Sonstige Messgeräte und Messmittel Klasse A

Lösungsweg:

1. ein Zweig: 4 · 150 Ω = 600 Ω
2. für 50 Ω: 600 / 50 = 12 Zweige parallel
3. 12 Zweige · 4 Widerstände = 48 Widerstände
4. 48 · 1 W = 48 W

Kniff: Erst den Zweig, dann die Anzahl. Jeder Widerstand trägt 1 W, also ist die Gesamtleistung schlicht die Stückzahl in Watt.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 16 Widerstände, 16 W – Vier Zweige mit vier Widerständen gerechnet — das gibt 600/4 = 150 Ω, nicht 50.
• 12 Widerstände, 48 W – 12 ist die Zahl der Zweige, nicht der Widerstände. Die Leistung stimmt, die Stückzahl nicht.
• 48 Widerstände, 12 W – Stückzahl richtig, aber die Leistung mit der Zahl der Zweige verwechselt. Jeder einzelne Widerstand trägt 1 W bei.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AI601

Ein Spitzenwertgleichrichter macht aus der Hochfrequenz eine Gleichspannung. Aus dieser Spannung und dem bekannten Widerstand von 50 Ω lässt sich die Leistung ausrechnen — indirekt, über die Spannung.

Kniff: Indirekt ist das entscheidende Wort. Gemessen wird eine Gleichspannung mit einem gewöhnlichen Multimeter; die Leistung ergibt sich daraus durch Rechnung.

Warum die anderen nicht stimmen:

• zum Nachjustieren der Widerstände in der künstlichen Antenne. – Die Widerstände einer künstlichen Antenne sind fest. Nachzujustieren gibt es nichts.
• als Abgriff einer ALC-Regelspannung für die Sendeendstufe. – Die ALC greift die Regelspannung im Sender selbst ab, nicht an einer künstlichen Antenne. Und beim Messen hängt kein Sender im Regelkreis.
• als Anschluss für einen Antennenvorverstärker. – Eine künstliche Antenne empfängt nichts — sie setzt Leistung in Wärme um.

Die Anzapfung bei 5 Ω liefert einen kleinen Bruchteil der Spannung. Ein Multimeter mit Hochfrequenz-Tastkopf richtet diese Spannung gleich und zeigt sie an — daraus lässt sich die Leistung abschätzen.

Kniff: Der Tastkopf ist nötig, weil ein gewöhnliches Multimeter bei Hochfrequenz nichts anzeigt. Und die Anzapfung ist bereits der Spannungsteiler — ein zusätzliches Dämpfungsglied wäre überflüssig.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Künstliche 50 Ω-Antenne mit zusätzlichem HF-Dämpfungsglied. – Eine zweite künstliche Antenne misst nichts. Sie würde nur weitere Leistung in Wärme umsetzen.
• Stehwellenmessgerät ohne Abschlusswiderstand. – Ein Stehwellenmessgerät gehört in die Leitung zwischen Sender und Last, nicht an eine Anzapfung — und ohne Abschluss zeigt es ohnehin Unsinn.
• Stehwellenmessgerät mit Abschlusswiderstand. – Auch mit Abschluss misst es die Anpassung einer Leitung, nicht eine Spannung an einer Anzapfung.

Kniff: Am Eingang steht ein Kondensator, am Ausgang eine geglättete Gleichspannung. Damit ist die Aufgabe schon umrissen: die Schaltung nimmt Hochfrequenz auf und gibt einen Gleichwert ab, der mit der HF-Amplitude wächst. Genau das braucht man beim Abgleichen — man dreht an Kreisen und Trimmern und schaut, wann die Anzeige am größten ist. Frequenz und Phase gehen bei der Gleichrichtung verloren; wer die braucht, kann diesen Kopf nicht verwenden.

