Radio

Geschiedenis van de radio

Geschiedenis van de belangrijke wetenschappers en uitvinders

Voordat de eerste radio bestond werd er onderzoek gedaan naar elektromagnetische straling. Dit begon met de onderzoeken van James Maxwell (1831-1879). Maxwell deed veel onderdekkingen over elektromagnetische golven. Hij bewees dat elektriciteit en magnetisme in verband stonden met elkaar en in hetzelfde systeem te plaatsen waren. Hij had een aantal belangrijke basisvergelijkingen opgesteld die de basis van de klassieke elektrodynamica werden. Hij beschreef ook hoe dat licht een elektromagnetisch golfverschijnsel was.

Later werd door de natuurkundige Heinrich Hertz (1857-1894) bewezen dat lichtgolven en elektromagnetische golven vergelijkbaar gedrag toonden en bevestigde hij de theorie van Maxwell. Hertz werd door dit onderzoek de grondlegger van radio en draadloze telegrafie. De eenheid van frequentie werd naar Hertz genoemd. Hertz toonde aan hoe je electromagnetische straling kon produceren en detecteren. Bij zijn dood werden zijn eerdere ontdekkingen gepubliceerd.


Gugleilmo Marconi (1874-1937) was een Italiaanse uitvinder. Hij was geïnspireerd door de ontdekking en van Hertz en bestudeerde zijn werk. Hij ging er later voortwerken aan de theorieën van Heinrich Hertz en kon hierdoor in 1895 de draadloze telegrafie uitvinden. Hij staat bekend als de uitvinder van de radio in het westen. Marconi had geen nieuwe ontdekking gedaan over de theorie zelf, maar had de bestaande ontdekkingen verwerkt en aangepast tot een nieuw werkend systeem. Eerst werkte het systeem slechts voor kleine afstanden, maar al snel had hij het aangepast om te werken op grote afstanden. Dit deed hij door de grootte van de zender en ontvanger te vergroten en door de antenne contact te laten maken met de grond. Omdat er te weinig belangstelling was voor zijn nieuwe vindingen in Italië vertrok hij in 1897 naar Londen om daar zijn bedrijf op te starten, de Wireless Telegraph & Signal Company. Marconi liet radioverbindingen tussen Engeland en Frankrijk aanleggen en maakte daarmee op 12 december 1901 de eerste trans-Atlantische radioverbinding. Hierbij gebruikte hij een antenne van 122 meter hoog. Het signaal kon zich tot wel 2500 kilometer verplaatsen. Hiermee bewees hij dat radiogolven zich verder dan de horizon voort planten. Later werd getracht communicatie met Amerika te maken. Het bedrijf had nog lang problemen om een goed betrouwbaar communicatiemiddel tot stand te brengen. Later bleek Marconi 17 patenten van Tesla geschonden te hebben, en was dus niet de “echte” uitvinder van de radio.
De geschiedenis van de technologie

De eerste telegrafen bestonden al duizenden jaren geleden en bestonden uit bijvoorbeeld rooksignalen. De semafoor of optische telegraaf was de eerste bruikbare vorm van telecommunicatie. Dit werd uitgevonden in de tijd van de Franse Revolutie door Claude Chappe. Het werkte niet met elektromagnetische golven, maar met seinposten. Er waren seintorens met grote afstand tussen elkaar afgezet, die met behulp van licht een bericht konden doorsturen. Dit werd gedaan door seinarmen in een bepaalde positie te zetten. De volgende toren kopieerde dan deze posities en gaf het weer door. Tussendoor werd voortdurend gecontroleerd of de boodschap correct was doorgegeven. Dit heet een Chappe-telegraaf.

Er waren meerdere ideeën voor de elektrische telegraaf. André-Marie Ampère experimenteerde in 1821 met het idee om berichten per letter door te sturen. Dit werd gedaan door inviduele draden per letter aan te leggen en aan te sluiten op een galvanometer. Zo stonden er 36 meters en kon men aan de meters de letters aflezen en zo de boodschap noteren. Het werkte slechts maar op een korte afstand en ko n niet gebruikt worden. In deze tijd werden er veel ontdekkingen gedaan op elektronisch gebied. De elektromagneet en de relay werd uitgevonden. Nu kon het systeem werken met een heel lage stroom door de draden die een krachtige elektromagneet aandreef. In 1832 had Baron Schilling een verzendapparaat gemaakt dat bestond uit een keyboard met 16 zwarte en witte toetsen. Het ontvangende apparaat bestond uit 6 galvanometers. Door verschillende spanningen te gebruiken had de meter meerdere standen. Zo kon een enkele galvanometer meerdere letters tonen. Dit systeem werd later geperfectioneerd en gebruikt bij spoorwegen in Engeland.

