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Telekosmos-Praktikum

Teil 1
• Title
• Heinz Richter
• Inhaltsverzeichnis
• Wichtige Hinweise
• Auswahl von Geräten
• Einleitung
A. Wir richten unser Experimentierlabor ein
B. Elektrotechnik, in Versuchen erlebt
C. Mit Halbleiterdioden auf du und du
D. Mit dem Transistor ist alles zu machen
Schlusswort
Anhang
I. Anwelsung zum Aufbau
II. Anleitung zum Prüfen und Reparieren von Einzelteilen
• Versuchsverzeichnis
• Stichwortverzeichnis
• Accessories
• Norm-Schaltzeichen nach DIN

IV. Transistoren erzeugen Schwingungen

Wer hätte heute nicht von einem Sender eine bestimmte Vorstellung? Sender gibt es ebenso wie Empfänger überall. Sie übermitteln uns die aktuellsten Nachrichten, schneller als das mit der Zeitung möglich ist; sie versorgen uns mit Musikdarbietungen aller Art, lassen uns aktuelle Ereignisse auf dem Fernsehschirm im gleichen Augenblick miterleben und haben ebenso revolutionierend gewirkt wie seinerzeit die Erfindung der Buchdruckerkunst. Sie erleichtern die Jagd nach Verbrechern, bewähren sich beim Einsatz in Katastrophenfällen, sind unentbehrlich zur Fernsteuerung von Fahrzeugen aller Art geworden und feiern z. Z.Triumphe bei der Überbruckung von Entfernungen, die für menschliche Begriffe unvorstellbar gross sind. Es sei nur an die phantastischen Leistungen der Marssonde erinnert, die aus vielen hundert Millionen Kilometern Entfernung von der Erde aus mit Hilfe von Sendern drahtlos gesteuert wurde und die ihrerseits über Sender verfuegte, deren Leistung ausreichte, um der Erde Photos des roten Planeten zu liefern. Dass heute den Mond umkreisende Satelliten exakte Fernsehbeobachtungen ermöglichen und daß auf der Mondoberflaeche elektronisch gesteuerte Schaufeln arbeiteten, verdanken wir ebenfalls entsprechenden transistorisierten elektronischen Systemen.

Unser Experimentierkasten vermittelt anhand praktischer Versuche die Kenntnis von der Wirkungsweise dieser vielseitigen Einrichtungen. Allerdings - und das ist sehr wichtig - die Deutsche Bundespost wird boese, wenn man mit den in einem Sender erzeugten Schwingungen andere Funkdienste stört. Die Postbehörde erteilt an Private nur Lizenzen für Kurzwellenamateure und für Fernsteuerwerke. Im Mittelwellenbereich darf grundsaetzlich nicht gesendet werden. Deshalb duerfen wir eine Hochfrequenz-Senderschaltung, die auf diesem Wellen bereich arbeitet, niemals mit Antenne und Erde verbinden. Soweit das Antennen- und Erdzeichen in den Schaltungen erscheint, ist das nur als Hinweis darauf zu betrachten, dass dort normalerweise die entsprechenden Anschlüsse liegen. Ausserdem wollen wir uns in diesem Abschnitt fast nur mit der Erzeugung niederfrequenter Schwingungen befassen, die ebenso gut das Grundprinzip eines Senders zeigen. Vorerst jedoch kurz einige Erläuterungen über die grundsaetzliche Wirkungsweise von Sendern.

1. Wie Sender arbeiten

Was eine Rückkopplung ist, wissen wir bereits, und damit kennen wir auch schon das grundsaetzliche Prinzip der Schwingungserzeugung. Immer dann, wenn wir eine von einem Transistor verstärkte Spannung bzw. Leistung auf den Eingang des Transistors derart zurückführen, daß diese Leistung die im vorausgehenden Schwingkreis stets vorhandenen Verluste nicht nur aufhebt, sondern auch mehr als ausgleicht, wird die Schaltung zum Sender. Das zeigten unsere EmpfangsRückkopplungsversuche sehr deutlich.

Wie man diese Rückkopplung in der Praxis ausführt, ist eine Frage der Schaltungstechnik. Es gibt dazu die verschiedensten Moeglichkeiten, die wir im Ergaenzungssatz XS auch naeher kennenlernen wollen. Hier wollen wir uns mit einer einzigen Senderschaltung auf Mittelwelle begnügen.

