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.
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.
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).
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
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
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.htmlhttp://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 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
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
