Strom- und Spannungsversorgung Klasse A

Lösungsweg:

1. eine Kette: 30 · 0,6 V = 18 V, Strom 1 A
2. vier Ketten parallel: Spannung bleibt 18 V
3. Strom: 4 · 1 A = 4 A

Kniff: In der Kette addieren sich die SPANNUNGEN, parallel addieren sich die STRÖME. Beides gilt gleichzeitig, aber jedes nur in seiner Richtung — 30 in Reihe für die Spannung, 4 parallel für den Strom.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Leerlaufspannung: 18 V, Kurzschlussstrom: 30 A – Die Spannung ist richtig, beim Strom sind aber die Zellen der KETTE gezählt statt der Ketten. In Reihe addieren sich Ströme nicht — es fließt durch alle 30 Zellen derselbe.
• Leerlaufspannung: 2,4 V, Kurzschlussstrom: 30 A – Beides vertauscht: 4 · 0,6 V wäre die Spannung von vier Zellen in Reihe, 30 A der Strom von 30 parallelen. Das ist genau die umgekehrte Schaltung.
• Leerlaufspannung: 2,4 V, Kurzschlussstrom: 4 A – Der Strom stimmt, die Spannung nicht: 2,4 V sind vier Zellen à 0,6 V. Die 30 Zellen der Kette sind dabei auf vier zusammengeschrumpft.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AD301

Lösungsweg:

1. Û = 15 V · √2 = 21,2 V
2. der Kondensator lädt im Leerlauf auf diesen Wert
3. abzüglich der Diodenspannung (0,7 V): etwa 20,5 V, also zirka 21 V

Kniff: Die 15 V des Trafos sind ein EFFEKTIVWERT. Im Leerlauf lädt sich der Kondensator auf den SPITZENWERT auf, und der ist um √2 größer. Unter Last bräche die Spannung ein, im Leerlauf bleibt sie oben stehen.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Zirka 42 V – Das ist die Spitze-Spitze-Spannung, also 2 · 21,2 V. Am Kondensator liegt aber nur die Spitze gegen die andere Klemme, nicht die doppelte — dafür bräuchte es eine Verdopplerschaltung mit zwei Dioden und zwei Kondensatoren.
• Zirka 15 V – Der Effektivwert der Wechselspannung. Nach der Gleichrichtung mit Ladekondensator steht im Leerlauf aber der Spitzenwert an.
• Zirka 30 V – 2 · 15 V — die Verdopplung an der falschen Stelle angesetzt. Aus dem Effektivwert wird der Spitzenwert durch √2, nicht durch 2.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AD302

Lösungsweg:

1. Sekundärspannung: 230 V / 20 = 11,5 V (Effektivwert)
2. Der Kondensator lädt sich auf den Spitzenwert: 11,5 V · √2 = 16,3 V
3. Sicherheitsaufschlag 50 %: 16,3 V · 1,5 ≈ 24,5 V
4. Nächster erhältlicher Wert darüber: 25 V

Kniff: Ein Kondensator hinter einer Diode lädt sich nicht auf den Effektivwert, sondern auf den Spitzenwert der Sekundärspannung auf. Das Übersetzungsverhältnis gilt für die Effektivwerte, der Faktor 1,41 kommt danach.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 16 V – Das ist der Spitzenwert 16,3 V allein — der Aufschlag von 50 % fehlt.
• 10 V – Zu klein: 10 V liegt sogar unter dem Effektivwert von 11,5 V. Auf diese Zahl führt am ehesten der Aufschlag in die falsche Richtung, 16,3 V / 1,5 ≈ 10,9 V statt · 1,5.
• 35 V – Mit dem Faktor 2 statt 1,41 gerechnet, also mit dem Spitze-Spitze-Wert: 11,5 V · 2 = 23 V, · 1,5 = 34,5 V, aufgerundet 35 V.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AD303

Lösungsweg:

