Strom- und Spannungsversorgung

Gesamtkurs E

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Spannungsquellen

  • Die für uns Funkamateure wichtigste Spannungsquelle ist, neben Batterien, das Netzgerät. Es wird über das Stromnetz mit $230 V$ Wechselspannung versorgt und erzeugt eine Gleichspannung von $13,8 V$. Damit lassen sich Funkgeräte und Zubehör versorgen.
  • Wichtig ist, dass die Ausgangsspannung bei Last konstant bleibt.

Bei Netzgeräten, besonders mit einem Metallgehäuse, ist ein normgerechter Anschluss an das Stromnetz wichtig. Der Schutzleiter (grün/gelb) hat dabei die Aufgabe im Fehlerfall die Spannung zur "Erde" abzuleiten und damit die Haussicherung auszulösen, damit keine gefährliche Spannung am Metallgehäuse anliegt. Bei einer 3-adrigen Leitung sind die Adernkennfarben wie folgt festgelegt:

* Außenleiter (L) $\rightarrow$ braun * Neutralleiter (N) $\rightarrow$ blau * Schutzleiter (PE) $\rightarrow$ grün/gelb
Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. <ol> <li> <p>Kurzzusammenfassung: Weiße Seite mit drei Einzelbeschriftungen „L“, „N“ und „PE“ entlang des rechten Randes.</p> </li> <li> <p>Detaillierte Beschreibung: Das Bild ist im Hochformat und ansonsten leer/weiß. Oben rechts steht der einzelne Buchstabe „L“. Weiter unten, etwa im unteren rechten Drittel, steht der einzelne Buchstabe „N“. Ganz unten rechts befindet sich die Beschriftung „PE“. Es sind keine Linien, Symbole, Bauteile, Rahmen, Achsen oder weiteren Elemente sichtbar."></p> <figcaption>Abbildung NE-10.1.1: Aderfarben einer 3-adrigen Leitung</figcaption> </li> </ol> </figure> </div> <aside class= Nicht drauf verlassen, sondern messen!