Het systeem van de elektrische telegraaf werd gecommercialiseerd en er werden verbindingen aangelegd tussen landen in Europa. Later, in 1866, werd ook een trans-Atlantische verbinding aangelegd. Het systeem werd met alle continenten verbonden en er was voor het eerst globale communicatie mogelijk. Een andere vorm van communicatie die met hetzelfde principe werkte was de Morse telegraaf. Het stuurde berichten in de vorm van puntjes en streepjes, die dan door de ontvanger vertaald kon worden in een bericht. Dit heet Morse code. Het systeem werkt een seinsleutel waarbij de stroom aan en uit kan, en het contact kort of lang is. Door middel van combinaties worden letters gevormd.

De volgende stap was de radiotelegrafie, zoals beschreven bij Marconi. Marconi slaagde erin het bestaande systeem te verbeteren en over een veel grotere afstand te laten werken. Uiteindelijk werd een goed netwerk opgericht dat zelfs een radioverbinding gemaakt worden naar America toe. Het eerste gebruik van het radionetwerk was voor de communicatie van schepen en land. In oorlogen op zee werd het radionetwerk gebruikt, waarvan als vroegst bekend de slag om Tsushima in 1905. In de eerste wereldoorlog werd het gebruikt voor het contact tussen het leger en de vloot. Voor de Duitsers was dit noodzakelijk geworden omdat de Britten de ondergrondse radiokabels hadden onderbroken. Men kon op het land nog steeds gebruikmaken van de aangelegde elektrische telegraaf, waar de verbindingen nog steeds in stand waren.

In Amerika werden de eerste radiostations aangelegd voor publiekelijk gebruik. In de jaren 20 werden de radio-ontvangers in Amerika en Europa populairder onder de mensen. Steeds meer mensen kwamen in bezit van een ontvanger en ook steeds meer radiostations werden geplaatst. Radioprogramma’s werden gemaakt en de uitzendingen namen naast een informatieve bron ook een bron van vermaak. Bijvoorbeeld door het uitzenden van muziek. Er kwamen commerciële radiostations.

In het begin was er vooral sprake van AM radio. Hier kon alles mee worden verzonden zoals muziek, gesprekken en informatie maar het nadeel was dat het erg beïnvloedbaar door bijvoorbeeld bliksem en andere invloeden natuur en elektromagnetische straling van andere bronnen. In de jaren 40 werd de FM radio uitgevonden. Deze had geen last van invloeden en kon met een betere kwaliteit uitzenden. Het duurde heel lang voordat de FM radio de standaard werd en dat er dus meer FM stations waren dan AM stations. In het begin was het vooral gebruikt om klassieke muziek en educatieve programma’s uit te zenden. Later werd de FM band ook geaccepteerd bij de rockmuziek. Een goede reden om over te stappen naar FM radio is dat goede frequenties van de AM draaggolf al gebruikt waren en er veel conflicten optraden. Vooral in de tweede wereldoorlog werden deze frequenties gebruikt voor propaganda. Tegenwoordig is FM radio de standaard en wordt AM radio nog vooral gebruikt voor nieuwsuitzendingen en gesprekken. Muziek wordt vooral uitgezonden op FM.

Andere gebruiken van het radionetwerk behalve voor radio-uitzendingen waren onder andere telefonie en televisie. Oude mobiele telefoons maakten gebruik van de FM draaggolf om gesprekken mee te voeren. Tegenwoordig wordt gebruik gemaakt van een digitaal signaal om telefoongesprekken mee te voeren. Televisie gebruikte origineel de AM draaggolf voor beeld en de FM draaggolf voor audio. Het is nog niet zo heel lang geleden dat overgestapt werd op de kabel voor televisie. Het gebruikt tegenwoordig een digitaal signaal voor de beste kwaliteit. Nog heel veel mensen gebruiken de kabel niet en gebruiken nog steeds de ether voor televisie.


De technologie verbeterde en de radio-ontvangers werden steeds kleiner. Ze werden uiteindelijk draagbaar en de laatste apparaten verwerken het radiosignaal tot een binair signaal voordat het als audio afgespeeld wordt. De laatste vorm van radio is radio via internet, wat compleet digitaal verwerkt wordt.








