1. Ubersicht

Mir bauen e Radio Science Club
1. Ubersicht
1. Ubersicht ....................................................................... 1
2. Grundlegende physikalische Begriffe ........................ 2
2.1 Die elektrische Spannung und die elektrische Stromstärke
2.2 Gleichspannung und Wechselspannung
2.3 Magnetismus
2.4 Frequenz und Wellen
2.5 Elektromagnetische Wellen
3. Elektronische Bauelemente .................................... 5
3.1 Der elektrische Widerstand
3.2 Kondensator und Spule – Resonanz
3.3 Der Gleichrichter
3.4 Der Transistor
4. Das Radio ........................................................... 7
4.1 Das Ubertragungsprinzip
4.2 Die einfachste Schaltung
4.3 Unser erstes Radio
4.4 Verstärkung über einen Transistor
5. Internetlinks ............................................................ 13
6. Materialliste ............................................................ 13
D. Mancini, R. Kneip S.1

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2. Grundlegende physikalische Begriffe
2.1 Die elektrische Spannung und die elektrische Stromstärke
Jedes elektrische Gerät muss über das Netz, über Batterien,
über Solarzellen, ... mit elektrischer Energie versorgt werden.
Eine charakteristische Grösse ist die elektrische Spannung.
Sie charakterisiert den Ladungsunterschied zwischen den
beiden Polen der Steckdose, der Batterieanschlüssen, ...
Beispiele:
Netzspannung:
Batterie:
230 V (Wechselspannung)
1.5 V (Gleichspannung)
4.5 V
9 V u.v.m.
Wird über eine Batterie zum Beispiel eine Glühlampe angeschlossen, so beginnt diese Lampe
zu leuchten. Das Leuchten der Glühbirne ist ein Hinweis darauf, dass ein elektrischer Strom
fliesst. Je heller die Glühlampe leuchtet, um so grösser ist die elektrische Stromstärke.
Sowohl die elektrische Spannung als auch die Stromstärke können über ein Voltmeter bzw.
ein Ampèremeter bemessen werden. Die elektrische Spannung wird in Volt, die elektrische
Stromstärke in Ampère gemessen.
Beispiel:
Aufbau eines einfachen Stromkreises mit Batterie, Glühlampe,
Kabel, Schalter.
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2.2 Gleichspannung und Wechselspannung
Es besteht ein wichtiger Unterschied zwischen der Netzspannung und der Spannung an einer
Batterie (abgesehen vom Betrag der Spannung).
Die Batterie liefert ein konstante Spannung (Gleichspannung) von z.B. 1.5 V. Das heisst,
während der ganzen Betriebszeit der Batterie liegt der Ladungsunterschied zwischen
positivem und negativem Pol bei 1.5 V.
Am Netz wechselt die Spannung ständig vom positiven zum negativen Wert. Die
Schnelligkeit dieses Wechsels beträgt 50 Hertz (50 Hz), d.h. 50 mal pro Sekunde! Diese
Größe wird auch Frequenz genannt.
2.0
Gleichspannung an 1.5 V-Batterie
400
Netzspannung
U (V)
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
t (s)
0.0
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
u (V)
300
200
100
0
t (s)
0
-100
0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
-200
-300
-400
Beispiel:
Messung der Spannung am Oszilloskop
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2.3 Magnetismus
2.4 Frequenz und Wellen
1.5
Wellen unterschiedlicher Frequenz
1.0
0.5
Ampl
0.0
-0.5
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
-1.0
-1.5
t (s)
2.5 Elektromagnetische Wellen
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3. Elektronische Bauelemente
3.1 Der elektrische Widerstand
Einsatz: dient u.a. der Strombegrenzung in elektrischen Schaltungen;
kann auch als Spannungsteiler eingesetzt werden
Einheit: Ohm (Ω), auch kΩ, ...
Widerstandsangabe in Form eines Farbkodes mit z.B. vier Farbringen
Drehpotentiometer: Widerstand kann manuell bis zu einem
Maximalwert (z.B.: 0...10 kΩ) eingestellt werden.
3.2 Kondensator und Spule – Resonanz
Kondensator:
Aufbau: besteht aus zwei leitenden Folien, die durch eine elektrisch
nicht leitfähige Schicht getrennt sind
Einsatz: kann elektrische Ladungen speichern und wieder abgeben
Einheit: Farad (F), auch µF (mikro-), nF (nano-), pF (piko-)
Spule:
Aufbau: isolierter Draht, aufgewickelt auf einem nichtleitenden Körper
Einsatz: kann magnetische Energie speichern und wieder abgeben
Einheit: Henry (H), auch µH, u.s.w.
Werden Spule und Kondensator in Schaltungen mit Wechselspannung gleichzeitig eingesetzt,
zeigen sie ein ganz spezielles Verhalten: bei einer bestimmten Frequenz (Resonanzfrequenz)
gerät die Eingangsspannung in Resonanz, d.h. jede Schwingung verstärkt sich selbst und man
erhält eine hohe Ausgangsspannung. Diese Eigenschaft wird beim Radio ausgenutzt, um
einen maximalen Empfang bei einer bestimmten Frequenz zu erzielen.
16
LC-Resonanz
14
12
10
Ua/Ue
8
6
4
2
0
10000 20000 30000 40000 f (Hz) 50000
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3.3 Der Gleichrichter (Diode)
Die Diode besteht aus einem Halbleiter
(vorwiegend Silizium oder Germanium) und
besteht aus zwei Schichten (n-dotierte und
p-dotierte Schicht).
Die Diode kennzeichnet
sich dadurch, dass sie den
Strom nur in eine
Richtung durchlässt.
Wird eine Wechselspannung an eine Diode
angelegt (mit positiver und negativer
Halbwelle), so lässt die Diode nur die
positive Halbwelle durch. Dazwischen liegt
die Spannung bei etwa 0 Volt.
Da die Grenzspannung am Germanium
geringer ist als beim Silizium, ist es wegen
der geringen nachzuweisenden Spannungen
vorteilhafter eine Ge-Dioden zu benutzen.
1.5
Wechselspannung
1
0.5
U 0
t
0
-0.5
2 4 6 8 10
-1
-1.5
Wechselspannung nach Gleichrichtung
1.3
0.8
0.3
U
t
-0.2 0 2 4 6 8 10
-0.7
-1.2
3.4 Der Transistor
Der Transistor, ebenfalls ein Halbleiter, hat drei Anschlüsse die als Basis (B),
Kollektor (C) und Emitter (E) bezeichnet werden. Der Transistor kann als
Verstärker eingesetzt werden:
• B→E: kein Strom
• B→E: kleiner Strom
⇒ C→E: kein Strom
⇒ C→E: hoher Strom
Die Verstärkung kann über das Verhältnis von Basisstrom I B zu Kollektorstrom I C bestimmt
werden. Wird der (schwache) Basisstrom z.B. über unsere erste Radio-Schaltung geliefert, so
steht am Kollektor ein höherer Strom für den Kopfhörer zur Verfügung.
Damit der Transistor allerdings funktionniert ist eine Spannungsquelle (z.B.: Batterie)
notwendig.
D. Mancini, R. Kneip S.6