Forum: HF, Funk und Felder Der Funkenschwingkreis


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von Neugier (Gast)


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Hallo alle miteinander.

Ich lese mich zur Zeit durch die Wissenschaftshistorie. Besonders 
faszinierend finde ich die ersten Funkversuche unter Verwendung von 
Funkenschwingkreise.


Was genau bewirkt der Funke in der Funkenstrecke, die einem 
(Parallel-)Schwingkreis parallel geschaltet ist? Entspricht der Funke 
einem steilflankigen Spannungs- bzw. Stromimpuls, der auch die 
Resonanzfrequenz des Schwingkreises enthält? Also wird der Schwingkreis 
durch diese Frequenz "angestoßen"?

Würde das Anschwingen auch mit einem normalen Schalter und einer 
Spannungsquelle funktionieren?


Gruß an alle

von Adi (Gast)


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von Adi (Gast)


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von Mike (Gast)


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>Entspricht der Funke einem steilflankigen Spannungs- bzw. Stromimpuls
>der auch die Resonanzfrequenz des Schwingkreises enthält? Also wird der
>Schwingkreis durch diese Frequenz "angestoßen"?

Ja, das stimmt

Aber es kommt noch ein weiterer Effekt dazu, der Lichtbogen hat einen 
negativen differentiellen Widerstand: Mit höherem Strom nimmt die 
Spannung ab.

Zusammen mit der Phasenverschiebung von Strom und Spannung durch den 
Schwingkreis wirkt der Lichtbogen somit wie ein aktives Element bzw. 
verstärkend.

von Neugier (Gast)


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Mich interessiert aber speziell die Funktion der Funkenbildung für das 
Anschwingen des Schwingkreises.
Das wird leider nicht genau beschrieben.


Gruß an alle

von Günter Lenz (Gast)


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Neugier schrieb:
>Entspricht der Funke
>einem steilflankigen Spannungs- bzw. Stromimpuls, der auch die
>Resonanzfrequenz des Schwingkreises enthält? Also wird der Schwingkreis
>durch diese Frequenz "angestoßen"?

Ja genau so ist das. Es ist vergleichbar, als ob du mit einem
Klöppel eine Glocke anschlägst, oder eine Gitarrensaite anzupfst,
es entsteht dann eine abklingende Schwingung.

>Würde das Anschwingen auch mit einem normalen Schalter und einer
>Spannungsquelle funktionieren?

Ja, lasse über einen Schwingkreis einen Gleichstrom fließen,
nun ist in der Spule Energie gespeichert, Schalte den
Gleichstrom ab, nun schaukelt die Energie zwischen Spule
und Kondensator immer hin und her, bis sie abgeklungen ist.

von Neugier (Gast)


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Mike schrieb:
> Aber es kommt noch ein weiterer Effekt dazu, der Lichtbogen hat einen
> negativen differentiellen Widerstand: Mit höherem Strom nimmt die
> Spannung ab.
>
> Zusammen mit der Phasenverschiebung von Strom und Spannung durch den
> Schwingkreis wirkt der Lichtbogen somit wie ein aktives Element bzw.
> verstärkend.

Clever. Also ist der Funke effektiver als ein bloßer Unterbrecher?
Mit Funke ist aber auch noch gedämpft, weil die Energie im Funken 
schnell verbraucht ist?

Gruß an alle

von Neugier (Gast)


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@Günter

Ah ok. Wenn der Schalter geöffnet wird, ist der Kontakt weiterhin 
gesichert? Durch einen Lichtbogen?


Gruß an alle

von Der Andere (Gast)


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Neugier schrieb:
> Also ist der Funke effektiver als ein bloßer Unterbrecher?

Nein, ein Unterbrecher "unterbricht", eine Funkenstrecke "überbrückt".

Der negative Widerstand ist insofern nützlich, daß er dafür sorgt, daß 
die in einer Spule oder Kondensator gespeicherte Energie zu einem großen 
Teil in den nachfolgenden Schwingkreis übertagen wird bevor der Funken 
wieder verlischt.

von Neugier (Gast)


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Der Andere schrieb:
> Der negative Widerstand ist insofern nützlich, daß er dafür sorgt, daß
> die in einer Spule oder Kondensator gespeicherte Energie zu einem großen
> Teil in den nachfolgenden Schwingkreis übertagen wird bevor der Funken
> wieder verlischt.

Danke.
Die elektrische Schwingung besteht nur während der Brenndauer des 
Funkens, da der Stromkreis durch den Funken geschlossen wird?

Könntest Du das genauer erklären, warum der negative differentielle 
Widerstand die Übertragung der HF-Energie unterstützt.