Radiostations en radiogolven

Modulatie

In het geval van verreweg de meeste draadloze communicatie wordt het communicatie signaal (bijvoorbeeld de audio van een radio station) “verpakt” in de vorm van elektromagnetisch signaal. Dit verpakken van een radiosignaal wordt de modulatie genoemd. Tijdens de modulatie wordt bijvoorbeeld een audiosignaal veranderd in een sinusvormig elektromagnetisch signaal. Hierbij is de periode van de EM golf veel korter dan het signaal dat gemoduleerd wordt. De reden voor de modulatie is dat een signaal van een lage wisselende frequentie over één golf verstuurd kan worden over een EM golf met een veel hogere frequentie.

Er bestaan 2 grote vormen van modulatie.

Amplitude modulatie

Amplitude modulatie (vaak afgekort als AM) is de oudste vorm van modulatie. Bij amplitude modulatie wordt er in de elektromagnetische golf een wisseling van de amplitude aangebracht die het bronsignaal vervoert. Dit signaal heeft veel weg van een transversale golf waar de amplitude over enkele periode wordt veranderd. De ontvanger vangt deze verandering in golflengte op en verandert dit weer in een elektrisch signaal dat hetzelfde is als het bronsignaal.

Voor de draaggolf van een AM signaal C(t) geldt:

met

Hierbij is A de amplitude van de draaggolf en t het tijdstip.
Voor de wisseling die nodig is om het signaal over te brengen kan de amplitude A veranderd worden. Ook kan de hoek veranderd worden wat hetzelfde effect heeft.



Frequentie modulatie

Bij frequentie modulatie (vaak afgekort als FM) wordt er gebruik gemaakt in wisseling van de frequentie (trillingstijd) van de periode van enkele golven. Dit is in feite een longitudinale golf. Dit verschil in frequentie wordt opgevangen door de ontvanger een vervolgens weer omgezet in een elektrisch signaal.

Op het onderstaande diagram is het verschil tussen FM en AM weer gegeven.

Het bovenste signaal is het signaal dat gemoduleerd wordt.















Hoe zit de radio in elkaar?

De kristalradio die wij bouwen voor dit profielwerkstuk bestaat uit een aantal duidelijke onderdelen:

• Spoel
• Antenne
• Variabele condensator
• Diode
• Transistor
• IC: LM386
• Speaker
• 9 volt batterij
• Aansluiting met de grond

Bij de radio zijn een ontvangend gedeelte en een versterkend gedeelte te onderscheiden. Verder is het versterkend gedeelte aangesloten op een spanningsbron, in de dit geval een 9 volt batterij en is de uitgang van het circuit aangesloten op een speaker.

Ontvangend gedeelte

Dit bestaat uit de spoel, de antenne, de variabele condensator en de diode. De afstemspoel en variabele condensator vormen samen de afstemkring. Met de condensator wordt de kring afgestemd op het te ontvangen radiostation. De antennekring komt in resonantie met de uitgezonden draaggolf van de zender en gaat dus meetrillen. Je wilt alleen het geluidssignaal hebben en daarmee voortwerken, dus moet het signaal gescheiden worden van de draaggolf. Dit gebeurt door de diode: deze splitst de draaggolf doormidden en laat alleen de positieve kant van de draaggolf door.

Er wordt gesproken van modulatie van de draaggolf. AM moduleert op de amplitude van het signaal en heeft een relatief kleine bandbreedte. Het heeft dus een bepaald bereik tussen de frequenties die het kan ontvangen. Er zijn een korte golf, een middengolf en een lange golf te onderscheiden. Het bruikbare audiosignaal heeft altijd een bepaalde frequentieband en de resulterende frequenties worden zijbanden genoemd.


In figuur 1 zie je de draaggolf van de zender. Bovenaan is de draaggolf zonder geluidsignaal. Het is niet gemoduleerd. Daaronder staat een geluidssignaal in de vorm van een sinus. Onderaan worden deze twee signalen gemengd, en nu is de draaggolf gemoduleerd. Je kunt zien dat dit een AM golf is omdat de amplitude gemoduleerd wordt, en niet de frequentie zoals dat bij FM wel het geval is.

