Die Pfeile der Schaltungen zeigen den physikalischen Stromfluss, also den der Elektronen
Phasen
Erste Phase
Der Kondensator wird mit der Gleichspannungsquelle geladen.
Zweite Phase
Durch Umschalten wird der Stromkreislauf zwischen Kondensator und Spule geschlossen. Die negative Ladung der einen Platte am Kondensator bewegt sich nun über die Spule zur anderen Platte des Kondensators.
Durch den Strom entsteht an der Spule ein Magnetfeld und es wird ein Gegenstrom induziert.
Die zuvor positiv geladene Kondensatorplatte ist nun negativ geladen. Die negative Ladung bewegt sich nun wieder zur ersten Kondensatorplatte.
Dritte Phase
Die ursprüngliche Ladung am Kondensator ist wiederhergestellt und der Kreislauf beginnt von vorn.
Grafische Auswertung
Misst man die Spannung an der Spule, ergibt sich folgender Zeit-Spannung-Graph:
Bei ca. $t=1s$ wurde der Umschalter betätigt. Hier ist interessanterweise eine hohe Spannungsspitze zu sehen.
Anschließend bewegt sich der Strom periodisch hin und her. Die Spannung liegt hier zwischen $U=-4V$ und $U=4V$. Der Graph beschreibt eine Sinuskurve. Im EM-Schwingkreis besteht also ein Wechselstrom.
Gleichrichter
Über eine Gleichrichterschaltung mit vier Dioden lässt sich an einer Sekundärspule der negative Stromfluss sperren.
Misst man nun die Spannung am Ausgang der Gleichrichterschaltung ergibt sich folgender Graph:
- Hellblau: Spannung am Sekundärstromkreis
- Dunkelblau: Spannung am Primärstromkreis
Hier zeigt sich nun, dass mit der gleichen Frequenz wie am Primärstromkreis des Transformators nun immer nur eine positive Spannung am Sekundärstromkreis anliegt.
Verbesserte Schaltung
Mithilfe eines weiteren Kondensators im Sekundärstromkreis lässt sich die nun anliegende oszillierende Gleichspannung glätten, um weitere Verbraucher mit einer stabileren Spannung zu versorgen:
Der Graph der Spannungsmessung zeigt, wie die Spannung nun nicht mehr so stark zwischen dem Maximum und Null schwankt. Je größer die Kapazität des Kondensators ist, desto gleichmäßiger wird die Gleichspannung.
Aufbau der Schaltung
Die Gleichrichterschaltung - hier mit Wechselspannungsversorgung über ein Schülernetzteil - ist wie folgt angeordnet. Der Primärstromkreis und der Kondensator im Sekundärstromkreis können separat hinzugeschaltet werden. So kann der Einfluss des Kondensators auf die Spannung untersucht werden.
Ein Arduino-Mikrocontroller greift die Spannung am Widerstand ab und stellt diese in einem U-t-Diagramm dar.
Der Graph der Messung zeigt genau die erwarteten Werte:
- Ohne Kondensator schwingt die Spannung im Takt der Frequenz von $50Hz$ zwischen $3V$ und $0V$.
- Mit Kondensator ist die Spannung relativ konstant bei $3V$.
Anwendung
Funkeninduktor
Der EM-Schwingkreis kann verwendet werden, um ein Morsegerät zu bauen. Das Morsesignal wird über einen Wagner'schen Hammer (Unterbrecher) ausgelöst.
Grafische Darstellung
Beim Öffnen des Primärstromkreises wird der Kondensator geladen. Dabei fließt der Strom von der Spule zum Kondensator. Am Sekundärstromkreis wird daher eine negative Spannungsspitze gemessen ($t=10s$ bis $t=11s$).
Wird der Primärstromkreis wieder geschlossen, entlädt sich der Kondensator wieder. An der Spule fließt der Strom wieder in die ursprüngliche Richtung. Am Sekundärstromkreis wird nun eine positive Spannungsspitze gemessen ($t=11,5s$ bis $t=13s$).
Dieser Ausschlag kann beim Empfänger als Signalimpuls über einen Lautsprecher hörbar gemacht werden.
Welches Wort wurde im zweiten dargestellten Graph gemorst?
Lösung aufdecken
Das Wort besteht aus den Buchstaben $k,k,k,l,l,l,k,k,k$ und entspricht $S-O-S$
Radio
Unser Empfänger ist für Mittelwellen geeignet. Uns interessiert aber eigentlich gar nicht die HF, die unser Ohr ohnehin nicht wahrnehmen kann, sondern die NF, also Sprache und Musik. Deshalb wird die Stärke der Hochfrequenz senderseitig im Takt der NF ganz leicht verändert. Was also unseren Empfänger als Radiowelle erreicht, ist eine HFSchwingung, die ständig ein bißchen in ihrer Stärke schwankt. Im Empfänger besteht nun die Kunst darin, aus den vielen Radiowellen die gewünschte herauszufischen und die Schwankungen in Töne umzuwandeln. Für die Senderauswahl ist das Zusammenwirken einer Spule mit einem Kondensator — ein sogenannter Schwingkreis — verantwortlich, die Wandlung der HF-Schwankungen in Tonfrequenzen besorgt die Germanium-Diode im Verein mit dem Kondensator C1. Die beiden Transistoren schließlich dienen der Verstärkung, sodass Du im Ohrhörer das Rundfunkprogramm hören kannst.
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Verbessert
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