Netzgerät

  • Netzgerät wandelt Wechselspannung von $230 V$ aus der Steckdose in kleinere Gleichspannung um
  • Im Amateurfunk wird häufig $13,8 V$ für Transceiver verwendet
1) Kurzbeschreibung: Bedien- und Anzeigenfeld eines Netzteils mit Digitalanzeigen für Spannung und Strom, Drehknopf zur Spannungseinstellung, Ein-/Aus-Tasten, Überlastanzeige und farbigen Ausgangsbuchsen für die Gleichspannung. <ol start=
  • Ausführliche Beschreibung: Links oben befindet sich ein rechteckiges Sieben-Segment-Display mit der Beschriftung „V“ darüber; es zeigt „13.8“. Rechts oben ein gleiches Display mit der Beschriftung „A“ darüber; es zeigt „00.0“. Mittig steht der Text „Spannungseinstellung“ über einem großen runden Drehknopf mit einem einzelnen Markierungsstrich oben. Links unten ist ein vertikales Doppelfeld mit zwei Tasten, oben „ON“, unten „OFF“. Rechts in der Mitte ist eine runde gelbe Kontroll-LED mit der Beschriftung „Überlast“. Darunter gibt es zwei runde Buchsen mit Polaritätszeichen: links blau mit „−“, rechts rot mit „+“. Unter den Buchsen steht der Text „Ausgang“.">
    Abbildung NE-10.2.1: Netzgerät
    • * Beim *Schutzkontaktstecker* gibt es drei Pole * L- und N-Leiter durch Stifte * Dort liegt die $230 V$-Spannung an * *Schutzkontakt* ist der dritte Pol * PE-Leiter durch äußere Schleifkontakte
    1) Kurzbeschreibung: Weiße Schutzkontakt-Steckdose (links) und schwarzer Netzstecker (rechts); rote Markierungen für die seitlichen Schutzkontakte. <ol start=
  • Ausführliche Beschreibung: Die Abbildung besteht aus zwei Fotos. Links ist eine weiße Einbausteckdose mit Schutzkontakten zu sehen. Rechts ist ein schwarzer Netzstecker mit seitlichen Schutzkontaktstreifen zu sehen. Bei beiden Fotos sind die Schutzkontakte jeweils durch rote Markierungen hervorgehoben.">
    Abbildung NE-10.2.1: Schutzkontakt an einer Steckdose und Schukostecker
    • 1) Kurzbeschreibung: Blockschaltbild mit Signalfluss von links nach rechts: Stromquelle („~ 230 V“), Netzgerät („⎓ 13,8 V“), Sicherung, Transceiver, Antenne; Stromquelle mit „Hohe Spannung“ und Verbindung zwischen Netzgerät und Transceiver über die Sicherung mit „Kurzschluss- und Verpolungsgefahr“ beschriftet; zwischen Sicherung und Transceiver Beschriftung „Gleichstrom (I)“. <ol start=
  • Ausführliche Beschreibung: Gezeigt ist ein Blockschaltbild aus mehreren mit zwei horizontalen Linien verbundenen Baugruppen. Ganz links befindet sich eine Stromquelle, dargestellt mit zwei Anschlusspunkten und der Beschriftung „~ 230 V“ sowie in grauer Kursivschrift „Hohe Spannung“. Nach rechts schließt sich ein Netzgerät („⎓ 13,8 V“) an. Dessen oberer Ausgang ist mit einem roten „+“ und der untere Ausgang mit einem schwarzen „–“ versehen. Vom oberen Ausgang geht eine rote Linie über eine rot eingezeichnete Sicherung zum oberen Eingang eines Transceivers (TRX). Die Linie enthält einen nach rechts zeigenden roten Pfeil und ist rot mit „Gleichstrom (I)“ beschriftet. Vom unteren Ausgang des Netzgerätes geht eine schwarze Linie direkt zum unteren Eingang des Transceivers. Der Transceiver ist mit Masse verbunden. Rechts vom Transceiver gibt es einen Ausgang, der zu einer Antenne führt. Zwischen Netzgerät und Transceiver steht in grauer Kursivschrift „Kurzschluss- und Verpolungsgefahr“.">
    Abbildung NE-10.2.1: Anschluss von Netzgerät und TRX
    • * Ist zweipolig zum Transceiver * Klemmen sind in der Regel farbig
    * Rot für Plus * Schwarz für Minus * Polung beachten!
    1) Kurzbeschreibung: Foto mit drei Feinsicherungen mit unterschiedlicher Auslösezeit in Verpackungen sowie zwei Sicherungshalter. <ol start=
  • Ausführliche Beschreibung: Das Foto zeigt drei Feinsicherungen mit unterschiedlicher Auslösezeit in Verpackungen, beschriftet mit „Träge“ (1,25 A), „Flink“ (6,3 A) und „Mittelträge“ (400 mA). Darunter sind zwei Sicherungshalter gezeigt. Links ist ein zerlegter Sicherungshalter mit Schraubgewinde zu sehen, in dem eine Feinsicherung aus Glas mit Metallkappen an den Enden steckt. Rechts davon befindet sich ein Sicherungshalter mit zwei Klemmen, die eine Feinsicherung aus Glas enthalten.">
    Abbildung NE-10.2.1: Feinsicherungen
    • * Unterbrechen Stromfluss im Fehlerfall (Kurzschluss oder Überlastung) * Schmelzsicherungen in denen ein dünner Draht schmilzt * *Durchgebrannte Sicherung* bzw. *thermische Abschaltung*
    • Erst die Ursache beheben
    • Durch gleichartige ersetzen
    • Stromstärke und Auslösecharakteristik
    AuslösecharakteristikKennzeichenAbschaltzeit bei zehnfachem Nennstrom
    flinkFmax. $30 ms$
    mittelträgeMTmax. $90 ms$
    trägeTmax. $300 ms$
    Tabelle NE-10.2.1: Kenngrößen von Feinsicherungen
    • In hochwertigen Netzgeräten
    • Im Kurzschlussfall wird die Stromstärke begrenzt
    • Kurzschlussstrombegrenzung
    • Kein Austausch von Sicherungen notwendig