In figuur 2 staat de draaggolf die verwerkt wordt door de afstemkring. Bovenaan staat de gemoduleerde draaggolf zoals gemaakt bij figuur 1. Dit signaal wordt opgepakt door het afstemmechanisme mits het goed is afgesteld naar deze frequentie. Het signaal wordt doorgestuurd naar de diode, die het signaal door het midden hakt en alleen het positieve gedeelte ervan door laat. Nu is er nog steeds een deel van de hoogfrequentie draaggolf aanwezig, en deze moet eruit gefilterd worden door condensators.


Versterkend gedeelte

Dit gedeelte bestaat uit de transistor en de IC en alle weerstanden en condensators daartussen. De transistor dient als een voorversterker en de IC voor de sterkere versterking. Op de werking van een IC wordt nog verder ingegaan. Bij het versterkend gedeelte werken nog vele onderdelen zoals weerstanden en condensators die het circuit laten werken. Ook is er een potmeter die het volume bepaald.

Verschil tussen oude en nieuwe radio’s

De allereerste radio gebouwd door Marconi was een simpel ontwerp. Het bestond uit verschillende onderdelen:
• Een oscillator die een constant sinusvormig signaal gaf. Dit wordt ook wel een spark-gap generator genoemd. Dit onderdeel was erg simpel gemaakt door Marconi en bestond uit een spoel die aangesloten zat op een antenne en de grond, met daartussen een spark gap. De antenne werd geladen met honderden tot duizenden volts en daarna door de spark gap ontladen aan de grond. Bij dit proces komt elektromagnetische straling vrij. Dit systeem was vergelijkbaar met wat Hertz gebruikte voor zijn experimenten.
• Een antenne.
• Een coherer voor het detecteren van radiosignalen. Het systeem werkte met 2 elektroden met een hoge weerstand naar elkaar toe. Door radiogolven wordt de weerstand verlaagd en kan dus aangetoond worden dat een radiosignaal aanwezig is. Dit systeem kan slechts detecteren en niet ontvangen, en werkt dus goed voor morse berichten. Ook dit onderdeel was geen uitvinding van Marconi maar was gebaseerd op het originele apparaat van Eduard Branly.
• Een seinsleutel voor het maken van morse code. Zodra de sleutel ingedrukt was stopte de oscillator van het maken van een draaggolf.


Mensen waren er al eerder in geslaagd een dergelijke opzet te maken, maar konden het signaal nooit erg ver verplaatsen. Marconi vergrootte de verzender en ontvanger en kon een groter bereik creëren. Het systeem werkt op het principe dat er een signaal wordt gestuurd door de ontvanger die steeds onderbroken wordt met een seinsleutel en een ontvanger die de aanwezigheid van het signaal kan opvangen. Deze morse code zenders sturen signalen met gelijke amplitude en frequentie, dit heet een “continuous wave”. De informatie wordt verzonden door gebruik te maken van signalen met tussenpozen. Bij een zender kon dit gedaan worden met behulp van een seinsleutel. De mogelijkheden waren: stroom aan of stroom uit en lange tijdsduur of korte tijdsduur. Door met de een machine de tussenpozen te laten verwerken kan men de berichten aflezen. Dit bestaat dan uit puntjes en streepjes.

Later was er behoefte voor echte radio uitzendingen en deze konden dus niet met morse code werken. Er kon gewerkt worden met kristalradio’s. Dit werkte met een simpel ontwerp en kon door de mensen zelf gemaakt worden. Dit is ook wat wij voor het profielwerkstuk maken. De volgende stap was de TRF ontvanger. Dit staat voor “tuned-radio-frequency”. Deze ontvanger nam net als de kristalradio het radiosignaal op maar versterkte dit met net enkele versterkers die specifiek werkte voor een bepaalde radiofrequentie. Elk onderdeel binnen deze radio moest individueel op het station afgestemd worden en was daarom lastig te opereren. Het principe was dat de gewenste frequentie versterkt moest worden en alle andere frequenties gedempt. Deze soort radio gebruikt buizen om te versterken. Dit werkt met grote voltages en met grote transformatoren, en dit vorm radio was dat ook vaak groot. De speakers erop waren ook meestal groot en leverden niet al te beste geluidskwaliteit.