1. Sekundärspannung: 230 V / 5 = 46 V (Effektivwert)
2. Spitzenwert: 46 V · 1,41 = 65 V — darauf lädt sich der Kondensator auf
3. Sperrspannung der Diode: 65 V (Kondensator) + 65 V (negative Halbwelle) = 130 V
4. Sicherheitsaufschlag 20 %: 130 V · 1,2 = 156 V

Kniff: Gefragt ist die Sperrspannung der Diode, nicht die Ausgangsspannung. In der Sperrhalbwelle bleibt der Kondensator auf dem Spitzenwert geladen, während die Wicklung mit dem negativen Spitzenwert dagegen arbeitet. Beides liegt in Reihe an der Diode — sie sieht den doppelten Spitzenwert.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 78 V betragen. – Nur mit dem einfachen Spitzenwert gerechnet: 65 V · 1,2 = 78 V. Die noch anstehende Ladung des Kondensators ist dabei vergessen.
• 130 V betragen. – Die Sperrspannung ist richtig verdoppelt, aber der Aufschlag von 20 % fehlt.
• 90 V betragen. – Zu dieser Zahl führt keine der üblichen Verwechslungen — eine Blindantwort. Am nächsten liegt 46 V · 2 = 92 V, wenn man den Spitzenwert mit dem Faktor 2 statt 1,41 bildet und den Aufschlag weglässt; genau 90 V ergibt das nicht.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AD304

Richtig ist C:

In einer Gleichrichterbrücke liegen vier Dioden im Ring, zwei gegenüberliegende Ecken sind der Wechselspannungseingang und die beiden anderen der Gleichspannungsausgang. Eine Diode leitet nur in Richtung ihrer Dreieckspitze, hin zum Kathodenstrich; daran liest man die Polarität ab. Am Plusanschluss enden beide dorthin zeigenden Dioden mit ihrem Kathodenstrich, am Minusanschluss beginnen beide Dioden mit ihrer Anode und zeigen von ihm weg. An jedem Wechselspannungsanschluss trifft dadurch eine hinzeigende auf eine wegzeigende Diode, und in jeder Halbwelle leitet ein gegenüberliegendes Diodenpaar, sodass beide Halbwellen zum Ausgang kommen. Dreht man alle vier Dioden, arbeitet die Brücke genauso, nur ist der Ausgang umgekehrt gepolt; stimmt die Richtung nur bei einzelnen Dioden, kommt keine Vollweg-Gleichrichtung zustande.

Kniff: Sieh nur auf die Plusklemme: dort müssen die Kathodenstriche beider Dioden sitzen, beide Spitzen also zu ihr hin zeigen. An der Minusklemme muss es genau umgekehrt sein, beide Dioden zeigen von ihr weg. Damit fällt das spiegelbildliche Bild mit allen vier verdrehten Dioden sofort weg und ebenso jedes Bild, in dem an einer Ausgangsklemme eine Diode hin- und die andere wegzeigt. Die gefährlichste Verwechslung ist das Bild, in dem nur die zwei Dioden einer Seite gedreht sind, denn an den Wechselspannungsanschlüssen sieht es unauffällig aus; prüfe deshalb immer an den Gleichspannungsklemmen.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AD305

Lösungsweg:

1. Sekundärspannung: 230 V / 8 = 28,75 V (Effektivwert)
2. Spitzenwert: 28,75 V · √2 = 40,7 V
3. Im Leerlauf kein Strom, kein Abfall an der Drossel: C_S steht auf diesem Wert
4. Ergebnis: etwa 40 V

Kniff: Im Leerlauf fließt kein Strom, also fällt an der Drossel nichts ab und die Kondensatoren bleiben auf dem Höchstwert stehen. Das Windungsverhältnis gilt für die Effektivwerte; geladen wird aber auf den Spitzenwert, und bei der Brücke wird jede Halbwelle genutzt.

