Prüfungsreferat der Klasse

Gliederung:

1. Abschlussarbeit "Mittelwellenradio"

1.0 Schaltplan des selbstgebauten Mittelwellenradios

1.1 Erklärung des selbstgebauten Mittelwellenradios (Nur Mündlich)

1.2 Hörfunk und seine Geschichte

2. Erklärung der einzelnen Bauteile

2.0 Der technische Widerstand

2.1 Der Kondensator

2.2 Der Transistor

2.3 Dioden

2.4 Integrated Circuit

Abschlussarbeit "Mittelwellenradio"

1.0 Schaltplan der selbstgebauten Mittelwellenradios:

1.1 Erklärung des selbstgebauten Mittelwellenradios (Nur Mündlich):

1.2 Hörfunk und seine Geschichte

Am 29. Oktober 1923 fand im VOX-Haus in Berlin die erste offizielle Rundfunkübertragung statt. Mit diesem Datum wurde der deutsche Rundfunk eröffnet. Die erste Stereosendung wurde 1961 in den USA ausgestrahlt. 1963 übernahm auch Deutschland das Verfahren der Stereoaufnahme. Durch zwei Mikrofone wird eine Sendung aufgenommen und mit einem entsprechenden Dekoder auf der Empfängerseite wiedergegeben. Im Laufe der Zeit entwickelte sich der Hörfunk weiter. Vor allem die Entwicklung der Tonübertragung, der Neuerungen der Sende- und Empfangsanlagen machten den Hörfunk zu einem beliebten Medien- und Kommunikationsinstrument.
Der heutige Hörfunk ist vor allem durch digitale Studiotechnik der Sendeanstalten gekennzeichnet. Die Zukunft wird einen digitalisierten Hörfunk hervorbringen, der qualitativ einer Compact Disk in nichts mehr nachsteht.

Unter dem Begriff Rundfunk verstand man früher nur den Hörfunk. Dies änderte sich mit der raschen Entwicklung der Fernsehtechnik am Ende der 20er Jahre des 20. Jahrhunderts. Seit dem fasst man unter Rundfunk den Hörfunk und das Fernsehen zusammen. Korrekt wäre es also, zwischen diesen beiden zu unterscheiden. Doch im alltäglichen Sprachgebrauch hat sich der Begriff "Rundfunk' als Hörfunk durchgesetzt.

Anfänge der Funktechnik:
Bei den Anfängen der Funktechnik kann man von drei Etappen ausgehen:

1. Etappe
Schaffung elektrophysikalischer Grundlagen der Funktechnik
(ca. 1860 bis 1888)

2. Etappe
Einführung der drahtlosen Telegrafie als Funkentelegrafie
(ca. 1890 bis 1910)

3. Etappe
Einführung und Nutzbarmachung der Elektronenröhre
(ca. 1897 bis 1919)

Zu den elektrophysikalischen Grundlagen gehören die elektromagnetischen Wellen. JAMES CLERK MAXWELL sprach schon 1864 von der Existenz elektromagnetischer Wellen, die dann 1888 durch den deutschen Physiker HEINRICH HERTZ experimentell nachgewiesen wurden. Die nach ihm benannten Hertzschen Wellen werden zur Übertragung von Hörfunk und Fernsehen, unter Berücksichtigung ihrer unterschiedlichen Eigenschaften bei verschiedenen Frequenzen und Wellenlängen, genutzt. Sie werden in der Funktechnik in unterschiedliche Frequenzbereiche eingeteilt:

• Langwellen (LW)
• Mittelwellen (MW)
• Kurzwellen (KW)
• Ultrakurzwellen (UKW)

Die Ausbreitung der Wellen ist dabei von der Wellenlänge abhängig. Unterschieden werden die:

• Bodenwellenausbreitung
• Raumwellenausbreitung
• direkte Wellenausbreitung (optische Ausbreitung).

Noch im gleichen Jahr, in dem MAXWELL die elektromagnetischen Wellen nachwies, entdeckte der französische Professor ÉDUARD BRANLY die Möglichkeit, Radiowellen in elektrischen Strom umzuwandeln. Daraufhin präsentierte er einen Detektor, mit dem man elektromagnetische Wellen auch über große Distanzen aufspüren konnte. Die Voraussetzungen für die drahtlose Telegrafie waren nun gegeben.

Die drahtlose Telegrafie stellte einen weiteren Schritt zur Funktechnik dar. Dem italienischen Ingenieur und Physiker GUGLIELMO MARCONI gelang es 1894, durch einen selbstkonstruierten Sender, ein Funksignal durch den Raum zu senden, das eine elektrische Klingel zum Läuten brachte. Viele Versuche folgten und bereits 1901 gab es erstmals eine funktelegrafische Verbindung über den Atlantik zwischen Europa und Amerika.