Gruß an alle

von B e r n d W. (smiley46)


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Die Spannungsfestigkeit einer Luftentladungsstrecke beträgt 1kV/mm. Wird 
diese Spannung überschritten, springt ein Funke über. Wird beim 
Überschlag genügend Wärme frei, bildet sich ein Plasma.

Eigenschaften eines Plasmas:
Es ist elektrisch leitfähig, Elektronen können in beide Richtungen 
fließen, zusätzlich können positiv geladene Ionen Strömungsrichtung des 
Gases fließen. Ein Plasma kann magnetisch abgelenkt und mit Pressluft 
durch Abkühlung ausgeblasen werden.

Eine Spannungsquelle erzeugt mehrere kV. An der Funkenstrecke springt 
der Funke über, und stößt dabei den Schwingkeis an. Die Spannung am 
Schwingkreis nähert sich jener der Spannungsquelle an und der Funke 
erlischt. Die gedämpfte Schwingung im Schwingkreis kehrt sich um ins 
Negative. Solange an der Spannungsquelle noch genügend Spannung 
vorhanden ist, wird der Funke erneut zünden. Dies wiederholt sich, bis 
die Spannungsquelle nicht mehr genügend Spannung für einen Überschlag 
liefert. Dann muss ein Zerhacker erneut mehrere KV erzeugen und das 
Ganze geht von Vorne los.

Das Funk(en)signal wird im Takt des Zerhackers am-moduliert, die 
Hüllkurve ähnelt einem Sägezahn.

Dann gab es noch diese "Rotary Spark Gaps":
https://www.youtube.com/watch?v=MkmuMGKqiLA

Auf einer Drehscheibe waren viele Kontakte angeordnet, die Frequenz 
betrug Umdrehungen pro Sekunde mal Anzahl der Kontakte. Diese lag 
zwischen 200 und 500 Hz, war also gut hörbar.

Hier gibts nochmal eine bessere Erklärung auf Englisch:
http://www.geojohn.org/Radios/MyRadios/Sparks/Sparks.html

: Bearbeitet durch User
von Hp M. (nachtmix)


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Neugier schrieb:
> Könntest Du das genauer erklären, warum der negative differentielle
> Widerstand die Übertragung der HF-Energie unterstützt.

Weil es dadurch möglich ist die Dämpfung des Schwingkreises durch die 
Verluste der Bauteile sowie vor allem durch den Strahlungswiderstand der 
Antenne zu kompensieren.
Man kann so eine ungedämpfte, also kontinuierliche, Schwingung aufrecht 
erhalten, deren Frequenz ziemlich genau durch Induktivität und Kapazität 
des Schwingkreises vorgegeben wird.
Eine derartige Schwingung belegt auch nur ein schmales Frequenzband, 
wodurch sie von anderen Sendern, die auf anderen Frequenzen arbeiten, 
leicht zu unterscheiden ist.

Außerdem kann man dann auch empfindlichere Empfänger bauen, weil man 
auch dort die Verstärkung der Schwingung durch die Resonanz eines 
Schwingkreises ausnützen kann.
Bei einem solchen schmalbandigen Empfänger wird der Empfang auch weniger 
durch Störer wie Gewitterblitze beeinträchtigt, weil diese ihre Energie 
auf ein sehr breites Frequenzband "verschmieren", wo der schmalbandige 
Empfänger zumeist unempfindlich ist.

: Bearbeitet durch User
von Neugier (Gast)


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Hp M. schrieb:
> Weil es dadurch möglich ist die Dämpfung des Schwingkreises durch die
> Verluste der Bauteile sowie vor allem durch den Strahlungswiderstand der
> Antenne zu kompensieren.
> Man kann so eine ungedämpfte, also kontinuierliche, Schwingung aufrecht
> erhalten, deren Frequenz ziemlich genau durch Induktivität und Kapazität
> des Schwingkreises vorgegeben wird.


Ok, aber wieso heißt es dann, dass die Funkenschwingkreise gedämpfte 
Schwingungen erzeugen, wenn doch der Funke kompensierend wirkt?

Gruß an alle

von Gerhard O. (gerhard_)


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Falls von Interesse noch ein Hinweis auf ungedämpfte Wellenerzeugung 
ohne aktive Bauelemente wie Rundfunkröhren oder moderne Halbleiter:

Poulsen verstand mittels negativer Wiederstandsausnutzung ungedämpfte LW 
Schwingungen zu erzeugen:

https://en.wikipedia.org/wiki/Arc_converter

Der Ingenieur Alexanderson erzeugte ungedämpfte Hochfrequenz mit 
speziellen Wechselstrom-Generator-Maschinen:

https://en.wikipedia.org/wiki/Alexanderson_alternator

Erste Sprachsendungen:

https://en.wikipedia.org/wiki/Reginald_Fessenden
http://www.ewh.ieee.org/reg/7/millennium/radio/radio_radioscientist.html

: Bearbeitet durch User
von Hp M. (nachtmix)


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Neugier schrieb:
> aber wieso heißt es dann, dass die Funkenschwingkreise gedämpfte
> Schwingungen erzeugen, wenn doch der Funke kompensierend wirkt?

