Übungsaufgaben zu Signalpegel und Dämpfung: Dezibel, absoluter und relativer Pegel, Verstärkung

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Dezibel, Verstärkungsmaß, Dämpfungsmaß, dBµV, Leitungsdämpfung, Antennengewinn, Dämpfungsregler, Signal-Rausch-Abstand, Grenzfrequenz, Dämpfungsglied, Übungsaufgaben, Prüfungsvorbereitung

tl/dr; (Bearbeitungszeit insgesamt 57 min, mehrere Aufgaben): Vier Übungsaufgaben zu Signalpegel und Dämpfung – Verstärkungs- und Dämpfungsmaße in einer Messkette, Dämpfungskennwerte von Leitungen aus Messung und Datenblatt samt Umrechnung in Prozent, eine DAB+-Empfangsanlage mit Antennengewinn, Dämpfungsregler, Sperrkreis und Störabstand sowie Frequenzgang, Grenzfrequenzen und Abschwächer eines NF-Verstärkermoduls. Zu jeder Teilaufgabe lässt sich eine Beispiellösung einblenden [AI-Assisted]. (Zuletzt geändert am 11.11.2026)

Diese Übungsaufgaben gehören zum Artikel Signalpegel und Dämpfung: Dezibel, absoluter und relativer Pegel, Verstärkung. Sinusgrößen und Effektivwerte stehen im Artikel Wechselgrößen.

Wortwolke mit den Fachbegriffen der Übungsaufgaben zu Signalpegel und Dämpfung (mit KI erstellt)

Hinweise zur Bearbeitung: Von EGS wird erwartet, dass ihnen Aufgaben auf Profilkompetenz-Ebene (Aufgabe 3.1, Aufgabe 3.2, Aufgabe 3.3 und Aufgabe 3.4) keine Probleme bereiten. Die Beispiellösungen sind immer gleich aufgebaut: Unter Geg. steht, was gegeben ist (bei mehreren Teilaufgaben gemeinsam in der ersten), unter Ges., was gesucht ist. Jede Formel steht zuerst in ihrer Grundform; Umstellungen sind Äquivalenzumformungen, deren Rechenschritt grau rechts neben dem senkrechten Strich steht (Division mit „:“). Einfache Formeln werden römisch nummeriert und ineinander eingesetzt („I in II“), längere Rechnungen nacheinander mit drei signifikanten Stellen. Ergebnisse stehen mit drei signifikanten Stellen doppelt unterstrichen, gerundete mit \approx; wurde mit gerundeten Zwischenergebnissen gerechnet, steht das Ergebnis ohne Rundung darunter. Rechne selbst ebenso mit Formel, eingesetzten Werten und Einheit. Wenn nichts anderes angegeben ist, sind Ein- und Ausgangswiderstände gleich groß, sodass Spannungs- und Leistungsmaß übereinstimmen. Bei „nennen“ genügen Stichworte, bei „beschreiben“, „erläutern“ und „begründen“ antwortest Du in ganzen Sätzen. Schreib Deine Lösung zuerst vollständig auf, bevor Du die Beispiellösung einblendest.

Du möchtest eigene Aufgaben zum Üben von einem KI-Sprachmodell generieren lassen?

Kopiere den Text in ein KI-Sprachmodell Deiner Wahl und passe Kompetenzstufe, Anzahl, Bearbeitungszeit und Szenario bei Bedarf an. Wie die Aufgaben aufgebaut sind, beschreibt der Artikel Wie sind die Aufgaben aufgebaut?. Prüfe die Ergebnisse mit dem Lehrartikel: KI-Sprachmodelle machen Fehler.

Erstelle neue Übungsaufgaben zum Thema „Signalpegel und Dämpfung:
Dezibel, absoluter und relativer Pegel, Verstärkung“.

Bauplan: Halte Dich an Aufbau, Kompetenzstufen, Operatoren,
Anforderungsbereiche, Punkte und Zeitschätzung, die im Artikel
https://oer-informatik.de/aufgaben-aufbau beschrieben sind.

Fachliche Grundlage:
- https://oer-informatik.de/signalpegel-dezibel
- https://oer-informatik.de/wechselgroessen
- https://oer-informatik.de/filter
- Stilbeispiel: https://oer-informatik.de/signalpegel-dezibel-uebungsaufgaben

Die Aufgaben sollen Inhalte zu diesen Schlagwörtern abdecken:
- Dezibel
- Verstärkungsmaß
- Dämpfungsmaß
- dBµV
- Leitungsdämpfung
- Antennengewinn
- Dämpfungsregler
- Signal-Rausch-Abstand
- Grenzfrequenz
- Dämpfungsglied

Kompetenzstufe: Profilkompetenz (alternativ: Basiskompetenz, Kernkompetenz, Expertise)
Anzahl: 1 Aufgabe mit Teilaufgaben
Bearbeitungszeit in Minuten ca.: <5 bis 30 min>
Szenario: eines der Szenarien aus dem Bauplan

Vorgehen:
1. Lies zuerst die verlinkten Artikel. Kannst Du keine Webseiten
   abrufen, sag mir das, statt zu raten.
2. Steht bei einer Angabe noch ein Platzhalter in <…>, frag mich
   zuerst danach. Richte Punkte und Zahl der Teilaufgaben nach der
   Bearbeitungszeit (ca. 0,9 min je Punkt).
3. Gib je Aufgabe Titel mit Kompetenzstufe, Ausgangssituation und
   Teilaufgaben mit Operator und Punktzahl aus, dazu die geschätzte
   Bearbeitungszeit.
4. Gib die Beispiellösungen mit Punkteverteilung erst aus, wenn ich
   danach frage.

