Ontvangtoestellen

Onderstaand artikel verscheen in het 'Handboek voor Radio-Centrales', uitgegeven door de B.E.R.C., de Bond van Exploitanten van Radio-Centrales. Het boek (792 p.) werd in 1940 uitgegeven onder redactie van Ing. J. Roorda (VDH) met medewerking van de Technische Commissie van de B.E.R.C.

(spelling anno 1940)

Ontvangapparaten

In deze samenvatting willen wij de moderne ontvangapparaten en wel speciaal de ontvangapparaten voor het gebruik in algemene trekken beschouwen. Wij zouden wel kunnen ingaan op bijzonderheden, maar dit zou ons te ver voeren. Bovendien bestaan er zoovele variaties op schakelingen, dat het niet mogelijk zou zijn, deze in een kort bestek te bespreken, terwijl ook steeds weer nieuwe schakelingen ontstaan.

Gaan wij de mogelijkheden na, die de radiotechniek ons nu biedt, dan kunnen wij zeggen, dat deze vrijwel onbeperkt zijn en dat aan zeer vele eischen voldaan kan worden. Echter komen wij dan tot apparaten, die alleen bruikbaar zijn voor een kleine groep verbruikers, ten eerste om hun speciale eigenschappen, ten tweede wegens den kostprijs. De kostprijs van een apparaat wordt immers niet alleen bepaald door den prijs van de te verwerken onderdeelen en de montagekosten, maar voor een groot deel door de ontwikkelingskosten, die voor speciale apparaten noodzakelijk hoog worden. Daar de aanbouw in kleine hoeveelheden plaats heeft, zal de afschrijving der initiale kosten per apparaat hoog zijn.

Bij het ontwerpen van apparaten zullen de fabrikanten dus een compromis moeten vinden tusschen bijzondere eigenschappen en kosten. Fabrieken, die toch reeds voor haar normale handelsapparaten over een rijke ervaring beschikken en aan die apparaten een langdurig laboratorium-onderzoek ten grondslag leggen, zijn hier in het voordeel. Zij kunnen daardoor putten uit vele gegevens, en schakelingen combineren om speciale eigenschappen naar voren te brengen.

Gaan wij alle in den handel zijnde normale ontvangers na, dan zullen wij al direct bemerken, dat bij de meeste apparaten toch veel schakelingen aanwezig zijn die voordeel hebben. Toch zijn die apparaten niet goed bruikbaar voor een radiocentrale. En juist onder de betere apparaten treffen wij er aan, die om hun zuiver radio-technische eigenschappen op den voorgrond treden, maar door hun mechanische uitvoering geheel en al ongeschikt blijken te zijn voor het gebruik in een radio-centrale.

Welke eigenschappen moet een apparaat voor een radio-centrale bezitten? Zou men hierover een enquête houden, dan zouden er evenveel verschillende eigenschappen gevraagd worden als er centrale-houders zijn. Ieder stelt, afhankelijk van zijn bedrijf, zijn eischen anders, waarbij zoowel de grootte als de plaats van het bedrijf naast de persoonlijke opvatting een groote rol speelt. Aan al deze eischen is met één type apparaat niet te voldoen. Ook hier moet dus weer een compromis gevonden worden.

Deze inleiding hebben wij noodig geacht, om eenigszins een beeld te geven van de vragen, die zich voordoen bij het ontwerpen van een speciale ontvanger. Wij zullen nu meer de technische zijde nagaan. Hierbij komen eenige algemeene eischen naar voren, waaraan nog vele speciale zijn toe te voegen.

a. Selectiviteit.

De selectiviteit moet zoodanig zijn, dat sterkere niet gestoorde zenders met maximum bandbreedte, dus met behoud van hooge tonen, doorgegeven kunnen worden, terwijl voor gestoorde zenders de bandbreedte nog juist toelaatbaar moet zijn, zonder dat de kwaliteit van de muziek sterk wordt aangetast. Een variabele selectiviteit is dus wel gewenscht.

b. Gevoeligheid, ruisch en fadingcompensatie.