Een duurdere vorm van radio rond die tijd was de superhet. Deze was duur en alleen bestemd voor rijke mensen. Het werkt op een ander principe dan de TRF radio. De TRF radio was ingesteld op een bepaald kanaal en had dus heel weinig selectiviteit. Bij de superhet werd het radiosignaal eerst omgezet in een lagere frequentie voordat het gedetecteerd werd. Zo werden FM golven eerst omgezet tot een frequentie rond de 10.7 MHz en AM golven in een frequentie rond 455 kHz. De gebruiker van de superhet kan de radio afstellen om met een bepaalde frequentie te werken en dit werd gedaan door de frequentie van de oscillator lager af te stellen. Het systeem werkte beter op de lagere frequenties. Hierna kon het worden versterkt en door een speaker worden gehoord. Het systeem was dus stabieler en beter in te stellen. Het nadeel was wel dat het erg duur was.

De technologie vorderde en het gebruik van buizen werd overbodig in de radio met de komst van de transistor. Met de tijd werden deze transistors steeds kleiner en beter en konden er betere radio’s gemaakt worden. Nog later kwam de opamp, die meerdere transistoren in 1 behuizing had en nog betere kwaliteit gaf. De resultaten waren dat radio’s steeds goedkoper werden en dus beschikbaar voor iedereen.

Broadboardresultaten

We hebben eerst enkele schema’s gezocht en gekeken welke het beste te bouwen waren. Er werd hierbij ook rekening gehouden met de beschikbaarheid van de onderdelen, omdat die tegenwoordig heel schaars zijn. Elektronica is geen populaire hobby meer en niet veel winkels verkopen de onderdelen. Stephan had de onderdelen gekocht in een winkel in Den Bosch. De schaarste onderdelen waren de transistor BC547B en de IC LM386 en de diode AA119. Gelukkig hadden ze er nog precies eentje van liggen. Zie figuur ? voor een foto van de gekochte onderdelen.

Het schema dat we gekozen hebben is van www.circuitsonline.nl. Deze hebben we gekozen omdat het uit twee delen bestaat en de meeste onderdelen wel te verkrijgen zouden zijn, op de spoel en variabele condensator na, wat nog een probleem zou zijn om te vinden. Het schema bood ook voordelen in de manier dat we het eerst zouden kunnen testen zonder versterkingscircuit. Zie het bovenste deel van figuur 4. Hierop zouden we dan een kristaloortelefoon aansluiten die op heel lage stroom al een geluid gaf. Als dit goed werkte dat konden we het aansluiten op het tweede deel van het schema en het versterken. Vervolgens lieten we het horen op een grotere speaker.


Figuur 4: het radioschema


Dit schema heeft Stephan eerst uitgewerkt op een programma genaamd DIY circuits waar je de onderdelen al op een bord kan neerzetten en zo kan zien hoe het in elkaar zit. Zie figuur 5 voor de uitwerking van het breadboardschema.

Het werd tijd om de elektronicaonderdelen te kopen en dit kon bij een elektronicazaak in Den Bosch. De weerstanden en condensators waren natuurlijk geen probleem om aan te komen, maar de IC en de transistor waren heel erg schaars. Elektronica is een hobby die steeds minder mensen doen en dus neemt ook het aanbod heel erg af. We hadden geluk dat de LM386 en BC547B er nog waren, want het waren de allerlaatste in de bak. Verder hadden we een koperen printplaat, kabel, ledjes, een kristal oortelefoon, potmeters en diodes gekocht. De variabele condensator was niet te koop en ook de spoel was niet beschikbaar.

De bouw deden we samen en verliep goed. Alle onderdelen waren erop gezet, behalve de variabele condensator en de spoel die we nog misten. Zie figuur 6 voor de bouw. Voor twee condensators konden we niet de waardes bepalen, omdat deze gewoon te klein waren en niet goed af te lezen waren. Met de multimeter hadden we geprobeerd de condensators na te meten maar dat was niet goed gelukt en we kregen niet de juiste waardes. Dit was opzich geen ramp, want zelf hebben we nog genoeg andere condensators om daarvoor in de plaats te gebruiken.

De aanpak bij de bouw van het breadboard begon voor ons bij het IC. Deze werd eerst geplaatst midden bovenaan het bord, tussen twee gedeeltes van het bord in. Zo waren alle contacten gescheiden en hadden hun eigen rij. Dit is te zien in figuur 5 aan de blauwe lijn. Ook in figuur 6 is de scheiding te zien. Hierna werkten we alle aansluitingen op de pinnetjes van IC1 LM386 een voor een af. Allereerst pinnetje 3 op de IC, die direct op de minpool verbonden was. Ook pinnetje 4 zit op de minpool verbonden en pinnetje 6 zit direct op de pluspool. Pinnetje 7 loopt eerst door een condensator van 10u en daarna naar de pinpool. Pinnetje 5 splitst zich op in een weg met een weerstand en een condensator en een weg met een condensator, die daarna direct naar de speaker gaat. De pinnetjes 1 en 8 waren niet aangesloten. De reden daarvoor, volgens de PDF van het IC is dat het optioneel is, om het IC nog een sterkere decibel boost te geven. Zo kan het wel 20 db extra boost geven aan het signaal, maar kan het bijvoorbeeld ook alleen de basfrequenties van het signaal versterken.