Aufgabe 3.1: Messkette für einen Schwingungsprüfstand (Profilkompetenz)

(ca. 13 min Bearbeitungszeit)

Auf einem Prüfstand werden Elektromotoren auf Schwingungen untersucht. Ein Beschleunigungsaufnehmer liefert bei der Referenzschwingung eine Spannung von 8\ \mathrm{mV} (Effektivwert). Ein Vorverstärker hebt sie auf 0{,}95\ \mathrm{V} an. Danach folgt ein Tiefpassfilter, an dessen Ausgang bei der Messfrequenz 0{,}82\ \mathrm{V} anliegen.

a) Berechne das Spannungsverstärkungsmaß des Vorverstärkers. (2 Punkte)

Geg.: U_\mathrm{S} = 8\ \mathrm{mV} (Aufnehmer), U_\mathrm{V} = 0{,}95\ \mathrm{V} (nach dem Vorverstärker), U_\mathrm{F} = 0{,}82\ \mathrm{V} (nach dem Tiefpass)

Ges.: Spannungsverstärkungsmaß G_U des Vorverstärkers

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} G_U & = & 20 \cdot \lg \dfrac{U_2}{U_1}\ \mathrm{dB} & \\ G_U & = & 20 \cdot \lg \dfrac{0{,}95\ \mathrm{V}}{0{,}008\ \mathrm{V}}\ \mathrm{dB} = 20 \cdot \lg 118{,}75\ \mathrm{dB} & \\ G_U & \approx & \underline{\underline{41{,}5\ \mathrm{dB}}} & \end{array}

Formel mit eingesetzten Werten 1 Punkt, Ergebnis 1 Punkt. Achte darauf, beide Spannungen in derselben Einheit einzusetzen.

b) Berechne das Dämpfungsmaß des Tiefpassfilters bei der Messfrequenz. (2 Punkte)

Ges.: Dämpfungsmaß a des Tiefpassfilters

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} a & = & 20 \cdot \lg \dfrac{U_1}{U_2}\ \mathrm{dB} & \\ a & = & 20 \cdot \lg \dfrac{0{,}95\ \mathrm{V}}{0{,}82\ \mathrm{V}}\ \mathrm{dB} & \\ a & \approx & \underline{\underline{1{,}28\ \mathrm{dB}}} & \end{array}

Formel 1 Punkt, Ergebnis 1 Punkt. Als Verstärkungsmaß geschrieben ist das G = -1{,}28\ \mathrm{dB}.

c) Der Vorverstärker wird durch einen umschaltbaren Messverstärker ersetzt. Laut Datenblatt hat er die Stufen −10 dB, 0 dB, +14 dB und +26 dB. Ergänze die Tabelle um Spannungs- und Leistungsfaktor jeder Stufe. (4 Punkte)

Stufen des Messverstärkers
Stufe Spannungsfaktor U_2 : U_1 Leistungsfaktor P_2 : P_1
−10 dB
0 dB
+14 dB
+26 dB

Ges.: Spannungs- und Leistungsfaktor je Stufe

\begin{aligned} &\text{(I)} && \frac{U_2}{U_1} = 10^{\frac{G}{20\ \mathrm{dB}}} \\ &\text{(II)} && \frac{P_2}{P_1} = 10^{\frac{G}{10\ \mathrm{dB}}} \end{aligned}

Je Zeile 1 Punkt:

Stufen des Messverstärkers (Beispiellösung)
Stufe Spannungsfaktor U_2 : U_1 Leistungsfaktor P_2 : P_1
−10 dB 10^{-0{,}5} \approx 0{,}316 10^{-1} = 0{,}1
0 dB 1 1
+14 dB 10^{0{,}7} \approx 5{,}01 10^{1{,}4} \approx 25{,}1
+26 dB 10^{1{,}3} \approx 20{,}0 10^{2{,}6} \approx 398

Der Leistungsfaktor ist jeweils das Quadrat des Spannungsfaktors.

d) Berechne die Spannung am Ausgang des Tiefpassfilters, wenn der Messverstärker auf +26 dB steht. Rechne mit Maßen in dB. (3 Punkte)

Ges.: U_\mathrm{F} bei der Stufe +26 dB

Gesamtmaß der Kette aus Messverstärker und Filter (1 Punkt):