Warum die anderen nicht stimmen:

• zur Messung der Resonanzfrequenz mit einem Frequenzzähler. – Ein Frequenzzähler muss die Schwingungen selbst zählen und braucht dazu das Hochfrequenzsignal. Aus dieser Schaltung kommt eine geglättete Gleichspannung — die Kondensatoren am Ausgang bügeln jede Frequenzinformation weg.
• als Gleichspannungstastkopf zur genauen Einstellung der Versorgungsspannung. – Der Kondensator mit 4,7 nF sitzt direkt am Eingang und sperrt Gleichspannung vollständig. Eine Versorgungsspannung ließe sich damit nicht einmal anzeigen, geschweige denn genau einstellen.
• als hochohmiger Messkopf für einen vektoriellen Netzwerkanalyzer. – Ein vektorieller Analysator braucht Betrag und Phase, also das unveränderte HF-Signal. Die Dioden gleichrichten und werfen die Phase weg; zurück bleibt ein Gleichwert. Damit fehlt gerade der Teil, der die Messung vektoriell macht.

Kniff: Drei Kennzeichen genügen. Es gibt kein aktives Bauteil und keine Betriebsspannung — die Schaltung kann nichts erzeugen, sie kann nur aufnehmen. Es gibt keinen abstimmbaren Kreis, keinen Drehkondensator und keine abstimmbare Spule — sie kann also nichts auf eine Frequenz einstellen. Und sie hat zwei Dioden mit Siebgliedern, die eine Gleichspannung liefern. Das ist ein Tastkopf, der eine HF-Spannung in einen anzeigbaren Gleichwert umsetzt.

Warum die anderen nicht stimmen:

• HF-Dipmeter – Ein Dipmeter enthält einen eigenen abstimmbaren Oszillator, dessen Schwingung einbricht, wenn ein Kreis in der Nähe in Resonanz gerät. Hier fehlt jedes aktive Bauteil und jede Betriebsspannung; die Schaltung schwingt nicht.
• Absorptionsfrequenzmesser – Der braucht einen abstimmbaren Schwingkreis, also Drehkondensator oder Abstimmspule, und zeigt an, wenn er mit der zu messenden Frequenz übereinstimmt. Im Bild sind alle Kapazitäten feste Werte, ein Kreis ist nirgends gebildet.
• Antennenimpedanzmesser – Zum Messen einer Impedanz braucht man eine Brücke mit Vergleichswiderstand, einen Generator und einen Anschluss für das Messobjekt. Hier gibt es nur einen Eingang, zwei Dioden und ein Siebglied — nichts, womit sich etwas vergleichen ließe.

Lösungsweg:

1. Zwei Dioden, entgegengesetzt geladen: 15,3 V = 2 · (Û − 0,23 V)
2. Spitzenwert an der Anzapfung: Û = (15,3 V + 0,46 V) / 2 = 7,88 V
3. Effektivwert an der Anzapfung: 7,88 V / √2 = 5,57 V
4. Anzapfung bei 5 Ω von 50 Ω, also ein Zehntel: Gesamtspannung 5,57 V · 10 = 55,7 V
5. P = U² / R = 55,7 V · 55,7 V / 50 Ω = 62 W, also zirka 60 W

Kniff: Drei Umrechnungen liegen zwischen den 15,3 V und der Senderleistung, und jede ist eine Falle. Erstens: die beiden Dioden laden auf entgegengesetzte Polarität, die gemessene Spannung ist die Summe beider Hälften — also das Doppelte eines Spitzenwerts, vermindert um zweimal 0,23 V. Zweitens: aus dem Spitzenwert wird erst durch Teilen mit 1,41 der Effektivwert, mit dem man rechnet. Drittens: gemessen wird an der Anzapfung bei 5 Ω, also an einem Zehntel des 50-Ohm-Widerstands — dort liegt nur ein Zehntel der Gesamtspannung.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Zirka 240 W – Die Verdoppelung durch die zweite Diode ist vergessen: 15,3 V + 0,23 V = 15,53 V als Spitzenwert genommen, / √2 = 10,98 V, · 10 = 109,8 V, daraus 109,8 · 109,8 / 50 = 241 W. Die Schaltung liefert aber die Summe beider Halbwellen, der Spitzenwert ist nur halb so groß.
• Zirka 480 W – Hier fehlen beide Schritte: die Verdoppelung und der Effektivwert. 15,53 V direkt als Effektivwert an der Anzapfung, · 10 = 155,3 V, daraus 155,3 · 155,3 / 50 = 482 W. Das ist knapp achtmal zu viel: Die fehlende Halbierung der Spannung vervierfacht die Leistung, der fehlende Faktor 1,41 verdoppelt sie noch einmal.
• Zirka 340 W – Zu dieser Zahl führt keine der üblichen Verwechslungen — eine Blindantwort. Sie liegt zwischen den beiden nachvollziehbaren Fehlwegen (241 W und 482 W), ohne dass eine der Umrechnungen sie ergibt.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AI606