Hierna plaatsten we de transistor en gingen vanaf daar volgens hetzelfde principe weer alle onderdelen aansluiten volgens het schema. Allereerst de bovenste aansluiting van de transistor we direct op de pluspool aansloten. Op de middelste aansluiting zit eerst een weerstand van 680k aangesloten op de transistor en vertakt daarna in een condensator van 220n die aangesloten zit op het radiosignaal zelf. De onderste aansluiting zit vast op een weerstand van 2k2 en een condensator van 220n. Met deze laatste condensator wordt de connectie gelegd tussen de potmeter, en vanaf de potmeter naar pinnetje 2 op de IC.

Bij de bouw was het essentieel dat alles goed aangesloten werd. Zo moest je erop letten dan de polaire condensators goed aangesloten waren. De minkant van een condensator is de kant van de lichtere streep. Ook moest de transistor goed aangesloten worden en om dat te weten moest eerst gekeken worden naar de PDF van dit onderdeel. Zo wisten we wat de juiste ingang en uitgang was en gebruikten het schema als referentiepunt. De twee PDF bestanden die we gebruikt hebben zijn te vinden in de bijlage.

Het radiosignaal wordt eerst voorversterkt door de transistor en daarna flink versterkt door de IC. Met de potmeter is het volume in te stellen. Voor ons ontbreekt nu nog de spoel en de variabele condensator. Dit zijn onderdelen die moeilijk aan te komen zijn en niet snel bij de elektronicawinkel te kopen zijn. Een mogelijke manier om eraan te kopen is het sloten van een oude radio. Hier zitten deze onderdelen altijd in. De specificaties van de spoel en condensator zullen niet te veel afwijken van wat we nodig hebben dus zijn goed te gebruiken.

Terugkijkend op hoe ik dit schema in DIY heb gemaakt moet ik zeggen dat het veel handiger gekund had. Ik had de pootjes 1 2 3 4 aan de linkerkant en de pootjes 5 6 7 8 aan de rechterkant, maar als ik dit omdraaide dan had het gemakkelijker gekund en waren er niet zoveel draadjes bij nodig geweest. Het is daarom een goed leerproces en efficiëntie in de electronica komt met ervaring. Hierom is het ook heel handig geweest eerst alles op een breadboard uit te werken en daarna pas te solderen.


Om de missende onderdelen te vinden heeft Stephan contact opgenomen met F. Maters, een radiohobbyist. Hij gaf aan dat hij nog een aantal gebouwde radio’s had en dat het schema dat ik gebruikte maar weinig ontvangst zou geven. Hier een quote uit het mailtje van hem: “Je moet echt een flik stuk antennedraad en een goede aarde hebben anders ontvang je echt helemaal niks. De selectiviteit laat ook te wensen over als je al wat ontvangt hoor je vaak twee zenders door elkaar.” Uit dit oordeel besloot Stephan door te vragen naar een ander circuit om te bouwen en hoe we het beste aan de missende onderdelen zouden kunnen komen. Ook wilde ik dat het schema zou werken op twee belangrijke schaarse onderdelen die we al gekocht hadden, de transistor BC547B en de IC LM386. Hij stuurde een circuit (zie figuur 4) en raadde ons aan om een radiobouwdoos te kopen waarmee we direct een goede variabele condensator en spoel zouden hebben. De waardes komen allemaal redelijk goed overeen. Hieruit zouden we veel beter ontvangst hebben. Ook stelde hij voor om een raamantenne te maken in plaats van een spoel omdat je dan veel beter ontvangst kan hebben. De twee transistors Q1 en Q2 kunnen vervangen worden door de LM386.