G_\mathrm{ges} = G_\mathrm{V} - a = 26\ \mathrm{dB} - 1{,}28\ \mathrm{dB} = 24{,}72\ \mathrm{dB}

Ausgangsspannung (2 Punkte):

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} G_\mathrm{ges} & = & 20 \cdot \lg \dfrac{U_\mathrm{F}}{U_\mathrm{S}}\ \mathrm{dB} & \color{gray}{: 20\ \mathrm{dB}\ \text{, dann } 10^{(\dots)}} \\ \dfrac{U_\mathrm{F}}{U_\mathrm{S}} & = & 10^{\frac{G_\mathrm{ges}}{20\ \mathrm{dB}}} & \color{gray}{\cdot U_\mathrm{S}} \\ U_\mathrm{F} & = & 8\ \mathrm{mV} \cdot 10^{\frac{24{,}72}{20}} & \\ U_\mathrm{F} & \approx & \underline{\underline{138\ \mathrm{mV}}} & \end{array}

Kontrolle mit Faktoren: 8\ \mathrm{mV} \cdot 19{,}95 \cdot \frac{0{,}82}{0{,}95} \approx 138\ \mathrm{mV}.

e) Eine Auszubildende schreibt ins Messprotokoll: „Zwischen zwei Messpunkten liegt eine Dämpfung von 20 dB, das Signal ist also auf ein Zwanzigstel gesunken.“ Gib an, was 20 dB Dämpfung für Spannung und Leistung bedeuten, und nenne zwei weitere Eigenschaften des Dämpfungsmaßes. (3 Punkte)

Ges.: Bedeutung von 20 dB; zwei Eigenschaften des Dämpfungsmaßes

Die Aussage ist falsch: 20 dB Dämpfung bedeuten, dass die Spannung auf ein Zehntel und die Leistung auf ein Hundertstel sinkt (je 1 Punkt).

Zwei weitere Eigenschaften (zusammen 1 Punkt), z. B.:

  • Die Dämpfungsmaße hintereinanderliegender Glieder werden addiert.

  • Das Maß beschreibt ein Verhältnis und hängt nicht davon ab, wie groß das Signal gerade ist.

  • Das Dämpfungsmaß hängt von der Frequenz ab und gilt nur für die angegebene Frequenz.

  • Ein positives Dämpfungsmaß bedeutet Abnahme, 0 dB heißt unverändert.

Aufgabe 3.2: Leitungen im Hochfrequenzlabor (Profilkompetenz)

(ca. 12 min Bearbeitungszeit)

Ein Hochfrequenzlabor wird neu verkabelt. Bevor die Leitungen verlegt werden, prüfst Du Reste aus dem Lager und planst die Strecken.

a) Auf einer Trommel liegen noch 60\ \mathrm{m} einer unbekannten Koaxialleitung. Du schließt sie beidseitig angepasst an und misst bei 200\ \mathrm{MHz} am Anfang 500\ \mathrm{mV} und am Ende 242\ \mathrm{mV}. Berechne das Dämpfungsmaß der Leitung und ihren Dämpfungskennwert bezogen auf 100 m. (3 Punkte)

Geg.: l = 60\ \mathrm{m}, f = 200\ \mathrm{MHz}, U_1 = 500\ \mathrm{mV}, U_2 = 242\ \mathrm{mV}

Ges.: Dämpfungsmaß a; Dämpfungskennwert a' je 100 m

\begin{aligned} &\text{(I)} && a = 20 \cdot \lg \frac{U_1}{U_2}\ \mathrm{dB} \\ &\text{(II)} && a = a' \cdot l \end{aligned}

  1. 1,5 Punkte:

a = 20 \cdot \lg \frac{500\ \mathrm{mV}}{242\ \mathrm{mV}}\ \mathrm{dB} \approx \underline{\underline{6{,}30\ \mathrm{dB}}}

  1. umstellen und auf 100 m beziehen, 1,5 Punkte:

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} a & = & a' \cdot l & \color{gray}{: l} \\ a' & = & \dfrac{a}{l} = \dfrac{6{,}30\ \mathrm{dB}}{60\ \mathrm{m}} = 0{,}105\ \mathrm{dB/m} & \\ a' & \approx & \underline{\underline{10{,}5\ \mathrm{dB}\ \text{je}\ 100\ \mathrm{m}}} & \end{array}

b) Für eine neue Strecke von 38\ \mathrm{m} ist eine Leitung mit folgenden Datenblattwerten vorgesehen. Ermittle die Dämpfung der Strecke bei 600\ \mathrm{MHz} und bei 2000\ \mathrm{MHz}. (3 Punkte)

Dämpfungskennwerte der vorgesehenen Leitung
Frequenz 100 MHz 300 MHz 600 MHz 1000 MHz 2000 MHz
Dämpfung in dB/100 m 5,1 9,0 13,0 17,2 25,4

Geg.: l = 38\ \mathrm{m}; a'_{600} = 13{,}0\ \mathrm{dB}/100\ \mathrm{m}, a'_{2000} = 25{,}4\ \mathrm{dB}/100\ \mathrm{m}

