap/varicapdiode.html http://www.hanssummers.com/images/stories/varicapled/diode.xls Je nachdem was die selbstgebastelte Spule fuer eine Induktivitaet hat,hast Du vielleicht Glueck und kannst mit dem Poti bei ca. 100MHz einen Empfang feststellen.Bei noch mehr Glueck liegt dabei die Gleichspannung am Mittelabgriff des Potis zwischen 2V und 7V.Dann sollte sich das NF-Signal schoen addieren/subtrahieren lassen. Die Steilheit der 1N4007 ist nicht besonders gross was bedeutet,dass die kleinen NF-Signale nur geringe Kapazitaetsaenderungen bewirken: Empfang mag also zu leise sein.Man kann dann natuerlich das Audiosignal erhoehen aber dies geht auch nur im begrenzten Masse. Nun denne: Spule + 1N4007 - kostet ja nix......
Schüler schrieb: > Hätte jemand eine möglichst einfache Schaltung (bestenfalls mit > Erklärung), die anschaulich ist? Ja. Schmeiß die Gurken-Schaltungen, die du im Internet findest, einfach weg. Selbstverständlich haben wir alle früher mal so einen Minisender gebaut und uns gefreut, wenn er ging. Aber es war jedem genauso klar, dass das jenseits der Legalität ist, und daher hat man ihn danach einfach wieder zerlegt. Heute denkt jeder, so ein Teil wäre eine Veröffentlichung im Internet wert. Schnapp' dir einen einfachen Oszillator, welche Grundschaltung, ist nahezu egal. Parallel zur Schwingkreiskapazität legst du eine (Kapazitäts-)Diode. An den Schwingkreis selbst wird sie über einen Kondensator angeschlossen, um die Gleichspannung vom Oszillator fern zu halten. Gleichspannungsmäßig (über einen Widerstand von etwa 100 kΩ) ist die Diode in Sperrrichtung vorgespannt. Damit wird ihre Sperrschichtkapazität ein Teil der Schwingkreiskapazität. Wenn du nun diese Gleichspannug mit einer NF überlagerst, dann ändert sich die Kapazit[t dieser Diode mit dem Rhytmus der NF, und folglich auch die Frequenz des Oszillators.
Jörg W. schrieb: > Ja. Schmeiß die Gurken-Schaltungen, die du im Internet findest, > einfach weg. > > Schnapp' dir einen einfachen Oszillator, welche Grundschaltung, ist > nahezu egal. Parallel zur Schwingkreiskapazität legst du eine > (Kapazitäts-)Diode. An den Schwingkreis selbst wird sie über einen > Kondensator angeschlossen, um die Gleichspannung vom Oszillator > fern zu halten. Gleichspannungsmäßig (über einen Widerstand von > etwa 100 kΩ) ist die Diode in Sperrrichtung vorgespannt. Damit > wird ihre Sperrschichtkapazität ein Teil der Schwingkreiskapazität. > Wenn du nun diese Gleichspannug mit einer NF überlagerst, dann > ändert sich die Kapazit[t dieser Diode mit dem Rhytmus der NF, und > folglich auch die Frequenz des Oszillators. Was ist jetzt an deiner Schaltung so anders als an der im FM-Transmitter.jpg abgebildeten Gurkenschaltung? Beitrag "Re: Funktion der Frequenzmodulation"
Toxic schrieb: > Was ist jetzt an deiner Schaltung so anders als an > der im FM-Transmitter.jpg abgebildeten Gurkenschaltung? Mit "Gurkenschaltung" war die Schaltung im Startbeitrag gemeint.
Toxic schrieb: > Zum Testen und Experimentieren: > Nimm Silber- oder Kupferdraht mit einem Durchmesser von ca. 1mm.Wickel > den um einen Bleistift,so das Du etwa 7-10 Windungen hast. Sind zu viel , viere reichen auch. Kurt
Possetitjel schrieb: > Mit "Gurkenschaltung" war die Schaltung im Startbeitrag gemeint. Ja, die Schaltung in der Mitte des Threads ist das, was ich meinte. Hatte ich gestern übersehen.
Hallo, um das prinzip einer Frequenzmodulation zu erklären, reicht doch schon ein einfacher VCO aus mit deiner Audioquelle und 2 Widerständen. Meinetwegen setze einen Tiefpass rein und bandbegrenz das Audiosignal. FM ganz einfach erklärt. Vcc | _ | | |_| Quelle---| |----+-----VCO---output _ | | |_| | GND Gruß
Nico B. schrieb: > reicht doch schon ein einfacher VCO aus mit deiner Audioquelle Und wenn du erklären willst, wie die Blackbox „VCO“ aufgebaut ist, was dann?