Warum die anderen nicht stimmen:

• etwa 29 V – Das ist der Effektivwert 28,75 V selbst — der Schritt auf den Spitzenwert (Faktor 1,41) fehlt.
• etwa 20 V – Die Wurzel 2 in die falsche Richtung gerechnet: 28,75 V / 1,41 = 20,4 V statt · 1,41.
• etwa 58 V – Mit dem Faktor 2 statt 1,41 gerechnet: 28,75 V · 2 = 57,5 V. Der Faktor 2 gehört zum Spitze-Spitze-Wert, nicht zur Ladespannung eines Kondensators.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AD306

Richtig ist D:

Vollweg-Gleichrichtung heißt, dass beide Halbwellen zum Ausgang beitragen, Halbwellen-Gleichrichtung nur eine. Mit einem Trafo, dessen Sekundärwicklung eine Mittelanzapfung hat, genügen dafür zwei Dioden: die beiden Wicklungsenden führen über je eine Diode auf einen gemeinsamen Punkt, und die Mittelanzapfung ist der andere Ausgangsanschluss. Weil die beiden Wicklungshälften gegenphasig sind, ist in jeder Halbwelle das eine Ende gegenüber der Mitte positiv, und die zugehörige Diode leitet. Beide Dioden müssen dazu gleichsinnig liegen, mit dem Kathodenstrich am gemeinsamen Punkt, wenn dieser der Plusanschluss sein soll; liegen beide umgekehrt, wird derselbe Punkt der Minusanschluss. Zeigt nur eine der beiden Dioden zum gemeinsamen Punkt, bleibt eine Halbwelle aus und es ist keine Vollweg-Gleichrichtung mehr.

Kniff: Prüfe zuerst, ob beide Dioden in dieselbe Richtung zeigen, denn nur dann tragen beide Halbwellen bei. Prüfe danach, ob die Kathodenstriche an dem Punkt liegen, der als Plus bezeichnet ist. Die leichteste Verwechslung ist das Bild mit zwei gleichsinnigen, aber beide falsch herum liegenden Dioden: es gleichrichtet über beide Halbwellen, liefert aber die umgekehrte Polarität. Halte die beiden Fragen getrennt, Gleichsinnigkeit für die Vollwelle und Strichseite für die Polarität.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AD307

Richtig ist A:

Kniff: Zwei Dioden an einer mittenangezapften Sekundärwicklung sind eine Zweipuls-Mittelpunktschaltung: in jeder Halbwelle der Speisespannung leitet eine der beiden Dioden, also gibt es keine Pause. Damit fallen die beiden Verläufe mit den Lücken aus — die gehören zur Einweggleichrichtung mit nur einer Diode. Über das Vorzeichen entscheidet allein die Polung der Dioden. Eine Diode leitet, wenn ihre Anode positiver ist als ihre Katode; hier liegen die Anoden am Ausgang und die Katoden an der Wicklung, der Ausgang wird also jede Halbwelle auf das gerade negative Wicklungsende gezogen. Die Ausgangsspannung ist damit negativ gegenüber 0 V: richtig ist der lückenlose Verlauf mit den nach unten weisenden Halbwellen. Wer nur „zwei Dioden, also Vollwelle“ denkt und die Katodenstriche nicht anschaut, greift zum lückenlosen Verlauf nach oben.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AD308

Lösungsweg:

1. Spitze bei 5 Div, Tal bei 4 Div — Unterschied 1 Div
2. Restwelligkeit: 1 Div · 3 V/Div = 3 V (Spitze-Spitze)
3. Periode: Abstand Tal zu Tal 2 Div · 5 ms/Div = 10 ms
4. Brummfrequenz: 1 / 10 ms = 100 Hz (also Zweiweggleichrichtung am 50-Hz-Netz)