Ges.: Dämpfung der Strecke bei 600 MHz und 2000 MHz

\begin{aligned} &\text{(I)} && a = a' \cdot l \end{aligned}

Richtige Werte aus der Tabelle abgelesen 1 Punkt, je Ergebnis 1 Punkt:

a_{600} = \frac{13{,}0\ \mathrm{dB}}{100\ \mathrm{m}} \cdot 38\ \mathrm{m} = \underline{\underline{4{,}94\ \mathrm{dB}}} \qquad a_{2000} = \frac{25{,}4\ \mathrm{dB}}{100\ \mathrm{m}} \cdot 38\ \mathrm{m} \approx \underline{\underline{9{,}65\ \mathrm{dB}}}

c) Berechne, wie viel Prozent der Eingangsspannung bei 2000\ \mathrm{MHz} am Ende der neuen Strecke ankommen. (2 Punkte)

Ges.: U_2 : U_1 in Prozent bei 2000 MHz

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} a & = & 20 \cdot \lg \dfrac{U_1}{U_2}\ \mathrm{dB} & \color{gray}{: (-20\ \mathrm{dB})\ \text{, dann } 10^{(\dots)}} \\ \dfrac{U_2}{U_1} & = & 10^{-\frac{a}{20\ \mathrm{dB}}} = 10^{-\frac{9{,}65}{20}} & \\ \dfrac{U_2}{U_1} & \approx & 0{,}329 = \underline{\underline{32{,}9\ \%}} & \end{array}

Formel 1 Punkt, Ergebnis 1 Punkt. Es kommt also nur ein Drittel der Spannung an.

Mit gerundeten Zwischenergebnissen ergibt sich: 10^{-9{,}65/20} \approx 32{,}9\ \%
Ohne gerundete Zwischenergebnisse ergibt sich: 10^{-9{,}652/20} \approx 32{,}9\ \%

d) Nach dem Verlegen einer Datenleitung im selben Gebäude zeigt der Kabeltester für ein Adernpaar eine Einfügedämpfung von 14{,}2\ \mathrm{dB} an. Ein Kollege meint: „Dann gehen 14,2 % des Signals verloren.“ Beurteile die Aussage, indem Du die Dämpfung in ein prozentuales Spannungsverhältnis umrechnest. (3 Punkte)

Geg.: a = 14{,}2\ \mathrm{dB}

Ges.: U_2 : U_1 in Prozent; Beurteilung der Aussage

\frac{U_2}{U_1} = 10^{-\frac{14{,}2}{20}} \approx \underline{\underline{19{,}5\ \%}}

(1 Punkt) Am Ende der Strecke kommen nur 19,5 % der Spannung an, es gehen also 80,5 % der Spannung verloren; von der Leistung kommen nur 10^{-1{,}42} \approx 3{,}80\ \% an (1 Punkt).

Beurteilung (1 Punkt): Die Aussage ist falsch. Der Kollege hat die dB-Zahl als Prozentwert gelesen. Das Dämpfungsmaß ist ein logarithmisches Maß; erst über 10^{-a/20\ \mathrm{dB}} wird daraus ein Spannungsverhältnis.

e) Erläutere, warum der Dämpfungskennwert einer Leitung mit der Frequenz steigt. (2 Punkte)

Ges.: Begründung der Frequenzabhängigkeit

Mit steigender Frequenz wird der Strom zur Leiteroberfläche gedrängt (Skineffekt). Der wirksame Querschnitt wird kleiner, der Widerstand der Leiter und damit die Verluste steigen (1 Punkt). Zusätzlich nehmen die Verluste im Isolierstoff (Dielektrikum) zwischen Innen- und Außenleiter mit der Frequenz zu (1 Punkt). Beides zusammen erhöht die Dämpfung je Meter.

Aufgabe 3.3: DAB+-Empfang für die Beschallung einer Werkhalle (Profilkompetenz)

(ca. 15 min Bearbeitungszeit)

Eine Tischlerei möchte in ihrer Werkhalle Digitalradio über die vorhandene Beschallungsanlage hören. Auf dem Dach wird eine Richtantenne für Band III montiert. Die Signalkette und die Datenblattangaben bei der Empfangsfrequenz:

Glieder der Empfangsanlage
Glied Angabe
Halbwellendipol am Antennenstandort (Messung) 52\ \mathrm{dB\mu V}
Richtantenne Gewinn 5\ \mathrm{dBd}
Dämpfungsregler einstellbar 0 \dots 12\ \mathrm{dB} in 1-dB-Stufen
Antennenverstärker Verstärkung 24\ \mathrm{dB}, höchster Eingangspegel 76\ \mathrm{dB\mu V}
Koaxialleitung 30\ \mathrm{m}, 12\ \mathrm{dB} je 100 m
Zweifachverteiler Durchgangsdämpfung 4\ \mathrm{dB}
DAB+-Empfänger Eingangspegel 45 \dots 85\ \mathrm{dB\mu V}

a) Berechne den Pegel und die Spannung am Ausgang der Richtantenne. (3 Punkte)