    Batterien und Akkus

    • Spannung durch Ladungstrennung in elektrochemischen Vorgängen
    • Beim Akku ist der Vorgang umkehrbar
    • Plus- oder Minuspol gekennzeichnet
    1) Kurzbeschreibung: Zylindrische Alkaline-Batterie mit gelben Markierungen für den Pluspol und mit Sicherheitshinweisen. <ol start=
  • Ausführliche Beschreibung: Das Foto zeigt eine Batterie mit der Beschriftung „ALKALINE“. Auf dem Foto gibt es gelb umrandete Markierungen für den Pluspol (links), für Sicherheitshinweise „Nicht ins Feuer werfen • Nicht öffnen • Nicht aufladen“ sowie darunter „Auf Polarität achten (+/–)“ (in der Mitte) und eine durchgestrichene Mülltonne. Außerdem gibt es Sicherheitshinweise in englischer Sprache, die auf dem Foto nicht umrandet sind.">
    Abbildung NE-10.3.1: Eine Batterie mit Kennzeichnung der Pole und Warnhinweisen
    • 1) Kurzbeschreibung: Horizontale Linie mit dem Symbol für eine Spannungsquelle in der Mitte; links steht die Ziffer „1“, rechts die Ziffer „2“. <ol start=
  • Eine horizontale Linie verläuft von links nach rechts. Links außerhalb der Linie steht die Ziffer „1“, rechts die Ziffer „2“. Etwa in der Mitte befindet sich das Symbol für eine Spannungsquelle: zwei kurze, parallele, senkrechte Linien mit kleinem Abstand; die linke Linie ist länger und schmaler als die rechte. Weitere Bauteile, Beschriftungen oder Achsen sind nicht vorhanden.">
    Abbildung NE-10.3.2: Schaltzeichen einer Batterie
    • * Batterien lassen sich hintereinander schalten * Pluspol auf Minuspol der vorhergehenden Batterie * Die Gesamtspannung ist die Summe der Einzelspannungen
    Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. <p>Fünf Batterien in unterschiedlichen Größen nebeneinander angeordnet: Von links nach rechts sind die Batterien in der Größenordnung LR41, AAA, AA und 9V. Jede Batterie hat sichtbare Plus- und Minuszeichen. Die Beschriftungen neben den Batterien lauten "AAA 1,5 V", "AA 1,5 V", "9 V Block", "LR41 1,5 V". Unten rechts befindet sich ein einfaches elektrisches Schaltsymbol für eine Spannungsquelle mit den Bezeichnungen "G", "+" und "-"."> <figcaption>Abbildung NE-10.3.1: Verschiedene Batterien und Akkus</figcaption></p> </figure> </div> </section> <section><ul> <li>Vermeiden!</li> <li>Bei Akkus Gefahr der Überhitzung</li> <li>Brandgefahr</li> </ul> </section> <section><ul> <li>In Akkus sind verschiedene chemische Technologien im Einsatz</li> <li>Beim Aufladen angepasste Ladegeräte verwenden</li> <li>Gefahr von Überhitzung, Explosion oder Brand</li> <li>Dadurch kann es zu Verbrennungen, Verätzungen und Vergiftungen kommen</li> </ul> </section> </section> <section> <section data-background-color=

    Gleichrichter I

    * Um die Wechselspannung zu einer Gleichspannung zu wandeln, benötigen wir einen Gleichrichter. * Die einfachste Möglichkeit ist die Gleichrichtung mit einer Diode, denn eine Diode leitet den Strom nur in eine Richtung.
    Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. <p>Kurzzusammenfassung: Schaltplan mit einem Transformator, einer Diode D und einem vertikalen Lastwiderstand RL in Reihe; Pfeile kennzeichnen die Spannungen UE und UL.</p> <p>Detaillierte Beschreibung: Links sind zwei offene Klemmen mit einem sinusförmigen Symbol, das auf eine Wechselspannung hinweist, an die Primärwicklung eines Transformators (gezeichnet mit zwei Spulen, getrennt durch zwei parallele Striche) angeschlossen. Die Sekundärseite führt in einen rechteckigen Stromkreisrahmen. Auf der oberen horizontalen Leitung sitzt mittig eine Diode, darüber mit „D“ beschriftet; das Diodensymbol zeigt ein gefülltes Dreieck, das nach rechts auf einen vertikalen Strich weist. Rechts befindet sich ein vertikal gezeichneter rechteckiger Widerstand, mit „RL“ beschriftet. Neben dem Widerstand zeigt ein Pfeil mit der Beschriftung „UL“ nach unten. Links im Rahmen, neben der Sekundärseite, zeigt ein weiterer Pfeil mit der Beschriftung „UE“ nach unten. Die untere Leitung verläuft zurück zum unteren Anschluss der Sekundärwicklung und schließt den Stromkreis. Es sind keine weiteren Bauteile oder Achsen vorhanden."> <figcaption>Abbildung NE-10.4.1: Einweggleichrichter</figcaption></p> </figure> </div> </section> <section><ul> <li>Damit "schneiden" wir von der Wechselspannung die negative Halbwelle ab.</li> <li>Weitere Bauelemente sind notwendig um aus den positiven Halbwellen eine stabile Gleichspannung zu machen, diese lernen wir im Klasse A Kurs kennen. </left></li> </ul> <div class=
    Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. <ol> <li> <p>Zusammenfassung: Eine dicke, sinusförmige Kurve ist in einem Koordinatendiagramm mit der senkrechten Achse „U_E“ und der waagerechten Achse „t“ dargestellt.</p> </li> <li> <p>Detaillierte Beschreibung: Links steht eine senkrechte Achse mit Pfeil nach oben und der Beschriftung „U_E“. Eine dünne waagerechte Linie verläuft von links nach rechts durch das Bild, trägt am rechten Ende einen Pfeil und die Beschriftung „t“, und dient als Nulllinie/Bezugsgerade. Eine schwarze, im Vergleich zu den Achsen deutlich dickere, glatte sinusförmige Linie erstreckt sich über die gesamte Breite des Bildes; sie verläuft abwechselnd ober- und unterhalb der waagerechten Linie, bildet mehrere Wellenberge und -täler und schneidet die waagerechte Linie an mehreren Stellen. Am linken Rand schneidet die Kurve die senkrechte Achse oberhalb der waagerechten Linie; nahe dem rechten Rand liegt ein Wellenberg, danach fällt die Kurve leicht ab bis zum Bildrand. Es sind keine Zahlenmarkierungen, Gitterlinien oder Einheiten angegeben."></p> <figcaption>Abbildung NE-10.4.1: Eingangsspannung Einweggleichrichter</figcaption> </li> </ol> </figure> <figure class= Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. <ol> <li> <p>Kurzfassung: Diagramm mit einer orangefarbenen Kurve, die drei glatte, nach oben gewölbte Pulse zeigt, getrennt durch Abschnitte auf der Nulllinie.</p> </li> <li> <p>Detaillierte Beschreibung: Ein rechtwinkliges Koordinatensystem mit y‑Achse links (Pfeil nach oben) und x‑Achse unten (Pfeil nach rechts). Die y‑Achse ist mit "U_L" beschriftet, die x‑Achse mit "t". Eine orangefarbene Linie beginnt am Ursprung, steigt glatt an, bildet einen abgerundeten Gipfel oberhalb der x‑Achse und fällt wieder exakt auf die x‑Achse zurück. Danach verläuft die Linie eine Weile als flache Linie auf der x‑Achse, bevor der nächste, gleichartig geformte Puls folgt. Insgesamt sind drei solcher nach oben geöffneten, etwa symmetrischen Bögen zu sehen, jeweils durch horizontale Abschnitte auf der x‑Achse getrennt. Die Kurve überschreitet die x‑Achse nicht nach unten; es gibt keine Skalenmarken, Gitterlinien oder weiteren Beschriftungen."></p> <figcaption>Abbildung NE-10.4.2: Lastspannung Einweggleichrichter</figcaption> </li> </ol> </figure> </div> </section> </section> <section> <section data-background-color=