Kniff: Zwei Ablesungen, zwei Fallen. Die Restwelligkeit ist nur der Wechselanteil, von Spitze zu Tal — nicht die Ausgangsspannung mit ihrem Gleichanteil von 13,5 V. Und die Periode geht von Tal zu Tal, nicht von Tal zu Spitze; sie ist hier 2 Felder breit, nicht eines.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 13,5 V ±1,5 V; 100 Hz – Die Frequenz stimmt, aber 13,5 V ±1,5 V ist die Ausgangsspannung samt Gleichanteil (Täler 12 V, Spitzen 15 V). Gefragt ist die Restwelligkeit allein, und die wird Spitze zu Spitze angegeben: 3 V.
• 13,5 V ±1,5 V; 50 Hz – Doppelt daneben: Der Gleichanteil steckt noch in der Spannungsangabe, und die Frequenz ist ungeprüft von der Netzfrequenz übernommen.
• 3 V; 50 Hz – Die Welligkeit ist richtig abgelesen, die Frequenz aber nicht: hier sind 50 Hz ungeprüft von der Netzfrequenz übernommen. Das Raster zeigt 10 ms pro Periode, und 10 ms sind 100 Hz — der Brumm einer Zweiweggleichrichtung hat die doppelte Netzfrequenz.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AD309

Der Vollweggleichrichter klappt die negative Halbwelle nach oben. Aus jeder Periode der Netzspannung werden so zwei Buckel — die Grundfrequenz verdoppelt sich.

Lösungsweg:

1. Netzfrequenz: 50 Hz, also 50 Perioden je Sekunde
2. Vollweg: beide Halbwellen werden genutzt, das sind 100 Buckel je Sekunde
3. Grundfrequenz der Welligkeit: 100 Hz

Kniff: Verdoppeln, nicht verdreifachen und nicht halbieren. Beim Einweggleichrichter bleibt es dagegen bei 50 Hz, weil jede zweite Halbwelle wegfällt.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 50 Hz – Das ist die Welligkeit beim EINWEGgleichrichter — dort wird nur eine Halbwelle genutzt.
• 200 Hz – Verdoppelt wird einmal, nicht zweimal. 200 Hz wären die zweite Harmonische, also die erste Oberwelle der Welligkeit.
• 25 Hz – Halbiert statt verdoppelt. Ein Gleichrichter kann die Frequenz nicht herunterteilen.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AD310

Kniff: Der Block E sitzt hinter dem Netzgleichrichter, also in einer Leitung, die schon Gleichspannung führt. Ein Schalter an dieser Stelle kann nicht gleichrichten — er zerhackt die Gleichspannung in Impulse. Über das Verhältnis von Ein- zu Auszeit, also die Impulsbreite, wird die Ausgangsspannung geregelt.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Puls-Gleichrichter – Gleichgerichtet wird vor dem Block E von der Brücke und hinter dem Transformator von der Diode. E liegt zwischen beidem und hat mit Gleichrichtung nichts zu tun.
• Gleichrichter – Der Gleichrichter ist die Diodenbrücke links im Bild. E ist ein Schalter, kein Ventil — die Zeichnung zeigt Schaltkontakte, keine Diode.
• Überspannungsableiter – Ein Ableiter liegt quer zwischen den Leitungen und leitet nur im Fehlerfall. E trennt die Leitung im Längszweig auf und arbeitet im Normalbetrieb dauernd.

Kniff: Der Schalter in Block E arbeitet mit steilen Flanken und im Bereich einiger 10 kHz. Steile Rechteckflanken enthalten Oberwellen weit in den Kurzwellenbereich hinauf. Diese Störungen laufen über Netz- und Ausgangsleitung nach draußen — genau das, was am Empfangsplatz stört.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Die Diode am Ausgang muss hohe Frequenzen gleichrichten. – Das ist eine Anforderung an das Bauteil, kein Nachteil der Schaltung: schnelle Dioden gibt es, und bei hoher Frequenz genügt sogar ein kleinerer Ladekondensator dahinter.
• Der Transformator bewirkt hohe Verluste – Umgekehrt — weil der Transformator mit hoher Frequenz arbeitet, wird er klein und verlustarm. Das ist der Vorteil des Schaltnetzteils, nicht sein Nachteil.
• Der Brückengleichrichter erzeugt eine Spannung mit Restwelligkeit. – Restwelligkeit hat jeder Gleichrichter, auch der im Netztrafo-Netzteil, und der Ladekondensator dahinter glättet sie. Das unterscheidet das Schaltnetzteil nicht.

