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elektromagnetische Schwingungen und Wellen
27.1.2021
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1. Wie kann man elektromagnetische Schwingung erzeugen? Eine elektromagnetische Schwingung kann man mit Hilfe einer Reihenschaltung aus einem Kondensator (kapazitiver Widerstand) und einer Spule (induktiver Widerstand) erzeugen, welche sich Schwingkreis nennt. 12 o Elektromagnetische Schwingungen und Wellen XA u, i i=0 00 u=0 с Der Kondensa- tor ist geladen. Die Energie ist im elektrischen Feld des Kon- densators ge- speichert. T/4 Schwingkreis i Durch den Stromfluss ent- steht um die Spule ein mag- netisches Feld, in dem die Energie gespei- chert ist. ren. i=0 Durch Induk- tion in der Spule entsteht eine Spannung und ein Strom, die zu einer entgegenge- setzten Aufla- dung des Kon- densators füh- 2. Die Dämpfung des Schwingkreises T/2 Energie kann durch eine elektrische Quelle hinzugeführt werden. Bei Schalterstellung I wird der Kondensator aufgeladen und damit elektrische Energie im Feld des Kondensators gespeichert. Bringt man den Schalter in Stellung 2, so wird der Schwingkreis von der elektrischen Quelle getrennt und es gehen folgende Veränderungen vor sich: u=0 Der Kondensa- tor entlädt sich in umgekehrter Richtung. Durch den Strom ent- steht um die Spule wieder ein Magnetfeld. T i=0 u Durch Induk- tion entsteht wieder ein Stromfluss, der zur erneuten Aufladung des Kondensators führt. Wird einem geschlossenem Schwingkreis einmalig Energie zugeführt (durch z.B. Aufladen eines Kondensators), so kommen elektromagnetische Schwingungen im Schwingkreis nach einer bestimmten Zeit zum Erliegen = gedämpfte Schwingung. Ursache dafür ist der ohmsche Widerstand im Schwingkreis, durch den elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt wird. gedämpfte Schwingung u M ungedämpfte Schwingung u 2π√√L.C Umax W Um dem entgegenzuwirken, muss von außen Energie in der Eigenfrequenz und in der richtigen Phase zugeführt werden. Günstig ist, wenn diese Energiezufuhr durch den Schwingkreis selbst gesteuert wird, durch zum Beispiel die meißnersche Rückkopplungsschaltung (heute verwendet man Transistor als Schalter...
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zur Steuerung). 3. Die meißnersche Rückkopplungsschaltung Die meißnersche Rückkopplungsschaltung hat der deutsche Techniker ALEXANDER MEISSNER (1883-1958) im Jahre 1913 entwickelt. Während MEISSNER für seine Schaltung eine Elektronenröhre (Triode) nutzte, verwendet man heute anstelle von Röhren Transistoren. Die Basis des Transistors ist mit dem Schwingkreis gekoppelt. Bei der Meißner-Schaltung handelt es sich um einen rückgekoppelten Oszillator (Schwingungserzeuger), bei dem der eigentliche Schwingkreis am Ausgang eines mit Röhren oder Transistoren (heute) aufgebauten Verstärkers angeschlossen ist. Über eine zweite Wicklung, welche, wie bei einem Transformator, induktiv (magnetisch) mit dem Schwingkreis gekoppelt ist, gelangen die elektromagnetischen Schwingungen wieder an den Eingang des Verstärkers, weshalb hier von einer Rückkopplung gesprochen wird. Dies führt zu einer erneuten Verstärkung der Schwingungen durch das verstärkende Bauteil, weshalb der Oszillator fortlaufend weiter schwingt. Die Schwingungsfrequenz ist dabei genau wie im einfachen Schwingkreis durch die thomsonsche Schwingungsgleichung festgelegt. Unter der Bedingung, dass der ohmschen Widerstand im Schwing- kreis null ist, gelten für die Eigenfrequenz f des Schwingkreises bzw. für die Schwingungsdauer T folgende Gleichungen: f= L Induktivität der Spule Kapazität des Kondensators с T= 2π √L.C Mithilfe der meißnerschen Rückkopplungsschaltung kann man stabile sinusförmige elektromagnetische Schwingungen konstanter Amplitude und Frequenz erzeugen.