A inhoud - rfdx · Web viewIn een voedingsapparaat wordt de wisselspanning van 220 Volt omgezet in...

CURSUS

VOOR DE N-VERGUNNING

RADIOZENDAMATEUR

door Frans van Venrooij, PAoVRO

De Romeo Foxtrot vereniging heeft van bovengenoemde toestemmingom dit les-materiaal te mogen gebruiken

Onze Dank daarvoor

Hoofdstuk 1. Electriciteitsleer, Electromagnetisme en Radio Theorie1.1 Stroomgeleiding

- Geleider, halfgeleider, isolatorWe kunnen de ons omringende stoffen in drie groepen verdelen als we kijken naar de mogelijkheid om electrische stroom te geleiden.

1) Geleiders2) Halfgeleiders3) Isolatoren

Geleiders zijn in staat om de electrische stroom zeer goed te geleiden. Voorbeelden van geleiders zijn:- Metalen- Electrolieten- Geioniseerde gassen

Bij metalen zwerven er tussen de atomen van het metaal vrije electronen rond. Deze vrije electronen behoren oorspronkelijk tot een atoom, maar hebben hier nauwelijks binding mee en komen dus gemakkelijk los. Normaal is een atoom electrisch neutraal, d.w.z. de negatieve lading van de electronen compenseert de positieve lading in de kern van het atoom. Verwijdert zich een electron van het atoom, dan wordt een positive lading niet meer gecompenseerd door de negatieve lading van het electron, dat zich heeft verwijderd. Het restant van het atoom is dan positief en er zwerft ergens een negatief electron rond.

De atomen trillen rond een bepaalde evenwichtstand. Naarmate de temperatuur hoger is zijn de trillingen heftiger. Bij het absolute nulpunt, - 273 graden Celcius, staat alles stil en kunnen de electronen zich gemakkelijk door het metaal bewegen. Naarmate de temperatuur toeneemt en de trillingen van de atomen heviger worden, neemt ook de weerstand toe die de electronen ondervinden als deze zich in een bepaalde richting willen bewegen. De electronen botsen met de trillende atomen en worden van richting veranderd.

Hoe krijgen we een electron in een bepaalde richting in beweging? Door een batterij op het metaal aan te sluiten. De positieve aansluiting van de batterij zuigt de negatieve electronen weg en de negatieve aansluiting pompt electronen in de geleider.

+ en – trekken elkaar aan, + en + stoten elkaar af; - en - doen dit ook.

Electrolieten zijn oplossingen van zout, zuur of loog in water. Het zout-, zuur- of loogmolecuul splitst zich in water in positive en negatieve deeltjes, die we ionen noemen.Bijvoorbeeld, keukenzout, NaCl, splitst zich in water in een positief natrium-ion, Na+, en een negatief chloor-ion, Cl-.Deze positief en negatief geladen ionen zorgen voor de geleiding. Zij bewegen zich door het electroliet als we er een spanning op zetten, de positieve ionen

naar de – pool de negatieve ionen naar de + pool.

In geioniseerde gassen, de naam zegt het al, hebben we ook positieve en negatieve ionen, die hetzelfde doen als de ionen in een electroliet.

Bij geleiders beschikken we over erg veel ladingsdragers (electronen en/of ionen). Bij halfgeleiders zijn er erg weinig ladingsdragers.Bij isolatoren zijn er helemaal geen ladingsdragers.

Voorbeelden van halfgeleiders zijn:- vochtig hout- vochtig papier- kunststof gevuld met koolstof- verontreinigd silicium of germanium

Voorbeelden van isolatoren zijn:- glas- porcelein- bakeliet- olie- eboniet- steen- keramiek

Vrije electronen zorgen in een metaal voor de geleiding van de electrische stroom.Als de vrije electronen, de ladingsdragers, zich allemaal in een bepaalde richting bewegen spreken we van electrische stroom.

- Stroomsterkte, spanning en weerstandZoals we in de vorige paragraaf al zagen worden de electronen gehinderd door de trillende atomen op hun weg van – naar +. Dit uit zich in een zekere weerstand voor de stroom. Deze weerstand is voor elk materiaal anders (andere, zwaardere of lichtere atomen).

Voordat we verder gaan moeten we even een historische misser toelichten. Vroeger heeft men afgesproken dat de stroom van + naar – loopt, en ging men uit van ladingsdragers, die positief waren. Later bleken de ladingsdragers negatief geladen electronen te zijn. In feite loopt er dus een stroom van negatief geladen electronen van – naar +. Een denkbeeldige stroom van positief geladen deeltjes (met een even grote lading als de electronen, maar dan positief) heeft hetzelfde effect.We volharden in de historische fout en zeggen de stroom loopt van + naar -.

Om de weerstand te overwinnen en de stroom te laten lopen, moeten we een kracht uitoefenen op de ladingsdragers. Dat doen we met behulp van een electrische spanning.

- De eenheden ampere, volt en ohmDe sterkte van de stroom wordt uit gedrukt in Amperes, de spanning in Volts en de weerstand in OhmsEr is, als we deze eenheden toepassen, een relatie tussen de sterkte van de stroom (ofwel stroomsterkte), de electrische spanning en de weerstand. Deze relatie noemen we de wet van Ohm. (het schemateken links naast de R is het schema teken voor een weerstand)

- Wet van OhmDe wet van Ohm luidt: De spanning over de weerstand is gelijk aan de stroom door de weerstand vermenigvuldigd met de weerstandswaarde van de weerstand (Denk aan de eenheden).In formule:

U=I*R of I=U/R of R=U/I.

Volgens de wet van Ohm hebben we,

a) een spanning van 1 volt over een weerstand van 1 ohm als er door die weerstand een stroom loopt van 1 ampere

b) een stroom van 1 ampere door een weerstand van 1 ohm als er over die weerstand een spanning staat van 1 volt

c) een weerstand van 1 ohm als er over die weerstand een spanning staat van 1 volt en er door die weerstand een stroom loopt van 1 ampere

- Electrisch vermogenAls er een stroom door een weerstand loopt wordt deze warm. Er wordt dus electrische energie omgezet in warmte. Men zegt dan, er wordt vermogen gedissipeerd in de weerstand. Dit vermogen P is gelijk aan de stroom I door de weerstand vermenigvuldigd met de spanning U over de weerstand.

+ - + -

DusP= U*I

Volgens de wet van Ohm is U= I*R vullen we dit voor U in, in de formule voor het vermogen dan vinden we:

P=U*I=I*R*I=I2R.Volgens de wet van Ohm is I=U/R vullen we dit voor I in, in de formule voor het vermogen dan vinden we:

P=U*U/R=U2/R.

- De eenheid wattHet vermogen wordt uitgedrukt in watts, indien in de formule voor het vermogen de spanning uitgedrukt wordt in volts, de stroom in amperes en de weerstand in ohms.

In een weerstand wordt een vermogen van 1 watt gedissipeerd als de stroom door de weerstand 1 ampere is en de spanning over de weerstand 1 volt bedraagt

Of in een weerstand van 1 ohm, waardoor een stroom van 1 ampere loopt wordt een vermogen gedissipeerd van P=I2R=12*1=1watt. De spanning over de weerstand bedraagt dan ook 1 volt.

1.2 BronnenMisschien heb je weleens met een luidspreker geexperimenteerd. Sluit je op een luidspreker een batterij aan, dan moet het je opvallen dat de conus alleen naar voor of naar achter beweegt en dan stil blijft staan. Of de conus naar voor of naar achter gaat wordt bepaald door welke aansluitdraad van de luidspreker, aangesloten is op de + en welke aangesloten is aan de -. Verwisselen we de draden dan gaat de conus de andere kant op.Sluiten we een toongenerator aan op de luidspreker dan gaat de conus heen en weer en dat voel je als je de conus voorzichtig licht met een vinger aanraakt.Hoe kunnen we dat verklaren?Bij een batterij vloeit de stroom in een bepaalde richting. De stroom verlaat de batterij aan de + pool vloeit door de liudspreker naar de – pool terug in de batterij. Er loopt dan een gelijkstroom en de batterij noemen we een gelijkspanningsbron.Bij de toongenerator loopt de stroom afwisselend de ene kant op en vervolgens de andere kant enz. We spreken dan van een wisselstroom en de toongenerator is een wisselspanningsbron.We kunnen dus onderscheid maken tussen gelijkspannings- en wisselspanningsbronnen.

- Serieschakeling van spanningsbronnenVoorbeelden: batterij, accu. Beide bestaan uit een serieschakeling van meerdere elementen of cellen. Dit doen we om een hogere spanning te verkrijgen, want de spanning van een element is zelden hoog genoeg om een apparaat te voeden.

- BatterijDe electrische spanning in een element of cel wordt veroorzaakt door een chemische reactie. De spanning van een element of cel hangt af van de gebruikte materialen.Het principe is altijd hetzelfde, 2 metalen waartussen een zuur of een zout aanwezig is.Een enkel element of cel van een batterij heeft een spanning van ca 1,5 volt, een cel van een loodaccu heeft een spanning van ca 2 volt. Accu’s zijn oplaadbaar. Een paar schematekens:

a) een element of cel: b) een batterij:

Als we een aantal elementen op de juiste manier in serieschakelen krijgen we een hogere spanning. We moeten dan de + van het ene element met de – van het andere element verbinden, enz.Als we op die manier 6 cellen van 2 volt in serieschakelen (zoals bij een auto-accu) hebben we een spanning van 12 volt.Batterijen en accu’s gebruiken we bij toepassingen waar lage spanningen aan de orde zijn en die ook portabel of mobiel gebruikt worden. Voor andere toepassingen maakt men gebruik van het lichtnet.

- LichtnetHet lichtnet is een wisselspanningsbron.Het schemateken voor een wisselspanningsbron is hiernaast afgebeeld:De wisselspanning van het lichtnet wordt opgewekt in centrales en via kabels en transformatoren (om de spanning te verhogen of te verlagen) naar ons huis gevoerd. In de meterkast komt dan de nuldraad en een fasedraad het huis binnen. De nuldraad (blauw) is in het transformatorhuisje in de wijk verbonden met aarde. De fasedraad (bruin) voert een wisselspanning van 230 volt.Vlak bij de meterkast is een aardelectrode in de grond geslagen. Hieraan is de draad van de veiligheidsaarde (geel/groen) verbonden.Deze 230 volt is meestal niet geschikt om de electronica van onze huishoudelijke apparatuur te voeden. In deze apparaten zit dan meestal een zogenaamde transformator of trafo die de spanning op het gewenste niveau brengt en eventueel nog een gelijkrichter als de gevraagde spanning een gelijkspanning moet zijn.

1.3 Radiogolven

- Radiogolven als electromagnetische golvenRadiogolven zijn net als licht electromagnetische golven, alleen de golflengte van het licht is vele, vele malen kleiner als de golflengte van de radiogolven. De antenne van een zender zendt dus een electromagnetische golf uit. Hoe moeten we ons zo’n electromagnetische golf voorstellen?

Een electromagnetische golf ,de naam zegt het al, bestaat uit een electrische component en een magnetische component. Bovenstaande tekening is een momentopname van de electromagnetische golf in de ruimte; in deze tekening is de magnetische component aangeduid met H en de electrische component met E. Deze twee componenten staan loodrecht op elkaar zoals ook in de tekening te zien is.Het magnetisch veld H is evenwijdig met de z-as, het electrisch veld E is evenwijdig met de y-as. De golf plant zich voort evenwijdig aan de x-as naar rechts. Hoe moet je je dit voorstellen?De golfvormige H en E velden bewegen zich naar rechts langs de x-as. In het snijpunt van x-, y- en z-as worden de H en E velden steeds aangevuld, want daar staat de antenne die de radiogolf uitstraalt.

- De voortplantingssnelheid en het verband hiervan met de frequentie en met de golflengteEen electromagnetische golf plant zich in de ruimte voort met de lichtsnelheid en die is 300.000.000 m/secof 300.000 km/sec. Dat doen radiogolven dus ook want ook dat zijn electromagnetische golven. Wat is de frequentie f van een periodiek signaal?

De frequentie f is gelijk aan het aantal trilingen per seconde.Hoe lang duurt een trilling? Antwoord: 1/f seconden, we noemen dit ook wel de periodetijd T, dus T=1/f De golflengte is de afstand die de golf in een periodetijd aflegt.De periodetijd is T=1/f; de voortplantingssnelheid c = 300.000.000 m/secDe golf heeft in de periodetijd c*1/f = c/f m afgelegd, dus de goflengte = c/f m of 300.000.000/f m

- PolarisatieHet begrip polarisatie heeft betrekking op de stand van het electrisch veld in een electromagnetische golf. Is het electrisch veld vertikaal gericht dan spreekt men van vertikale polarisatie.Is het electrisch veld horizontaal gericht dan sprekt men van horizontale polarisatie.Dit is van belang bij een verbinding tussen twee stations op de VHF- en hogere banden, omdat daar de verbinding plaats vindt via een directe golf. Zowel zend- als ontvangstantenne moeten dezefde polarisatie richting hebben. Staan de polarisatie richtingen loodrecht op elkaar dan heeft men theoretisch geen ontvangst, in de praktijk ontvangt men een sterk verzwakt signaal.

1.4 Sinusvormige signalen

- De grafische voorstelling in de tijd.Men kan de ontwikkeling van een grootheid, bijvoorbeeld het aantal inwoners in Nederland, in te tijd op twee manieren weergeven: a) in tabelvorm

b) in een grafiekDe laatste wijze van weergeven biedt direct zicht op hoe de ontwikkeling is geweest en geeft ook aan welke kant het op gaat.We gaan deze grafische manier van weergeven eens toepassen op sinusvormige signalen, bijvoorbeeld op de spanning van het lichtnet of het uitgangssignaal van een signaalgenerator; beide leveren een sinusvormige spanning of als we er een weerstand op aansluiten een sinusvormige stroom.Hoe ziet zo’n sinusvormig signaal eruit?

Een wisselstroom is een periodiek verschijnsel, dat wil zeggen dat het zich steeds herhaald.Enkele begrippen:Links staat het kleinste deel van de grafische voorstelling van een sinusbeweging welke nog net past in het herhalen. Dit noemen we een periode.De tijd die een periode duurt noemen we de periodetijd, aangeduid met de letter TDe maximale uitwijking noemen we de amplitude.

- FrequentieDe frequentie f is het aantal perioden per seconde, dus f = 1/T .- De eenheid hertzDe frequentie wordt uitgedrukt in hertz, afgekort hz. In de radio techniek is dit een erg kleine eenheid. Daarom werkt men daar vaak met khz = 1000 hz of Mhz = 1.000.000 hz of Ghz = 1.000.000.000 hz.

1.5 Audio en digitale signalen

- AudiosignaalAudiosignalen liggen in het hoorbare frequentiegebied, dat zich uitstrekt van 16 hz tot 20 khz.Het audiosignaal zoals bijvoorbeeld de stroom door een luidspreker is wel periodiek maar in het algemeen niet sinusvormig. Het is gecompliceerder van vorm, zoals op een oscilloscoop zichtbaar gemaakt kan worden, zie het stroom-tijd diagram in onderstaande figuur. Het audiosignaal verandert net zoals alle

analoge signalen continu van vorm en grootte en kan oneindig veel waarden aannemen. Een zuivere sinus bevat slecht een frequentie. Wiskundig kan men bewijzen dat een niet sinusvormig periodiek signaal is opgebouwd uit een sinusvormig signaal waarvan de frequentie gelijk is aan de frequentie van het periodieke niet-

I

freq

sinusvormige signaal (de grond-golf) en daarnaast uit vele sinusvormige signalen waarvan de frequenties veelvouden zijn van de frequentie van het periodieke niet-sinusvormige signaal. Deze laatste componenten bepalen de klankkleur van het geluid dat uit de luidspreker komt en noemen we harmonischen. Dit kunnen we zichtbaar maken met een spectrumanalyser, zoals te zien is op het volgende plaatje.Ruis, gegenereerd in de versterker, evenals andere storingen vervormen het signaal en zullen hoorbaar zijn in de luidspreker.

