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Falls Sie in der Nähe eines betriebsamen Seehafens wohnen, werden Sie vielleicht manchmal durch das Ertönen des Nebelhorns eines Schiffes aufgeweckt werden. Nebelhörner waren vor dem Aufkommen von Radarsystemen die einzigen Hilfsmittel, die Schiffskapitäne hatten, um Kollisionen zu verhindern. Die Entfernung und die Richtung des tiefen Tons gaben einen Hinweis auf die Position eines Schiffes. Viele Boote und Schiffe benutzen heute — trotz Radar — immer noch Nebelhörner.
Sicherlich sind zwischen unserem Gerät und einem Schiffsnebelhorn einige dB Unterschied, und dieser Aufbau wird kaum die Familie aufwecken (oder die Nachbarn!), aber es wird ein sehr realistischer Ton erzeugt.
Die Funktion
Das Nebelhorn besteht aus einem Oszillator, der den Grundton erzeugt, und einem Lautsprecher-Treiber. Der verwendete Oszillator besteht aus einer altbewährten Multivibratorschaltung. Diese Schaltungsart wird sehr oft - in den verschiedensten Formen — in der Elektronik verwendet; sie gehört zu den Grundschaltungen, die man in vielen komplizierten Schaltungen wiederfindet. Man kann Multivibratoren z. B. in Taktgeberschaltungen für Zeitmessungen, in Funktionsgeneratoren und vielen digitalen Schaltungen finden.
Der hier verwendete Multivibrator besteht aus Bauteilen Q1, Q2, C1, C2 und R1 bis R4. Um die Funktionsweise zu verstehen, gehen wir von folgender Annahme aus: Q2 wird dann leitend, wenn der Tastschalter PB1 gedrückt wird. Einer der beiden Transistoren Q1 oder Q2 wird zuerst leitend, weil ihre elektrischen Parameter ein wenig unterschiedlich sind.
Wird nun PB1 gedrückt, dann leitet Q1, und Q2 sperrt. Die Spannung am Kollektor von Q1 ist etwa gleich der Versorgungsspannung (ungefähr +9 V), und die Basis von Q1 liegt auf etwa null Volt, da Q2 noch durchgeschaltet bleibt. C1 beginnt sich über R2 aufzuladen, und die Spannung an der Basis von Q1 steigt an. Wird ein bestimmter Spannungswert erreicht, beginnt Q1 leitend zu werden. Die Spannung am Kollektor von Q1 fällt abrupt. Die Ladung von C2 liefert nun eine Vorspannung in Sperrichtung an die Basis von Q2, der sofort sperrt. Somit springt die Spannung am Kollektor von Q2 auf den Wert der Versorgungsspannung, und C1 beginnt sich über R4 und über die Basis von Q1 aufzuladen; Q1 bleibt noch durchgeschaltet, solange C1 sich auflädt.
Nun beginnt C2 sich aufzuladen — in entgegengesetzter Richtung zu der vorigen Aufladung —, und die negative Spannung an der Basis von Q2 (geliefert von C2) nimmt ab, geht durch Null und steigt in positiver Richtung an. Wenn die Basis von Q2 ausreichend vorgespannt ist, wird Q2 wieder leitend.
Der ganze Ablauf startet von neuem. Die Ladung von C1 kehrt die Vorspannung an Q1 um, der sofort sperrt; C2 lädt sich dann über R1 auf, was Q2 noch weiter durchschaltet . . ., bis C1 genügend aufgeladen ist, um Q1 leitend zu machen, usw.
Auf diese Art und Weise steigen die Kollektorspannungen von Q1 und Q2 wechselweise für einen definierten Zeitraum, an; es entsteht ein Rechteckimpuls.
Das ist unser Grund- oder Wald-und-Wiesen-Multivibrator. Die Oszillatorfrequenz hängt von den Werten (und somit von den Zeitkonstanten) R1, C2 und R2, C1 ab. Ein Ausgangsimpuls kann am Kollektor von Q1 oder Q2 abgegriffen werden. Der Impuls an einem Kollektor ist in entgegengesetzter Phase zu dem am anderen Kollektor (wenn ein Kollektor 'High' ist, ist der andere Kollektor 'Low').