Ein großer Schritt für den Rundfunk war 1897 die Erfindung der Elektronenröhre durch den Physiker KARL FERDINAND BRAUN. Der, nach ihm benannten, "braunschen Röhre' ging die Entdeckung von EDISON voraus, der 1883 die Glühemission ( "glühelektrischer Effekt') beobachtete. Eine besondere Leistung der Elektronenröhre ist ihre Verstärkerwirkung. Elektromagnetische Schwingungen können nur dann als hertzsche Wellen von einem Sender abgestrahlt werden, wenn sie eine relativ hohe Frequenz (mindestens 100 kHz) besitzen. Heute werden Elektronenröhren zunehmend durch Halbleiterbauelemente verdrängt.

Modulation und Demodulation
Eine hohe Frequenz dient bei der Nachrichtenübertragung als Träger der niederfrequenten Schallschwingung (Tonschwingung). Mit einem Mikrofon werden Schallschwingungen in elektromagnetische Schwingungen umgewandelt, die aber aufgrund ihrer geringen Frequenz für das Abstrahlen als hertzsche Wellen nicht geeignet sind. Im Takt der niederfrequenten Schallschwingung wird die hochfrequente Schwingung so verändert, dass die Information der Schallschwingung mit übertragen wird. Dieses Verfahren wird als Modulation bezeichnet. Der Sender strahlt nun eine modulierte hochfrequente Trägerschwingung mittels Lang-, Mittel-, Kurz- oder Ultrakurzwellen über Antennenanlagen ab. Im Empfänger wird diese wieder in hochfrequente und niederfrequente Schwingung getrennt. Diesen Vorgang nennt man Demodulation. Die niederfrequente Schwingung wird im Lautsprecher, der wie ein umgekehrtes Mikrofon funktioniert, in eine hörbare Schallschwingung umgewandelt.

Erklärung der einzelnen Bauteile

2.0 Der technische Widerstand

Allgemeines:

Wiederstände sind die wichtigsten und am häufigsten eingesetzten Bauteile in der Elektronik. Sie dienen zum Festlegen von Stromstärken und zum Einstellen erforderlicher Spannungen.

Festwiederstände:

Der eigentliche Festwiderstand ist bei den kleineren Typen als Kohleschicht oder als Metallfilm auf einen Keramikkörper aufgebracht.

Bei der Kennzeichnung von Widerständen sind drei Werte von Bedeutung:

- der elektrische Wiederstandswert in Ohm

- die Toleranz in %

- die höchstzulässige Leistungsaufnahme im Watt

Die aufgedruckten Farbringe der Festwiderstände sind ein Zahlencore, aus dem die Werte abzulesen sind. Widerstände sind in standardisierten Reihen erhältlich. Gebräuchlich ist die Reihe E12. Diese Benennung besagt, dass jeder Zehnerpotenzbereich (10-100, 100-1000, usw.) in 12 Widerstandswert unterteilt ist.

Stellwiederstände:

Einstellbare Widerstände können je nach Bauart durch Drehen oder Schieben vom Widerstandwert null bis zu einem Maximalwert verstellt werden. Bei allen Bautypen ist das Prinzip gleich. Ein Schleifer gleitet auf einer Kohlebahn und greift stufenlos Widerstandswerte ab. Potentiometer (auch Poti genannt) und Trimmer besitzen 3 Anschlüsse. Der Mittlere Anschluss führt zum Schleifer. Drehwiderstände sind gestaffelt nach den Werten 100, 220, 470 in 4 oder 5 Zehnerpotenzbereichen. Die Belastbarkeit kleiner Potis und Trimmer ist gering, sie beträgt nur 0,1 bis 0,2 Watt. Überlastung führt sehr schnell zu Schmorstellen und Unbrauchbarkeit.

2.1 Der Kondensator

Kondensatoren sind elektrische Bauteile mit vielfältigen Bauformen und Einsatzmöglichkeiten. Trotz der äußerlichen Unterschiede wirken alle Typen nach dem gleichen physikalischen Prinzip. Wie das Schaltsymbol zeigt, besteht ein Kondensator aus gegenüberstehenden und voneinander isolierten Metallflächen. Wird eine der Metallflächen positiv geladen, die andere negativ, so fließt kurzzeitig Storm, der den Kondensator auflädt, bis zwischen den Metallflächen die Ladespannung herrscht. Die elektrische Ladung bleibt erhalten, auch wenn die Spannungzufuhr weggenommen wird. Der aufgeladene Kondensator wirkt nun wie eine Spannungsquelle. Ein Spannungsmesser zeigt die Ladespannung an. Bei genügend großer Kapazität blitzt ein Lämpchen kurz auf, wenn es an die Kondensatorenanschlüsse gebracht wird.

