Die Eigenschaften von Kapazitäten und Induktivitäten ermöglichen es, in einem Stromkreis, der aus einem Kondensator und einer Spule besteht, einen periodisch wechselnden Strom zu erzeugen. In diesem Zusammenhang ist es für Sie nicht schwierig, elektromagnetische Schwingungen zu erklären.
Elektromagnetische Schwingungen erklären

Elektromagnetische Schwingungen werden in Ihrem Physikunterricht innerhalb der Elektrizitätslehre besprochen. Um den Vorgang leichter zu verstehen, wird eine Schaltung mit einer angelegten Spannung U, einem Kondensator C, einem Schalter S und einer Spule L aufgebaut, sodass zwischen den Platten des Kondensators ein elektrisches Feld entsteht. Hier wird die Energie W gespeichert.
Legen Sie den Schalter um, erfolgt eine Entladung des Kondensators über die Spule. Das Anwachsen des Entladungsstromes wird durch die Induktivität der Spule gehemmt, und gleichzeitig entsteht in ihrer Umgebung ein Magnetfeld.
Merken Sie sich, dass die anfangs im elektrischen Feld gespeicherte Energie während des Entladevorgangs kleiner wird. Diese wird durch das Ansteigen des Stromes sich aufbauende Magnetfeld in die Spule übertragen. Wenn der Kondensator entladen ist, könnte der Strom aufhören zu fließen. Eine Abnahme des Stromes schwächt aber das Magnetfeld der Spule, wobei eine Induktionsspannung entsteht, die den Strom in seiner bisherigen Richtung weiterfließen lässt. Dadurch wird der Kondensator durch Strom mit entgegengesetztem Vorzeichen wieder aufgeladen und die Energie wieder zurück ins elektrische Feld übertragen.
Da im Stromkreis, abgesehen von den kleinen Verlusten in der Leitung, keine Energie verbraucht wird, ist der Kondensator schließlich nahezu auf die ursprüngliche Spannung aufgeladen, wenn das Magnetfeld verschwunden ist, wobei Sie jedoch die entgegengesetzten Vorzeichen berücksichtigen müssen. Da im Stromkreis, abgesehen von den kleinen Verlusten in der Leitung, keine Energie verbraucht wird, ist der Kondensator schließlich nahezu auf die ursprüngliche Spannung aufgeladen, wenn das Magnetfeld verschwunden ist, wobei Sie jedoch die entgegengesetzten Vorzeichen berücksichtigen müssen.
Da die Energie zwischen einem elektrischen und einem magnetischen Feld hin und her schwingt, bezeichnen Sie diesen Vorgang als elektromagnetische Schwingungen. Die Schaltung wird dabei Schwingkreis genannt.
Periodische Veränderungen des elektrischen und magnetischen Feldes erzeugen

Aus der Schaltung können Sie vermuten, dass die Periodendauer der elektromagnetischen Schwingungen des Schwingungsvorganges wächst, wenn die Kapazität des Kondensators oder die Induktivität der Spule erhöht wird. Im ersten Fall wächst die Ladung, die sich von einer Kondensatorplatte zur anderen bewegt, im anderen Fall wird der Entladevorgang durch die größere Induktion verlangsamt.
Sie können die gesetzmäßige Abhängigkeit der Periodendauer von der Kapazität und der Induktivität des Schwingkreises nachvollziehen, wenn Sie berücksichtigen, dass der Schwingkreis in sich geschlossen ist und dadurch Spule und Kondensator stets vom gleichen Strom durchflossen werden. Da er keine Spannungsquelle enthält, müssen die Spannungen an Spule und Kondensator stets entgegengesetzt gleich sein.
Aus dieser Feststellung ist es für Sie verständlich, dass, abgesehen vom Vorzeichen, auch die Quotienten aus Spannung und Strom, die Scheinwiderstände beider Bauelemente des Schwingkreises gleich sind. Da der Ohmsche Widerstand meist klein ist, kann er neben dem Wechselstromwiderstand vernachlässigt werden. Daher können in einem Schwingkreis elektromagnetische Schwingungen mit der Periodendauer T = 2 * ? ? L * C angelegt werden.
Sie erkennen nun, dass eine elektromagnetische Schwingung einen Wechsel zwischen den Energien eines elektrischen und eines magnetischen Feldes darstellt. Diese Vorgänge würden sich unverändert periodisch wiederholen, wenn nicht der nie ganz vermeidbare Ohmsche Widerstand des Schwingkreises einen Energieverlust und dadurch eine Dämpfung der Schwingungen verursachen würde.
Wollen Sie ungedämpfte Schwingungen erhalten, müssen in jeder Periode die Energieverluste durch einen entsprechenden Antriebsimpuls ausgeglichen werden. Erzeugen Sie mit einem Generator eine Wechselspannung, die mit der Frequenz des Schwingkreises übereinstimmt, so lässt sich die Schwingung entdämpfen, indem Sie diese Spannung an die Verzweigungspunkte des Schwingkreises anlegen.
Bei höheren Frequenzen, die Sie nicht mit Generatoren erzeugen können, benötigen Sie besondere Schaltungen, um die Impulse zu steuern, dass sie die Schwingung wirklich entdämpfen. Diese müssen genau mit der Frequenz des Schwingkreises und bei einer richtigen Schwingungsphase zugeführt werden, weil sonst die Schwingung nicht entdämpft, sondern gehemmt werden kann.

Elektromagnetische Schwingungen in Rückkopplungsschaltungen kennenlernen

Die erste Schaltung, mit der man ungedämpfte elektrische Schwingungen erzeugen konnte, ist die von A. Meißner im Jahr 1912 angegebene Rückkopplungsschaltung, die eine Elektronenröhre benötigt. Heute bauen Sie alle Schaltungen zur Erzeugung von Schwingungen mit Transistoren auf.
Beachten Sie, dass diese Schaltung einen Schwingkreis enthält, in dem unmittelbar durch den Einschaltvorgang Schwingungen angeregt werden. Sie rufen durch Induktion in der Spule einen Wechselstrom hervor, der dem Basisstrom des Transistors überlagert wird.
Sie sollten wissen, dass Stromänderungen verstärkt zum Kollektorstrom und mit diesem wieder zum Schwingkreis übertragen werden. Da die Frequenz aller in der Schaltung auftretenden Wechselströme zugleich die Eigenfrequenz des Schwingkreises ist, erfolgen die mit dem Kollektorstrom in den Schwingkreis übertragenen Impulse mit der richtigen Frequenz.
Die in den Basisstromkreis übertragene Energie ist sehr klein, diejenige, die vom Kollektorstrom auf den Schwingkreis übertragen wird, ist dagegen infolge der Verstärkung durch den Transistor wesentliche größer. So wird nicht nur die abgegebene Energie ersetzt, sondern es werden auch alle Energieverluste an den Widerständen des Schwingkreises ausgeglichen. Sie nennen diese Schaltung Rückkopplungsschaltung, da zuerst Energie entnommen und dann verstärkt zurückgeführt wird.