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Grenzfrequenz
Bei Hoch- und Tiefpässen gilt für die Grenzfrequenz
Bei RL-Gliedern $R = X_\text{L}$ $f_\text{g} = \frac{R}{2 \pi \cdot L}$ Bei RC-Gliedern $R = X_\text{C}$ $f_\text{g} = \frac{1}{2 \pi \cdot R \cdot C}$[question:AD201]
Lösungsweg
- gegeben:
R = \qty{4,7}{\kilo\ohm} - gegeben:
C = \qty{2,2}{\nano\farad} - gesucht:
f_\text{g}
- Parallel- oder Reihenschaltung von Spule und Kondensator
\rightarrowSchwingkreis - Hohe Frequenzen
\rightarrowhoher Widerstand an Spule - Niedrige Frequenzen
\rightarrowhoher Widerstand an Kondensator - Es gibt eine Frequenz, bei der Spule und Kondensator den gleichen Widerstand haben
\rightarrowResonanzfrequenz
[question:AD206] --- style="font-size: smaller;"
Parallelschwingkreis
[picture:233:a_schwingkreis_parallelschwingkreis:Parallelschwingkreis und Darstellung der Impedanz gegenüber der Frequenz]
- Ideale Bauelemente laden sich ständig um
- Theoretisch ist die Impedanz bei Resonanzfrequenz unendlich hoch
- Praktisch bestimmt das Bauteil mit dem geringsten Widerstand die Gesamtimpedanz
- Bei Frequenzen über und unter der Resonanzfrequenz hat der Parallelschwingkreis eine geringere Impedanz
--- style="font-size: smaller;"
Reihenschwingkreis
[picture:230:a_schwingkreis_reihenschwingkreis:Reihenschwingkreis und Darstellung der Impedanz gegenüber der Frequenz]
- Oder Serienschwingkreis
- Theoretisch ist die Impedanz bei Resonanzfrequenz
\qty{0}{\ohm} - Praktisch wird die Impedanz durch den ohmschen Widerstand bestimmt
- Bei Frequenzen über und unter der Resonanzfrequenz hat der Reihenschwingkreis eine höhere Impedanz
[question:AD207]
[question:AD204]
Resonanzfall
Für Parallel- und Reihenschwingkreis:
X_\text{C} = X_\text{L}
Impedanzen sind gleich groß.
Resonanzfrequenz mit Thomsonsche Schwingkreisformel:f_0 = \frac{1}{2 \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}}
[question:AD208]
Lösungsweg
- gegeben:
L = \qty{1,2}{\micro\henry} - gegeben:
C = \qty{6,8}{\pico\farad} - gegeben:
R = \qty{10}{\ohm} - gesucht:
f_0
- Größere Spule oder Kondensator
\rightarrowkleinere Resonanzfrequenz - Kleinere Spule oder Kondensator
\rightarrowgrößere Resonanzfrequenz
[question:AD213]
[question:AD214]
[question:AD215]
[question:AD216]
[question:AD217]
Spannungsgesteuerter Schwingkreis
[picture:752:a_schwingkreis_potentiometer:Veränderung der Kapazität durch einen Varicap]
- Varicap wird durch eine Steuerspannung am Widerstandsspannungsteiler verändert
- Kleinere Spannung am Varicap
\rightarrowkleinere Grenzschicht im Varicap\rightarrowgrößere Kapazität - In Reihe geschaltete Kondensatoren
\rightarrowKapazität wird kleiner\rightarrowResonanzfrequenz steigt
[question:AD218] --- style="font-size: smaller;"
Bandpassfilter
[picture:785:a_schwingkreis_bandpass:Bandpassfilter aus mehreren Schwingkreisen]
- Kombination aus Parallel- und Reihenschwingkreisen
- Lässt einen bestimmten Frequenzbereich passieren
- Parallelschwingkreise wie hochohmige Widerstände
- Reihenschwingkreis wie niederohmiger Widerstand
[question:AD205]
Bandbreite
- Große Abhängigkeit vom ohmschen Widerstand
- In Angabe von dB auf einen Referenzwert des Filters
- Z.B. Bandbreite bei $\qty{-3}{\dB}$-Wert
- Halbe Leistung eines Signals kann noch das Filter passieren
- Oder die $\num{0,7}$-fache Signalspannung
[question:AD219]
[question:AD220]
Übliche Bandbreiten
- Schmalbandig mit
\qty{500}{\hertz}für Telegrafie (CW) - Breitbandig mit
\qty{2,7}{\kilo\hertz}für Sprachmodulation (SSB)
[question:AD221]
[question:AD222]
Güte eines Schwingkreises
- Auch Q-Faktor
- Kennzeichen für Energieverlust
