Dieser Themenbereich enthält viele Schaltbilder und Rechenaufgaben, doch die Reihenfolge bleibt gleich: erst Verbindungen und Signalweg bestimmen, dann das passende Ersatzmodell wählen, zuletzt rechnen. Ein korrektes Einzelbauteilgesetz hilft nicht, wenn Reihen- und Parallelschaltung oder Nutz- und Verlustleistung verwechselt werden.
Vom Netzwerk zur Funktion
| Schaltungsklasse | Prüfmethode |
|---|---|
| R mit L oder C in Reihe | Für eine Spule gilt XL = 2πfL. Wirkwiderstand und Blindwiderstand stehen senkrecht zueinander. Deshalb gilt |Z| = √(R2 + X2); die Beträge werden nicht einfach addiert. |
| Gleichartige Speicher | Ungekoppelte Spulen addieren sich in Reihe direkt. Bei Kondensatoren addieren sich in Reihe die Kehrwerte; die Gesamtkapazität bleibt kleiner als der kleinste Einzelwert. |
| Schwingkreis | Bei Resonanz sind |XL| und |XC| gleich. f0 = 1/(2π√(LC)); mehr L oder C senkt f0. Der Serienkreis zeigt ein Impedanzminimum, der Parallelkreis ein Maximum. |
| Güte und Bandbreite | B = f0/Q. Die 3-dB-Grenzen liegen dort, wo die Spannung bei gleicher Messimpedanz auf ungefähr 1/√2 ihres Maximums gefallen ist. |
| Leistungsstufe oder Regler | η = Pab/Pzu. Eine Leistungsverstärkung wird mit GP = 10 · log10(Paus/Pein) in dB umgerechnet. Beim Linearregler entsteht näherungsweise PV = (Uein − Uaus) · I als Wärme. |
Für Verstärker bedeutet linear, dass die Ausgangskurve eine skalierte und gegebenenfalls phasenverschobene Form des Eingangs behält. Übersteuerung erzeugt neue Spektralanteile. A-Betrieb ist besonders linear, benötigt aber hohen Ruhestrom; mit kleinerem Leitwinkel steigen Wirkungsgrad und Oberwellenanteil bis zum C-Betrieb. Positive Rückkopplung kann eine Verstärkerstufe zur Eigenschwingung bringen. Ein Oszillator nutzt diesen Effekt gezielt: Das Signal muss nach einem Umlauf gleichphasig und zum Anschwingen mindestens gleich groß zurückkehren.
Frequenzbestimmende Stufen werden von nachfolgenden Lasten entkoppelt und stabil versorgt. Eine Pufferstufe verhindert, dass wechselnde Lastimpedanzen den Oszillator ziehen. In einer Phasenregelschleife vergleicht ein Phasendetektor die Referenz mit dem rückgeführten Signal; ein Tiefpass formt die Regelspannung für den VCO. Die Referenz bestimmt im eingerasteten Zustand wesentlich die Langzeitgenauigkeit.
Typische Fallen
- Reihenkondensatoren wie Spulen direkt addieren. Hier werden die Kehrwerte summiert; eine direkte Summe gehört zur Parallelschaltung von Kapazitäten.
- Die 3-dB-Bandbreite bei halber Spannung ablesen. Halbe Spannung bedeutet ein Viertel der Leistung; am Halb-Leistungspunkt beträgt die Spannung ungefähr 0,707 des Maximums.
- Für eine niedrigere Resonanzfrequenz L oder C verkleinern. Wegen der umgekehrten Wurzelbeziehung senkt eine Vergrößerung eines der beiden Speicherwerte die Frequenz.
- Eigenschwingungen allein einer unruhigen Versorgung oder zu geringer Verstärkung zuschreiben. Erforderlich ist ein geschlossener Rückweg vom Ausgang zum Eingang mit passender Phase.
- Beim Wirkungsgrad den Verlustanteil oder das umgekehrte Leistungsverhältnis wählen. Nutzleistung steht im Zähler, aufgenommene Leistung im Nenner; bei einem realen Gerät bleibt der Quotient unter eins.
- Einen Oszillator direkt mit der Leistungsstufe belasten oder für seine Regelung einen Hochpass vorsehen. Lastentkopplung übernimmt ein Puffer, langsame Korrekturen in der Regelschleife benötigen einen Tiefpass.
Jetzt anwenden
Berechne den Betrag des Scheinwiderstands für eine Reihenschaltung aus = 100 Ohm und = 100 μH bei 1 MHz.
- = 259 Ohm
- = 636 Ohm
- = 628 Ohm
- = 188 Ohm
Ein linearer Spannungsregler stabilisiert eine Eingangsspannung von 13,8 V auf eine Ausgangsspannung von 5 V. Es fließt ein Eingangsstrom von 455 mA und ein Ausgangsstrom von 450 mA. Wie groß ist der Wirkungsgrad?
- 0,56
- 0,64
- 0,36
- 0,99
Ein Leistungsverstärker hebt die Eingangsleistung von 2,5 W auf 38 W Ausgangsleistung an. Dem entspricht eine Leistungsverstärkung von ...
- 23,6 dB.
- 11,8 dB.
- 15,2 dB.
- 17,7 dB.