De gevoeligheid van den ontvanger moet groot zijn, opdat ook minder sterke zenders goed ontvangen kunnen worden. Alleen bij de meer gevoelige ontvangers zal ook de fadingscompensatie voor zwakke zenders nog goed kunnen functioneren. Er blijven echter altijd mogelijkheden bestaan, waardoor, ondanks alle voorzorgen, toch de ontvangst bij een bepaalde soort fading onmogelijk wordt. In het algemeen zal ook voor iederen ontvanger een grens aan te wijzen zijn, waaronder geen fadingcompensatie aanwezig is. Een gevoelige ontvanger moet echter ook een laag ruischniveau hebben. Door het ruischniveau wordt een grens gesteld aan de bruikbare gevoeligehid van den ontvanger.

De fadingscompensatie biedt behalve de vereffening voor wisselende ontvangsterkte bij een bepaalden zender, nog het voordeel dat zenders van gelijke sterkte toch een evengroot laagfrequentsignaal zullen opwekken in de ontvanger.

c. Het laagfrequentdeel.

De laagfrequentversterker moet aanpassing kunnen geven op diverse versterkers en apparaten in centrales. Zoo zal het bijvoorbeeld voordeel hebben, als een uitgang aanwezig is met dezelfde uitgangsimpedantie als een Rijks- of Gemeentetelefoonlijn.

Indien de energieversterker geen voorversterker heeft, moet de ontvanger toch voldoende energie kunnen afgeven om dien eindversterker zoo goed mogelijk te sturen. In het algemeen kan men dus zeggen, dat de ontvanger een soepele aanpassing moet hebben.

De laagfrequentkarakteristiek moet zoo zijn, dat voor alle frequenties een gelijkmatige weergave wordt verkregen. Een speciaal ophalen van de lage frequenties in die mate , zooals dit in handelsontvangers gebruikelijk is, is hier niet op zijn plaats. Correcties kunnen altijd in de overige apparaten worden toegepast.

d. Bediening.

De bediening moet eenvoudig zijn. Een overzichtelijke stationsnamenschaal, een slipvrije aandrijving van de afstemcondensator en indicatornaald is wel een van de eerste vereischten. Het afstemmen kan in vele gevallen worden vergemakkelijkt door een optischen indicator.

Behalve afstemming zal men altijd een golflengte-schakelaar, volumeregeling en daarnaast variablele selectiviteit al dan niet gecombineerd met toonregeling aantreffen.

e. Mechanische uitvoering.

De distributie-ontvanger moet zich o.i. aanpassen aan het technisch uiterlijk van de radio-centrale en zoowel in afwerking als in bouw daarmede een geheel vormen.

***

Aan de in de bovenstaande punten genoemde eischen kan vrijwel alleen een ontvanger van het superheterodyne type voldoen. Daarom zullen wij ons in het volgende tot dit type ontvangapparaat beperken en allereerst een schematische uiteenzetting geven van de werking er van.

Bij den superheterodynen ontvanger wordt de te ontvangen frequentie niet zelve versterkt en gedemoduleerd, maar deze wordt met een in den ontvanger opgewekte frequentie gemengd, waarbij de som- en de verschilfrequenties ontstaan. De verschilfrequentie nu wordt verder versterkt en gedemoduleerd. Door altijd dezelfde verschilfrequentie te laten ontstaan, de middelfrequentie geheeten, is het mogelijk hiervoor een selectieven versterker te maken met vaste afgestemde kringen, die meestal in den vorm van bandfilters worden uitgevoerd. Dit middelfrequentversterker-gedeelte wordt gevolgd door een detector en ten slotte door één of meer trappen laagfrequentversterking. In een blokdiagram ziet de superheterodyne ontvanger er dus als volgt uit:

Om twee frequenties met elkaar te mengen, met het doel de som- en de verschilfrequentie te verkrijgen, is het noodig, dat deze frequenties worden toegevoerd aan een orgaan, dat een niet-lineaire karakteristiek bezit. Vandaar, dat het vroeger gebruikelijk was dit orgaan te beschouwen als eerste detector. Tegenwoordig echter berust de werking van het mengorgaan meer op modulatie van de eene frequentie op de andere.