Elke component van een electronische schakeling genereert ruis.Vooral de bijdrage van de ingangstrap is duidelijk merkbaar omdat deze ruis ook nog eens maximaal versterkt wordt. Daarom past men in ingangstrappen ruisarme componenten toe. Dit ruis en storingsprobleem is het grootste nadeel van een analoog signaal. Een digitaal signaal heeft dit probleem niet!

Een zuiver sinusvormig signaal bevat maar een frequentieEen periodiek niet-sinusvormig signaal is opgebouwd uit een grondgolf en harmonischen Een analoog signaal kan oneindig veel waarden aannemen en is erg gevoelig voor ruis en storing

- Digitaal signaalHet analoge audio signaal, afkomstig van een microfoon aangesloten op de geluidskaart van een PC wordt in die geluidskaart omgezet in een digitaal signaal.

Hoe gebeurt dit?Het analoge signaal wordt eerst versterkt en dan in hoog tempo afgetast en gemeten. Dit gebeurt in een analoog digitaal converter (ADC). Elke gemeten waarde wordt vervolgens in deze analoog digitaal converter om gezet in een digitaal signaal, hierbij wordt meestal gebruik gemaakt van het tweetallig of binaire stelsel.

Microfoon

Versterker naar toepassing

Wij zijn gewend tot 10 te tellen en gebruiken daarbij tien cijfers 0, 1, 2, 3 t/m 9.Bij 9 aangekomen beginnen we opnieuw en onthouden dat we al een keer tot 10 geteld hebben.In het 2-tallig of binaire stelsel doen we hetzelfde alleen hebben we nu maar twee cijfers, 0 en 1; dus als we bij 1 aangekomen zijn beginnen we opnieuw en onthouden dat we al een keer tot “10” geteld hebben.10 in het binaire stelsel = 2 in het 10-tallig stelsel.Dus 10101010 = 1*128+0*64+1*32+0*16+1*8+0*4+1*2+0*1 = 170Een cijfer in het binaire systeem noemt men een bit0 en 1 zijn eenvoudig weer te geven bijvoorbeeld met aan of uit, 0 volt of 5 volt spanningsniveau, enz Stel we hebben een acht bits ADC waarvan de ingangsspanning maximaal 250 mV bedraagt en we vinden op de acht lijnen van de uitgang 10101010 dan betekent dit een ingangsspanning 170 mV.De maximale spanning die de ADC kan omzetten komt overeen met een digitaal uitgangssignaal gelijk aan 11111111= 255 en komt overeen met 255 mV op de ingang. Het oplossend vermogen, de kleinste variatie aan de ingang die leidt tot een verandering aan de uitgang, is 5 mV.Digitale signalen kunnen serieel of parallel getransporteerd worden. Serieel betekent over een draad komen de bitjes in de tijd gezien achter elkaar, parallel betekent elk bitje heeft zijn eigen draad (bovenstaande ADC heeft acht uitgangen) en de acht bitjes komen in de tijd gezien gelijktijdig ieder over een andere draad.

A/D converter Buf

-De grafische voorstelling in de tijd

parallelbit 1

2

3

4

5

67

8tijd

serieel

Hoe ziet een digitaal signaal eruit? In nevenstaande figuur is het binair getal 10101010 = 170 in het 10-tallig stelsel, zowel parallel als serieel, weergegeven. Men ziet dat bij parallel transport de bitje gelijktijdig verzonden worden, bij serieel transport gaan de bitjes achter elkaar. Waarom is een digitaal signaal ongevoelig voor ruis en storing? Onderstaande figuur geeft het antwoord. We zien dat een binaire 1 wat spanningsniveau betreft ligt tussen 2,4 en 5 volt. Als een binaire 1 overeenkomt met 5 volt mogen de stoorspulsjes maximaal 2,6 volt zijn voor dat men in het ongedefinieerde gebied komt; 2,6 volt is ergveel voor een stoorsignaal. Een soortge- lijke redenering geldt voor de binaire 0.

bit 8 7 6 5 4 3 2 1 tijd

1.6 Gemoduleerde signalenBij het moduleren brengen we de informatie die we willen overzenden (spraak, muziek, data, enz) aan op de draaggolf. We kunnen dit doen op 3 manieren:a) door de amplitude van de draaggolf in het ritme van het laagfrequent signaal (informatie) te varieren. Dit

noemen we amplitidemodulatie en wordt in de vergunningsvoorschriften aangeduid met A3E.b) door de frequentie van de draaggolf in het ritme van het laagfrequent signaal (informatie) te varieren. Dit

noemen we frequentiemodulatie en wordt in de vergunningsvoorwaarden aangeduid met F3E.c) door de fase van de draaggolf in het ritme van het laagfrequent signaal (informatie) te varieren. We gaan

hier niet verder op in, want dit valt buiten het examenprogramma.

- Voor- en nadelen van:

AmplitudemodulatieEen amplitude gemoduleerd signaal, AM signaal, wordt in de ontvanger met een AM-detectorgedemoduleerd. Deze AM-detector bestaat uit een envoudige gelijkrichtschakeling, een diode en een condensator en een weerstand.

Voordeel van Amplitude Modulatie- De detector in een ontvanger om AM-gemoduleerde signalen te detecteren is uiterst simpel.

Stoorsignalen en ruis worden opgeteld bij de amplitude van het signaal. Aangezien de detector in de AM- ontvanger reageert op de amplitude, zal deze ook op ruis en storingen reageren.

Nadeel van amplitude modulatie- Een amplitude gemoduleerd systeem is gevoelig voor storingen en ruis .

In nevenstaande figuur is een hoogfrequente draaggolf gemoduleerd met een laagfrequent signaal bestaande uit een enkele toon weergegeven. Het AM-signaal komt tot stand door menging van het laagfrequent signaal (informatie) met het hoogfrequentsignaal (draaggolf). Bij dit proces ontstaan naast de draaggolf som- en verschilfrequenties.

Een zender op 3750 khz die met een toon van 800 hz gemoduleerd wordt, levert: 3750 khz, de draaggolf 3750 + 0,8 = 3750,8 khz, de bovenzijband 3750 - 0,8 = 3749,2 khz, de onderzijband

fi fo + fi fo + fiBalansEZBmodulatorfo - fifilter

fo

BFO

De laatste twee frequenties noemen we de zijgolven. Wordt de draaggolf niet met een toon maar met eenscala van signalen (spraak of muziek) gemoduleerd dan spreekt men van zijbanden inplaats van zijgolven. Kijken we eens naar het spectrum van het AM-signaal, d.w.z. we kijken welke frequenties er in het signaal zitten, bij modulatie met een enkele toon (links) en met spraak (rechts)

fo-fi fo fo+fi fo- fo fo+De hoogdte toon in de spraak heeft een frequentie van ongeveer 3000 hz. Een AM-signaal neemt dan f0 + 3000 – (f0 – 3000) = f0 – f0 + 3000 + 3000 = 6000 hz in beslag.Dit frquentiebeslag noemen we de bandbreedte.

Nadelen van AmplitudeModulatie:- De bandbreedte van een AM-signaal is vrij groot - Het AM-signaal vevat 2 keer dezelfde informatie , lage en hoge zijband bevatten dezelfde informatie.

- De draaggolf waar 50% van deHF- energie in zit bevat helemaal geen informatie

Deze laatste drie nadelen zoijn op te heffen door gebruik te maken van EnkelZijBand modulatie, een verfijning van AmplitudeModulatie.

EnkelZijBandmodulatieMet behulp van een balansmodulator en een zijbandfilter raken we de draaggolf en een zijband kwijt.

Een balansmodulator is een schakeling, die, als er een HF- en een LF-signaal aan wordt toegevoerd aan de uitgang signalen afgeeft waarvan de frequenties desom- en verschilfrequenties zijn van het oorspronkelijke HF- en LF-signaal, Dus f0 + fi en f0 - fi (de zijbanden) Met behulp van een zijbandfilter filteren we de zijband die we willen gebruiken er uit.In de ontvanger wordt met een aparte oscillator de draaggolf nagebootst en in de productdetector gemengd met het signaal. Het resultaat is het laagfrequentsignaal

(verschilsignaal), het somsignaal wordt niet gebruikt.

Voordelen van EZB-modulatie t.o.v. amplitudemodulatie- Het bandbreedte beslag van EZB-modulatie is de helft van het bandbreedte beslag van AM

Bij EZB is er plaats voor twee keer zoveel zenders in een bepaald frequentie gebied als bij AM.-Alle energie komt terecht in in het informatiedragend signaal Vier keer zoveel als bij AM.- Omdat de bandbreedte in de ontvanger kleiner is, is het ruis niveau lager. Dat betekent dat de ontvanger gevoeliger is

Nadeel van EZB- Zender en ontvanger zijn gecompliceerder, ook de detector in de ontvanger is gecompliceerd

FrequentieModulatieBij FrequentieModulatie, FM, wordt de frequentie van het HF-signaal in het ritme van het laagfrequentsignaal en evenredig met de grootte van het laagfrequentsignaal gevarieerd om een centrale frequentie. De amplitude van het HF-signaal blijft hierbij constant. Dit is in onderstaande figuur weergegeven.

Voordelen van FMDoordat de amplitude van het uitgezonden E-M veld constant is, is de kans op storing in apparatuur bij de buren beduidend kleiner.- Kans op storing in apparatuur bij buren veel kleiner

- De bouw van een FM zender is beduidend eenvoudiger als de bouw van een AM of EZB zender

Nadelen van FM- de FM-detector in de ontvanger is een tamelijk gecompliceerde schakeling (2 dioden enkele weerstanden en condensatoren en een speciale MF-trafo)- De bandbreedte van een FM dignaal is beduidend groter als dat van een AM of EZB signaal Bij het FM gemoduleerd signaal zijn er ook zijbanden.In onderstaande afbeelding is het frequentie spectrum van een FM signaal gemoduleerd met een enkele

toon weergegeven. De afstand onderling tussen de diverse frequenties is gelijk aan fi (de laag frequente informatie). Theoretisch loopt het spectrum van een FM signaal door tot in het oneindige, maar de signa-len, links en rechts van de centrale frequentie, wor-den al snel zwakker. De bandbreedte van een FM amateurstation mag niet groter zijn als 12 khz.

- Draaggolf, zijbanden en bandbreedte DraaggolfDe draaggolf is het signaal waarop de laagfrequente informatie door modulatie bevestigd wordt. Bij AM en FM is de draaggolf aanwezig, bij EZB is de draaggolf doelbewust onderdrukt.

AM EZB FM

ZijbandenBij AM vinden we een lage en een hoge zijband, beide bevatten dezelfde informatie. Bij EZB vinden we een lage of een hoge zijband, dus slechts een zijbandBij FM vinden we zowel onder als boven de draaggolffrequentie zijbanden.

BandbreedteBij AM bedraagt de bandbreedte 6 khzBij EZB bedraagt de bandbreedte 3 khz (in de praktijk worden filters toegepast met een doorlaat van 2,7 khz)Bij FM beperkt men de bandbreedte tot 12 khz

1.7 Vermogen

- Gelijkstroom-ingangsvermogenIn een voedingsapparaat wordt de wisselspanning van 220 Volt omgezet in een lagere of hogere gelijkspanning. Het vermogen bij deze lagere gelijkspanning is altijd lager dan het vermogen dat wordt opgenomen uit het lichtnet. De omzetting gaat altijd met verliezen gepaard.Daarom bestaat er het begrip opgenomen vermogen (in dit geval dus uit het lichtnet) en het begrip afgegeven vermogen.Stel het opgenomen vermogen is 100 watt en het afgegeven vermogen 80 watt dan is het rendement 80 %.Het rendement is gedefinieerd als {Puit/Pin}*100% en wordt uitgedrukt in %.Waar blijft het verschil 100 watt – 80 watt = 20 watt? Dit verschil is het verlies dat optreedt bij de omzetting en komt vrij in de vorm van warmte.

- HF-uitgangsvermogenStel we hebben een FM-zender. Deze zender wordt gevoed met een gelijkspanning van 12 volt en trekt dan een stroom van 6 ampere. Aan de uitgang levert deze zender dan 45 watt.Het gelijkstroom-ingangsvermogen is dan 6*12 = 72 watt Het HF-uitgangsvermogen was 45 watt.Het rendement van de zender is dan {45/72}*100 = 62,5 % Het verschil 72 – 45 = 27 watt wordt omgezet in warmte.Het HF-uitgangsvermogen dient gemeten te worden op het tijdstip dat de omhullende van het HF-signaal op zijn maximum is (Peak Envelope Power, PEP)Bij een FM-signaal is dit altijd het geval. Bij een AM- of een EZB-signaal moet de vermogensmeter hier speciaal voor uirgerust zijn.

De Romeo Foxtrot vereniging heeft van bovengenoemde toestemming om dit les-materiaal te mogen gebruiken

Onze Dank daarvoor: Frans van Venrooij, PA0VRO

Hoofdstuk 2. Componenten2.1 WeerstandWeerstanden zijn veel gebruikte componenten in de electronica en zijn vaak nodig om een electronische schakeling te laten werken. Weerstanden zijn in allerlei maten, uitvoeringen en waarden beschikbaar.Weerstanden bestaan meestal uit een kool- of metaalfilmlaagje dat op een speciale manier op een keramisch buisje is aangebracht. Op de einden van het buisje zijn twee metalen dopjes geplaatst, waaraan de aansluitdraden zijn bevestigd. Met een laser wordt in de kool- of metaalfilm een spiraal gebrand, die uiteindelijk samen met de dikte van de laag de waarde van de weerstand bepaalt.Weerstanden kunnen ook gemaakt zijn van zogenaamd weerstanddraad bestaande uit manganine, constantaan, of nikkeline.De bekende volumeregelaar is een regelbare weerstand; er bestaan ook instelbare weerstanden, bedoeld om eenmalig ingesteld te worden.

- WeerstandDe weerstand van een draadvormige geleider is afhankelijk van:

a) de lengte van de draad (hoe langer de draad, hoe hoger de weerstand)b) de doorsnede van de draad (hoe dunner de draad, hoe hoger de weerstand)c) het soort geleider ( de soortelijke weerstand; in het hoofdstuk “Stroomgeleiding” hebben we al

gezien, dat de diverse geleiders verschillende soortelijke weerstanden hebben)In formule is de weerstand R = r * l / dHierin is R de weerstand, r de soortelijke weerstand, l de lengte en d de doorsnede van de draad.