Ein Schaltnetzteil arbeitet mit einer festen Taktfrequenz. Seine Störungen erscheinen deshalb als Kamm in genau diesem Abstand über das ganze Band verteilt.

Kniff: Der gleichmäßige Abstand ist das Erkennungszeichen. 120 kHz sind die Taktfrequenz, und was man hört, sind ihre Harmonischen. Etwas anderes erzeugt kein so regelmäßiges Muster.

Warum die anderen nicht stimmen:

• einen schlecht entstörten Bürstenmotor. – Ein Bürstenfeuer knattert breitbandig und unregelmäßig. Einen festen Abstand zwischen den Störstellen gibt es dabei nicht.
• unerwünschte Abstrahlungen eines linearen Netzteils. – Ein lineares Netzteil arbeitet mit 50 Hz und hat keinen Hochfrequenztakt. Es kann keinen Störkamm im Kilohertz-Abstand erzeugen.
• eine Amateurfunkstelle mit unzureichender Anpassung der Antenne. – Eine Fehlanpassung erhöht die Verluste und das Stehwellenverhältnis. Sie erzeugt keine zusätzlichen Signale und schon gar nicht in gleichmäßigem Abstand.

Richtig ist C:

Ein Schaltnetzteil erzeugt hochfrequente Störströme, die man mit einem Filter unmittelbar am Netzeingang zurückhält, getrennt nach Störart. Gegentaktstörungen laufen auf Hin- und Rückleiter gegensinnig; sie werden von einem Kondensator quer zwischen den beiden Netzleitern kurzgeschlossen. Gleichtaktstörungen laufen auf beiden Leitern gleichsinnig gegen Erde, und gegen sie wirkt eine stromkompensierte Drossel, bei der jeder Netzleiter durch eine eigene Wicklung auf demselben Kern läuft: der Betriebsstrom durchfließt die Wicklungen gegensinnig, sein Fluss hebt sich im Kern auf und wird nicht gebremst, während gleichsinnige Störströme eine hohe Induktivität sehen. Dazu kommt je ein Kondensator von den Netzleitern auf einen gemeinsamen, geerdeten Punkt, der die Störströme dorthin ableitet. Der Schutzleiter läuft dabei unverändert durch und darf nie mit einem der Netzleiter verbunden sein.

Kniff: Verfolge zuerst L1 und N durch das Bild: bei der stromkompensierten Drossel geht jeder der beiden Leiter durch eine eigene Wicklung auf dem gemeinsamen Kern, bei einem Transformator liegen die Wicklungen stattdessen quer zwischen den Leitern. Prüfe danach den Schutzleiter, denn er muss frei durchlaufen; jede Verbindung zu L1 oder N ist ein Ausschlussgrund. Die beiden Bilder mit der richtigen Drossel unterscheiden sich nur durch diese eine Leitung zum Schutzleiter, dort also genau hinsehen.

Lösungsweg:

1. Die Z-Diode hält die Basis auf 5,6 V
2. Basis-Emitter-Spannung des leitenden Transistors: etwa 0,6 V
3. Ausgang: 5,6 V − 0,6 V = 5,0 V, also ungefähr 5 V

Kniff: Der Transistor arbeitet als Emitterfolger: die Z-Diode legt die Basis auf 5,6 V, der Emitter folgt ihr, bleibt aber um die Basis-Emitter-Spannung von etwa 0,6 V darunter. Abziehen, nicht addieren. Der Sägezahn ist nur die Stütze — solange er über der Z-Spannung bleibt, hat seine Form auf den Ausgang keinen Einfluss.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 5,6 V. – Die Z-Spannung direkt übernommen — der Spannungsabfall von rund 0,6 V zwischen Basis und Emitter fehlt.
• 6,2 V. – Die 0,6 V addiert statt abgezogen: 5,6 V + 0,6 V = 6,2 V. Ein Emitterfolger hebt die Spannung nie an.
• 11,2 V. – Die Z-Spannung verdoppelt: 2 · 5,6 V = 11,2 V. Das liegt sogar über dem höchsten Eingangswert von 10 V — mehr als am Eingang ansteht kann hinten nie herauskommen.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AD315

Kniff: Ein Linearregler ist nichts anderes als ein selbsttätig nachgestellter Längswiderstand in der oberen Leitung. Ein Widerstand kann Spannung nur abbauen, nie erzeugen. Also muss am Eingang immer mehr anstehen als am Ausgang herauskommen soll — um die Restspannung, die die Längsstrecke zum Nachregeln braucht (Dropout, je nach Typ einige Zehntel Volt bis etwa 3 V).