Geg.: L_\mathrm{Dipol} = 52\ \mathrm{dB\mu V}, G_\mathrm{Ant} = 5\ \mathrm{dBd}; Regler 0 \dots 12\ \mathrm{dB}; Verstärker G_\mathrm{V} = 24\ \mathrm{dB}, L_\mathrm{E,max} = 76\ \mathrm{dB\mu V}; Leitung 30\ \mathrm{m}, a' = 12\ \mathrm{dB}/100\ \mathrm{m}; Verteiler a_\mathrm{Vt} = 4\ \mathrm{dB}; Empfänger 45 \dots 85\ \mathrm{dB\mu V}

Ges.: L_\mathrm{Ant} und U_\mathrm{Ant}

\begin{aligned} &\text{(I)} && L_\mathrm{Ant} = L_\mathrm{Dipol} + G_\mathrm{Ant} \\ &\text{(II)} && L_U = 20 \cdot \lg \frac{U}{1\ \mathrm{\mu V}}\ \mathrm{dB\mu V} \end{aligned}

Weil der Gewinn in dBd angegeben ist, bezieht er sich auf den Halbwellendipol und wird direkt addiert (1 Punkt):

L_\mathrm{Ant} = 52\ \mathrm{dB\mu V} + 5\ \mathrm{dB} = \underline{\underline{57\ \mathrm{dB\mu V}}}

  1. nach U umstellen (2 Punkte):

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} L_\mathrm{Ant} & = & 20 \cdot \lg \dfrac{U_\mathrm{Ant}}{1\ \mathrm{\mu V}}\ \mathrm{dB\mu V} & \color{gray}{: 20\ \mathrm{dB\mu V}\ \text{, dann } 10^{(\dots)}} \\ U_\mathrm{Ant} & = & 10^{\frac{57}{20}} \cdot 1\ \mathrm{\mu V} & \\ U_\mathrm{Ant} & \approx & \underline{\underline{708\ \mathrm{\mu V}}} & \end{array}

b) Stelle für den Dämpfungsregler in Stellung 0 dB einen Pegelplan in Tabellenform auf und berechne die Spannung am Empfängereingang. (4 Punkte)

Ges.: Pegelplan bei Reglerstellung 0 dB; U_\mathrm{E} am Empfänger

Leitungsdämpfung: a_\mathrm{L} = 12\ \mathrm{dB}/100\ \mathrm{m} \cdot 30\ \mathrm{m} = 3{,}6\ \mathrm{dB} (1 Punkt).

Pegelplan (2 Punkte):

Pegelplan der Empfangsanlage (Beispiellösung)
Stelle Maß Pegel danach
Ausgang Richtantenne 57\ \mathrm{dB\mu V}
Dämpfungsregler 0\ \mathrm{dB} 57\ \mathrm{dB\mu V} (Verstärkereingang, unter 76\ \mathrm{dB\mu V})
Antennenverstärker +24\ \mathrm{dB} 81\ \mathrm{dB\mu V}
Koaxialleitung -3{,}6\ \mathrm{dB} 77{,}4\ \mathrm{dB\mu V}
Zweifachverteiler -4\ \mathrm{dB} 73{,}4\ \mathrm{dB\mu V} (Empfängereingang)

Spannung am Empfänger (1 Punkt):

U_\mathrm{E} = 10^{\frac{73{,}4}{20}} \cdot 1\ \mathrm{\mu V} \approx 4680\ \mathrm{\mu V} = \underline{\underline{4{,}68\ \mathrm{mV}}}

Der Pegel liegt im Bereich 45 \dots 85\ \mathrm{dB\mu V} des Empfängers.

c) Ein nahe gelegener UKW-Sender erzeugt am Ausgang der Richtantenne einen Pegel von 83\ \mathrm{dB\mu V}. Erkläre die Aufgabe des Dämpfungsreglers in dieser Lage, bestimme seine kleinste nötige Einstellung und prüfe, ob der Empfänger danach noch genug Nutzpegel erhält. (4 Punkte)

Ges.: Aufgabe des Dämpfungsreglers; kleinste Einstellung; Nutzpegel am Empfänger

Aufgabe (1 Punkt): Der UKW-Sender liegt mit 83\ \mathrm{dB\mu V} über dem höchsten Eingangspegel des Verstärkers (76\ \mathrm{dB\mu V}). Der Verstärker würde übersteuert, es entstünden Verzerrungen und Mischprodukte, die auch das DAB+-Signal stören. Der Dämpfungsregler senkt den Pegel aller Signale vor dem Verstärker so weit ab, dass er wieder linear arbeitet.