Bovendien worden menggedeelten en generator nog in één buis gecombineerd, zooals bijvoorbeeld in de octode of de triode-hexode. De bij de menging ontstane verschilfrequentie wordt door een bandfilter overgedragen op de volgende versterkertrap, de middelfrequentversterker. Daar dit een versterker is voor één frequentieband, kan deze gemakkelijk selectief gemaakt worden. Bovendien kan met bandfilters een bijna ideale resonantiekromme worden verkregen. Door de koppeling van de bandfilters te wijzigen, is het nog mogelijk de selectiviteit binnen wijde grenzen te varieeren.

Daar bij een bepaalde oscillatorfrequentie de verschilfrequentie kan ontstaan, zoowel met een signaalfrequentie die lager, als met een die hooger is dan de oscillatorfrequentie, de zoogenaamde spiegelfrequentie, moeten maatregelen genomen worden om slechts één van deze beide gelegenheid te geven de menglamp te bereiken. Daarom moet vóór de mengbuis het hoogfrequentsignaal reeds geselecteerd worden. Meestal geschiedt dit door middel van een bandfilterschakeling, of door een hoogfrequentversterkertrap, voorafgegaan en gevolgd door een afgestemden kring. Elders zullen voor- en nadeelen van beide schakelingen besproken worden. Ook zal nog gewezen worden op andere storingsmogelijkheden dan door spiegelfrequenties.

Een moeilijkheid is verder nog gelegen in het verkrijgen van een gelijk-loopen van de oscillatorafstemming met die van de voorkringen, die immers altijd een verschil gelijk aan de middelfrequentie moeten hebben. Theoretisch is het mogelijk om met gelijke afstemcondensatoren en verschillende spoelen en parallel- en seriecapaciteiten op drie punten (bijvoorbeeld eind, midden en begin van een bereik) dit verschil te verkrijgen, terwijl op andere punten altijd een kleine afwijking blijft bestaan.

Door juiste keuze van het verloop van de afstemcondensatoren en dergelijke, is het in de practijk echter mogelijk deze afwijkingen tot maximaal enkele kHz terug te brengen.

Als detector van het middelfrequentsignaal kiest men bijna altijd een diode, omdat bij diode-gelijkrichting een negatieve spanning optreedt, evenredig met de grootte van de signaalspanning, welke negatieve spanning gebruikt kan worden om de versterking van voorafgaande lampen te regelen. Een verder voordeel van de diode is, dat deze betrekkelijk groote signalen vervormingsvrij kan detecteren, vooropgesteld, dat de schakeling zoo is gedimensioneerd, dat hierdoor geen andere mogelijkheden van vervorming geïntroduceerd worden.

Ten slotte wordt het laagfrequentsignaal versterkt. Naar behoefte geschiedt dit in één of meer trappen, afhankelijk van de benodigde spanning of energie aan den uitgang. Meestal worden twee trappen laagfrequentversterking toegepast, waarvan de tweede als regel een energieversterker is om voldoende vermogen in een luidspreker of kleinen eindversterker te krijgen. Het gebruik van twee trappen laagfrequentversterking biedt tevens de mogelijkheid correcties aan te brengen in de frequentie-karakteristiek door negatieve terugkoppeling, waarbij bovendien de vervorming gereduceerd wordt. Uit het bovenstaande mag blijken, dat de superheterodyne ontvanger niet geheel ideaal is en dat nog verschillende storingsmogelijkheden kunnen optreden.

Van de storingsmogelijkheden hebben wij al genoemd de spiegelfrequenties. Als middel hiertegen werd een effectieve pre-selectie, eventueel voorzien van speciale schakelingen, genoemd. De verhouding tusschen middelfrequentie en ontvangen signaal is maatgevend voor de kans op storing door spiegels. Zoo zal bijvoorbeeld voor midden- en lange golven een middelfrequentie van 110 kHz gunstig zijn. Voor ultra-korte golven zal de voorkeur gegeven moet worden aan een hoogere middelfrequentie, meestal 451 of 465 kHz, of zelfs nog hooger, bijvoorbeeld 1250 kHz.