Lösungsweg:

1. Last: 56 Ω parallel 470 Ω = 50 Ω
2. Die Anzeige ist die Summe beider Halbwellen: Û − U_F = 15,3 V / 2 = 7,65 V
3. Spitzenwert der HF: Û = 7,65 V + 0,23 V = 7,88 V
4. Effektivwert: 7,88 V / 1,41 = 5,57 V
5. P = (5,57 V)² / 50 Ω = 0,62 W, also zirka 600 mW

Kniff: Zwei Dinge stecken in der Zeichnung, die die Frage nicht nennt. Erstens: 56 Ω parallel 470 Ω ergeben 50 Ω — das ist der Abschlusswiderstand, an dem die ganze Leistung liegt. Zweitens laden die beiden Dioden gegensinnig; das Messgerät liegt zwischen Plus und Minus und zeigt deshalb die doppelte Spitzenspannung an. Also erst halbieren, dann die Diodenspannung addieren, und erst danach vom Spitzenwert auf den Effektivwert.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Zirka 1,2 W – Der Spitzenwert ist als Effektivwert benutzt: (7,88 V)² / 50 Ω = 1,24 W. Der Faktor 1,41 zwischen Spitze und Effektivwert fehlt, und im Quadrat wird daraus der Faktor 2.
• Zirka 2,4 W – Die Verdopplung durch die beiden Dioden übersehen: mit Û = 15,3 V + 0,23 V = 15,53 V wird U_eff = 10,98 V und P = 2,41 W — also der vierfache Wert.
• Zirka 4,7 W – Die angezeigte Gleichspannung direkt als Effektivwert in die Formel gesteckt: (15,3 V)² / 50 Ω = 4,7 W. Damit fehlen beide Umrechnungen, die Halbierung und der Faktor 1,41.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AI607

Kniff: Die Hochfrequenz wird in den beiden 110-Ohm-Widerständen in Wärme umgesetzt — das Gerät schluckt die Leistung selbst, statt sie irgendwohin weiterzugeben. Der Teiler nimmt eine kleine Probe der Spannung, die Diode mit dem Kondensator macht daraus eine Gleichspannung, die zur HF-Amplitude passt. An A hängt also nur noch ein Gleichspannungsmesser. Weil nichts frequenzbestimmend ist, kann die Schaltung nichts über Frequenzen aussagen.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Antennenimpedanzmesser – Für eine Impedanzmessung braucht man eine Brücke oder einen Richtkoppler mit Hin- und Rücklauf und eine Klemme für die Antenne. Hier wird die Leistung in den 110-Ohm-Widerständen aufgezehrt; eine Antenne lässt sich nicht anschließen.
• HF-Dipmeter – Ein Dipmeter enthält einen eigenen Oszillator mit auswechselbarer Spule, die man an den Prüfling hält. Weder Oszillator noch Spule sind gezeichnet — die Schaltung ist völlig passiv.
• Absorptionsfrequenzmesser – Der braucht einen abstimmbaren Schwingkreis aus Spule und Drehkondensator. Der einzige Kondensator hier ist der feste 4,7-nF-Glättungskondensator hinter der Diode, und eine Spule fehlt ganz.