Warum die anderen nicht stimmen:

• Die Eingangsspannung muss mindestens doppelt so groß wie die gewünschte Ausgangsspannung sein. – Doppelt ist nicht nötig, nur größer. Für einen Standardregler genügen etwa 2 bis 3 V Überschuss; alles darüber wird in der Längsstrecke in Wärme umgesetzt.
• Die Eingangsspannung muss kleiner als die gewünschte Ausgangsspannung sein. – Der Regler enthält keinen Aufwärtswandler. Sinkt der Eingang unter den Sollwert, bricht die Regelung zusammen und der Ausgang folgt dem Eingang nach unten.
• Die Eingangsspannung muss gleich der gewünschten Ausgangsspannung sein – Bei gleicher Spannung bliebe der Längsstrecke kein Spannungsabfall, mit dem sie nachstellen könnte — die Regelung hätte keinen Spielraum mehr.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AD316

Kniff: Beide Eingangswerte, 15 V und 18 V, liegen über 12 V plus Dropout. Der Regler bleibt also im ganzen Schwankungsbereich in der Regelung und hält den Ausgang fest; der Überschuss wird an der Längsstrecke verheizt, nicht durchgelassen. Erst wenn der Eingang unter etwa 14 V fiele, würde die Schwankung durchschlagen.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Die Spannungsschwankung beträgt ca. 3 V. – Das ist die Eingangsschwankung selbst: 18 V − 15 V = 3 V, unverändert an den Ausgang durchgereicht. Genau das verhindert der Regler; typisch dämpft er eine solche Schwankung um den Faktor einige Tausend.
• Die Spannungsschwankung beträgt ca. 0,7 V. – Die 0,7 V sind die Durchlassspannung einer Siliziumdiode. Hier liegt keine Diode im Signalweg, und der Regler gibt auch keinen Bruchteil der Eingangsschwankung weiter.
• Die Spannungsschwankung liegt zwischen 0,7 V und 3 V. – Hier sind zwei Fehler zusammengesetzt: die Diodenspannung 0,7 V und die Eingangsschwankung 3 V. Der Ausgang schwankt weder mit dem Eingang noch um einen Diodenwert.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AD317

Lösungsweg:

1. Laststrom: 5 V / 10 Ω = 0,5 A
2. Spannungsabfall an IC1: 13,8 V − 5 V = 8,8 V
3. Verlustleistung: 8,8 V · 0,5 A = 4,4 W

Kniff: Der Regler ist in Reihe mit der Last. Durch ihn fließt derselbe Strom wie durch R_L, aber an ihm liegt nur die Differenz der beiden Spannungen. Die Kondensatoren tragen im Dauerbetrieb nichts zum Strom bei.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 2,5 W – Das ist die Leistung im Lastwiderstand: 5 V · 0,5 A = 2,5 W. Die verbraucht R_L, nicht der Regler. Zur Kontrolle: der Eingang liefert 13,8 V · 0,5 A = 6,9 W, davon gehen 2,5 W in die Last und 4,4 W im Regler verloren.
• 5,0 W – Zu dieser Zahl führt keine der üblichen Verwechslungen — eine Blindantwort. Am nächsten kommt man, wenn man die 10 Ω als 10 V liest und 10 V · 0,5 A rechnet; aus den gegebenen Werten ergibt sich 5,0 W auf keinem sauberen Weg.
• 7,9 W – Hier ist auch der Strom aus der Differenzspannung gerechnet: 8,8 V / 10 Ω = 0,88 A und 8,8 V · 0,88 A = 7,7 W. Der Fehler ist, dass die 10 Ω am Ausgang liegen, also mit 5 V, nicht mit 8,8 V. Genau 7,9 W ergibt auch dieser Weg nicht.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AD318

Ein linearer Regler verheizt die überschüssige Spannung. Die Verlustleistung ist die Spannungsdifferenz mal dem Strom — der Strom ist ein- und ausgangsseitig praktisch derselbe.