- De eenheid ohmDe eenheid ohm hebben we ook al in het hoofdstuk “Stroomgeleiding” besproken.Volgens de wet van Ohm hebben we een weerstand van 1 ohm als er over die weerstand een spanning van 1 volt staat en er door die weerstand een stroom loopt van 1 ampere

- VermogensdissipatieHet begrip vermogensdissipatie heeft betrekking op de warmte die in de weerstand geproduceerd wordt ten gevolge van de stroom die er door de weerstand loopt. Ook dit onderwerp is al besproken in het hoofdstuk “Stroomgeleiding”. Het vermogen dat in een weerstand gedissipeerd wordt is gelijk aan:P = U*I Volgens de wet van Ohm is U = I*R Dit vullen we in, dus P = I2R

Volgens de wet van Ohm is I = U/R Dit vullen we in, dus P = U2/RWe kunnen niet onbegrensd vermogen dissiperen in een weerstand; dan wordt deze te warm en brandt deze door. Elke weerstand heeft wat vermogensdissipatie betreft een grens.Voorbeeld: we hebben een weerstand van 1 k en een vermogen van 2 watt. Wat is de maximale stroom?

P = I2R dus 2=I2 1000 of I2 = 2/1000 dus I = 0,045 ampere = 45 mA

- KleurcodeWeerstanden hebben standaardwaarden. De meest gebruikte standaardwaarden zijn de waarden uit de E12- reeks. Deze waarden zijn: 10 – 12 – 15 – 18 – 22 – 27 – 33 – 39 – 47 – 56 – 68 – 82.De waarden worden aangegeven met behulp van kleurringen

Kleurring 1e

2e 3e 4e

1e cijfer 2e cijfer Verm. factor TolerantieZwart 0 0 1 + 1%Bruin 1 1 10 + 2%Rood 2 2 100Oranje 3 3 1.000Geel 4 4 10.000Groen 5 5 100.000Blauw 6 6 1.000.000Violet 7 7 10.000.000Grijs 8 8 100.000.000Wit 9 9 1.000.000.000Goud 0,1 + 5%Zilver 0,01 + 10%Geen + 20%

t

t

t

t

A dielectricum

2.2 CondensatorEen condensator heeft als eigenschap, dat hij een hoeveelheid electriciteit (lading) kan opslaan en weer afgeven.Proef: een ongeladen condensator opladen.

Wat gebeurt er als ik de schakelaar

U I sluit?In de bovenste schakeling is geenweerstand aanwezig die de stroom begrensd. Dit betekent dat de

U I condensator met een oneindig grotestroom in een aan nul seconde grenzend tijdbestek wordt opgeladen. Dus, op het

t moment dat de schakelaar gesloten wordt is de condensator onmiddelijk op

de spanning E van de batterij en de stroom oneindig groot, weergegeven met de pijl in de rechtse grafiek. Als er een weerstand aanwezig is in het circuit, zal deze de stroom begrenzen. Hierdoor duurt het even voordat de condensator de spanning E van de batterij bereikt heeft. We zien, op het moment, dat de schakelaar wordt gesloten de stroom onmiddelijk de waarde E/R aannemen en vervolgens afnemen volgens (E-U)/R. E is de spanning van de batterij U is de spanning op de condensator. Naarmate de weerstand groter is duurt dit langer.

Proef: een geladen condensator ontladen

U I

U I

t

Wat gebeurt er nu als ik de schakelaar sluit.In de bovenste schakeling is geen weerstand aanwezig die de stroom begrensd. Dit betekent dat de condensator met een oneindig grote stroom in een aan nul grenzend tijdbestek wordt ontladen. Dus, op het moment dat de schakelaar gesloten wordt, is de condensator onmiddelijk op de spanning 0 volt. Ook hier is de stroom oneindig groot, weergegeven

met de pijl in de rechtse grafiek. Als er een weerstand aanwezig is in het circuit, zal deze de stroom begrenzen. Hierdoor duurt het even voordat de condensator geheel ontladen is en de spanning 0 volt bereikt heeft. We zien op het moment dat de schakelaar gesloten wordt de stroom onmiddelijk de waarde E/R aannemen en vervolgens afnemen volgens U/R. E is de spanning van de batterij maar ook de spanning op de geladen condensator voordat de schakelaar werd gesloten, U is de afnemende spanning op de condensator nadat de schakelaar werd gesloten. Naarmate de weerstand groter is duurt dit afnemen langer.

- CapaciteitHoeveel electrische lading kan een condensator opslaan? Dit hangt af van de capaciteit van de condensator. De capaciteit van de condensator is bepalend voor de hoeveelheid lading, die de condensator kan opslaan bij een bepaalde aangelegde spanning. De capaciteit is afhankelijk van de constructie van de condensator. De condensator bestaat uit twee metalen platen gescheiden door een isolator, het dielectricum.

De capaciteit wordt bepaald door de grootte van de platen, de afstand tussen de platen enhet toegepaste dielectricum.

d Hoe groter het oppervlak van de platen hoe groter de capaciteit.Hoe kleiner de afstand tussen de platen hoe groter de capaciteit.

t

t

R

C V

Materialen voor het dielectricum zijn:- lucht- mica- kunststof- keramische materialen- Oxiden van metalen (aluminium, tantaal)

Enkele condensatoren, van links naar rechts vier keramische condensatoren, een micacondensator, een tantaalcondensator en twee electrolytische condensatoren.

De capaciteit moet constant zijn, onafhankelijk van de temperatuur en vochtigheid. Ook moet de condensatoreen bepaalde maximale spanning kunnen verdragen.Deze hangt af van de afstand tussen de platen en het toegepaste dielectricum. Liefst moet de condensator zo klein mogelijk zijn.

- De eenheid FaradOm condensatoren met betrekking tot de capaciteit te kunnen vergelijken heeft men als eenheid voor de capaciteit de Farad ingevoerd.Deze eenheid is erg groot, daarom heeft men tevens de uF, de nF en de pF ingevoerd.

1 uF = 1.000 nF = 1.000.000 pF2u2 = = pF

Bij electrolytische en tantaal condensatoren is een van de aansluitdraden van een + voorzien. Deze draad moet op een hogere gelijkspanning aangesloten worden als de andere draad

Wat is de weerstand van een condensator. Voor gelijkstroom is de weerstand enorm hoog; kijk maar naar de constructie het is een isolator.Hoe zit dat met wissel stroom?Ga je een wisselspanning op een condensator loslaten, dan zie direct een wisselstroom lopen en naarmate de frequentie hoger wordt zal deze stroom toenemen.De condensator heeft voor wisselstroom een zekere weerstand die we impedantie noemen.

Proef: we sluiten de condensator via een weerstand en een amperemeter aan op een signaalgenerator.De frequentie van de signaalgenerator varieren we van laag naar hoog. We houden hierbij de spanning over

de condensator constant (met behulp van de voltmeter), door het uitgangssignaal van de signaalgenerator op te regelen als dat nodig is. We zien dat de stroom steeds groterwordt!!Frequentie omhoog, stroom omhoog I De impedantie Xc is afhankelijk van de capaciteit en de frequentie.

Hoe groter de capaciteit, hoe kleiner de impedantie. Hoe hoger de frequentie, hoe kleiner de impedantie.

f

De impedantie Xc =1/(fC) Wet van Ohm: I = U/RVoor de condensator betekent dit I = U/Xc = U/{1/(2fC) = U2fC.

R

L V

f

Xc is behalve van de frequentie ook afhankelijk van de capaciteit van de condensator, dus Xc is afhankelijk van de frequentie, de grootte van de platen, de afstand tussen de platen en het toegepaste dielectricum..

- Gebruik van vaste en variabele condensatoren: lucht-, mica-, keramische- en electrolytischecondensatoreno Variabele condensatoren worden toegepast in afstemcircuits in ontvangers en zenders; het zijn dan

variabele lucht-, mica- of kunststofcondensatoren (voor herhaalde afstemming!).Trimmers zijn bedoeld voor eenmalige afstemming.

o Micacondensatoren (10 – 1000 pF) worden toegepast in sschakelingen waar frequentie stabiliteit een vereiste is, zoals oscillatoren en smalle filters.

o Kunststofcondensatoren (0,01 – 4,7 uF) worden toegepast in lf en mf circuits.o Keramische condensatoren (1 – 47000 pF) worden toegepast in hf en mf circuits en de hele grote

waarden ook wel in lf circuitso Electrolytische condensatoren (10 – 47000 uF) worden toegepast in voedingen en lf eindtrappen.

Voor lage waarden en lage spanningen (tot 40 Volt) worden ook tantaalcondensatoren toegepast.

2.3 SpoelSpoelen zijn er in diverse soorten, voor elke toepassing een ander type.

Van links naar rechts LF-smoorspoel met daaronder een HF-smoorspoeltje, een LF-potkernspoel met daaronder een potkern, een ringkernspoel, een HF-luchtspoel en drie instelbare HF-spoeltjes

Proef: we sluiten de spoel via een weerstand en een amperemeter aan op een signaalgenerator.

De frequentie van de signaalgenerator varieren we van laag naar hoog. We houden hierbij de spanning over de spoel constant (met behulp van devoltmeter) door het uitgangssignaal van Ide signaalgenerator omlaag te regelenals dat nodig is.

We zien dat de stroom steeds kleiner wordt!!Frequentie omhoog, stroom omlaagMet andere woorden de weerstand van de spoel voor wisselstroom neemt toe naarmate de frequentie hoger wordt. Deze weerstand voor wisselstroom noemen we impedantie Z.Doen we deze meting met gelijkspanningdan blijkt dat de weerstand van de spoel heel laag is (R = U/I). De weerstandstoename heeft kennelijk te maken met het soort spanning (gelijkspanning of wisselspanning).Deze lage weerstand duiden we aan met de letter R Deze weerstand wordt bepaald door:

a) het materiaal (zilver, koper, aluminium enz)b) de doorsnedec) de lengte

van de draad.Moeten we een spoel maken met veel windingen, dus veel draad, dan gaat R een grotere rol spleen. Willen we dat niet dan kunnen we een kern toepassen van weekijzer of ferriet (staaf-of ringkern)We kunnen dan met minder windingen hetzelfde effect bereiken voor wisselstroom maar met een lagere gelijkstroom weerstand.

- ZelfinductieIn de impedantie Z zit ook opgesloten de gelijkstroom weerstand R van de spoel. Het onderscheid tussen Z en R noemen we de reactantie van de spoel (Xl).Onder Xl vallen dus de eigenschappen die de spoel alleen voor wisselspanning heeft. Deze eigenschappen worden bepaald door:

a) het aantal windingenb) de lengte van de spoelc) de diameter van de spoeld) het kernmateriaale) de frequentie

De reactantie Xl is dus afhankelijk van:a) de frequentie f van de wisselspanning

b) de constructie van de spoel, die de zelfinductie L bepaalt De zelfinductie L wordt dus bepaalt door:

a) het aantal windingenb) de lengte van de spoelc) de diameter van de spoeld) het kernmateriaal

Samenvattend Xl = fLDe impedantie Xl is afhankelijk van de zelfinductie en de frequentie.Hoe groter de zelfinductie hoe groter de impedantie. Hoe hoger de frequentie hoe groter de impedantie .

De impedantie Xl = 2fL De wet van Ohm: I = U/RVoor de spoel betekent dit: I = U/Xl = U/2fL

Xl is behalve van de frequentie ook afhankelijk van de zelfinductie van de spoel, dus Xl is afhankelijk van de frequentie, het aantal windingen, de diameter en lengte van de spoel en van het kernmateriaal in de spoel

- De eenheid henryDe zelfinductie heeft als eenheid de henry (H). Dit is een erg grote eenheid.Bij VHF en UHF hebben we het over microhenry’s (uH) en voor de lagere frequenties op de kortegolf hebben we het over millihenry’s (mH).

2.4 Overige componenten (toepassingen)- Transformatoren230 volt is een veel te hoge spanning voor transistoren en IC’s (9 of 12 Volt).Een transformator kan de 230 V tot deze spanning omlaag brengen (omlaag transformeren). Een transformator kan een spanning ook omhoog transformeren (buizen zenders)

230 V 20 V

20 V230 V 230 V

20 V5 V

De opbouw.De trafo bestaat uit 2 of meer spoelen om een geschikt magnetisch material gewikkeld.De spoel waaraan de spanning wordt toegevoerd heet de

prim. sec. prim. 5 V

sec.

prim. sec. primaire wikkeling. De spoel waarvan de spanning wordt afgenomen heft de secundaire wikkeling.

I

Uz Ud

Maximale stroom

It

+RUiIu-

Iz

RcR1

C2C1

R2Re Ce

De transformator heeft als eigenschap dat de spanning evenredig toe- of afneemt met het aantal windingen. Voert men een spanning toe aan de primaire wikkeling dan is de spanning over de secundaire wikkeling afhankelijk van de wikkelverhouding.

Upr : Usec = Npr : Nsec of Upr/Usec = Npr/Nsec

-Gelijkricht diodeAnode

Kathode

Transistoren en IC’s werken alleen met een gelijkspanning als voedingsspanning. Dus

de wisselspanning die we van de trafo halen moeten we eerst gelijkrichten. Daarvoor

gebruiken we gelijkrichter-dioden.De diode heeft als eigenschap de electrische stroom slechts in een richting door te laten; in de andere richting blokkeert hij de electrische stroom.

- ZenerdiodeDe zenerdiode is een bijzondere diode met de volgende karakteristiek.

In de doorlaat richting is er geen verschil met een gewone diode. In de sperrichting gaat de zenerdiode bij de zenerspanning geleiden. Bij toe- name van de stroom neemt de spanning maar enkele tienden van een volt toe. We kunnen de zenerdiode dus in een stabilisatieschakeling gebruiken.

Eenvoudige stabilisatieschakeling

Onbelast: I2 = ImaxBelast: I<Imax

Uu

- TransistorTransistoren zijn er in allerlei soorten Indeling naar materiaal soort

o germaniumo siliciumo Gallium arsenide (toegepast bij zeer hoge frequenties)

Er is ook een indeling naar toepassing, deze is vaak in de codering verwerkt.

- Transistor (versterker)Bij transistoren splelen er altijd twee zaken door elkaar.

- de voeding om de transistor te laten werken (gelijkstroominstelling)

- de weg die de wisselstroom moet volgen om versterkt te worden.

RcR1

R2 Re

Gelijkstroominstelling Wisselstroomschema

- Transistor (oscillator)Een oscillator is een schakeling die een wisselspanning opwekt met een bepaalde frequentie. Hoe zit een oscillator in elkaar?Hij bestaat uit:

1) versterker2) een frequentie bepalend deel3) terugkoppelcircuit

frequentie bepalend deel

Terugkoppellus

Uu

Versterker

Hoe werkt een oscillator.Door het inschakelen van de voedingsspanning zal er een plotselinge stijging van stromen en spanningen plaatsvinden. Een deel van deze schokgolf zal via de terugkoppellus aan het frequentieepalend deel worden toegevoerd.Dit zal op zijn beurt een frequentie doorlaten naar de versterker. Dit signaal wordt versterkt. Een deel wordt weer teruggevoerd naar het frequentie bepalend deel enz.Tijdens het opstarten is de versterking groter dan 1. Kort na het opstarten treedt er een evenwichtssituatie op en is de versterking 1.