Lösungsweg:

1. Belastbarkeit des Abschlusses: 2 · 0,6 W = 1,2 W
2. Der Sender liefert etwa 15 W, also gut das Zwölffache
3. 20 dB Dämpfung heißt Leistungsverhältnis 100: aus 15 W werden 0,15 W
4. 0,15 W liegen weit unter 1,2 W; das Dämpfungsglied selbst muss die 15 W tragen, daher 20 W

Kniff: Die Zahl, auf die es ankommt, steht klein an den Widerständen: 2 · 0,6 W = 1,2 W. Der Messkopf verheizt die Leistung selbst, also entscheidet diese Belastbarkeit, was man anschließen darf. 15 W sind mehr als das Zehnfache — vor den Kopf muss etwas, das Leistung wirklich vernichtet, und es muss selbst die 15 W aushalten. Beides steht in der richtigen Antwort: 20 dB für den Faktor und 20 W für die Belastbarkeit.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Adapter BNC-Buchse auf N-Stecker – Ein Adapter ändert nur die Steckform, nicht die Leistung. Die 15 W kämen unverändert an den 1,2-W-Abschluss und würden ihn zerstören.
• 25 m langes Koaxialkabel vom Typ RG213 (MIL) – Ein Kabel dämpft viel zu wenig: RG213 hat auf 145 MHz grob 5 bis 6 dB je 100 m, die 25 m bringen also nur etwa 1,5 dB. Aus 15 W würden rund 11 W — der Abschluss ist trotzdem hin.
• Stehwellenmessgerät – Ein Stehwellenmessgerät soll die Leistung gerade möglichst unverändert durchlassen; es koppelt nur eine winzige Probe aus. Als Schutz für den Messkopf taugt es nicht.

Lösungsweg:

1. 1 W an 50 Ω: U_eff = √(1 W · 50 Ω) = 7,07 V
2. Û = 7,07 V · √2 = 10,0 V Spitze
3. Teilermitte: 5,0 V Spitze
4. minus Diode: 5,0 V − 0,23 V = 4,8 V

Kniff: 55 Ω parallel zu den 660 Ω des Teilers sind 50,8 Ω — also praktisch 50 Ω. Die Schaltung ist dieselbe wie in AI611, nur rückwärts gefragt.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 7,1 V – Das ist der Effektivwert am Eingang — Teiler und Diode gar nicht angewandt.
• 9,8 V – Den Spannungsteiler übersehen: 10,0 V − 0,23 V = 9,8 V.
• 3,3 V – Den Effektivwert halbiert statt die Spitze: 7,07/2 − 0,23 = 3,3 V. Der Teiler halbiert die Spannung, egal ob Spitze oder Effektivwert — aber gleichgerichtet wird die Spitze.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AI610

Lösungsweg:

1. Teilermitte: U = 14,9 V + 0,7 V (Diode) = 15,6 V Spitze
2. ganze Kunstantenne: Û = 2 · 15,6 V = 31,2 V Spitze
3. U_eff = 31,2 V / √2 = 22,1 V
4. P = U_eff² / 50 Ω = 9,7 W

Kniff: 54,1 Ω sind kein Zufall: parallel zu den 660 Ω des Teilers ergibt das genau 50 Ω. Mit 50 Ω wird gerechnet, nicht mit 54,1.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 19,4 W – Effektivwert vergessen: mit 31,2 V statt 22,1 V gerechnet. 31,2²/50 = 19,5 W.
• 37,8 W – Kein klarer Rechenweg — am nächsten kommt, wer mit der Spitze-Spitze-Spannung rechnet (38,9 W). Eher eine Blindantwort.
• 4,9 W – Der Spannungsteiler übersehen UND der Effektivwert vergessen: (14,9+0,7)²/50 = 4,9 W. Zwei Fehler, die sich zufällig zu einer angebotenen Zahl addieren.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AI611

Kniff: Die Schaltung liefert eine Gleichspannung, nicht eine Leistung. Zwischen beiden liegen mehrere Fehler, die sich aus der Zeichnung nicht berechnen lassen: die Durchlassspannung der Diode, die vom Pegel abhängt und bei kleinen Spannungen anteilig groß wird; das Frequenzverhalten des Teilers mit seinen Streukapazitäten; die Toleranz von R₁ und die Belastung des Teilers. Deshalb wird der Zusammenhang zwischen der Anzeige an A und der HF-Leistung einmal gegen eine bekannte Referenz bestimmt — kalibriert — und danach mit den so gewonnenen Korrekturwerten gerechnet.