Van andere storingsmogelijkheden noemen wij hier nog als voornaamste, de volgende:

Het doordringen in den m.f. versterker van een signaal in den m.f. band, wat op ieder normaal ontvangen station een interferentietoon veroorzaakt. Deze storing is te onderdrukken door een geschikt filter in den antennekring op te nemen. Onwaarschijnlijk zijn hier te lande deze storingen niet voor apparaten met middelfrequenties tusschen 400 en 500 kHz, omdat in dit gebied de scheepsgolven vallen.
Bij de ontvangst van signalen, waarvan de frequentie een veelvoud is van de middelfrequentie kunnen interferentietonen ontstaan. Als voorbeelden hiervan noemen we de ontvangst van Motala (126 kHz bij een m.f. van 110 kHz, òf de ontvangst van Hamburg (904 kHz) bij een m.f. van 450 kHz.
De middelfrequentie kan ook ontstaan door menging van een signaal met een harmonische van den oscillator, hierdoor kan het op ultra-korte golf voorkomen, dat stations met zeer kleine golflengte op ongeveer de dubbele golflengte te hooren zijn.
Ook kan de middelfrequentie ontstaan uit een harmonische van de zender met een harmonische van den oscillator. Op de omroepbereiken kan dit dicht onder een sterken zender aanleiding tot storing geven, waarbij deze sterke zender op verschillende punten in hetzelfde bereik hoorbaar kan worden en met andere stations op deze punten fluittonen kan geven.

Bij gebruik van meerdere ontvangapparaten kan de straling van oscillatorfrequentie en middelfrequentie dezelfde storingen veroorzaken als signaal van een zender. Enkele onderdeelen van de ontvangers zullen wij nog nader bespreken.

a. Pre-selectie.

Voor de omroepbereiken tusschen 200 en 2000 m zal men in het algemeen een bandfilteringang aantreffen en geen extra hoogfrequentversterking. Met een bandfilter-schakeling is de pre-selectie voldoende, terwijl de selectivitiet ook zoodanig is, dat de weergave van de hooge frequenties niet te lijden heeft. Een hoogfrequenttrap biedt hier geen bepaalde voordeelen. Voor ontvangst op ultra-korte-golven gelden weer andere normen en heeft extra hoogfrequent-versterking wel degelijk voordeel. Op deze voordeelen zal hier niet worden ingegaan, daar zij ons op een ander gebied van ontvangst brengen.

b Middelfrequentversterker.

De selectiviteit van den ontvanger wordt hoofdzakelijk bepaald door de selectiviteit van den m.f. versterker. De selectiviteit van den ontvanger is dus voor alle golflengten dezelfde. De resonantiekromme wordt bepaald door het aantal afgestemde kringen, de kwaliteit van de gebruikte spoelen en daarmee samenhangende de middelfrequentie.

Het is gebruikelijk deze afgestemde kringen tot bandfilters samen te voegen. Afhankelijk van de koppeling is deze bandfilters kunnen wij een onderscheid maken tusschen resonantiekrommen met scherpen, vlakken of dubbelgepiekten top. Door verschillend gevormde filters te combineren (met tusschenvoeging van versterkerbuizen) kan een gewenschte resonantie-kromme verkregen worden. Eenige figuren mogen dit verduidelijken.

Vanzelfsprekend zijn dit geheel willekeurige voorbeelden en zijn nog tal van andere combinaties mogelijk. Door wijziging van de koppeling van één der filters is het mogelijk de resonantiekromme zoodanig te wijzigen, dat deze tusschen de grenzen van fig. 1 en 2 varieert. De resulteerende resonantiekromme zal dan dus kunnen varieeren tusschen 3 en 4. De koppeling van een bandfilter kan mechanisch (bijvoorbeeld door verschuiven van spoelen ten opzichte van elkaar) en electrisch gewijzigd worden. Verder kan deze wijziging continu geschieden of in stappen. Deze methoden zijn kwalitatief gelijkwaardig, zoodat het van den persoonlijke smaak afhangt aan welke men de voorkeur zal geven.

c. Vervolgens komen wij aan bij het probleem van den detectie.