Problemen bij oscillatoren:- Geen mooie sinus, dan worden er ook hogere harmonischen opgewekt. Nast fo vinden we dan

ook 2fo, 3fo, 4fo, 5fo, enz- Gevoelig voor temperatuurvariaties- Gevoelig voor varieties in de voedingsspanning- Mechanisch niet stabile- Handeffect

Hoofdstuk 3. Schakelingen3.1 Combinatie van componenten

- Serie en parallelschakeling van weerstanden.SerieschakelingIn een serieschakeling worden de componenten zo geschakeld dat door de componenten dezelfde stroom I loopt.Er geldt dan U = U1 + U2 of

U = IR1 + IR2 = I(R1 + R2) U = IRv

Combinatie van deze twee, levert op Rv = R1 + R2

ParallelschakelingIn een parallelschakeling worden de componenten zo geschakeld dat over de componenten dezefde spanning U staat.Er geldt dan I = I1 + I2 of

I = U/R1 + U/R2 = U(1/R1 + 1/R2)I = U/Rv

Combinatie van deze twee, levert op 1/Rv = 1/R1 + 1/R2

of Rv = 1/ (1/R1+1/R2) = R1R2/(R1+R2)

- Serie en parallelschakeling van condensatorenParallelschakelingIn een parallelschakeling worden de componenten zo geschakeld dat over de componenten dezelfde spanning U staat.Over beide condensatoren staat de gehele spanning van de batterij. Beide condensatoren worden dus geheel opgeladen (alsof ze ieder afzonderlijk met de batterij worden opgeladen) We hebben dus een totale lading die past bij de som van de capaciteiten van de condensatoren.Voor de batterij lijkt het alsof deze is aan gesloten op een condensator met een capaciteit Cv = C1+C2 Schakelen we meer dan twee condensatoren parallel, dan is Cv = C1+C2+C3+C4+ ……….Bij het parallel schakelen van condensatoren is de totale capaciteit altijd groter dan de grootste capaciteit.Zo kunnen we met het parallel schakelen van meerdere condensatoren een grotere capaciteit realiseren.

SerieschakelingIn een serieschakeling worden de componenten zo geschakeld dat door de componenten dezelfde stroom I loopt.In deze schakeling moet de spanning van de batterij zich verdelen over twee condensatoren. De spanning over elke condensator apart zal dus kleiner zijn dan de spanning van de batterij. Dit betekent dus ook een kleinere lading ten opzichte van de situatie waarbij de spanning over de condensator gelijk is aan de spanning van de batterij.De lading op beide condensatoren is wel gelijk. Waarom? Omdat er gedurende dezelfde tijd dezelfde stroom de condensatoren oplaadt.Voor de batterij lijkt het alsof deze is aangesloten op een condensator waarvan de capaciteit kleiner is dan de kleinste capaciteit van beide condensatoren..

In formule Cv = 1/ (1/C1 + 1/C2) = C1C2/(C1 + C2)We hebben 3 condensatoren die we in serie schakelen, elk met een capaciteit van 30 uF. Wat is de capaciteit van de serieschakeling?

3.2 Filter

- Seriekring en parallelkringEen antenne ontvangt min of meer alle signalen, die ter plekke van de antenne aanwezig zijn. Deze signalen worden gevoerd naar een afstemcircuit in de ontvanger.Dit afstemcircuit maakt, met betrekking tot de frequentie, een eerste selectie (verderop in de ontvanger wordt ook nog geselecteerd).We kunnen dit doen met een zogenaamde serie- of parallelkring.We gebruiken altijd een dergelijke afgestemde kring om een bepaalde frequentie te selecteren; dus door te laten of tegen te houden. Een seriekring laat een bepaalde frequentie door, een parallelkring houdt deze tegen.Een seriekring wordt ook wel zuigkring, een parallelkring wordt sperkring genoemd.Vaak wordt bij een afgestemde kring een variabele condensator toegepast, hiervan kunnen we de waarde instellen en hebben we dus een afstembare kring gekregen.Soms komen we ook weleens een variabele spoel tegen en een vaste condensator. Het resultaat is hetzelfde.

We gaan de afgestemde kringen eens onderzoeken.

ParallelkringWe gebruiken de volgende testschakeling:

We houden, met behulp van de voltmeter en de instelbare generator, de spanning over de kring constant, varieren de frequentie van laag naar hoog en kijken naar het verloop van de stroom.Bij een bepaalde frequentie is de stroom minimaal (de weerstand of impedantie van de kring is dan het hoogst). Deze frequentie noemen we de resonantie frequentie.

Bij de resonantiefrequentie is de impedantie van een parallelkring het hoogst (bijna oneindig)

SeriekringWe gebruiken dezelfde testschakeling maar nu met een seriekring.

We houden de spanning over de kring constant, varieren de frequentie van laag naar hoog en kijken naar het verloop van de stroom.Bij een bepaalde frequentie is de stroom maximaal (de weerstand of impedantie van de seriekring is dan het laagst). Deze frequentie noemen we de resonantie frequentie.

Bij de resonantiefrequentie is de impedantie van een seriekring het laagst (bijna 0)

- Laagdoorlatende, hoogdoorlatende, banddoorlatende en bandsperrende filters, opgebouwd uit passieve elementen (alleen toepassing en gebruik)

Filters met L,C en R1) Laagdoorlaatfilter.

Dit is een filter, dat signalen tot een bepaalde frequentie doorlaat.

2) Hoogdoorlaatfilter.Dit is een filter, dat signalen vanaf een bepaalde frequentie doorlaat.

3) Banddoorlaatfilter.Dit is een filter, dat signalen in een bepaald frequentiegebied wel doorlaat.

4) Bandsperfilter,.Dit is een filter, dat signalen in een bepaald frequentiegebied niet doorlaat

Hoe kunnen we aan de hand van het schema van een filter bepalen om welk type het gaat? De werkwijze is als volgt:

1) zitten er afgestemde kringen in?ja, ga verder met 2; nee, ga verder met 3. Afgestemde kringen duiden op een bandfilter.De vraag is of het een banddoorlaat of een bandsperfilter is

2) is de weerstand tussen in- en uitgang op de resonantie frequentie hoog of laag.Hoog dan is het een bandsperfilter, laag dan is het een banddoorlaatfilter; als controle nog 3 en 4. Als het een bandsperfilter is dan moeten 3 en 4 met laag beantwoord worden.Als het een banddoorlaatfilter is dan moeten 3 en 4 met hoog beantwoord worden.

De volgende vragen zijn bedoeld: - als controle bij filters met afgestemde kringen om de eerdereconclusie (bandsper- of banddoorlaatfilter) te controleren.

- om bij filters zonder afgestemde kringen na te gaan of het een hoogdoorlaat- of een laagdoorlaatfilter betreft.

3) is de weerstand tussen in- en uitgang bij lage frequentie hoog of laag?4) is de weerstand tussen in en uitgang bij hoge frequentie hoog of laag?

Uit 3 en 4 volgt ook of het filter als het geen bandfilter is een hoog- of een laagdoorlaatfilter is.



Hoofdstuk 4. Ontvangers4.1 Uitvoering

-Enkelsuperheterodyne ontvangerIn het N-examen voorjaar 2002 is bij de opgaven 20, 21 en 22 het schema gevoegd van een eenvoudige AM-enkelsuperheterodyne ontvanger (zie “750 Examenvragen voor de N Zendvergunning” van de VERON)Als we van deze ontvanger een blokschema tekenen ziet dat er als volgt uit:

Op de werking en de functies van de diverse blokken komen we nog terug.De enkelsuperheterodyne ontvanger heeft belangrijke voordelen t.o.v. de rechtuit-ontvanger waarvan hieronder het principe schema en het blokschema is afgebeeld.

- Rechtuit-ontvangerDe rechtuit-ontvanger stamt uit de beginjaren van de radio en is inmiddels verdrongen door de enkelsuper,

alhoewel dit ontwerp zich de laatste tijd toch weer mag verheugen in de belangstelling van de zelfbouwers. Waarschijnlijk omdat de schakeling zo eenvoudig is.De rechtuit-ontvanger heeft een aantal vervelende nadelen; de selectiviteit en gevoeligheid is slecht en varieren beiden met de afstemming van de frequentie.De super lost dit probleem op door gebruik te maken van een middenfrequentversterkertrap, waarvan de kringen op een vaste, relatief lage, frequentie zijn afgestemd.Doordat de frequentie van de middenfrequenttrap vast is ingesteld

is de selectiviteit en de gevoeligheid onafhankelijk van de afstemfrequentie.De selectiviteit is hoog doordat men op een lagere frequentie gemakkelijker een smalle bandbreedte kan realiseren dan op een hogere frequentie.De gevoeligheid is hoog doordat men de versterking kan optimaliseren voor de frequentie van de middenfrequenttrap

4.2 Blokschemas

-AM-ontvanger

-FM-ontvanger

-CW-ontvanger

-EZB-ontvanger

4.3 Werking en functies van de volgende schakelingen

-Hf-versterker

De Hf-versterker dient het hoogfrequente antennesignaal ( 0,1 a 10 uV) te versterken, d.w.z. in amplitude te vergroten (een factor 100 a 1000).Ook dient er een zekere voorselectie in de versterker plaats te vinden,d.w.z. signalen die in frequentie relatief ver van de te ontvangen frequentie liggen dienen verzwakt te worden. Om dit te bewerkstelligen is

de Hf-versterker vaak afstembaar.Een Hf-versterker heeft een ingang voor het Hf-antennesignaal en een uitgang voor het versterkte Hf- signaal.

-Oscillator

Een oscillator produceert een wisselspanningssignaal, in dit geval een Hf- wisselspanningssignaal.Indien men slechts een frequentie wenst te ontvangen, kan men een oscillator met een vaste frequentie toepassen. Een kristal is dan vaak het frequentiebepalende element.Wil men alle frequenties kunnen ontvangen in een bepaalde band dan moet men gebruik maken van een oscillator met een variabele frequentie.In deze oscillator is een af te stemmen kring het frequentie bepalende element.

De resonantiefrequentie van deze kring kan gevarieerd worden door de capaciteit of de zelfinductie van de kring te varieren.Een oscillator heeft geen ingang maar slechts een uitgang ten behoeve van het opgewekte wiselspanningssignaal.

-Mengtrap

In een mengtrap worden twee wisselspanningssignalen met elkaar gemengd.Het resultaat is een aantal frequenties aan de uitgang.De twee oorspronkelijke frequenties: fHf en fosc

en de som- en verschilfrequentie van deze twee: fHf - fosc en fHf + fosc De middenfrequenttrap selekteert de verschilfrequentie fHf - fosc

eruit, maar dit kan ook al in de mengtrap plaatsvinden als aan de uitgang een filter aanwezig is, dat op deze frequentie is afgestemd.Een mengtrap of mixer heeft heeft twee ingangen en een uitgang: een ingang voor het versterkte antenne signaal,een ingang voor het oscillatorsignaalen een uitgang voor de mengproducten of als de filtering al plaats heeft gevonden, het signaal met de verschilfrequentie.

-Middenfrequentversterker

De middenfrequentversterker doet hetzelfde als een Hf-versterker, alleen op een andere in het algemeen beduidend lagere frequentie, op de middenfrequentie.Veel gebruikte middenfrequenties zijn 455 kHz en 10,7 MHz.Doordat deze frequentie relatief laag is, is er een hoge selectiviteit te

realiseren, die nog verbeterd kan worden door de toepassing van een kristal-, mechanisch- of keramisch- filter. Dit filter moet natuurlijk passen bij de bandbreedte van de toegepaste modulatie, CW: 250 a 500 Hz, EZB: 2700 Hz, AM: 6kHz en FM: 12,5 of 25 kHz (afhankelijk van de kanaalafstand behorend bij de toegepaste frequentiezwaai).

Ook de versterking en daarmee de gevoeligheid kan, doordat de middenfrequentversterker op een vaste frequentie werkt, geoptimaliseerd worden.

-Detector

Elke modulatiesoort heeft zijn eigen detector.

Amplitude Modulatie

Frequentie Modulatie

De AM detector is vrij simpel; slechts een diode, een weerstand en een condensator.

CW en EnkelZijBand Modulatie

De FM-detector is beduidend gecompliceerder; 2 dioden, een speciale MF-trafo met 2 secundaire wikkelingen, waarvan een met een middenaftakking, 5 weerstanden en 3 condensatoren.

De productdetector wordt zowel voor de detectie van EZB als CWtoegepast.Een productdetector is 0pgebouwd uit een mixer en een oscillator. De oscillator wekt een signaal op met een frequentie die past bij de

draaggolf van het EZB-signaal. Het middenfrequent EZB-signaal wordt toegevoerd aan de mixer. Hetzelfde gebeurt met het oscillatorsignaal.De verschilfrequentie is dan het gewenste audiosignaal.

-Zwevingsoscillator (BFO)

Wekt de oscillator een variabele frequentie op dan heeft men een BFO of Beat Frequentie Oscillator. Men kan dan de toonhoogte instellen van het CW-signaal.

-Lf-versterker

In deze versterker wordt het audiosignaal op een niveau gebracht, waarbij dit signaal krachtig genoeg is om de conus van de luidspreken te bewegen.

-Automatische VersterkingsRegeling (AVR)

Vaak is er achter de midenfrequentversterker, parallel aan de audiodetector, een tweede diode en een afvlakschakeling aanwezig die een gelijkspanning produceren evenredig met het mf-signaal. Met deze gelijkspanning wordt de instelling van de transistoren in de Hf-trap en de middenfrequenttrap beinvloed.

Dit heeft als resultaat dat de versterking afneemt als het signaal groter wordt. Hiermee wordt een nagenoeg constant audiosignaal verkregen.Dit is erg prettig als er sprake is van “fading”. Bij “fading” varieert het antennesignaal sterk. De AVR zorgt er dan voor dat we hier niets van merken.

-Ruisonderdrukker (Squelch)

De ruisonderdrukker kijkt of het signaal boven een bepaalde (vaak instelbare) drempel uitkomt. Is dit het geval dan wordt het Lf-signaal aan de Lf-versterker doorgegeven.Is dit niet het geval dan gebeurt dit niet en komt er dus geen geluid uit de luidspreker.

Hiermee voorkomt men dat een ontvanger hinderlijk staat te ruisen als er geen signaal is. De ruisonderdrukker is meestal te vinden tussen de detector en de Lf-versterker.

-De voeding

De voeding zet de wisselspanning van het net om in gelijkspanningen die de ontvanger nodig heeft om goed te kunnen functioneren.Elke trap van de ontvanger waarin actieve elementen voorkomen (transistoren, fet’s, buizen, ic’s, opamp’s enz) moet gevoed worden met gelijkspanning om te kunnen functioneren. Deze gelijkspanningen kunnen verschillend zijn, zowel wat spanning, vermogen en stabilisatie betreft.Dus van de voeding lopen er electrische verbindingen naar deze actieve componenten om deze te voeden.