Kleinste Einstellung (1 Punkt):

a_\mathrm{R,min} = 83\ \mathrm{dB\mu V} - 76\ \mathrm{dB\mu V} = \underline{\underline{7\ \mathrm{dB}}}

Nutzpegel am Empfänger (1 Punkt): Der Regler dämpft auch das DAB+-Signal:

L_\mathrm{E} = 73{,}4\ \mathrm{dB\mu V} - 7\ \mathrm{dB} = \underline{\underline{66{,}4\ \mathrm{dB\mu V}}}

Prüfung (1 Punkt): 66{,}4\ \mathrm{dB\mu V} liegt über dem Mindestpegel von 45\ \mathrm{dB\mu V}; der Empfang funktioniert, die Reserve sinkt aber von 28,4 dB auf 21,4 dB.

d) Statt des Dämpfungsreglers wird ein Sperrkreis für die Frequenz des UKW-Senders angeboten. Er dämpft diese Frequenz um 25\ \mathrm{dB}, den DAB+-Kanal um 0{,}5\ \mathrm{dB}. Beurteile, welche Lösung Du wählen würdest. (2 Punkte)

Ges.: Beurteilung Sperrkreis gegenüber Dämpfungsregler

Mit Sperrkreis kommt der UKW-Sender mit 83\ \mathrm{dB\mu V} - 25\ \mathrm{dB} = 58\ \mathrm{dB\mu V} am Verstärker an und übersteuert ihn nicht mehr; der DAB+-Kanal verliert nur 0{,}5\ \mathrm{dB} und erreicht den Empfänger mit 72{,}9\ \mathrm{dB\mu V} (1 Punkt).

Ich würde den Sperrkreis wählen (1 Punkt): Er beseitigt die Übersteuerung gezielt, das Nutzsignal behält fast seinen vollen Pegel und damit mehr Reserve gegenüber Rauschen. Der Dämpfungsregler senkt dagegen alle Kanäle um 7 dB. Der Dämpfungsregler wäre nur dann vorzuziehen, wenn mehrere starke Sender auf verschiedenen Frequenzen stören oder sich die Störfrequenz ändern kann.

e) Der Empfänger benötigt einen Signal-Rausch-Abstand von mindestens 26\ \mathrm{dB}. Berechne die höchste zulässige Rauschspannung am Empfängereingang für den Nutzpegel mit dem Dämpfungsregler aus c). (3 Punkte)

Geg.: L_\mathrm{E} = 66{,}4\ \mathrm{dB\mu V} (aus c), a_\mathrm{SNR} \geq 26\ \mathrm{dB}

Ges.: U_\mathrm{N,max} am Empfängereingang

\begin{aligned} &\text{(I)} && a_\mathrm{SNR} = 20 \cdot \lg \frac{U_\mathrm{S}}{U_\mathrm{N}}\ \mathrm{dB} \\ &\text{(II)} && U_\mathrm{S} = 10^{\frac{L_\mathrm{E}}{20\ \mathrm{dB\mu V}}} \cdot 1\ \mathrm{\mu V} \end{aligned}

Nutzspannung aus (II) (1 Punkt):

U_\mathrm{S} = 10^{\frac{66{,}4}{20}} \cdot 1\ \mathrm{\mu V} \approx 2090\ \mathrm{\mu V} = 2{,}09\ \mathrm{mV}

  1. nach U_\mathrm{N} umstellen (2 Punkte):

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} a_\mathrm{SNR} & = & 20 \cdot \lg \dfrac{U_\mathrm{S}}{U_\mathrm{N}}\ \mathrm{dB} & \color{gray}{: (-20\ \mathrm{dB})\ \text{, dann } 10^{(\dots)}} \\ \dfrac{U_\mathrm{N}}{U_\mathrm{S}} & = & 10^{-\frac{a_\mathrm{SNR}}{20\ \mathrm{dB}}} & \color{gray}{\cdot U_\mathrm{S}} \\ U_\mathrm{N,max} & = & 2{,}09\ \mathrm{mV} \cdot 10^{-\frac{26}{20}} & \\ U_\mathrm{N,max} & \approx & \underline{\underline{105\ \mathrm{\mu V}}} & \end{array}

Alternativ über Pegel: L_\mathrm{N,max} = 66{,}4\ \mathrm{dB\mu V} - 26\ \mathrm{dB} = 40{,}4\ \mathrm{dB\mu V}, das sind 10^{40{,}4/20}\ \mathrm{\mu V} \approx 105\ \mathrm{\mu V}.

Mit gerundeten Zwischenergebnissen ergibt sich: 2{,}09\ \mathrm{mV} \cdot 0{,}0501 \approx 105\ \mathrm{\mu V}
Ohne gerundete Zwischenergebnisse ergibt sich: U_\mathrm{N,max} \approx 104{,}7\ \mathrm{\mu V} \approx 105\ \mathrm{\mu V}

Aufgabe 3.4: Frequenzgang und Abschwächer eines NF-Verstärkermoduls (Profilkompetenz)

(ca. 17 min Bearbeitungszeit)

Für einen selbst gebauten Prüfgenerator in der Ausbildungswerkstatt soll ein NF-Verstärkermodul eingesetzt werden. Du nimmst seinen Frequenzgang auf und planst einen Abschwächer für den Ausgang.

a) Beschreibe den Messaufbau und das Vorgehen, mit dem Du die Ausgangsspannung des Moduls in Abhängigkeit der Frequenz misst. (3 Punkte)

Ges.: Messaufbau und Vorgehen zur Aufnahme des Frequenzgangs

Messaufbau (1 Punkt): Ein Funktionsgenerator (Sinus) speist den Eingang des Moduls, am Ausgang liegt die vorgesehene Last bzw. ein passender Abschlusswiderstand. Ein Zweikanal-Oszilloskop oder ein Effektivwertmessgerät mit ausreichender Bandbreite misst Eingangs- und Ausgangsspannung.