Door detectie van het m.f. signaal moeten wij de daarop gemoduleerde laagfrequentsignalen scheiden van de m.f. signalen. De diode-detector geeft ons daarbij de beste resultaten, mits wij zorg dragen voor een juiste schakeling, zoodat wij geen vervorming introduceeren.

Verschillende schakelingen en variaties daarop zijn mogelijk. Nauw met de detectie hangt de fadingcompensatie samen.Immers bij diode-detectie ontstaat behalve een laagfrequentsignaal ook een gelijkspanning die afhankelijk is van de signaalsterkte. Voeren we deze gelijkspanning als regelspanning toe aan de middelfrequent- en hoogfrequentversterkerbuizen, dan kunnnen wij de versterking daarvan regelen.

Naarmate het signaal toeneemt, wordt de versterking automatisch kleiner. Zouden wij deze regeling zonder meer toepassen, dan zou toch nog niet het gewenschte resultaat verkregen worden. De regeling zou reeds bij een klein signaal beginnen en daardoor zou het kunnen voorkomen, dat de versterking te veel zou verminderen en niet voldoende laagfrequentsignaal zou overblijven om de eindtrap geheel uit te sturen. Voorts bestaat bij een willekeurige regeling kans op vervorming en modulatiebrommen.

Bij een bepaalde negatieve roosterspanning mag een versterkerbuis een bepaalde wisselspanning op het rooster hebben. Wordt die wisselspanning te groot, dan treedt vervorming op. Om deze redenen is de automatische regelspanning vrij gecompliceerd geworden. Meestal wordt nog een tweede diode gebruikt en door middel van een vertragingsspanning bereikt, dat de regeling pas inzet, wanneer een voldoende sterk laagfrequentsignaal verkregen is. Zoo zal men ook kunnen aantreffen, dat niet alle versterkerbuizen, waarop geregeld wordt, eenzelfde regelspanning krijgen. De grootte van de spanning en de vertraging behoeven niet voor alle buizen dezelfde te zijn. Juist hierdoor kan bereikt worden, dat een effectieve fadingscompensatie verkregen wordt, zonder dat overbelasting van een der buizen en vervorming ontstaat.

Vanzelfsprekend doet de fadingscompensatie ook dienst voor het doorgeven van ongelijk sterke zenders op gelijke laagfrequentsterkte. De mogelijkheid van de fadingcompensatie is beperkt. Daalt de signaalsterkte beneden een grenswaarde, dan zal ook de laagfrequentsignaalspanning sterk afhankelijk zijn van het inkomend signaal.

d. Laagfrequentgedeelte.

Het laagfrequentgedeelte kan op diverse wijzen samengesteld worden. Een eenvoudige laagfrequentversterker met 1 trap spanningsversterking en een energie versterker met negatieve terugkoppeling leent zich het beste voor deze doeleinden.

Door de negatieve terugkoppeling wordt de vervorming tegengegaan, terwijl bovendien nog de mogelijkheid van correctie van de frequentiekarakteristiek aanwezig is. Wordt deze correctie op de juiste wijze gecombineerd met de variabele selectiviteit, dan kunnen wij een goede weergave-karakteristiek verkrijgen.

De aanpassing van een tegengekoppelden versterker is minder kritisch dan die van een versterker met een penthode-eindbuis zonder tegenkoppeling. Brengen wij op den uitgangstransformator nog aftakkingen op de secundaire wikkeling aan, dan zal daarmede nog weer aan diverse voorwaarden voldaan worden.

Een lage uitgangsimpedantie is met het oog op brom en inductie (overspreken) gunstig. Echter mag de uitgangsimpedantie niet zoo laag zijn, dat bij het volle vermogen van de eindtrap gewerkt moet worden.

De diverse hoofdstukken in het 'Handboek voor Radio-Centrales' zijn door verschillende auteurs geschreven, het bovenstaande hoofdstuk is geschreven door Ing. J. Roorda, o.a. bekend van verschillende leerboeken.

Zie ook: Ontwikkeling Radiotechniek door Ing. J. Roorda.

Meer info over de professionele Omroep en alarmapparatuur.

VDH