Die Kapazität (aufnahmefähigkeit) für eine bestimmte Elektrizitätsmenge ist abhängig von der Größe und Abstand der Metallflächen sowie vom Verwendeten Isolationsmaterial. Die Einheit der Kapazität ist das Farad (F), benannt nach dem englischen Physiker Michael Faraday. 1 Farad ist eine sehr große Einheit und kommt in der Praxis kaum vor.

Gebräuchliche Einheiten sind:

Mikrofaraf (uf):          0.000 001 F

Nanofarad (nf):          0,001 uF

Picofarad (pf):            0,01 nF

Technische Ausführung von Kondensatoren:

Bei Kondensatoren mit kleiner Kapazität (pF-Bereich) sind die beiden Metallschichten auf die Innen -und Außenseite eines Keramikröhrchens aufgedampft. Solche Kondensatoren besitzen keine Polung.

Elektrolytkondensatoren:

Elektrolytkondensatoren, kurz "Elkos" ermöglichen große Kapazitäten bei kleiner Baugröße. Zwei lange Aluminiubänder sind übereinandergewickelt. Die Isolation besteht aus einer Aluminiumoxidschicht. Elkos sind immer gepolt. Bei Becherkondensatoren liegt die Minusseite am Metallbecher. Häufig ist die Polung aufgedruckt. Bei kleineren, kunstharzvergossenen Elkos ist die Minusseite durch einen Strich markiert. Im praktischen Umgang mit Kondensatoren sind 3 Begriffe von Bedeutung.

- die Kapazität

- die Spannungsfestigkeit,

- die Polung

Einstellbare Kondensatoren:

Einstellbare Kondensatoren - Drehkondensatoren ("Drehkos") - sind nur in der Radiotechnik gebräuchlich. Die Kapazität der größten Drehkos für den Mittel -und Langwellenbereich beträgt nur 500 pF.

Einsatz von Kondesatoren:

Sie können z.B. verwendet werden zum:

- Sperren von Gleichstrom

- Durchlassen von Wechselspannung

- Glätten von Gleichspannung

- Schlucken von Spannungspitzen

- Entstören von Motoren und Schaltern

- Koppeln von Verstärkerstufen

- Verzweigen verschiedener Frequenzen

- Kurzschließen unerwünschter HF-Ströme

- Bestimmen des Zeitverhaltens von Schaltungen

- Verzögern von Ein -und Ausschaltvorgängen

- Erzeugen von synthetischen Tönen

- Einstellen von Sende -und Empfangsfrequenzen

2.2 Der Transistor

Aufgaben eines Transistors:

In elektronischen Schaltungen müssen häufig kleine Spannungen und Ströme verstärkt werden. Diese Aufgabe übernehmen Transistoren. Sie können auch als sehr schnelle Schalter benutzt werden. Wie beim Relais kann ein kleiner Steuerstorm einen großen Arbeitsstorm steuern.

Unterschiedliche Transistortypen:

Man unterscheidet Kleinsignaltypen, Transistoren für mittlere Leistungen und solche für große Leistungen. Wie beim Relais bestimmt in erster Linie der zu erwartende Arbeitsstrom die Wahl des Typs. Viele Kleinsignaltypen verkraften nur Arbeitströme von maximal 200mA. Dieser Strom darf aber nur wenige Sekunden fließen. Der Dauerstrom soll höchstens beim halben Maximalstrom liegen, damit der innere spezielle Siliziumkristall nicht schmilzt (bei 180°C). Transistoren für mittlere Leistung erkennt man an ihren Kühlblechen, welche meistens ein Loch zur Schraubenbefestigung an einen Kühlkörper haben. Für Arbeitströme ab ca. 10A sind die Gehäuse der Bauteile ganz aus Metall, damit die Verlustleistung noch besser an einen Kühlkörper abgeleitet werden kann.

Allgemeines:

Wenn die Basis nicht angeschlossen ist kann kein Strom fließen, denn dann kann der kleine Basisstrom den Weg für den großen Kollektorstrom nicht frei machen. Der Basis und der Kollektorstrom bilden eine Einheit.

Das Innenleben eines Transistors:

Beim Kleinsignal-Transistor ist im schwarzen Duroplastikgehäuse ein kleiner dotierter Siliziumkristall mit 2 pn-Übergängen. Es gibt Transistoren mit einer pnp- und solche mit einer npn.Schichtenfolge. In diesen Schichten spielen sich die physikalischen Vrgänge ab. Das Bauteil verhält sich wie ein Verstärkerelement. Am Ausgang erscheint der Ausgangsstrom etwa 50 - 900 mal größer als der Eingangsstrom.

Die Anschlüsse:

Den Eingang für die zu verstärkenden Signale bilden die Basis (B) und der Emitter (E). Der Ausgang mit dem verstärkten Signal ist der Kollektor (C) und wiederum der Emitter. Transistoren haben daher nur 3 Anschlüsse.