Vorgehen (2 Punkte):

  • Eingangsspannung so klein wählen, dass das Modul bei keiner Frequenz übersteuert, und bei jeder Messung auf denselben Wert nachstellen bzw. mitmessen.

  • Frequenz in logarithmischen Schritten ändern (z. B. 20 Hz, 50 Hz, 100 Hz, 1 kHz …) und jeweils die Ausgangsspannung notieren; an den Rändern, wo sich U_2 stark ändert, zusätzliche Zwischenwerte aufnehmen.

  • Aus jedem Wertepaar das Verstärkungsmaß berechnen und über einer logarithmischen Frequenzachse auftragen.

b) Bei konstant U_1 = 100\ \mathrm{mV} hast Du die folgenden Ausgangsspannungen gemessen. Ergänze die Zeile mit dem Verstärkungsmaß. (4 Punkte)

Messwerte des NF-Verstärkermoduls
f 20 Hz 30 Hz 40 Hz 50 Hz 100 Hz 1 kHz 10 kHz 20 kHz 40 kHz 80 kHz
U_2 in V 0,85 1,22 1,43 1,62 1,93 2,00 1,99 1,78 1,41 0,89
G_U in dB

Geg.: U_1 = 100\ \mathrm{mV} konstant, Messwerte U_2 laut Tabelle

Ges.: G_U je Frequenz

\begin{aligned} &\text{(I)} && G_U = 20 \cdot \lg \frac{U_2}{U_1}\ \mathrm{dB} \end{aligned}

Beispiel 1 kHz: G_U = 20 \cdot \lg \frac{2{,}00\ \mathrm{V}}{0{,}1\ \mathrm{V}}\ \mathrm{dB} = 20 \cdot \lg 20\ \mathrm{dB} \approx 26{,}0\ \mathrm{dB}.

Je zwei bis drei richtige Werte 1 Punkt:

Messwerte mit Verstärkungsmaß (Beispiellösung)
f 20 Hz 30 Hz 40 Hz 50 Hz 100 Hz 1 kHz 10 kHz 20 kHz 40 kHz 80 kHz
U_2 in V 0,85 1,22 1,43 1,62 1,93 2,00 1,99 1,78 1,41 0,89
G_U in dB 18,6 21,7 23,1 24,2 25,7 26,0 26,0 25,0 23,0 19,0

c) Bestimme aus den Messwerten die untere und die obere Grenzfrequenz sowie die Bandbreite und begründe Dein Vorgehen. (3 Punkte)

Ges.: f_\mathrm{gu}, f_\mathrm{go}, Bandbreite B

Vorgehen (1 Punkt): Im Durchlassbereich beträgt das Verstärkungsmaß 26{,}0\ \mathrm{dB}. Die Grenzfrequenzen liegen dort, wo es um 3 dB auf 23{,}0\ \mathrm{dB} gefallen ist; die Ausgangsspannung ist dann auf 70{,}7\ \% gesunken, also auf 0{,}707 \cdot 2{,}00\ \mathrm{V} \approx 1{,}41\ \mathrm{V}.

Grenzfrequenzen aus der Tabelle (1 Punkt): \underline{\underline{f_\mathrm{gu} \approx 40\ \mathrm{Hz}}} (23{,}1\ \mathrm{dB}) und \underline{\underline{f_\mathrm{go} \approx 40\ \mathrm{kHz}}} (23{,}0\ \mathrm{dB}).

Bandbreite (1 Punkt):

B = f_\mathrm{go} - f_\mathrm{gu} \approx 40\ \mathrm{kHz} - 0{,}04\ \mathrm{kHz} \approx \underline{\underline{40{,}0\ \mathrm{kHz}}}

d) Hinter dem Modul soll ein dB-gestufter Spannungsteiler mit den Abgriffen 0 dB, −6 dB, −12 dB und −18 dB und einem Gesamtwiderstand von 10\ \mathrm{k\Omega} liegen. Dimensioniere die vier Widerstände R_1 (oben) bis R_4 (unten). (4 Punkte)

Geg.: R_\mathrm{ges} = 10\ \mathrm{k\Omega}; Abgriffe 0 dB, −6 dB, −12 dB, −18 dB

Ges.: R_1 bis R_4

\begin{aligned} &\text{(I)} && \frac{U_2}{U_1} = \frac{R_\mathrm{unten}}{R_\mathrm{ges}} \\ &\text{(II)} && \frac{U_2}{U_1} = 10^{\frac{G}{20\ \mathrm{dB}}} \end{aligned}