Der Ausgangsimpuls des Oszillators reicht nicht zum direkten Treiben des Lautsprechers aus, da der Oszillator eine zu hohe Ausgangsimpedanz hat und deshalb nicht genügend Strom zum Treiben des Lautsprechers, der eine verhältnismäßig niedrige Impedanz hat, liefern kann. Um den nutzbaren Strom zu erhöhen und die Ausgangsimpedanz zu erniedrigen, verwendeten wir einen Emitterverstärker, bei dem der Eingangsimpuls an die Basis von Q3 geführt wird und der Ausgangsimpuls am Emitter abgegriffen wird. Die Ausgangsspannung am
Emitterverstärker ist fast gleich der Eingangsspannung, aber der Strom ist ausreichend verstärkt, um den Lautsprecher treiben zu können.
Aber welche Funktion haben R5 und C3? Nun, sie helfen dem Oszillator, den charakteristischen Ton zu erzeugen. Der Oszillator erzeugt den niedrigen Grundton des Nebelhorns. Aber wenn Sie genau einem wirklichen Nebelhorn zuhören, werden Sie bemerken, dass der Ton und die Lautstärke leicht schwanken. Die Frequenz eines Multivibrators hängt beträchtlich von der Versorgungsspannung ab. Je niedriger die Speisespannung, desto niedriger die Frequenz - und umgekehrt. Die Ausgangsspannung und somit die Lautstärke sind ebenfalls geringer bei niedriger Versorgungsspannung — und umgekehrt.
Wenn PB1 gedrückt wird, dann benötigt C3 eine relativ kurze Zeit, um sich aufzuladen, und damit auch die Versorgungsspannung für den Oszillator (und für den Lautsprecher). Deshalb gibt auch der Lautsprecher eine ansteigende Tonfrequenz bei ansteigender Lautstärke wieder (charakteristisch für den ersten Abschnitt des Nebelhorn-Signals). Wird PB1 losgelassen, dann benötigt C3 eine bestimmte Zeit, um sich zu entladen; der Schallpegel und die Tonfrequenz verhallen.
Auf diese Art und Weise simuliert die Schaltung den charakteristischen Ton eines Nebelhorns.
Aufbau
Diese Schaltung ist einfach genug, um sie auf eine Experimentierplatte oder auf einen Lötösenstreifen aufzubauen. Wir verwendeten jedoch eine gedruckte Leiterplatte.
Einerlei, welche Art des Aufbaus Sie wählen, beachten Sie — wie immer — die Einbaulage der Transistoren und die Polarität der Spannungszuleitungen. Das einzige etwas ungewöhnliche Bauteil ist der 75R Lautsprecher, der uns aber auch keine Beschaffungsprobleme bereitete.
Sie können den Ton des Nebelhorns leicht ändern, falls er nicht ganz Ihren Erwartungen entspricht — normale Streuungen der elektrischen Parameter ergeben unterschiedliche Ergebnisse. Sie können den Grundton, der vom Multivibrator erzeugt wird, durch Verändern von C1 und C2 variieren. Ein höherer oder niedrigerer Normwert ergibt schon eine recht breite Tonveränderung. Kleinere Veränderungen können durch Parallelschalten von mehreren Kondensatoren erreicht werden. Verwenden Sie hohe Werte — ähnlich den angegebenen — und schalten Sie einen kleineren Kondensator parallel zu jedem der Kondensatoren C1 und C2.
Die ansteigende und abfallende Kennlinie der Tonfrequenz und des Schallpegels werden durch R5 und C3 bestimmt. Der Wert von R5 kann nur wenig verändert werden. Man erhält ein viel besseres Ergebnis, wenn C3 oder seine Entladungszeit verändert wird. Sie können die 'Verhallzeit' verkürzen, indem Sie einen niederohmigen Widerstand parallel zum C3 schalten und somit den Entladestrom erhöhen. Beginnen Sie Ihren Versuch mit einem Widerstand in der Größenordnung von 680 R
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Achtung diese Schaltung ist noch für Lautsprecher mit 75 Ohm ausgelegt !
Ich werde in nächster Zeit die Schaltung für normale Lautsprecher also 4 Ohm oder 8 Ohm abändern und einen Ausgang zum Anschluss an die hier gezeigten Verstärker.
 
 
 
  nach Elektor, Platine und Schaltung von mir überarbeitet  
 

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© Harro Walsh