- Verhältnis der Blindwiderstände zum ohmschen Widerstand im Resonanzfall (
X_\text{L} = X_\text{C})
[question:AD225] --- style="font-size: 0.7em;"
Lösungsweg
* gegeben: $L = \qty{100}{\micro\henry}$ * gegeben: $C = \qty{0,01}{\micro\farad}$ * gegeben: $R_\text{S} = \qty{10}{\ohm}$ * gesucht: $Q$ Zuerst $f_0$ ausrechnen $\begin{split} f_0 &= \frac{1}{2 \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}}\\ &= \frac{1}{2 \pi \cdot \sqrt{\qty{100}{\micro\henry} \cdot \qty{0,01}{\micro\farad}}} \approx \qty{159,2}{\kilo\hertz} \end{split}$ Dann $B$ oder $X_\text{L}$ ausrechnen $\begin{split} X_\text{L} &= \omega \cdot L = 2 \pi \cdot f_0 \cdot L\\ &= 2 \pi \cdot \qty{159,2}{\kilo\hertz} \cdot \qty{100}{\micro\henry} \approx \qty{100,03}{\ohm} \end{split}$ $Q = \frac{X_\text{L}}{R_\text{S}} = \frac{\qty{100,03}{\ohm}}{\qty{10}{\ohm}} \approx 10$ --- [question:AD226] --- style="font-size: 0.7em;" #### Lösungsweg * gegeben: $L = \qty{2,2}{\micro\henry}$ * gegeben: $C = \qty{56}{\pico\farad}$ * gegeben: $R_\text{P} = \qty{1}{\kilo\ohm}$ * gesucht: $Q$ Zuerst $f_0$ ausrechnen $\begin{split} f_0 &= \frac{1}{2 \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}}\\ &= \frac{1}{2 \pi \cdot \sqrt{\qty{2,2}{\micro\henry} \cdot \qty{56}{\pico\farad}}} \approx \qty{14,34}{\mega\hertz} \end{split}$ Dann $B$ oder $X_\text{L}$ ausrechnen $\begin{split} X_\text{L} &= \omega \cdot L = 2 \pi \cdot f_0 \cdot L\\ &= 2 \pi \cdot \qty{14,34}{\mega\hertz} \cdot \qty{2,2}{\micro\henry} \approx \qty{198,2}{\ohm} \end{split}$ $Q = \frac{R_\text{P}}{X_\text{L}} = \frac{\qty{1}{\kilo\ohm}}{\qty{198,2}{\ohm}} \approx 5$ --- ### Bandbreite berechnenÜber Resonanzfrequenz und Güte
Q = \frac{f_0}{B} \Rightarrow B = \frac{f_0}{Q}
[question:AD224]
Lösungsweg
- gegeben:
L = \qty{2,2}{\micro\henry} - gegeben:
C = \qty{56}{\pico\farad} - gegeben:
R_\text{P} = \qty{1}{\kilo\ohm} - gesucht:
B
[question:AD223]
Lösungsweg
- gegeben:
L = \qty{100}{\micro\henry} - gegeben:
C = \qty{0,01}{\micro\farad} - gegeben:
R_\text{S} = \qty{10}{\ohm} - gesucht:
B
[picture:184:a_schwingkreis_kopplung:Induktive Kopplung zweier Schwingkreise und das Spannungsdiagramm über die Frequenz]
- Zwischen Schaltungsstufen oder Filtern werden häufig gekoppelte Schwingkreise verwendet
- Zwei Schwingkreise induktiv oder kapazitiv aneinander gekoppelt
- Grad der Kopplung bestimmt die gegenseitige Beeinflussung, Bandbreite und Durchlasskurve
--- style="font-size: 0.7em;" data-transition="none" [picture:184:a_schwingkreis_kopplung:Induktive Kopplung zweier Schwingkreise und das Spannungsdiagramm über die Frequenz]
- d: lose Kopplung
\rightarrowkaum gegenseitige Beeinflussung, sehr hohe Durchlassdämpfung und sehr geringe Bandbreite - c: unterkritische Kopplung
\rightarrowkaum gegenseitige Beeinflussung, hohe Durchlassdämpfung und geringe Bandbreite
--- style="font-size: 0.7em;" data-transition="none" [picture:184:a_schwingkreis_kopplung:Induktive Kopplung zweier Schwingkreise und das Spannungsdiagramm über die Frequenz]
- b: kritische Kopplung
\rightarrowetwas gegenseitige Beeinflussung, flache Durchlasskurve mit geringer Dämpfung und Plateau im Durchlassbereich sowie gute Bandbreite
--- style="font-size: 0.7em;" data-transition="none" [picture:184:a_schwingkreis_kopplung:Induktive Kopplung zweier Schwingkreise und das Spannungsdiagramm über die Frequenz]
- a: überkritische Kopplung
\rightarrowstarke gegenseitige Beeinflussung, Änderung der Resonanzfrequenzen, große Bandbreite und Verzerrung der Durchlasskurve im Durchlassbereich mit "Dellen"
[question:AD227]
[question:AD228]
[question:AD229]