Weil der negative diferentielle Widerstand eines (Knall- oder Lösch-) 
Funkens nicht gemeint ist.
Solche Sender wurden ja auch alsbald verboten, da sie sich gegenseitig 
und andere störten.

Gemeint ist der negative Widerstand eines Lichtbogens, der friedlich vor 
sich hin brennt.

von Günter Lenz (Gast)


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Neugier schrieb:
>aber wieso heißt es dann, dass die Funkenschwingkreise gedämpfte
>Schwingungen erzeugen

Damit ist gemeint, daß eine abklingende Schwingung entsteht
und keine kontinuierliche Schwingung. Eine kontinuierliche
Schwingung kann man nur mit einem richtigen Oszillator
erzeugen.

von Neugier (Gast)


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Hp M. schrieb:
> Gemeint ist der negative Widerstand eines Lichtbogens, der friedlich vor
> sich hin brennt.

Ah, das hatte ich übersehen. Das bedeutet also, dass man mit einer 
Funkenstrecke, die kontinuierlich betrieben wird, einen parallel 
angeschlossenen Parallelschwingkreis zu kontinuierlichen Schwingungen 
anregen kann?


Gruß an alle

von Hp M. (nachtmix)


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Neugier schrieb:
> dass man mit einer
> Funkenstrecke, die kontinuierlich betrieben wird,

Nur dass man das nicht als Funkenstrecke, sondern als Lichtbogen 
bezeichnet.
Wegen des negativen differentiellen Widerstandes benötigt man z.B. bei 
Bogenlampen einen Vorwiderstand, damit der Gesamtwiderstand der 
Anordnung positiv wird.
Andernfalls steigt der Strom mit fallender Spannung immer mehr an, was 
praktisch in einem Kurzschluß mündet.

Die typischen Betriebsspannungen von Lichtbögen sind auch sehr viel 
geringer als die von Funkenstrecken, einige zehn Volt nur.
https://de.wikipedia.org/wiki/Kohlebogenlampe
Bei den HF-Generatoren wurde der Vorwiderstand natürlich durch den 
Schwingkreis ersetzt.

: Bearbeitet durch User
von Neugier (Gast)


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@nachtmix

Ok soweit, danke.

Ich habe ein gutes Video zum Thema "Schwingungen und Wellen" gefunden:

https://www.youtube.com/watch?v=0exHxLG2UCI

Zum Zeitpunkt 13:17 im Video wird eine Infrarot-Lichtlampe gezeigt, und 
gesagt, dass eine Frequenz von 100GHz dem Infrarot-Bereich entspricht. 
Das ist korrekt, aber strahlt die Rotlicht-Lampe wirklich (nennenswert) 
auf 100GHz elektromagnetische Wellen ab oder steht die dargestellte 
Lampe nur symbolisch für Infrarot?


Gruß an alle

von Hp M. (nachtmix)


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Neugier schrieb:
> strahlt die Rotlicht-Lampe wirklich (nennenswert)
> auf 100GHz elektromagnetische Wellen ab

Sehr wenig, und das ist praktisch extrem breitbandiges Rauschen, mit dem 
man -ausser dass es da ist oder nicht-, wenig anfangen kann.
Sonst brauchte man nicht sauteure Technik für diesen Frequenzbereich.

Vor allem ist so eine Glühlampe ein thermischer Strahler, der leicht 
meßbare Strahlung im gesamten Wellenlängenbereich von einigen 
Zentimetern bis ca. 0,5µm erzeugt. Das Wellenlängenmaximum ergibt sich 
aus der Oberflächentemperatur.
https://de.wikipedia.org/wiki/Stefan-Boltzmann-Gesetz
https://de.wikipedia.org/wiki/Plancksches_Strahlungsgesetz
https://de.wikipedia.org/wiki/Wiensches_Verschiebungsgesetz


Tatsächlich kann man sogar bei der normalen Umgebungstemperatur die von 
Häusern, Menschen etc. ausgehende elektromagnetische Strahlung  mit 
einem LNB aus der Satellitenschüssel leicht nachweisen.
Das wäre dann bei etwa 11GHz.

von Günter Lenz (Gast)


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Neugier schrieb:
>aber strahlt die Rotlicht-Lampe wirklich (nennenswert)
>auf 100GHz elektromagnetische Wellen ab

Warum nicht? Man kann es doch fühlen, du brauchst doch
nur die Hand in die Nähe der Lampe zu halten, da ist es
schön warm. Infrarotlicht ist Wärmestrahlung.

von Hp M. (nachtmix)


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Günter Lenz schrieb:
> Man kann es doch fühlen, du brauchst doch
> nur die Hand in die Nähe der Lampe zu halten,

Aber das ist nicht die Wirkung der 100GHz-Strahlung, sondern eher der 
Frequenzbereich von einigen 100THz.

von Neugier (Gast)


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@Lurchi

Genau, es geht darum, ob HF im GHz-Bereich abgestrahlt wird.