Examenvraagstukken 20, 21 en 22, voorjaar 2002, zie “750 examenvragen.....”, VERON. Functies van de onderdelen van de ontvanger, getekend in het bijbehorend schema.L1 en C1 vormen een seriekring, op de resonantiefrequentie gedraagt deze kring zich als een

kortsluiting, bijvoorbeeld voor een stoorsignaal van buiten.C2 koppelt het antenne signaal door naar de afgestemde kring en de basis van Q1, de Hf-

versterkerL3 en C3 vormen samen met C4 een parallelkring die afgestemd is op de te ontvangen frequentie

(filter)C4 heeft een grote capaciteit en dus een lage impedantie op de te ontvangen frequentie. C4

voorkomt dat de basisspanning van Q1 naar massa wordt kortgesloten.R2 en R3 stellen de basisgelijkspanning in van Q1. Deze gelijkspanning wordt nog beinvloed door

de AVR-spanningR1 Voert de AVR-spanning toe, waarmee de insteling en daarmee de versterking van Q1, de

Hf-versterker wordt beinvloedQ1 is het hart van de Hf-versterkerR4 bepaalt samen met R2 en R3 de gelijkstroom door de transistor Q1 (gelijkstroominstelling) C7 sluit de Hf-spanning op de emitter van Q1 kort en fungeert als ontkoppelkondensator.L6 en C6 vormen een parallelkring (hoe?) en filteren het Hf-signaal alvorens het door te geven. C5 legt de bovenkant van L6 voor wisselspanning aan massaC8 koppelt het Hf-signaal door naar de basis van Q2, de mixer R5 en R6 stellen de basisgelijkspanning in van Q2

R7 bepaalt samen met R5 en R6 de gelijkstroom door de transistor Q2, gelijkstroominstelling C7 koppelt het oscillatorsignaal in op de emitter van de mixer

Q2 is het hart van de mengtrap (mixer)L10,11 en C10,11 vormen een bandfilter afgestemd op de middenfrequentie R8 en R10 stellen de basisgelijkspanning in van Q3

R9 Voert de AVR-spanning toe, waarmee de insteling en daarmee de versterking van Q3, de Mf-versterker wordt beinvloed

C12 legt het knooppunt van R9, R8 en R10 voor wisselspanning aan massa Q3 is het hart van de Mf-versterkerR11 bepaalt samen met R8 en R10 de gelijkstroom door de transistor Q3, gelijkstroominstelling C16 sluit de Hf-spanning op de emitter van Q3 kort en fungeert als ontkoppelkondensator L13,15 en C13,15 vormen een bandfilter afgestemd op de middenfrequentieC14, C17 en R12 vormen een afvlakfilter voor de AVR-spanningC18 sluit eventuele Hf-wisselspanning op de voedingslijn kort naar massa, ontkoppelt de

voedingsspanningD2 richt de Mf-wisselspanning gelijk en produceert samen met C14, C17 en R12 de AVR-

gelijkspanningD1, C19 en R14 vormen de AM-detectorR13 reduceert de voedingsspanningC20 koppelt het Lf-signaal door naar de basis van Q4, de eerste Lf-versterkertrap R15 en R16 stellen de basisgelijkspanning in van Q3

R18 bepaalt samen met R15 en R16 de gelijkstroom door de transistor Q3, gelijkstroominst. C22 sluit de Lf-spanning op de emitter van Q4 kort en fungeert als ontkoppelkondensator Q4 is het hart van de eerste Lf-versterkertrapR17 is de collector weerstand, waarover het versterkte Lf-signaal (audio) wordt afgenomen R19 reduceert de voedingsspanningC23 koppelt het Lf-signaal door naar de basis van Q5, de eindversterker R20 en R21 stellen de basisgelijkspanning in van Q5

R22 bepaalt samen met R20 en R21 de gelijkstroom door de transistor Q5, gelijkstroominst C24 sluit de Lf-spanning op de emitter van Q4 kort en fungeert als ontkoppelkondensator Q5 is het hart van de eindversterkerT2 deze trafo past de collector uitgangsimpedantie aan op de luidsprekerimpedantie R23 en R24 stellen de basisgelijkspanning in van Q6

R25 bepaalt samen met R23 en R24 de gelijkstroom door de transistor Q6, gelijkstroominst C26 sluit de Lf-spanning op de emitter van Q6 kort en fungeert als ontkoppelkondensator Q6 is het hart van de oscillatorL26 koppelt een deel van het Hf-oscillator signaal terug naar basis van Q6 C27 legt het knooppunt van R23, R24 en L26 voor wisselspanning aan massa L25, C25 vormen de parallelkring die de oscillatorfrequentie bepaaltC26 legt de onderkant van L25 voor wisselspanning aan massaT1 is de voedingstrafo die de netspanning verlaagt tot een spanning die na gelijkrichting en

afvlakking bruikbaar is voor de ontvangerD3 en D4 zijn de gelijkrichtdiodenC29 is de afvlakcondensatorR26 en D5 vormen een stabilisatieschakeling voor een tweede lagere voedingsspanning C30 fungeert als buffer voor wisselende belastingen

De weg die het signaal volgt:Het Hf-signaal komt binnen via de antenne en via C2 naar de bassis van de Hf-versterker, Q1, gevoerd. (de parallelkring L3 C3 filtert het gewenste signaal eruit) Het door Q1 versterkte signaal wordt afgenomen van de middenaftakking van L6 en via C8 toegevoerd aan de basis van Q2, de mixer.In de mixer wordt het signaal, wat frequentie betreft, getransformeerd naar de middenfrequentie.Via het bandfilter L10, C10, L11 en C11 komt het signaal tercht op de basis van Q3, de middenfrequent versterker. Na versterking gaat het signaal via het bandfilter L13, C13, L15 en C15 naar de detector D1, C19 en R14. Het Lf-signaal wordt afgetakt van R14 en via C20 toegevoerd aan de basis van de eerste Lf-versterkertrap, Q4. Na versterking wordt het signaal afgenomen van de collector van Q4 en via C23 toegevoerd aan de basis van de eindversterker, Q5. Na enige vermogensversterking wordt het signaal via een uitgangstrafo afgenomen van de collector van Q5 en toegevoerd aan de luidspreker.

Hoofdstuk 5. Zenders5.1 Blokschema’s

-FM-zender

Praktische uitvoering op de 2 m-band

Let wel: als er vermenigvuldigtrappen worden toegepast, wordt de frequetiezwaai van de oscillator ook vermenigvuldigd; dus als door de FM-modulator in de oscillator een frequentiezwaai van een kHz wordt gerealiseerd dan is in deze zender de zwaai aan de uitgang 4x3x1 kHz = 12 kHz.

-CW-zender

Het “sleutelen”, dat wil zeggen het “aan” en “uit” zetten van de oscillator is problematisch, omdat een oscillator nadat deze is ingeschakeld even tijd nodig heeft om om zich op de definitieve frequentie te stabiliseren. Daarom wordt er gesleuteld in de tussentrap of driver.Het “sleutelen” kan ook in de PA

-EZB-zender

5.2 Werking en functies van de volgende schakelingen (alleen als onderdeel van het blokschema)

-Mengtrap

In een mengtrap worden twee wisselspanningssignalen met elkaar gemengd, net als bij een superheterodyne ontvanger.Het resultaat is een aantal frequenties aan de uitgang.De twee oorspronkelijke frequenties: fEZB en fosc

en de som- en verschilfrequentie van deze twee: fEZB - fosc en fEZB + fosc

De stuurtrap selekteert de somfrequentie fEZB + fosc eruit, maar dit kan ook al in de mengtrap plaatsvinden als aan de uitgang een filter

aanwezig is, dat op deze frequentie is afgestemd.Een mengtrap of mixer heeft heeft twee ingangen en een uitgang: een ingang voor het EZB-signal,een ingang voor het oscillatorsignaalen een uitgang voor de mengproducten of als de filtering al plaats heeft gevonden, het signaal met de somfrequentie.

-Oscillator (kristal en VFO)

Een oscillator produceert een wisselspanningssignaal, in dit geval een Hf- wisselspanningssignaal, net als bij een superheterodyne ontvanger.Indien men slechts een frequentie wenst te ontvangen, kan men een oscillator met een vaste frequentie toepassen. Een kristal is dan vaak het frequentiebepalende element.Wil men alle frequenties kunnen ontvangen in een bepaalde band dan moet men gebruik maken van een oscillator met een variabele frequentie.In deze oscillator is een af te stemmen kring het frequentie bepalende element.

De resonantiefrequentie van deze kring kan gevarieerd worden door de capaciteit of de zelfinductie van de kring te varieren.Een oscillator heeft geen ingang maar slechts een uitgang ten behoeve van het opgewekte wiselspanningssignaal.

-Scheidingstrap (of buffertrap)

De buffertrap wordt vaak toegepast achter een oscillator. De belasting van de oscillator wordt hierdoor minder zwaar en minder wisselend. Dit komt de frequentiestabiliteit sterk ten goede.

-Stuurtrap

Een stuurtrap wordt vaak toegepast achter een frequentie vermenigvuldiger. Door frequentie vermenigvuldiging ontstaan er naast het gewenste signaal ook allerlei ongewenste producten, o.a. harmonischen. Deze ongewenste producten moeten worden weggefilterd voor ze in de volgende trappen versterkt en door de eindtrap uitgezonden worden.

De stuurtrap zorgt voor deze filtering en wordt daarom vrijwel altijd toegepast tussen de vermenigvuldigtrap en de eindtrap.

- Frequentievermenigvuldiger

In het algemeen zal de, door de oscillator in een FM-zender opgewekte frequentie niet gelijk zijn aan de zendfrequentie, maar zal deze beduidend

lager zijn. Om de gewenste zendfrequentie te verkrijgen wordt het oscillator signaal in een of meerdere frequentievermenigvuldigtrappen, vermenigvuldigd met 2,3 of 4.Dit realiseert men door in een versterkertrap de transistor of de buis op een bepaalde manier in te stellen, zodat deze zoveel mogelijk signaal afgeeft op de, door vermenigvuldiging van de oscillatorfrequentie ontstane, gewenste frequentie. Deze door vermenigvuldiging ontstane gewenste frequentie wordt er aan de uitgang uitgefilterd met behulp van een afgestemde kringEen vermenigvuldigingsfactor van meer dan 4 is moeilijk te realiseren.

-Vermogensversterker

genoemd

-Uitgangsfilter (Pi filter)

Een stuurtrap kan maar een relatief klein vermogen leveren. Wil men meer vermogen produceren, dan moet men een vermogensversterker toepassen.Deze is voorzien van een of meer vermogenstransistoren of zendbuizen. Een dergelijke vermogensversterker wordt ook wel PA (Power Amplifier)

Een -filter is een laagdoorlaatfilter. Het wordt vaak toegepast achter de PA. Een PA heeft als nadelige eigenschapdat hij behalve versterkt ook vervormd. Dat betekent dat hij ook hogere harmonische van het gewenste signaal

produceert en die mogen we niet uitzenden vandaar de toepassing van het-filter. Het -filter is ook in staat om de impedantie aanpassing tussen de Hf-powertransistor of zendbuis in de eindtrap te realiseren.

-Frequentiemodulator

Om een frequentie gemoduleerd signaal te verkrijgen moeten we de mogelijkheid hebben om de resonantiefrequentie van het frequentiebepalend element in een oscillator te veranderen.Tegenwoordig doet men dit meestal met behulp van een zogenaamde varicap. Dit is een diode die een redelijke capacitiet bezit afhankelijk van de

sperspanning. Dit laatste wil zeggen dat de capaciteit groter of kleiner is afhankelijk van de sperspanning. Deze capaciteitsdiode zet men parallel aan de capaciteit van de LC-kring in de oscillator. Door de sperspanning te varieren zal nu ook de resonantiefrequentie van LC-kring varieren en daarmee de frequentie van de oscillator.C is aanwezig om de gelijkspanning uit de Lf-versterker te blokkeren. L dient de Hf-wisselspanning uit de oscillator te blokkeren.Door de door R toegevoerde positieve spanning spert de varicap, D. In een kristal oscillator zet men de varicap parallel aan het kristal.

-EZB-modulator

Een EZB modulator of balansmodulator is een speciale mixer. Door zijn uitvoering (vier dioden en twee trafootjes) is het oscillatorsignaal niet of sterk verzwakt aanwezig in het uitgangssignaal. Hierdoor wordt het gemakkelijker om met behulp van een zijbandfilter de juiste zijband uit het uitgangssignaal te filteren.

-EZB-filter

Het EZB-filter is opgebouwd uit een verzameling kwartskristallen. Het heeft een doorlaatbandbreedte van ongeveer 3 kHz overeenkomend met het spectrum van de spraak.De centrale frequentie is vaak 455 kHz of 9,000 MHz

Het EZB filter laat maar een zijband door (USB of LSB), de andere zijband wordt sterk verzwakt.

-Voeding

Wat er over voedingsapparatuur gezegd is bij ontvangers geldt in het algemeen ook bij zenders. Bij zenders waar in de eindtrap buizen toegepast worden, hebben we uiteraard te maken met hoge spanningen bijv 750 Volt. Bij aparte PA’s met buizen kan deze spanning oplopen tot 2,5 kV.Ook heeft men bij buizen vaak een negatieve spanning nodig om de buis op de juiste manier in te stellen.

5.3 Zendereigenschappen

-Frequentiestabiliteit

a) Korte duur stabiliteit.Korte duur stabiliteit heeft betrekking op de mate waarin de zender tijdens uitzendingen in frequentie verloopt. Het opwarmen van de appartuur speelt hierbij een grote rol.Dit is vooral van belang bij EZB- en CW-uitzendingen. Een variatie van 100 Hz betekent dat de toonhoogte met 100 Hz verandert.Bij AM en FM is dit beduidend minder problematisch.

b) Lange duur stabiliteit.Hierbij gaat het over het frequentieverloop over langere tijd (maanden, jaren). Dit verloop wordt bepaald door de veroudering van componenten.

-Hf-bandbreedte

CW 250 Hz tot 500 HzEZB 3 kHzAM 6 kHzFM 12kHz

-Zijbanden

CW Slechts een toon dus ook maar een frequentieEZB Slechts een zijband USB of LSB ongeveer 3 kHz breedAM Twee zijbanden USB, draaggolg en LSB totale bandbreedte ongeveer 6 kHzFM zijbanden die theoretisch doorlopen tot in het oneindige, maar praktisch al snel niet meer

waarneembaar zijn (binnen 12 kGz)

-Uitgangsvermogen

P = (Utop)2 / 2R

-Ongewenste Hf-uitstraling

Het betreft hier signalen dit in de zender of de ontvanger gegenereerd worden en die op de een of andere manier via de antenne de ruimte in gaan.Voorbeelden zijn: oscillatorsignalen of harmonischen hiervan, mengproducten enzHet is zaak deze signalen bij de bron aan te pakken omdat het na eventuele versterking extra moeite kost om er vanaf te geraken.

-Harmonischen

Ook harmonischen van het uitgezonden gewenste sinaal kunnen een probleem vormen. Ze ontstaan meestal in de eindtrap waar naast versterking ook vervorming aan de orde is. Vervorming betekent een niet zuiver sinusvormigsignaat en dus harmonischen.Deze kan men met een laagdoorlaatfilter, zoals het -filter, teniet doen.

Zie ook voor ongewenste Hf-uitstraling en harmonischen: artikel 6 “Storing” van de AT-publikatie “Voorschriften en beperkingen”.



Hoofdstuk 6. Antennes en transmissielijnen6.1 Antennetypen (alleen opbouw, richteigenschappen en polarisatie)

-Halvegolfantenne met voeding in het midden (dipool)OpbouwZoals de naam al zegt is deze antenne 1/2 lang en wordt deze in het midden gevoed. In de praktijk is de lengte 3 tot 5 procent korter dan 1/2De stroom- en spanningsverdeling is als aangegeven in onderstaande figuur.

Stroomverdeling:aan de uiteinden is de stroom nul (de stroom kan aan de uiteinden nergens heen) en in het midden maximaal.Spanningsverdeling:Aan de uiteinden is de spanning maximaal en in het midden minimaal.De impedantie loopt van een minimale waarde in het midden naar een oneindig hoge waarde aan de uiteinden. De impedantie is te bepalen door op een bepaald punt, volgens de wet van Ohm, de spanning door de stroom te delen.