II in I, nach R_\mathrm{unten} umgestellt (1 Punkt): R_\mathrm{unten} = R_\mathrm{ges} \cdot 10^{G/20\ \mathrm{dB}}. Widerstand unter jedem Abgriff (1 Punkt):

R_{-6} = 10\ \mathrm{k\Omega} \cdot 10^{-0{,}3} \approx 5{,}01\ \mathrm{k\Omega} \qquad R_{-12} = 10\ \mathrm{k\Omega} \cdot 10^{-0{,}6} \approx 2{,}51\ \mathrm{k\Omega} \qquad R_{-18} = 10\ \mathrm{k\Omega} \cdot 10^{-0{,}9} \approx 1{,}26\ \mathrm{k\Omega}

Einzelwiderstände als Differenzen (2 Punkte):

R_4 = R_{-18} \approx \underline{\underline{1{,}26\ \mathrm{k\Omega}}} \qquad R_3 = R_{-12} - R_{-18} \approx \underline{\underline{1{,}25\ \mathrm{k\Omega}}}

R_2 = R_{-6} - R_{-12} \approx \underline{\underline{2{,}50\ \mathrm{k\Omega}}} \qquad R_1 = R_\mathrm{ges} - R_{-6} \approx \underline{\underline{4{,}99\ \mathrm{k\Omega}}}

Kontrolle: 4{,}99 + 2{,}50 + 1{,}25 + 1{,}26 = 10{,}0\ \mathrm{k\Omega}. Weil 6 dB fast genau dem Faktor 2 entsprechen, halbiert jede Stufe die Spannung ungefähr. In der Praxis werden die Werte aus einer feinen Normreihe (E96) oder durch Reihenschaltung zusammengesetzt; der Teiler stimmt nur bei hochohmiger Last.

e) Für den 50\text{-}\Omega-Hochfrequenzausgang des Generators wird stattdessen ein angepasstes π-Dämpfungsglied mit 6\ \mathrm{dB} benötigt. Berechne Längs- und Querwiderstände mit k = 10^{a/20\ \mathrm{dB}}, R_\mathrm{L} = Z \cdot \frac{k^2 - 1}{2k} und R_\mathrm{Q} = Z \cdot \frac{k + 1}{k - 1}, und begründe, warum der Spannungsteiler aus d) dafür nicht geeignet ist. (4 Punkte)

Geg.: Z = 50\ \Omega, a = 6\ \mathrm{dB}

Ges.: R_\mathrm{L}, R_\mathrm{Q}; Begründung

Spannungsfaktor (1 Punkt):

k = 10^{\frac{6}{20}} \approx 2{,}00

Widerstände (je 1 Punkt):

R_\mathrm{L} = 50\ \Omega \cdot \frac{2{,}00^2 - 1}{2 \cdot 2{,}00} \approx \underline{\underline{37{,}5\ \Omega}} \qquad R_\mathrm{Q} = 50\ \Omega \cdot \frac{2{,}00 + 1}{2{,}00 - 1} = \underline{\underline{150\ \Omega}}

Mit gerundeten Zwischenergebnissen ergibt sich: k = 2{,}00: R_\mathrm{L} \approx 37{,}5\ \Omega, R_\mathrm{Q} = 150\ \Omega
Ohne gerundete Zwischenergebnisse ergibt sich: k \approx 1{,}995: R_\mathrm{L} \approx 37{,}4\ \Omega, R_\mathrm{Q} \approx 150\ \Omega (genauer 150{,}5\ \Omega)

Begründung (1 Punkt): Der Spannungsteiler hat weder am Eingang noch am Ausgang einen Widerstand von 50\ \Omega. An einer 50\text{-}\Omega-Leitung entstünden Fehlanpassung und Reflexionen. Außerdem belastet ein 50\text{-}\Omega-Abschluss die Abgriffe so stark, dass die Teilerverhältnisse nicht mehr stimmen. Das π-Glied dämpft um das gewünschte Maß und ist an beiden Seiten an 50\ \Omega angepasst.


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Dieser Artikel und seine Texte, Bilder, Grafiken, Code und sonstiger Inhalt sind - sofern nicht anders angegeben - lizenziert unter CC BY 4.0. Nennung gemäß TULLU-Regel bitte wie folgt: “Übungsaufgaben zu Signalpegel und Dämpfung: Dezibel, absoluter und relativer Pegel, Verstärkung” von oer-informatik.de (H. Stein), Lizenz: CC BY 4.0. Der Artikel wurde unter https://oer-informatik.de/signalpegel-dezibel-uebungsaufgaben veröffentlicht, die Quelltexte sind in weiterverarbeitbarer Form verfügbar im Repository unter https://gitlab.com/oer-informatik/elektrotechnik/analogtechnik. Erstellt mit KI-Assistenz; von mir umfassend redaktionell überarbeitet, geprüft und freigegeben. Stand: 11.11.2026.

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