Warum die anderen nicht stimmen:

• R₁ muss genau 50 Ω betragen. – Ein Abschluss um 50 Ω ist nötig, damit der Sender in seine Nennimpedanz arbeitet — für die Genauigkeit der Messung genügt das aber nicht. Selbst mit genau 50 Ω bleiben die Durchlassspannung der Diode und der Frequenzgang des Teilers, und die machen den größeren Fehler. Wichtiger als ein runder Wert ist ein bekannter.
• Die Schaltung muss vor jeder Messung mit einem Spektrumanalysator überprüft werden. – Ein Spektrumanalysator zeigt, welche Frequenzanteile der Sender abgibt. Über die Durchlassspannung der Diode oder den Teilerfaktor dieser Schaltung sagt er nichts, und ein Widerstandsnetz muss man nicht vor jeder Messung nachprüfen.
• Bei den Umrechnungen darf nur mit dem Effektivwert gerechnet werden. – Gerade umgekehrt: Diode mit Kondensator laden auf den Spitzenwert, an A steht also nicht der Effektivwert. Umgerechnet werden muss er gerade deshalb — und wegen der Diodenspannung ist die Anzeige nicht einmal ein sauberer Spitzenwert.

Kniff: Der Weg des Stroms erklärt alles. Die Antenne nimmt die Feldstärke auf, die Diode gleichrichtet mitten im Draht. Die beiden Spulen sind Drosseln: sie lassen den gleichgerichteten Strom zum Messwerk durch, halten aber die Hochfrequenz aus der Zuleitung heraus. C schließt die restliche HF am Instrument kurz, damit dort nur der Gleichanteil ankommt. Der Zeiger steigt also mit der Feldstärke am Ort der Antenne.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Antennenimpedanzmesser – Dafür bräuchte es einen Generator, einen Vergleichswiderstand und zwei Anschlüsse, zwischen denen verglichen wird. Hier gibt es nur die Antenne selbst, eine Diode und ein Messwerk — kein Bezugswert, gegen den gemessen werden könnte.
• Einfacher Peilsender – Ein Sender muss Leistung erzeugen und braucht dafür ein aktives Bauteil und eine Stromversorgung. Beides fehlt. Eine Diode mit Drosseln und einem µA-Instrument kann nur aufnehmen, nicht abstrahlen.
• Resonanzmessgerät – Zum Anzeigen einer Resonanz braucht man einen abstimmbaren Kreis. C ist ein festes Bauteil ohne Abstimmpfeil, und die beiden Spulen sind Drosseln in der Gleichstromzuleitung, nicht Teil eines Kreises — hier lässt sich nichts auf eine Frequenz einstellen.

Ein Spektrumanalysator trägt den Pegel über der Frequenz auf. Jede Harmonische erscheint als eigener Strich, dessen Höhe ihre Amplitude angibt.

Kniff: Gefragt ist die AMPLITUDE einzelner Frequenzanteile. Ein Breitbandpegelmesser addiert alles zu einer Zahl, ein Zähler gibt nur eine Frequenz — beide können nicht nach Frequenz trennen.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Multimeter. – Es zeigt einen Gesamtwert, und bei Hochfrequenz meist gar nichts.
• Frequenzzähler. – Er liefert eine Frequenz, keine Amplitude — und erst recht nicht mehrere gleichzeitig.
• Breitbandpegelmesser. – Er misst den Gesamtpegel über einen weiten Bereich, ohne nach Frequenz zu trennen. Die einzelne Harmonische bleibt unsichtbar.

Nur ein Spektrumanalysator zeigt, welche Frequenzen in einem Signal stecken. Harmonische werden damit unmittelbar sichtbar.

Kniff: Dieselbe Antwort wie AI614 — und aus demselben Grund: Kein anderes der genannten Geräte trennt nach Frequenz.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Stehwellenmessgerät – Es zeigt die Anpassung. Ob die Leistung auf der Grundwelle oder auf einer Harmonischen liegt, unterscheidet es nicht.
• Frequenzzähler – Er zählt die stärkste anliegende Frequenz. Schwächere Harmonische daneben bemerkt er nicht.
• Vektorieller Netzwerkanalysator (VNA) – Ein VNA prüft das Übertragungsverhalten eines Bauteils bei seiner eigenen Messfrequenz. Er zeigt nicht, welche Frequenzen ein fremdes Signal enthält.