Richteigenschappen.In het horizontalle vlak is het stralingsdiagram van een horizontaal opgehangen dipool “achtvormig” In het vertikale vlak “circelvormig”. Als we de dipool vertikaal opstellen hebben we een rondstraler. Loodrecht op de dipool wordt de meeste energie uitgezonden, evenwijdig aan de dipool is dit nul.

PolarisatieDe richting van het electrisch veld is tevens de polarisatie richting.De richting van het electrisch veld is evenwijdig aan de dipool, dus de polarisatie richting is ook evenwijdig aan de dipool.Als de dipool horizontaal geplaatst is is de antenne horizontaal gepolariseerd, staat de dipool vertikaal dan is de antenne vertikaal gepolariseerd..

-Antenne met voeding aan het eindeOpbouwHet stralende element is 1/2 lang (minus 5 %) of een veelvoud hiervan.Dit stralende element wordt gevoed via een 1/4 open lijn, een balun (1:1) en een coaxkabel. De impedantie op het voedingspunt is zeer hoog (I = 0 en U = zeer hoog)Aan het begin van de 1/4 open lijn is de impedantie laag (I = zeer hoog en U = 0)

Richteigenschappen.In het horizontalle vlak is het stralingsdiagram van een horizontaal opgehangen dipool “achtvormig” In het vertikale vlak “circelvormig.Loodrecht op de dipool wordt de meeste energie uitgezonden, evenwijdig aan de dipool is dit nul.

PolarisatieDe richting van het electrisch veld is tevens de polarisatie richting.De richting van het electrisch veld is evenwijdig aan de dipool, dus de polarisatie richting is ook evenwijdig aan de dipool.Als de dipool horizontaal geplaatst is is de antenne horizontaal gepolariseerd.

-Kwartgolf vertikale antenne (groundplane)OpbouwEen 1/4 spriet boven een geleidend vlak. Het geleidend vlak werkt electrisch als een spiegel.De gestippelde lijn is het spiegelbeeld van de antenne 1/4 spriet en vormt met deze 1/4 spriet een vertikale 1/2 dipool.

De impedantie van een 1/2 dipool is ongeveer 70 ohm. De impedantie van de 1/4 spriet ten opzichte van het geleidend vlak is ongeveer 35 ohm.Wordt het geleidend vlak gevormd door radialen en buigen we deze naar beneden dan wordt de impedantie groter en met wat experimenteren bereiken we een impedantie van 50 ohm.

RichteigenschappenEen 1/4 spriet heeft in het horizontale vlak een cirkelvormig richtdiagram en fungeert dus als een rondstraler.

PolarisatieDe polarisatie van een 1/4 spriet is vertikaal (waarom?)

-Antenne met parasitaire elementen (yagi).OpbouwEen 1/2 dipool zendt evenveel energie naar achteren uit als naar voren. We kunnen deze energie verdeling beinvloeden door zogenaamde parasitaire elemten aan te brengen.We beginnen met een reflector achter de stralende dipool te plaatsen. De reflector is iets, ongeveer 5 %, langer als de straler. Hiermee wordt zoals de naam al aangeeft een groot deel van de naar achteren uitgestraalde energie naar voren gereflecteerd.

Nu kunnen we door directoren aan te brengen, de naar voren uitgestraalde energie verder bundelen. Directoren zijn wat korter als de straler, ongeveer 5%.

Door deze parasitaire elementen aan te brengen wordt de impedantie in het voedingspunt sterk verlaagd en moeten we maatregelen nemen om deze impedantie weer te verhogen zodat de waarde weer op 50 ohm komt.Vaak wordt dan een gevouwen dipool gebruikt die op zich een impedantie heeft van ongeveer 300 ohm.

Richteigenschappen.Een yagi bundelt bijna alle energie in een bepaalde richting. De openingshoek van een 16 elements Tonna bedraagt 2 x 16,5 0. Het is duidelijk dat dit problemen kan opleveren met het “vinden” van het tegenstation!

PolarisatieDe polarisatie is gelijk aan de opstelling van de straler; is deze horizontaal dan is de polarisatie ook horizontaal, is deze vertikaal dan id de polarisatie ook vertikaal.

6.2 Transmissielijnen

-Opbouw en gebruik van open lijn en coaxiale kabel.Open lijnEen open lijn is opgebouwd uit twee parallelle geleiders, die op afstand gehouden worden door spreiders van isolatie materiaal.Het dielectricum tussen de geleiders is hoofdzakelijk lucht.

De open lijn wordt vaak gebruikt als afgestemde voedingslijn bij eindgevoede antennes, vanwege de hogere doorslagspanning. (een afgestemde voedingslijn is in resonantie; bij resonatie treedt opslingering op van de spanning)De open lijn is electrisch en mechanisch symmetrisch.De karakteristieke impedantie ligt tussen de 200 en 400 ohm.

Coaxiale kabelEen coaxiale kabel is opgebouwd uit twee coaxiale geleiders met daartussen een dielectricum meestal van polytheen of een andere hoogwaardige verliesvrije kunststof.De coaxiale kabel wordt toegepast als er sprake is van lopende golven en de antenne aangepast is op de voedingslijn. De reflectie is dan minimaal.De coaxiale kabel is asymmetrisch electrisch gezien. De buitenmantel wordt met massa (aarde) verbonden. De karakteristieke impedantie van coaxiale kabels ligt tussen de 30 en 100 ohm; voor onze toepassing gebruiken we een type met een karakteristieke impedantie van 50 ohm.

-Voor- en nadelen van open lijn en coaxiale kabel

Open lijn Coaxiale kabel

hoge doorslagspanninghoge karakteristieke impedantie 200 – 400 ohm 30 – 100 ohm

niet beinvloed door voorwerpen in de buurt straalt nietbeter tegen weersinvloeden bestand

-Antenne aanpaseenheid (alleen het doel)Een antenne aanpaseenheid heeft als doel er voor zorg te dragen dat de energie die een zender produceert ook door de antenne daadwerkelijk wordt uitgezonden.Een antenne aanpseenheid past het antennesysteem aan op de uitgang van de zender of op de coaxiale kabel, die de zender met de aanpaseenheid verbindt, zodat de energieoverdracht optimaal plaatsvindt. Dit wil zeggen:

a) Het compenseren van inductieve of capacitieve componenten in de impedantieb) Het ohmse deel in de impedantie gelijk maken aan de uitgangsimpedantie van de zender of aan de

karakteristieke impedantie van de coax kabel welke de zender met de aanpaseenheid verbindt

Hoofdstuk 7. Propagatie en Frequentie spectrum7.1 Propagatie

- Ionosfeerlagen en het effect op de HF-propagatie

Regelmatig komt het voor, dat we op de 20 meter band stations uit Australie en het verre oosten horen.Hoe komt het dat we deze verre stations kunnen ontvangen? Om de aarde op zo’n 75 km tot 400 km hoogte bevindt zich de ionosfeer.In de ionosfeer bevinden zich electrisch geleidende lagen, die de radiogolven reflecteren en terugkaatsen naar de aarde. Het aardoppervlak kaatst deze gereflecteerde radiogolven weer terug omhoog richting ionosfeer, en daar worden ze weer teruggekaatst naar de aarde, enz. Het radiosignaal zigzagt op deze manier tussen het ardoppervlak en de ionosfeer naar deandere kant van de aardbol, waarbij het signaal meer of minder verzwakt wordt. De verzwakking is afhankelijk van de

mate van reflectie door de geleidende lagen.Wordt er weinig gereflecteerd dan is de verzwakking groot want een groot gedeelte van het signaal gaat dan door de ionosfeer heen en verdwijnt in de ruimte.De antenne heeft een bepaalde opstraalhoek. Hoe kleiner deze hoek hoe minder vaak er gereflecteerd hoeft te worden om dezelfde afstand te overbruggen en hoe sterker het signaal aankomt bij het tegenstation. Of hoe kleiner de opstraalhoek hoe groter de reikwijdte van ons station. In de ionosfeer onderscheiden we de D, de E, de F1 en de F2 lagen.De D-laag draagt niet bij tot eengrotere reikwijdte in tegendeel absorbeert overdag signalen op 40 en 80 meter. s’ Nachts is de D-laag niet aanwezig.De E, F1 en F2 lagen dragen wel bij tot een grotere reikwijdte, ze fungeren als “spiegels”, waarbij een deel van het radiosinaal door deze lagen heen gaat en in het heelal verdwijnt en een deel gereflecteerd wordt naar het aardoppervlak.

- De in vloed van de zonnevlekkencyclus op de communicatieHoe groot het gereflecteerde deel is hangt af van het aantal electrisch geladen deeltjes in de E, F1 en F2. Dit aantal deeltjes is niet constant en varieert met de hoogte. Het aantal electrisch geladen deeltjes is onderhevig aan schommelingen, die bepaald worden door de zoninstraling (dagcyclus en jaarcyclus) en het aantal zonnevlekken.S’Nachts voegen de F1 en F2 zich samen tot de F-laag. Overdag onder invloed van de zon splitst de F-laag zich weer in de F1en F2 laag. De lagen zijn dus steeds in beweging.

Het aantal zonnevlekken vertoont van jaar tot jaar schommelingen en men onderscheidt hierin een 11-jarige cyclus. Vooral de 10, 15 en 20 meter band zijn sterk aan deze verschijnselen onderhevig.In 1996/1997 vertoonde de zonneactiviteit een minimum. Nu neemt de zonneactiviteit weer toe en worden de mogelijkheden voor de zendamateur weer groter.

- FadingDe spiegelende E, F1 en F2 lagen zijn constant in beweging en zijn niet iedere dag het zelfde ook vertonen deze hier en daar gaten die het ene moment weer opgevuld worden en het andere moment ontstaan.Deze beweging in deze geleidende lagen ie er de oorzaak van dat we veraf gelegen stations soms met wisselde signaalsterkte ontvangen.Als bijvoorbeeld een radiogolf tegen twee verschillende lagen die in beweging zijn gereflecteerd wordt, komen er bij de ontvanger twee dezelfde signalen, die elkaar kunnen versterken maar ook elkaar kunnen uitdoven. Dit verschijnsel is herkenbaar als een kort wegzakken in de ruis van een verafgelegen station waarna het weer sterk opkomt. Dit verschijnsel duurt slechts kort en we spreken dan van fading.Duurt het verschijnsel langer, uren of dagen dan spreekt men van wisselende condities.

Voor de VHF en UHF hebben de E, F1 en F2 geen betekenis. De VHF en UHF signalen worden niet gereflecteerd en verdwijnen in de ruimte.Op de VHF en UHF banden moeten de antennes elkaar kunnen “zien”. De reikwijdte van de zender is iets verder als de horizon omdat de EM-stralen iets met het aardoppervlak meebuigen. Dus de antennehoogte is belangrijk. Hoe hoger hoe beter. Globaal kan gesteld worden dat bij een twee keer zo hoog opgestelde antenne de reikwijdte 1,4 maal zo groot wordt Toch zijn er interessante mogelijkheden voor de VHF en UHF amateur:Meteor-scatterOo k meteorietregens veroorzaken reflectiegebieden in de ionosfeer.Als een meteoriet verbrandt ontstaat een oplichtende staart, die VHF-radiogolven goed reflecteert. De levensduur van deze staart is maar enkele seconden tot hooguit enkele tientallen seconden. De overbrug- bare afstand is ca 1800 km. De grootste meteorietenregen is de Perseiden regen in de tweede en derde week van augustus. Door de korte reflectieduur worden de verbindingen doorgaans gemaakt met hogesnelheid- telegrafie.AuroraDit verschijnsel is gekoppeld aan het noorderlicht. Het wordt veroorzaakt door de zonnewind. Electrisch geladen deeltjes worden door de zon uitgestoten en via het aardmagnetisch veld naar de polen afgebogen. In de ionosfeer komen de geladen deeltjes in botsing met de gasmoleculen van de zeer ijle atmosfeer.Hierbij ontstaat zowel licht (het noorderlicht) als een wolk, met een hoge concentratie aan vrije electronen, die de VHF-radiogolven reflecteert Een kenmerk van deze gereflecteerde golvenis dat ze soms een rauw sissend geluid meebrengen.Sporadische E (Es)In de zomer kan de E-laag op bepaalde plaatsen, soms zo sterk geioniseerd raken dat zelfs 145 Mhz signalen nog gereflecteerd worden. Er kunnen dan afstanden tot 1800 km overbrugd worden.

- TroposfeerHet deel van de atmosfeer waarin het weer zich afspeelt heet troposfeer. De troposfeer strekt zich uit tot 10 km hoogte. Ook hier kunnen we interessante mogelijkheden vinden voor de VHF- en UHF-amateur.

- De invloed van de meteorologische omstandigheden op de VHF/UHF-propagatieInversieAls een warme lucht laag over een koude luchtlaag schuift en deze afdekt zal de temperatuur in de atmosfeer in eerste instantie afnemen met de hoogte tot we de warme luchtlaag bereiken en daar neemt de temperatuur weer toe met de hoogte. Dit noemen we een inversie. Op de overgang van koud naar warm worden de radiogolven van bijvoorbeeld een tweemeterstation afgebogen.In sommige gevallen kan de afbuiging zo sterk zijn dat de radiogolven nadat deze een grote afstand afgelegd hebben weer terugbuigen naar de aarde. Er zijn dan verbindingen mogelijk tot 1500 km. Omdat deze voortplanting in de troposfeer plaatsvindt, noemt men dit tropo-propagatie.

7.2 Frequentiespectrum

- HF, VHF, UHF frequentiegebied

Rv =

Hoofdstuk 8. Metingen8.1 Meten

Het meten van:-Gelijk- en wisselspanningen

AlgemeenMet behulp van een gevoelige draaispoelmeter kunnen we zowel kleine stroompjes (bijv van 10 uA) als kleine spanningen (bijv van 10 mV) meten,.Het spoeltje in de draaispoelmeter heeft een groot aantal windingen van zeer fijn dun draad en daarmee een zekere weerstand Rm

OpbouwHet spoeltje is draaibaar in het veld van een magneet opgesteld en wordt met behulp van twee spiraalveertjes in een bepaalde stand gehouden. Loopt er een stroom door het spoeltje dan zal het, door het spoeltje opgewekte magneetveld zich afzetten tegen het magneetveld van de magneet en het spoeltje zal een stukje draaien tot boven beschreven kracht evenwicht maakt met de veerkracht van de veertjes.De wijzer, die bevestigd is aan het spoeltje, zal dan een bepaalde uitslag vertonen. Hoe groter de stroom door het spoeltje hoe groter de uitslag van de wijzer.

In nevenstaande figuur is een vervangingsschema van een gevoelige draaispoelmeter getekendOok hier geldt de wet van Ohm U = I x Rm

U is de spanning over de meter, I is de stroom door de meter en Rm is de weerstand van de meter.Dit geldt natuurlijk ook bij volle uitslag van de wijzer; de stroom en de spanning zijn dan maximaal,Umax = Imax x Rm

Zoals al gezegd we kunnen met de gevoelige draaispoelmeter zowel stromen als spanningen meten. De schaal moet dan geijkt zijn in amperes of volts.We moeten ons hierbij realiseren dat de spanning over een component staat.Willen we bijvoorbeeld de spanning meten over een weerstand dan moeten we de voltmeter parallel schakelen aan de weerstand; de voltmeter mag dan niet de spanning over de weerstand beinvloeden, dat wil zeggen dat de weerstand van de voltmeter heel groot moet zijn ten opzichte van de weerstand waar de spanning over staat, die we willen meten.We kunnen ook de gevoeligheid van een voltmeter aangeven:De gevoeligheid G = Rm / Umax ohm per volt. Weten we de maximale spanning die een voltmeter kan meten en weten we de gevoeligheid dan kunnen we de weerstand van het instrument uitrekenen Rm = G x Umax.