Lösungsweg:

1. ΔU = 13,8 V − 9 V = 4,8 V
2. P = 4,8 V · 0,9 A
3. P = 4,32 W

Kniff: Nur die DIFFERENZ der Spannungen gehört in die Rechnung. Wer mit 13,8 V rechnet, bekommt die aufgenommene Leistung; wer mit 9 V rechnet, die abgegebene. Beide Zahlen stehen als falsche Antworten da.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 8,10 W – Mit der Ausgangsspannung gerechnet: 9 V · 0,9 A. Das ist die abgegebene Nutzleistung, nicht der Verlust.
• 12,42 W – Mit der Eingangsspannung gerechnet: 13,8 V · 0,9 A. Das ist die gesamte aufgenommene Leistung.
• 1,53 W – Das ist das Spannungsverhältnis 13,8 / 9 = 1,53, als Watt hingeschrieben. Ein Verhältnis hat keine Einheit.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AD319

Wirkungsgrad = abgegebene Leistung / aufgenommene Leistung. Beide Seiten einzeln aus ihrer Spannung und ihrem Strom bilden.

Lösungsweg:

1. Aufgenommen: 13,8 V · 0,455 A = 6,28 W
2. Abgegeben: 5 V · 0,45 A = 2,25 W
3. η = 2,25 / 6,28 = 0,36

Kniff: Beim linearen Regler bestimmt fast allein das Spannungsverhältnis den Wirkungsgrad, denn der Strom ist auf beiden Seiten nahezu gleich. 5 V aus 13,8 V können nie besser als 36 % werden — das ist die Bauart, kein Fehler.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 0,64 – Das ist der Verlustanteil: 1 − 0,36. Gefragt ist der Anteil, der ankommt.
• 0,56 – Durch die Verlustleistung statt durch die aufgenommene Leistung geteilt: 2,25 W / (6,28 W − 2,25 W) = 0,56.
• 0,99 – Nur die Ströme verglichen: 450 / 455. Die Spannungen fehlen, und gerade sie machen den Verlust aus.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AD320

Lösungsweg:

1. U_Z = I_L · R_L = 10 mA · 470 Ω = 4,7 V
2. P_L = 4,7 V · 10 mA = 47 mW
3. P_IN = 13,8 V · (10 mA + 15 mA) = 345 mW
4. η = 47 / 345 = 0,14

Kniff: Wirkungsgrad heißt Leistung durch Leistung — nicht Spannung durch Spannung. Und die Quelle liefert beide Ströme: den der Last UND den der Z-Diode.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 0,17 – Mit 20 mA statt 25 mA gerechnet — der Strom der Z-Diode nur halb mitgezählt.
• 0,34 – Das Spannungsverhältnis 4,7 V / 13,8 V. Beim Wirkungsgrad zählen Leistungen, und die Z-Diode verbraucht Strom, ohne etwas zu leisten.
• 0,21 – Durch die Leistung im Vorwiderstand statt durch die aufgenommene Leistung geteilt: 47 mW / (9,1 V · 25 mA) = 0,21.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AD321

Ein Bias-T trennt zwei Dinge, die sich eine Leitung teilen: Eine Drossel lässt die Gleichspannung durch und hält die Hochfrequenz zurück, ein Kondensator macht es genau umgekehrt.