Het advies van Maters om een radiobouwdoos te kopen werd uitgevoerd, en Stephan bestelde een radiobouwdoos op internet bij Brigatti Electronics. Eenmaal binnengekregen zag het er goed en duidelijk uit en kon het in elkaar gezet worden. Het werkte redelijk en er waren een aantal zenders mee te ontvangen, zoals de zender Arrow Rock. Om het goed te laten werken was een kabel voor de grond nodig. Hiervoor spanden we een lange kabel en verbonden het aan de kraan. Zie figuur 5 voor het gebouwde radiopakket.

Uit de bouwdoos waren de volgende onderdelen goed herkenbaar: de ferrietstaven spoel, de diode, de variabele condensator en het kristal oortelefoon. Op de ijzeren verbindingspunten werden de draadjes vastgemaakt. Op de aansluiting waar de oortelefoon zat kwam een goed bruikbaar radiosignaal af en hoefde hierna alleen nog maar versterkt te worden en aansloten op een speaker. Het schema van Maters week heel erg af van wat we al gebouwd hadden en zou ook moeilijk toe te passen zijn bij de bouwdoos, dus besloten we het originele schema te gebruiken en in plaats van het ontvangend gedeelte van het circuit de radiobouwdoos te gebruiken. Later kunnen we de onderdelen van de radiobouwdoos los halen en vastschroeven op de printplaat.

Nu waren alle onderdelen bij de hand en kon het broadboard getest worden. Stephan en zijn vader, die veel ervaring heeft in electronica, gingen allereerst de bouwradiozelf testen. We sloten de kristaloortelefoon aan op een mengpaneel en keken of we goed signaal kregen. Dit lukte goed en we konden de zenders goed horen, maar er was natuurlijk wel last van een beetje brom. Het mengpaneel versterkte hierbij het signaal en diende al als het circuit dat nu nog te bouwen was. Omdat mijn vader zijn eigen methodes het liefst hanteert werden het broadboard dat we in elkaar gezet hadden even losgehaald en werd weer vanaf het begin begonnen, met de transistor. Helemaal niet erg, want we hebben wel ervaring gekregen hoe we het bord goed aansluiten en hoe het allemaal in elkaar zit. Allereerst werd de transistorschakeling neergezet en getest. Deze leverde al een redelijke versterking van het signaal op. Dit lukte al meteen goed. Hierna zetten we de IC neer en sloten alles aan. Nu werkte het niet meer en moest er naar een oplossing gezocht worden. Na alles na te kijken zagen we dat een condensator verkeerd om aangesloten zat, condensator C6 op pinnetje 7.

Maar zelfs na deze correctie werkte het nog steeds niet. We gingen twijfelen of het schema wel echt klopte en keken naar een vergelijkbaar schema versterker die werkte met hetzelfde IC op www.circuitsonline.nl. We vonden het volgende schema, figuur 9:

Het bleek dat pinnetje 2 en 3 hier omgedraaid zaten. Het andere schema was dus fout en verkeerd aangesloten. Nadat we dit hadden gecorrigeerd werkte de radio en hadden we geluid. Wel bromde het nog erg veel, maar het doel was al bereikt. Nu konden we een oplossing vinden om het minder te laten brommen. Ten eerste zijn lange draden altijd onder invloed van veel storing. Als we onze handen erbij hielden was er al meer storing en ook de straling uit een mobiele telefoon werd opgepikt. Volgens mij vader kon het brommen van de IC al een stuk verholpen worden door een extra condensator aan te sluiten op de plaats van pinnetje 7. We hadden er vertrouwen in dat het goed zou lukken en gingen nu verder het op het echte bord te solderen. Tevens gaf de voeding ook een rare waarde aan, wat op een storing leek, maar het werkte toch goed.

De bouw
Voor de bouw gebruikten we een bord met een geleidende onderlaag gemaakt van koper en een niet geleidende bovenlaag van isolerend materiaal. Zie figuur 13. Aan de zijkanten lopen lange koperen stromen die gemaakt zijn om de plus en de min kant op aan te sluiten. De gaatjes op het bord zelf staan los van elkaar en maken geen contact totdat daarop wordt gesoldeerd.

We begonnen met het solderen van het IC gedeelte. Allereerst de plusaansluiting naar de speaker. Vanaf daar bouwden we het bord van rechts naar links verder. Het was belangrijk het goed te ordenen en alles zoveel mogelijk in het midden te houden. De draden van weerstanden liggen zoveel mogelijk langgerekt zodat je kunt zien waar het naar toe gaat. Dit is handig zodat mensen direct kunnen zien hoe het bord in elkaar zit. Aan de onderkant van het bord soldeerden we de contacten samen die naast elkaar zaten. Op deze manier heb je veel minder draden nodig en ziet het er netter uit. Efficiëntie moet zo hoog mogelijk zijn. Het solderen verliep snel en goed en als laatste kon de speaker worden aangesloten. Zie figuur 14 voor een nadere kijk op de bouw.