Vergroten van het meetbereik van de voltmeter:Stel we hebben een uA-meter van 100 uA (maximale stroom) en een Rm van 100 ohm. Umax is dan 0,01 voltWe willen hiermee een gelijkspanning van 15 volt (volle schaal) meten. Dan moeten we het instrument voorzien van een voorschakelweerstand Rv; dit is een weerstand in serie met het instrumentRtotaal = 15 / 0,0001 = 150.000 ohm = Rm + Rv 00 – 100 = 149.900 ohUiteraard moet de schaal van het instrument worden aangepast!!

Sluiten we een 50 Hz wisselspanning van 15 volt aan op dit instrument dan zien we geen uitslag van de wijzer. Detraagheid van een draaispoelmeter is zodanig dat deze de snelle wisselingen (50x per seconde) niet kan volgen. Om nu toch een dergelijke spanning te kunnen meten gaan we de wisselspanning gelijkrichten. In de praktijk gebeurt dit met een kleine brugcel. Het meetinstrument is aan gesloten op de + en – klemmen van de brugcel en de voorschakelweerstand op een van de wisselspannings-aansluitingen van de brugcel. De schaal moet nu geijkt worden voor wisselspanning.

-Gelijk- en wisselstromenBij het meten van stromen moeten we ons realiseren dat de stroom door een component looptWillen we bijvoorbeeld de stroom weten door een weerstand dan moeten we de amperemeter in serie schakelen met de weerstand; de amperemeter mag dan niet de stroom door de weerstand beinvloeden, dat wil zeggen dat de weerstand van de amperemeter heel klein moet zijn ten opzichte van de weerstand waar de stroom door loopt die we willen meten.

Vergroten van het meetbereik van de ampere-meterStel we hebben een uA-meter van 100 uA (maximale stroom) en een Rm van 100 ohm. We willen daarmee 0,5 Ampere (volle schaal) meten. Dan moeten we het instrument voorzien van een shuntweerstand Rs; dit is een weerstand parallel aan het instrument.Umax = Imax x Rm

Umax = 0,0001 x 100 = 0,01 dezelfde spanning moet over de Rs staan0,01 = 0,4999 x Rs Rs = 0,01 / 0,4999 Rs is ongeveer 0,002 ohm

Willen we een 50 Hz wisselsstroom van 0,5 ampere meten met dit instrument dan zien we geen uitslag van de wijzer. De traagheid van een draaispoelmeter is zodanig dat deze de snelle wisselingen (50x per seconde) niet kan volgen. Om nu toch een dergelijke stroom te kunnen meten gaan we de wisselstroom gelijkrichten. In de praktijk gebeurt dit met een kleine bruggelijkrichter. Het meetinstrument is aan gesloten op de + en – klemmen van de brugcel en de shunt weerstand op de

wisselspannings-aansluitingen van de brugcel.De schaal moet nu geijkt worden voor wisselstroom.

-WeerstandOm een onbekende weerstand te meten maken we gebruik van 0nderstaande schakeling.

Volgens de wet van Ohm is U = I x Rx Rx = U/I Rx = 1,5 / 0,0001 = 15.000 ohm = 15 kohmWe kunnen natuurlijk ook de schaal ijken door een aantal bekende weerstanden te meten. We kunnen de waarde van de weerstand dan meteen aflezen.In een analoge universeelmeter heeft men dit principe toegepast en ook een voorziening aangebracht om de

meter op nul te stellen. Is er geen weerstand tussen de klemmen (Rx is oneindig groot) dan loopt er geen stroom. Bij deze wijzerstand hoort de waarde oneindig. Vervangen we Rx door een kortsluiting dan is Rx gelijk aan 0 en moet de wijzer volle uitslag vertonen en net niet tegen de aanslag staan. Bij deze uitslag hoort de waarde 0. Staat de wijzer tegen de aanslag dan kunnen we dat met de potentiometer corrigeren. We stellen de meter dan op 0.De schaal van de meter moet nu nog geijkt worden voor de waarden tussen 0 en oneindig.

-Gelijkstroom- en hoogfrequentvermogenGelijkstroomvermogen P = UxIIn nevenstaande situatie neemt de tranceiver 2 A op bij een voedingsspanning van 12 V Het opgenomen vermogen is 12 x 2 = 24 watt

P = U2/R = 152/1000 = 225/1000 = 0,225 watt

P = I2R = (0,015)2 x 1000 = 0,000225 x 1000 = 0,225 watt

HoogfrequentvermogenAls we het uitgangsvermogen van onze zender willen meten sluiten we deze aan op een zogenaamde kunstantenne, een inductie vrije weerstand van 50 ohm, en meten de topwaarde van de spanning over deze

weerstand. We kunnen dan het vermogen berekenen P = (Utop)2/(2R).

Waarom delen door 2R inplaats van R? Bij de berekening dient men uit te gaan van de effectieve waarde van de spanning. We meten echter de topwaarde. Om dat verschil te corrigeren moeten we in de formule door 2 delen.

-FrequentieFrequentie kunnen we op twee manieren meten:

1) met een afstembare kring en een detector.

Het principe is als volgt: via een koppelspoel wordt het signaal met de onbekende frequentie toegevoerd aan de afstembare kring. Door te draaien aan de variabele condensator zal op een bepaald moment de afstembare kring in resonantie komen en

energie opnemen uit het toegevoerde signaal. Dit is te constateren uit een uitslag van het meetinstrument De afstemcondensator is voorzien van een, in frequentie, geijkte schaal en we kunnen nu de frequentie aflezen. Deze methode is niet erg nauwkeurig maar voor een eerste indicatie zeer geschikt.

2) Door van een periodiek signaal, waarvan de frequentie gemeten moet worden, gedurende 1 seconde te tellen hoe vaak het signaal een bepaalde drempelspanning heeft overschreden.Deze methode is beduidend nauwkeuriger en is mogelijk gemaakt door de hedendaagse digitale techniek.

-ResonantiefrequentieDe resonantie frequentie van een afgestemde kring kunnen we bepalen door de spoel van de afgestemde kring van een variabele frequentie oscillator in de buurt te brengen van de afgestemde kring waarvan we de resonantiefrequentie willen meten. Als de frequentie van de oscillator gelijk is aan de resonantiefrequentie van de afgestemde kring, ontrekt deze kring energie aan de oscillator. De oscillator zal dan minder heftig oscilleren en dit wordt zichtbaar gemaakt op een draaispoel meter.

8.2 Meetinstrumenten

Het meten met:-Universeelmeter (analoog en digitaal)

Met een universeelmeter kan men gelijkspanningen en –stromen, wisselspanningen en –stromen en weerstanden meten.Alvorens te gaan meten dient men het juiste meetbereik in te stellen.Denk eraan dat bij de meetbereiken voor het bepalen van stromen de meter een uiterst lage weerstand heeft en dat een kleine spanning op de klemmen al leidt tot grote stromen. Als men per vergissing het instrument op het meten van stromen heeft staan en men probeert een spanningg te meten dat dit meestal het einde van het instrument instrument inhoudt en ook schade oplevert aan de electronica waaraan men meet. Bij een digitale universeelmeter wordt het

analoge signaal met behulp van een ADC (Analoog Digitaal Convertor) omgezet in een digitaal signaal. Een analoog meetinstrument heeft als voor deel dat je gemakkelijk een trend kunt waarnemen met een digitale meter is dit moeilijker

-StaandegolfmeterEen staandegolfmeter wordt gebruikt op een transmissielijn waarop een lopende, naar de antenne gaande, golf aanwezig dient te zijn. Met het instrument kan men deze meten en tevens kan men controleren of er een gereflecteerde gof aanwezig is. Is dit het geval dan kan men correcties aanbrengen aan deantenne en nagaan welk effect deze aanpassingen gehad hebben.Op de foto zijn een drietal staandegolfmeters afgebeeld.Het principe is bij deze drie instrumenten hetzelfde en gebasserd op de richtingskoppelaar. Hierbij wordt of de sterkte van de heengaande golf (forward) of de sterkte van de gereflecteerde

golf (reflected) gedetecteerd en zichtbaar gemaakt op het aanwijsinstrument.

-FrequentietellerDeze frequentieteller is gebaseerd op het tellen, hoe vaak het signaal een bepaalde drempelspanning in een seconde heeft overschreden.Deze methode is beduidend nauwkeuriger en is mogelijk gemaakt door de hedendaagse digitale techniek. Belangrijk is hierbij dat het signaal ten opzichte van de drempelspanning voldoende groot is.Is het signaal kleiner dan de drempelspanning dan kan het instrument niet tellen; is het signaal ongeveer even groot als de drempelspanning dan kan ruis en stoorsinalen de meting negatief beinvloeden.Dit is waarschijnlijk het geval als er steeds

andere waarden voor de frequentie worden weergegeven

-Absorptiefrequentiemeter

als absorptiefrequentiemeter werkt.

Op de foto is een “wavemeter” voor 2400 - 3400 MHz afgebeeld. Het apparaat is voorzien van een antenne (rechts naast het meetinstrument voor de doos)Met de knop rechts naast de draaispoelmeter kan men de gevoeligheid instellen. Aan de rechterkant steekt een micrometer uit het huis waarmee men de frequentie kan instellen. Deze is af te lezen via het venstertje (is tevens loupe) boven de knop voor de gevoeligheid.Het is een passief instrument; het heeft geen energie nodig, die wordt ontrokken aan de te meten EM-golfOok de hierinder afgebeelde “Dip-meter” heeft een sschakelaarstand waarbij deze “Dip-meter”

-DipmeterDe dipmeter bestaat uit een oscillator met een externe spoel om deze te koppelen met de kring waarvan de resonantiefrequentie gemeten dient te worden.In het afgebeelde instrument is deze oscillator ondergebracht in de ronde behuizing op de voorgrond,Hierop zit ook de externe spoel gestoken die verwisselbaar is om andere frequentie bereiken mogelijk te maken. De oscillator is voorzien van een geijkte frequentieschaal. Met de knop op de oscillator kan met de frequentie varieren.In dit geval is de oscillator uitgerust met een buis. Als de oscillator oscilleert dan gebeurt dit zo heftig dat de buis roosterstroom trekt. Deze roosterstroom wordt gemeten met de

draaispoelmeter op het grotere kastje. Is de oscillator afgestemd op de resonantiefrequentie van de te meten kring, dan ontrekt die kring energie aan de oscillator, de oscillaties zijn minder heftig en daardoor zal er een kleinere roosterstroom gaan lopen. We zien dus een dip in de roosterstroom; vandaar de naam “griddip”- meter

-Kunstantenne (dummyload)Op de foto staat een wat overgedimensioneerde kunstantenne afgebeeld.Deze bestaat uit een inductievrije weerstand waardoor deze dummyload geschikt is tot 1 GHz. Doordat de weerstand in een oliebad is ondergebracht wordt de warmte snel naar de koelribben afgevoerd en daardoor dit ding bruikbaar is tot 1 kW.Verder is er een 20 dB verzwakker in gebouwd, zodat met een gebruikelijke vermogensmeter dit grote vermogen eventueel gemeten kan worden

Hoofdstuk 9. Storing en immuniteit9.1 Storing in electronische apparatuur

-Interferentie met het gewenste signaal (TV, VHF en omroep)In dit geval komt het storend signaal binnen via de antenne ingang en interfereert met het gewenste signaal. (elkaar versterken en verzwakken) De mate van de storing is afhankelijk van de sterkte en de modulatievorm van het storende signaal en varieert van geheel wegdrukken van het gewenste signaal tot een lichte beinvloeding van het gewenste signaal.Bij TV-ontvangst kan dit varieren van een zwart beeld tot visgraatpatronen in het gewenste beeld.Bij de ontvangst van audio betreft het het wegdrukken van het audiosignaal tot het beluisteren van beide signalen, het gewenste en het storende signaal, waarbij het laatste signaal meestal vervormd is.Dit geldt zowel voor het geluid bij TV-ontvangst als ontvangst van FM- of andere signalen in de VHF- of omroepband

-LaagfrequentdetectieElke draad kan als antenne fungeren. Dit geldt ook voor het netsnoer, luidsprekerkabels, de verbinding met CD-speler, DVD-speler, video-recorder enz. In extreme gevallen, bij hoge veldsterkte, zullen ook de sporen op de printplaat waarop de electronica van het apparaat is ondergebracht relatief grote spanningen oppikken. Dit laatste noemt men directe instraling.Al deze “ingangen” zijn niet bedoeld om Hf-signalen te ontvangen, maar als de signalen groot genoeg zijn kunnen transistoren, dioden en IC’s als detector gaan werken. Ontstaat er een dergelijk gedetecteerd signaal in een Lf-versterker dan zal het gewenste en het stoorsignaal samen vesterkt worden. Beide signalen worden dan door elkaar hoorbaar. Is de storend zender een AM-zender dan is het storende signaal woordelijk te verstaan. Is het storende signaal afkomstig van een EZB-zender dan hoor je een onverstaanbaar gereutel maar wel in het ritme van de modulatie van de EZB-zender. Is het een CW-zender dan hoor je “plop”geluiden in het ritme waarmee gesleuteld wordt.Een FM-zender stoort net zo goed, maar omdat de amplitude constant is valt het minder op en zijn er dan ook minder klachten.In Hf-versterkers, videoversterkers enz verandert door de detectie van grote Hf-signalen de gelijkstroominstelling en daarmee de versterking van de trappen in deze versterkers. Dit leidt natuurlijk ook tot vervorming van het gewenste signaal.

9.2 Oorzaak van de storing in electronische apparatuur

-Veldsterkte van de zenderElke electronische schakeling is te beinvloeden (te storen) als de veldsterkte maar groot genoeg is. Apparatuur welke niet bedoeld is om signalen uit de amateurbanden te ontvangen en toch op dergelijke signalen reageert heeft last van, voor dat apparaat, te hoge veldsterkte. Het is dan zaak de veldsterkte te reduceren of er voor te zorgen dat deze signalen veroorzaakt door de hoge veldsterkte in de aangesloten leidingen niet binnen het apparaat kunnen komen.

-Ongewenste uitstraling van de zender (parasitaire uitstraling, harmonischen)Is de zender niet vrij van parasitaire uitstraling en / of bevat het uitgangssignaal harmonischen dan zal apparatuuur afgestemd op de frequentie van deze parasitaire uitstraling of een van de harmonischen een behoorlijke kans lopen gestoord te worden. Het is zaak deze ongewenste producten te verwijderen.