Kniff: Gebraucht wird das, wo am Mastende etwas versorgt werden muss — Mastvorverstärker, aktive Antenne, Umschaltrelais — ohne ein zweites Kabel. Hinauf die Gleichspannung, herunter das Signal, auf demselben Koaxialkabel.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Zur Verteilung der Gleichspannung auf zwei unterschiedliche Geräte. – Verteilen ist nicht die Aufgabe. Das Bias-T führt zusammen und trennt wieder, es verzweigt nicht.
• Zur Verteilung eines HF-Signals auf zwei Ausgänge. – Das wäre ein Leistungsteiler oder ein Splitter. Beim Bias-T geht die Hochfrequenz nur einen Weg.
• Zur Übertragung von zwei unterschiedlichen Gleichspannungen über eine gemeinsame Leitung. – Es sind zwei verschiedene Arten von Signal — Gleichspannung und Hochfrequenz —, nicht zwei Gleichspannungen.

Kniff: Zwei Wege kreuzen sich in einem Punkt: die HF läuft waagerecht zwischen LNA und RX, die Gleichspannung kommt senkrecht über die Spule von unten dazu. Eine Spule lässt Gleichstrom durch und sperrt HF, ein Kondensator umgekehrt — damit fahren Speisung und Signal auf demselben Kabel, ohne sich zu treffen. Diese Aufteilung mit drei Anschlüssen heißt Bias-T.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Netzfilter – Ein Netzfilter sitzt in der 230-V-Zuleitung und hält Störungen ab; hier gibt es keine Netzleitung, sondern zwei Koaxbuchsen und einen Gleichspannungsanschluss.
• Bandsperre – Eine Bandsperre soll ein Frequenzband im Signalweg unterdrücken. Im Signalweg liegt hier nur C₁ als Koppelkondensator, der das ganze Nutzband durchlässt.
• PI-Filter – Beim PI-Filter liegen zwei Kondensatoren quer nach Masse und die Spule längs im Signalweg dazwischen. Hier liegt die Spule quer und C₁ längs — genau umgekehrt.

Kniff: Über die Spule kommt die Speisespannung in den HF-Weg und liegt damit auch am Knoten vor C₁. Nach rechts soll sie zum LNA, nach links zum Empfänger darf sie nicht — dessen Eingang liegt gleichstrommäßig oft an Masse und würde die Speisung kurzschließen. C₁ trennt den Gleichanteil ab und lässt die HF durch.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Zur HF-Trennung von RX und LNA. – Getrennt wird nur die Gleichspannung. Die HF muss ja gerade vom LNA zum Empfänger gelangen — für sie ist C₁ nahezu ein Kurzschluss.
• Zur Verbesserung des Tiefpass-Verhaltens. – Ein Kondensator in Reihe dämpft tiefe Frequenzen und lässt hohe durch, wirkt also als Hochpass. Ein Tiefpass ist hier weder gewollt noch vorhanden.
• Zur Siebung der Gleichspannung. – Sieben heißt: Reste von Wechselspannung nach Masse ableiten — das macht C₂ am Speiseanschluss. C₁ liegt längs im Signalweg und führt gar keinen Gleichstrom.

Kniff: Die Spule liegt nicht im Signalweg, sondern in der Speiseleitung: der gesamte Betriebsstrom des Vorverstärkers fließt durch ihren Draht. Aushalten muss sie also Strom — zu dünner Draht heißt Spannungsabfall und Erwärmung, und bei Kernmaterial Sättigung, womit die HF-Sperrwirkung zusammenbricht.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Güte – Güte zählt bei Spulen in Schwingkreisen und Filtern, wo es auf geringe Verluste bei einer Frequenz ankommt. Hier soll die Spule nur breitbandig sperren, Verluste sind dabei sogar hilfreich.
• Temperaturkoeffizient – Der Temperaturkoeffizient ist wichtig, wenn eine Induktivität eine Frequenz bestimmt. Diese Spule bestimmt keine Frequenz — ihr Wert darf um Prozente wandern.
• Spannungsfestigkeit – An der Spule liegt nur der kleine Spannungsabfall ihres Gleichstromwiderstands, nicht die ganze Speisespannung. Die Spannungsfestigkeit ist hier unkritisch.