2.3 Die Leuchtdiode:

Leuchtdiode = Light Emitting Diode                       Abkürzung: LED

Allgemeines: Eine Leuchtdiode ist keine Glühlampe. Das Licht einer Leuchtdiode entsteht dadurch, dass ein kleiner Kristall elektromagnetische Wellen ausstrahlt, die wir sehen können. Leuchtdioden enthalten zusätzliche Dotierungsstoffe z.B. ergibt sich bei Gallium-Arsen-Phosphor im Durchlassbetrieb rotes Licht. Die Farbe des Lichts hängt ab vom Halbleitermaterial. Leuchtdioden gibt es in den Farben rot, grün, gelb, blau und weiss. Die gebräuchlichste Form ist rund aber in viereckiger Form und dreieckiger Form werden Leuchtdioden verwendet. Licht das in der LED entsteht ist nicht sehr hell, deswegen sind normale Leuchtdioden nicht zur Beleuchtung geeignet.

Einsatzzwecke:

Sie dienen zur Kontrolle und zur Funktionsanzeige (in Fernsehgeräten, in Computern oder in Radios)

Vorteile gegenüber Glühlampen:

- unempfindlicher gegen Erschütterungen

- geringer Stromverbrauch

- preisgünstiger als Glühlampen

- nahe zu trägheitsfrei

- kleiner Platzbedarf (keine Fassung nötig)

- hohe Lebensdauer

Nachteile gegenüber Glühlampen:

- Sie sind nicht zur Beleuchtung geeignet

Wichtiges:

Die Leuchtdiode muss mit der richtigen Polarität angeschlossen werden, sonst leuchtet sie nicht. Hierzu hat man die Anschlüsse mit den Bezeichnungen Anode (A) und Kathode (K) versehen. Die Leuchtdiode selber ist zu klein um die Begriffe aufzudrucken, deshalb kann man an den Anschlussbeinen erkennen, welcher Draht Anode und welcher Kathode ist. Eine LED darf niemals an eine Spannungsquelle mit mehr als 2 Volt angeschlossen werden, sie würde sofort durchbrennen (der Leuchtkristall würde schmelzen). Da aber in den meisten Geräten und Schaltungen eine höhere Spannung als 1,6 Volt benutzt wird, muss über ein anderes elektronisches die Spannung auf 1,6 Volt verringert werden. Das hierzu erforderliche Bauteil ist der Widerstand. Er lässt sich durch die Formel R=U/I berechnen.

Geg: LED Schwellenspannung 1,6V ; Spannungquelle 4,5V ; Stormstärke 0,02A

Ges: R=Widerstand

R= U/I = 4,5V-1,6V/0,02A = 150

Die Schwellenspannung liegt bei rotleuchtenden LED`s bei ca. 1,6V und erhöht sich bei der grün oder gelb leuchtenden LED`s bsi auf 2,8V. Die Sprerrspannung ist gering und sollte 5V nicht überschreiten. LED`s beginen bei einem Durchgangsstrom von 0,5 bis 2mA zu leuchten. Der Durchgangsstorm sollte 50mA nicht überschreiten. LED`s werden ind er regel auf einen Strom von ca. 20mA eingestellt.

Durchlass-/Sperrstrom:

Dioden verhalten sich wie elektrische Ventile. Sie lassen den Strom nur in eine Richtung durch, in der anderen sperren sie. Damit überhaupt ein merklicher Strom in der Durchlassrichtung fließen kann, muss die Schwellenspannung überwunden werden.

Durchlassrichtung:

Die Grenzschicht wird bei einem von außen angelegten elektrischen Feld von Elektronen und Löchern überflutet und somit die Schwellenspannung überwunden. Es fließt der Durchlassstrom der durch einen Reihenwiderstand zur Diode so eingestellt werden muss, dass die Temperatur der pn-Schicht 150°C nicht übersteigt. Bei 180°C schmilzt der dotierte Siliziumkristall.

Sperrrichtung:

Die Grenzschicht wird durch den Entzug der Elektornen im n-Silizium und der Löcher im p-Silizium des elektrischen Feldes erheblich verbreitert. Hierdurch verringert sich die Stromstärke so stark, dass bei Universaldioden der Sperrstrom  nur noch einige Nanoampere beträgt. Diese Dioden sperren deshalb so gut, als ob sie Isolatoren wären.

2.4 Integrated Circuit

Ein Integrated Circuit kurz IC ist eine integrierte Schaltung. ICs sind mehrfüßig, wobei die Anzahl sehr variiert. Es gibt ICs mit über 20 Beinen und aufwärts, welche vorwiegend in der Computertechnik benutzt werden.