-Ongewenste beinvloeding van de gestoorde apparatuur:

via de antenne ingangVia de antenne-ingang kan zowel parasitaire uitstraling, als harmonischen, als een hoge veldsterkte tot storing leiden

via andere aangesloten leidingen (netsnoer, luidsprekersnoer e.d.)Via de andere aangesloten leidingen kan redelijkerwijs alleen de hoge veldsterkte van het gewenste signaal van de zender aanleiding geven tot storing.

door directe instralingOok bij directe instraling is de hoge veldsterkte van het gewenste zender-signaal de boosdoener

9.3 Maatregelen tegen storingVoorzieningen ter voorkoming en opheffing van storingen:

-Filteren in het amateurstationFilteren bij het amateurstation heeft alleen zin als het antenne signaal van het amateurstation parasitaire uitstraling en / of harmonischen bevat In het geval dat harmonischen voor de storing verantwoordelijk zijn is een laagdoorlaatfilter meestal de oplossing Betreft het een combinatie van parasitaire uitstraling en harmonischen dan is een banddoorlaat filter meestal afdoende.

-Filteren bij de gestoorde apparatuurIn dit geval gaat het om het reduceren van de signaalsterkte opgepikt door de aangesloten leidingen. In deze leidingen moeten we een hoge impedantie realiseren voor het storende signaal afkomstig van het amateurstation en wel zo kort mogelijk bij het gestoorde apparaat..

a) De antennekabel van het gestoorde apparaat.Afhankelijk van de frequentie waarop het storende apparaat werkt moeten we bij het gestoorde apparaat een hoogdoorlaat-, een laagdoorlaat- of een bandsperfilter aanbrengen.Stel we hebben te maken met storing op alle kanalen van een TV (kenmerk dat de veldsterkte de boosdoener is). Het storende signaal is afkomstig van een kortegolfzender.Alle frequenties van de TV-kanalen liggen boven de frequenties van de kortegolf. De frequenties van de TV-kanalen moeten worden doorgelaten de frequenties van de kortegolf niet, dus een hoogdoorlaatfilter.Is de storing afkomsig van een 23 cm-zender dan liggen de frequenties van alle TV-kanalen lager dan de frequentie van de 23 cm-zender en dan gebruiken we een laagdoorlaatfilter.Is de storing afkomstig van een 70 cm-zender dan ligt de frequentie van het storende signaal midden tussen de frequenties van de TV-kanalen en moeten we een bandsperfilter gebruiken.

b) De luidsprekersnoeren van het gestoorde apparaatLuidsprekersnoeren van een stereo-instalatie lijken erg op een dipool, pikken gemakkelijk een Hf- signaal op en voeren dit naat de eindtransistoren, die als het signaal groot genoeg is als detector gaan functioneren. Om dat te voorkomen moeten we voor Hf-signalen een hoge impedantie realiseren vlak bij de versterker uitgang. Dit kunnen we doen door het luidspreker snoer op die plaats vijf keer door een ferrietkern te halen. De hoge impedantie blokkeert dan het Hf-signaal maar laat het audiosignaal ongemoeid.

c) Het netsnoer van het gestoorde apparaatOok het netsnoer kan Hf-signalen oppikken en deze in het apparaat brengen waardoor storing ontstaat. Om dit te voorkomen wikkelen we vlak bij de plaats waar het netsnoer het apparaat in gaat het netsnoer op een ferrietstaaf. We wikkelen de staaf helemaal vol (een laag). We realiseren hiermee voor Hf-signalen een hoge impedantie en het Hf-signaal wordt geblokkeerd; de 230 V voeding heeft hier geen last van.

d) Andere leidingen aangesloten op het gestoorde apparaat.Verbindingskabels voor tuner, CD-, video-, DVD-apparatuur, enz verbinden twee apparaten die mogelijk gevoelig zijn voor sterke Hf-signalen die opgepikt worden door de verbindingskabel. Hier kan men een oplossing zoeken in de toepsssing van een ferrietkern welke men om de kabel kan klikken. Vaak is het dan verstandig om beide uiteinden van een dergelijke ferrietkern te voorzien.

-OntkoppelenLeidingen kunnen natuurlijk ook ontkoppeld worden met behulp van condensatoren. Dit dient echter met aandacht te gebeuren, anders kunnen er nadelige effecten in de schakeling optreden, zoals het beinvloeden van het audio- of videosignaal.

-AfschermingBij de bouw van een zender speelt afscherming van de verschillende trappen ten opzichte van elkaar, maar ook om te voorkomen dat allerlei in die trappen opgewekte en versterkte signalen naar buiten treden een belangrijke rol. Het ontkoppelen van leidingen die een dergelijke trap binnengaan of verlaten is belangrijk en het gebruik van goede doorvoer condensatoren wordt aanbevolen.Doet men dit niet goed, dan kan men net zo goed de hele afschermende behuizing weglaten.

-Afstand tussen zendantenne en radio-/TV-antenneAls men een zendantenne gaat opstellen dan is het verstandig de grootst mogelijke afstand te houden tot antennes voor radio- en TV-ontvangst. De signaalsterkte neemt snel af met de afstand en daar kunnen we ons voordeel mee doen.

-Vermeiden van het gebruik van eindgevoede antennesBij eindgevoede antennes treden in het voedingspunt hoge spanningen op. Dit betekend een grote veldsterkte. Voedingspunten liggen in het algemeen kort bij de woonhuizen en dat betekent dat de kans op storing groter is dan bij een antenne die in het midden gevoed wordt waar de spanning laag is en waarvan de einden, waar de spanning hoog is, in het algemeen verder van de woonhuizen zijn verwijderd

-Minimum vermogenOok het reduceren van het vermogen tot een waarde waarbij de verbinding nog komfotabel verloopt beperkt de kans op storing. Om van Heerlen naar Sittard te komen op 2 m is geen 400 Watt nodig.

-Goede HF-aardingHeeft men aarde nodig als tegenpool voor de antenne gebruik dan niet de randaarde van het net. Deze maakt nogal wat omzwervingen door het huis en is voor Hf dus geen goede aarde.Sla een extra aardelectrode en gebruik deze als Hf-aarde

-Sociale aspecten (goede relatie met de buren)Als je geconfronteerd wordt met storing in de buurt ga dan met de nodige takt te werk.Degene die de storing ondervindt is in het algemeen een leek op het gebied van hoogfrequenttechniek en is er meestal van overtuigd dat zijn gekochte commerciele apparatuur perfect in orde is (anders hadden ze het niet op de markt mogen brengen en verkopen)Zolang niet duidelijk is wat de oorzaak van de storing is, is het verstandiger het vermogen te reduceren tot een niveau waarbij geen storing optreedt of alleen dan uit te zenden als de gestoorde apparatuur niet gebruikt wordt.Analiseer het probleem; kom je er niet uit, roep de hulp in van een collega amateur die goed in deze materie zit of benader de fabrikant van de gestoorde apparatuur.Ga niet in het inwendige van het gestoorde apparaat modificaties aanbrengen, laat dat over aan de fabrikant.Zorg dat het probleem op een professionele wijze wordt opgelost tot tevredenheid van de eigenaar van de gestoorde apparatuur.Je bepaalt hiermee het imago van de gelicenseerde zendamateur!!

Hoofdstuk 10. Veiligheid10.1 Het menselijk lichaam

-De gevolgen van electrische schokOnze hersenen sturen met behulp van kleine electrische stroompjes via het zenuwstelsel onze spieren. Een grote vreemde stroom kan dit gevoelige systeem ontregelen, blijvend beschadigen of in het uiterste geval vernielen (dit laatste betekent een dodelijk ongeval!).Ons lichaam is lichaam is een goede geleider, het bestaat voor het grootste deel uit water met daarin allerlei stoffen opgelost voornamelijk zouten.De weerstand van het onderhuidse is laag zodat al bij een lage spanning er grote stromen kunnen gaan lopen. De stroom ondervindt de meeste weerstand van de huid, tenminste als deze droog is.Electrische stroom kan gemakkelijk tot brandwonden leiden.Bij een grote stroomdoorgang bestaat het gevaar dat we geen controle meer hebben over onze spieren, deze verkrampen en we kunnen de onderspanning staande draad of gereedschap niet meer loslaten.Bij nog grotere stromen zullen de gevolgen ernstiger zijn:

- blijvende beschadiging aan het lichaam (zenuwstelsel)- de dood

Wisselspanningen onder de 42 volt en zuivere gelijkspanning onder de 110 volt zijn volgens NEN 1010 ongevaarlijk. Wel kunnen deze spanningen in vochtige omstandigheden leiden tot schrikreacties en een schrikreactie kan ook weer gevaarlijke situaties opleveren

-Voorzorgsmaatregelen tegen electrische schokAls men spanningsvoerende delen moet aanraken dient men er voor te zorgen dat er geen stroom door het lichaam kan vloeien dit wil zeggen dat de rest van het lichaam geisoleerd is van andere geleidende voorwerpen.

Bij eindtrappen die boven de veiligheidsspanning worden bedreven moet de antenne galvanisch gescheiden zijn van de eindtrap.Dit is op twee manieren te realiseren:

a) door gebruik te maken van een goede koppelcondensator met een voldoend hoge werkspanning

b) Met behulp van een inductieve koppeling

Het lichtnet voert altijd spanning ten opzichte van aarde. Als je aan het lichtnet werkt schakel dan altijd de spanning af en zorg dat goed geisoleerd staat.Zorg dat je niet alleen bent als er aan gevaarlijke spanningen gewerkt moet worden; als er dan wat gebeurt kan de ander maatregelen treffen. Zorg ervoor dat iedereen weet waar de hoofdschakelaar zit

10.2 Netvoeding

-Verschil tussen fase, nul en aarde (kleurcode)Als we een stopcontact openen, komen we drie draden tegen: Bruin dit is de spanningsdraad ook wel fase genoemd Blauw dit is de nuldraadGeel/groen dit is de veiligheidsdraad

Tussen de bruine spanningsdraad en de blauwe nuldraad staat een wisselspanning van ongeveer 230 volt en 50 Hz.Omdat de draad een zekere weerstand heeft kan de spanning iets lager zijn. Meestal ligt deze spanning tussen 216 en 244 volt.De geel/groene veiligheidsdraad is aan de ene kant verbonden met de aardelectrode van het huis en aan de andere kant met de met de metalen kast van het aangesloten apparaat.De geel/groene draad mag nooit gebruikt worden om de bliksem af te leiden.

-Het belang van goede aardverbindingen.Via de geel/groene veiligheidsdraad worden de metalen behuizingen van alle aangesloten apparaten met elkaar verbonden. In huis is de geel/groen veiligheidsdraad verder verbonden met de waterleiding, de gasleiding, de centrale verwarming, eventueel met metalen plafonds of metalen delen van vloeren of fundering en met de aardelectrode van het huis.Op deze manier kan er nooit een gevaarlijk spannings verschil ontstaan tussen deze objecten als er iets mis gaat in een van deze apparaten; bijvoorbeeld als de isolatie van de spanningsvoerende draad beschadigd raakt en in aanraking komt met de metalen behuizing van het apparaat.Er loopt dan een (lek)stroom via de veiligheidsdraad naar aarde, de aardlekschakelaar detecteert dit en schakelt de spanning af, zodat de aangesloten apparaten spanningsloos worden.

Ook wordt deze aarde vaak gebruikt als tegenpool voor een kortegolfantenne, maar een rechtstreekse verbinding met een aardelectrode is beter.Nogmaals de veiligheidsdraad mag nooit gebruikt worden om de bliksem af te leiden.

-snelle en trage veiligheden, waarden van veilighedenOp een smeltveiligheid komen we twee, voor ons van belangzijnde, aanduidingen tegen, bijvoorbeeld 250 V en 2 A. De aanduiding 250 V heeft betrekking op de maximale spanning waarbij de zekering gebruikt mag worden, de aanduiding 2 A heeft betrekking op de stroom die de zekering nog juist kanverdragen zonder door te branden. Bij 100 % overbelasting van bovengenoemde zekering (dus bij 4 A) zal een gewone zekering binnen 1 uur doorbranden. Bij snelle zekeringen zal in een korter tijdsbestek plaatsvinden, bij trage zekeringen in een langer.

Waarden van veilighedenOok smeltveiligheden zijn slechts in een beperkt aantal waarden te verkrijgen:0,05 – 0,08 – 0,1 – 0,2 – 0,25 – 0,4 – 0,5 – 0,63 – 0,8 – 1 – 1,25 – 1,6 – 2 – 2,5 – 3,15 – 4 – 6,3 – 10

10.3 Gevaren

-Geladen condensatorenZoals we bij de behandeling van condensatoren gezien hebben, kunnen condensatoren met electrische lading opgeladen worden. De hoeveelheid lading is afhankelijk van de capaciteit en de spanning waarmme de condensator wordt opgeladen. Ook bij lage spanning kan er op een condensator een behoorlijke lading aanwezig zijn (als de capaciteit maar groot genoeg is).Kortsluiten leidt kortstondig tot een grote stroom en mogelijk ook vonkvorming. Dit kan verbranding en schrikreacties tot gevolg hebben.

-Hoge spanningenCondensatoren in de voeding en het hoogspanningscircuit van zenders, eindtrappen of audioversterkers met buizen kunnen onder hoge spanning staan.Het aanraken van een dergelijke condensator kan dan ook zeer gevaarlijk zijn. Een ontlaadweerstand van 100 kohm over de klemmen van een dergelijke condensator is dan ook zeer aan te bevelen

10.4 Bliksemontlading

-GevaarMet betrekking tot een blikseminslag kennen we twee gevaarlijke situaties, zowel wat letsel/dood betreft als schade aan apparatuur

a) De directe blikseminslagb) De blikseminslag in de nabijheid

-BeschermingDirecte blikseminslag.Een directe blikseminslag is nooit te voorkomen. We kunnen wel de gevolgen van een directe blikseminslag beperken door de lading zo snel mogelijk naar aarde te laten wegvloeien.Als we dat niet doen zoekt de lading zich zeker een andere ongecontoleerde weg naar aarde, mogelijk via onze apparatuur,waar dan zeker niets van overblijft.Het is daarom ook zaak om bij onweer de antenne los te koppelen van onze apparatuur en tevens de stekkers uit het stopcontact te trekken, ook als de antenne(mast) geaard is.Nogmaals de veiligheidsdraad mag niet gebruikt worden om de lading bij blikseminslag af te voeren, deze heeft een veel te hoge impedantie waardoor de lading via allerlei aangesloten apparaten zich een weg zoekt naar aarde; met alle gevolgen vandien.

Inslag in de nabijheid.Een inslag in de nabijheid veroorzaakt:

a) een sterk magnetisch veld dat in geleiders hoge stromen induceert.b) stromen in het aardoppervlak om de lading af te voeren. De spanningsval per meter in het

aardoppervlak is zo groot dat dit de dood ten gevolge kan hebben. In het open veld kan men tijdens een onweersbui het beste gehurkt gaan zitten met beide voeten vlak bij elkaar.Nooit onder een boom gaan staan tijdens een onweer.

De maatregelen genoemdbij directe blikseminslag hebben ook effect bij een inslag in de nabijheid, dus!

-Uitvoering van de aardingAls we de antennemast aarden met de bedoeling om bij een directe bliksem inslag de lading zo snel mogelijk af te voeren naar aarde dan dienen we dit te doen door de antenne(mast) via een zo kort mogelijke verbinding met zo weinig mogelijk bochten van voldoend grote doorsnede met behulp van een aardelectrode te aarden.

A inhoud - rfdx · Web viewIn een voedingsapparaat wordt de wisselspanning van 220 Volt omgezet in...

Documents

Transcript of A inhoud - rfdx · Web viewIn een voedingsapparaat wordt de wisselspanning van 220 Volt omgezet in...