We hebben besloten om voor nu de radiobouwdoos los van het bord te zetten en deze pas later erop te monteren. Na het aansluiten van de voeding bleek het te werken, maar was er maar weinig volume uit de speaker. Het systeem versterkte niet heel erg goed. Wij kreken online naar een PDF voor de LM386 en zagen dat het nog meer kon versterker door een condensator van 10u contact te laten maken met pinnetjes 1 en 8. Waar het standaard een gain van 20 heeft kon het daarmee een gain van 200 krijgen, 10 keer zoveel dus. Maar dit betekent niet dat het ook 10 keer zoveel volume geeft. Wij probeerden het uit en het verschil was groot, maar niet zo groot als we graag zouden willen. Ook gebruikten we een waarde van 3u omdat dit beter werkte dan eentje van 10u. We gingen alles doormeten en merkte dat de transistor geen juiste waardes aangaf. Als we de plus van de multimeter aansloten op de pluspoolaansluiting van de transistor en de plus van de multimeter aansloten op de grond dan was kwam er niet de 9V uit die de voeding leverde. Het was veel lager en dat duidde op een zwakke connectie. Na het opnieuw te solderen was het volumeverschil groter en was nu goed geluid uit de speaker te horen. De ruis was wel enorm veel toegenomen. Als we onze handen in de buurt hielden bij de draden ging dit enorm ruizen. De volgende stap is nu om de radiobouwdoos op het bord zelf te monteren. De lengte van de draden neemt zo af en zal minder storing opvangen. Elk onderdeel is natuurlijk heel gevoelig voor straling en bij audio hoor je dit ook direct.


De radio kan nu verschillende kanalen opvangen. Van wat wij geprobeerd hebben zijn dit 3 kanalen. De bereikbaarheid kan vergroot worden door een betere antenne te gebruiken. Ideaal, en ook het mooiste, is een raamantenne die direct gericht kan worden naar waar het signaal de sterkte is. Op het moment gebruiken wij gewoon een draadje voor de ontvangst. Het ligt natuurlijk ook nog aan veel andere onderdelen voor goede selectiviteit zoals de variabele condensator en de spoel. Dit zijn helaas onderdelen die voor ons niet anders aan te komen zijn dan via een radiobouwdoos, tenzij we een oude radio kunnen kopen en uit elkaar halen. Andere ideeën die nog te proberen vallen is het plaatsen van nog een condensator tussen de transistor en de grond om de ruis nog meer te verminderen.



Bij de eerste poging hebben we het geprobeerd te bouwen zoals het in figuur 17 vermeld staat. Dit bijgeleverde schema bleek echter niet te kloppen en we kregen dan ook totaal geen geluid meer uit de radio. De aansluiting met de grond kwam niet overeen met wat er op het schema stond en het kon dan ook onmogelijk werken. Hierna hadden we alle onderdelen weer losgeschroefd en teruggeplaatst om te zien of hij nog steeds zou werken en hoe het schema er dan eigenlijk uit hoorde te zien.


Toen we het geheel echter weer aansloten (de losse bouwdoos en het circuit) bleek het niet te werken. Na een tijdje proberen, weer met behulp van het mengpaneel en dit keer ook met de computer, waarmee we opnames van het radiosignaal konden maken, kwamen we tot de conclusie dat de verbinding tussen de transistor en een ander onderdeel verbroken was. Bij het lossolderen was deze verbinding los komen te zitten. Hierna hadden we dit weer gecorrigeerd en werkte het weer. Nu konden we weer proberen alle onderdelen op het bord te plaatsen. Tevens werkten we nu met een 9 volt batterij in plaats van de voeding.

Na het plaatsen werkte de radio weer, al dan wel op een lager volume. We weten niet waardoor dit komt, maar desondanks hebben we toch geluid en is het doel bereikt. Volgende stappen waren om de speaker aan het bord vast te lijmen, pootjes onder aan het bord te lijmen en een LED te plaatsen. Ook monteerden we een 9 volt batterij houder en een klemmetje aan de gronddraad zodat het makkelijk te monteren zou zijn aan een verwarming.