Nico B. schrieb: > Hallo, > > um das prinzip einer Frequenzmodulation zu erklären, reicht doch schon > ein einfacher VCO aus mit deiner Audioquelle und 2 Widerständen. > Meinetwegen setze einen Tiefpass rein und bandbegrenz das Audiosignal. > FM ganz einfach erklärt. > > Vcc > | > _ > | | > |_| > Quelle---| |----+-----VCO---output > _ > | | > |_| > | > GND > > Gruß ??? Ein einfacher Spannungsteiler, der eine FM generiert? Die FM passiert doch erst im VCO, daher heißt er doch so. Voltage Controlled Oscillator Du zeigst hier nur, daß du dem spannungsgesteuerten Oszillator eine Spannung an den Eingang gibst. Das soll eine Erklärung sein, wie eine FM funktioniert? Das ist ungefähr das gleiche, wie die Funktion einer Lautstärkeregelung oder Klangregelung damit zu erklären "schau mal, wenn ich am Knopf drehe, wirds lauter". Nix für ungut, aber da mußt du nochmal nachlegen :-)
B e r n d W. schrieb: > Die Simulation Kannst Du mir zum experimentieren mal bitte die asc mit BF199 geben? LG
B e r n d W. schrieb: > Die Simulation verdeutlicht den Effekt. Die dabei entstehende AM ist > hier gar nicht so tragisch. Vielen Dank für die asc. Ich habe den BC547C eingesetzt, weil der BF nicht in der lib von LT enthalten ist. Die fft zeigt da aber doch recht deutlich eine AM was ja auch zu erwarten ist. Habe dann mal die Zeitbasis geändert, Bild 002 und dann stimmt da etwas nicht. Was bedeutet eigentlich ;ac dec 100k 95Meg 105Meg ? LG
OXI T. schrieb: > Was bedeutet eigentlich > > ;ac dec 100k 95Meg 105Meg > > ? Gar nichts, weil durch das Semikolon inaktiv ;-) Mit einem Punkt davor wäre es eine AC-Kleinsignalanalyse mit dekadischem Sweep, 100k Rechenpunkte pro Dekade, Frequenzbereich von 95MHz bis 105MHz.
ArnoR schrieb: > Gar nichts, weil durch das Semikolon inaktiv Clever! Bisher habe ich solche Befehle umständlich mit Copy und Paste als Text hinzugefügt. LG
Hier gibt es eine Auswahl an Modellen, auch den BF199: http://ltwiki.org/?title=Standard.bjt http://ltwiki.org/?title=Standard.mos http://ltwiki.org/?title=Standard.dio http://ltwiki.org/?title=Standard.jft
Vielen Dank Bernd. Mit dem BF199 gibt es keine AM in der Simu. Habe mal experimentiert und ich denke der Phrasendrescher hat nicht unrecht. Der Emittereingang hat ja einen ohmmschen Anteil der mit dem Kondensator zwischen Collector und Emitter eine phasenverschiebung bewirkt. Diese ist abhängig vom Collectorstrom und beeinflusst sowohl die Amplitude als auch die Frequenz als variable Reaktanz. Wenn es gelingt, dass sich die Amplitudenmodulation durch den Phasenfehler und die Amplitudenmodulation durch die Basismodulation heben, gibt es reine FM Das ist Dir in Deiner Simu gelungen. Auch die Symmetrie der FM sieht gut aus. Definitiv etwas dazugelernt hier und heute. Der Punkt geht an Phrasendrescher. LTspice ist klasse. LG
> sich die Amplitudenmodulation durch den Phasenfehler und die > Amplitudenmodulation durch die Basismodulation heben, gibt es reine FM Meine Idee war ursprünglich, mit genügend Verstärkungsreserve die Amplitude bis zur Begrenzung aufschwingen zu lassen. Damit sollte die AM verschwinden.
B e r n d W. schrieb: >> sich die Amplitudenmodulation durch den Phasenfehler und die >> Amplitudenmodulation durch die Basismodulation heben, gibt es reine FM > > Meine Idee war ursprünglich, mit genügend Verstärkungsreserve die > Amplitude bis zur Begrenzung aufschwingen zu lassen. Damit sollte die AM > verschwinden. Wie wärs mit einer Konstantstromquelle im Emitter oder Kollektor? Kurt
B e r n d W. schrieb: > mit genügend Verstärkungsreserve die > Amplitude bis zur Begrenzung aufschwingen zu lassen. Damit sollte die AM > verschwinden. Einige Oszillatoren die ich in LTspice entwickelt habe, ergaben dann real Sperrschwinger. Also Vorsicht. LG
B e r n d W. schrieb: > Meine Idee war ursprünglich, mit genügend Verstärkungsreserve die > Amplitude bis zur Begrenzung aufschwingen zu lassen. Damit sollte die AM > verschwinden. Du moduliert aber den Spannungsabfall am Emitterwiderstand. Folglich auch die zur Schwingung bereitstehende Betriebsspannung. Das ist die wohl bekannteste Art AM zu generieren. Genau so arbeitet die Endstufe in meinem AM-TX. http://c-quam.blogspot.de/2015/10/c-quam-pruefsender.html LG
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