Gruß an alle

von Günter Lenz (Gast)


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Der Kerl im Film hat was von Infrarotstrahlung erzählt.
Infrarot ist ja ein breites Spektrum, wie viel Anteil
davon nun 100GHz sind bei der Lampe weiß ich nicht,
aber auch die würden wärmen.

https://de.wikipedia.org/wiki/Infrarotstrahlung

von Hp M. (nachtmix)


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Günter Lenz schrieb:
> Infrarot ist ja ein breites Spektrum, wie viel Anteil
> davon nun 100GHz sind bei der Lampe weiß ich nicht,
> aber auch die würden wärmen.

Nicht wirklich.
Die vom TE erwähnten 100GHz entsprechen einer Wellenlänge von 3mm, und 
ein schwarzer Strahler, der dort sein Intensitätsmaximum hätte, hätte 
eine Temperatur von etwa 1K, also -272°C.
Das hört sich für mich eher nach Frostbeulen an als nach Wärmestrahlung 
;-)

von Hp M. (nachtmix)


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Übrigens haben  Bose und wohl auch schon Hertz mit solchen 
Mikrowellenfrequenzen experimentiert, lange bevor Marconi sein 
publikumswirksamen Vorführungen mit Langwellen machte.

U.a. erzeugte man solche Millimeterwellen mittels einer Aufschwemmung 
von feinen und gleichmäßig λ/2-langen Metallspänen in Öl.
In diesen Brei tauchte eine sich drehende Scheibe, durch die diese 
Dipole emporgefördert wurden und dann wurden sie mit Hochspannungsfunken 
zu Schwingungen angeregt.
Wie es sich für einen  Wissenschaftler gehört, der seiner Zeit um 
Jahrzehnte voraus ist, verwendete Bose zum Nachweis der Millimeterwellen 
schon Halbleiterdioden ;-)
https://www.cv.nrao.edu/~demerson/bose/bose.html

von Rolf (Gast)


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Danke nachtmix.

Hp M. schrieb:
> Die vom TE erwähnten 100GHz entsprechen einer Wellenlänge von 3mm, und
> ein schwarzer Strahler, der dort sein Intensitätsmaximum hätte, hätte
> eine Temperatur von etwa 1K, also -272°C.

Widerspricht das nicht Deiner Aussage von oben:

Hp M. schrieb:
> Tatsächlich kann man sogar bei der normalen Umgebungstemperatur die von
> Häusern, Menschen etc. ausgehende elektromagnetische Strahlung  mit
> einem LNB aus der Satellitenschüssel leicht nachweisen.
> Das wäre dann bei etwa 11GHz.

Kein Körper in der normalen Umwelt hat sein Strahlungsmaximum im 
GHz-Bereich.


Gruß an alle

von Zo Z. (zozok)


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Hp M. schrieb:
> Solche Sender wurden ja auch alsbald verboten, da sie sich gegenseitig
und andere störten.

Wie können sich denn zwei Sender gegenseitig stören - ich gehe mal davon 
aus, daß die nichts voneinander merken wenn Sie nicht an derselben 
Antenne arbeiten - oder sind da zwei Sendeempfangsanlagen gemeint?

von Günter Lenz (Gast)


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Zo Zok schrieb:
>Wie können sich denn zwei Sender gegenseitig stören

Gemeint ist damit, daß sich die zwei Signale im Empfänger
gegenseitig  stören, weil die Sender extrem breitbandig sind.
Als es dann gelungen war, kontinuierlich schwingende Sender
zu bauen, war es ja dann auch bald vorbei mit diesen
Knallfunkensendern. Ich glaube die Titanik hatte wohl noch
diese Knallfunkentechnik.

von Hp M. (nachtmix)


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Günter Lenz schrieb:
> Als es dann gelungen war, kontinuierlich schwingende Sender
> zu bauen, war es ja dann auch bald vorbei mit diesen
> Knallfunkensendern. Ich glaube die Titanik hatte wohl noch
> diese Knallfunkentechnik.

Man wundert sich manchmal: http://www.seefunknetz.de/tk05.htm

Die Titanic war "schon" mit einem Löschfunkensender, allerdings von der 
Konkurrenz, ausgerüstet: 
https://de.wikipedia.org/wiki/RMS_Titanic#Funktechnik

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