Die Größe der zugeführten Batterieleistung und die Daten des Transistors bestimmen weitgehend die Energle, die wir einem Sender entnehmen können. Es bereitet heute - allerdings unter Verwendung von Roehren - keine Schwierigkeiten, hochfrequente Leistungen von mehr als 1000 kW zu erzeugen. Diese "Grosssender" sind oft über den ganzen Erdball hinweg zu hören. Daneben gibt es Sender, die nur Leistungen In der Größenordnung von uW abgeben. Solch eine Schaltung werden wir später aufbauen. Abschliessend sei nur noch erwähnt, daß man die von einem Sender erzeugte Leistung gewoehnlich einer Antenne und Erde zuführt, von wo die Abstrahlung der elektromagnetischen Schwingung erfolgt. Darauf kommen wir noch zurück.

2. Geduldige Hochfrequenz - die Modulation

Die Aussendung einer konstanten hochfrequenten Schwingung allein ist ziemlich witzlos, denn sie enthält noch keine Nachricht. Wir wiesen daher schon frueher darauf hin, daß ein Sender mit der Nachricht selbst "moduliert" werden muss. Dieser Modulation genannte Vorgang läßt sich bei einem Sender z. B. dadurch bewirken, daß man den Collectorstrom, den Basisstrom oder den Emitterstrom eines Sendetransistors Im Rhythmus der zu übertragenden Nachricht beeinflusst. Zu diesem Zweck braucht man nur die die Nachrlcht darstellende Wechselspannung mit in die Senderschaltung einzufuegen. Dann schwanken die zugehörlgen Betriebsströme und damit auch die erzeugte Hochfrequenzspannung, und die Modulation ist erfolgt. Wir haben die Amplitude der Hochfrequenz moduliert. Wir können aber auch die Frequenz des Senders im Sinne der Nachricht beeinflussen und sprechen dann im Gegensatz zu der soeben besprochenen Amplitudenmodulation von Frequenzmodulation. Die UKW-Rundfunksender z. B. machen von dieser Modulationsart Gebrauch.

Auch Modulationsschaltungen gibt es in großer Zahl; wir deuteten schon an, dass man die Modulation sowohl im Basis- als auch im Emitter- oder Collectorkreis vornehmen kann.

3. Vom Sender zum Empfänger

Wir können uns kurz fassen, denn wir wissen bereits, daß im Sender die Hochfrequenz erzeugt und moduliert wird. Die so modulierte Leistung gelangt nun zur Abstrahlung, wofür man mehr oder weniger große Antennen verwendet. Sie sorgen für die Ausbreitung des elektromagnetischen Feldes, das dann am Empfangsort mit Empfangsantennen wieder aufgenommen wird. Die Ausbreitung kann prinzipiell in zweierlei Form vor sich gehen. Man verwendet entweder die "Bodenwelle", die sich längs der Erdoberflaeche ausbreitet, dabel allerdings zu einem guten Teil vom Untergrund absorbiert wird. Die Bodenwelle spielt vor allem bei tieferen Frequenzen eine Rolle. Bei höheren Frequenzen ist hauptsächlich die "Raumwelle" wirksam, die den Empfänger nicht direkt, sondern über die sogenannte lonosphäre erreicht. Das ist eine In mehreren hundert Kilometern über dem Erdboden befindliche, elektrisch verhältnismaessig gut leitende Schlcht, die elektromagnetische Wellen rückzusplegeln vermag, wenn sie dort hlnaufgelangen. Auf diesem Wege erreicht die Energie den Empfänger. Dadurch können besonders große Entfernungen überbrückt werden. Allerdings ist die Übertragung nicht gleichmaessig, da die Eigenschaften der lonosphäre von der jeweiligen Tages- und Jahreszeit abhängen. Unter Umständen wirken Boden- und Raumwelle auch gleichzeitig beim Empfänger; dann können sich sogenannte Schwunderscheinungen zeigen, die darauf beruhen, daß sich die Phasenlage zwischen den beiden Wellen stark ändern kann, so daß teilweise eine Addition, teilweise eine Subtraktion beider Wellen erfolgt. Das liefert dann den unangenehmen Empfangsschwund, den wir sicher auch mit einem unserer Rückkopplungs-Empfänger bei Fernempfang schon bemerkt haben werden.

Von der Antenne hängt es weitgehend ab, in welcher Richtung die Energie in den Raum gestrahlt wird. Die sogenannten Rundstrahlantennen strahlen die Energie gleichmaessig in jeden Raumwinkel ab, die "Richtantennen" ermöglichen eine Abstrahlung in einer bestimmten Richtung. Bei sehr kurzen Wellen verwendet man hierfür Hohlspiegel, in deren Brennpunkt die Antenne angeordnet ist. Sie wirken dann wie Autoscheinwerfer und buendeln die Energie außerordentlich stark. Solche Hohlspiegelanordnungen findet man z. B. häufig In der Satelliten-Nachrichtenübertragungstechnik aufseiten der Erdstationen. Die Antennentechnik ist eine Wissenschaft für sich geworden. Wir brauchen davon nur soviel zu wissen, um das Grundsaetzliche zu verstehen.