    Schaltnetzteil I

    • Schaltnetzteile bringen die Eingangsspannung auf eine höhere Frequenz, wodurch kleinere Transformatoren eingesetzt werden können und bieten effizientere Wege die Ausgangsspannung konstant zu halten.
    • Hoher Wirkungsgrad
    • Geringes Gewicht
    • Geringes Volumen
    • Durch die hohen Frequenzen kann es zu hochfrequenten Störungen kommen, die besonders im Kurzwellenbereich stören.
    • Bei für den Amateurfunk konzipierten Netzgeräten ist das inzwischen kein Problem mehr, bei Netzgeräten in der Unterhaltungselektronik schon.

    Sicherungen

    • Im Netzgerät und/oder in der Verbindungsleitung zum Transceiver gibt es sogenannte Feinsicherungen
    • Diese unterbrechen im Fehlerfall (Kurzschluss oder Überlastung) den Stromfluss
    1) Kurzbeschreibung: Foto mit drei Feinsicherungen mit unterschiedlicher Auslösezeit in Verpackungen sowie zwei Sicherungshalter. <ol start=
  • Ausführliche Beschreibung: Das Foto zeigt drei Feinsicherungen mit unterschiedlicher Auslösezeit in Verpackungen, beschriftet mit „Träge“ (1,25 A), „Flink“ (6,3 A) und „Mittelträge“ (400 mA). Darunter sind zwei Sicherungshalter gezeigt. Links ist ein zerlegter Sicherungshalter mit Schraubgewinde zu sehen, in dem eine Feinsicherung aus Glas mit Metallkappen an den Enden steckt. Rechts davon befindet sich ein Sicherungshalter mit zwei Klemmen, die eine Feinsicherung aus Glas enthalten.">
    Abbildung NE-10.6.1: Feinsicherungen
    • Defekte Sicherungen dürfen nur durch gleichartige ersetzt werden!
    • Dabei ist sowohl auf Stromstärke als auch die Auslösecharakteristik zu achten, die angibt, wie schnell eine Sicherung auslöst (flink, mittelträge, träge).
    flinkFmax. $30 ms$
    mittelträgeMTmax. $90 ms$
    trägeTmax. $300 ms$
    Tabelle NE-10.6.1: Kenngrößen von Feinsicherungen

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