RADIO

Ik wil hier - aan electronica leken - het principe van een radio op de meest eenvoudige manier uitleggen. Vergeet dus even de mooie kast, de mooie knoppen, de luidsprekers, de versterker, de radiobuizen en transistors.

Er worden in dit korte betoog maar een stuk of acht moeilijke woorden gebruikt. Te weten:
een 'trillingskring', bestaande uit een 'spoel' en een 'condensator';
een 'draaggolf' en een 'geluidsgolf; en het superponeren van die twee golven;
het 'afstemmen' daarvan, de 'amplitude' van een signaal, en een 'gelijkrichter'.

Om geluid uit je radio te krijgen heb je naast een ontvanger ook een zender nodig. Een zender zendt een 'draaggolf' uit met een bepaalde 'frequentie'. Dat gebeurt in de 'trillingskring' van de zender.

Een zender mooi, goed, en goed werkend te maken is natuurlijk iets meer dan zoals ik hier alleen het principe uitleg. Uiteraard is daar voor er een spanningsbron en een antenne nodig om een beetje redelijk afstand te kunnen overbruggen. Maar het leuke van een kristal- ontvanger is dat er bijna niks nodig is. Feitelijk alleen een afstembare trillingskring en een gelijkrichter...

Een radio-ontvanger kan die frequentie in een eigen trillingskring opvangen. Deze frequentie is om allerlei redenen een hele hoge frequentie. Die draaggolf met een hoge frequentie plant zich over duizenden meters of kilometers voort. Het oor kan deze frequentie niet horen.

Figuur 1. Links de trillingskring van de zender. Rechts de trillingskring van de ontvanger. De trillingskring in de zender vereist wel stroom en vermogen; de trillingskring van de ontvanger heeft geen stroom, batterij en/of vermogen nodig. De draaggolf wordt links dus 'uitgezonden' en rechts wordt die hoog frequente wisselspanning 'ontvangen'. De trillingskring in de ontvanger gaat dus spontaan trillen. In het tweede plaatje zie je ook nog een antenne. Dat is in dit eerste plaatje voor de eenvoud van het betoog weggelaten. Die antenne maakt het aan de zendkant en aan de ontvangstkant wat makkelijk om te zenden en/of te ontvangen. Dat is in dit betoog verder nu niet relevant.

Het stikt van de draaggolven van allerlei zenders om ons heen. Hoogfrequent zenders (FM) en laagfrequent zenders (AM). (Het verschil tussen AM en FM valt buiten de orde van dit betoog.) Een ontvanger moet in alle gevallen worden 'afgestemd' op die ene specifieke frequentie van die ene bepaalde zender. Een 'geluidsgolf, daar en tegen, is echter het 'echte' geluid: muziek of een stem, kortom het gehele spectrum. Het oor kan dit 'echte' geluid horen. De hoge frequentie van de zender natuurlijk niet.

In de zender wordt de draaggolf en de geluidsgolf bij elkaar 'opgeteld': 'gesuperponeerd'. Later moeten die weer 'van elkaar gescheiden' (van elkaar 'afgetrokken') worden. Op het plaatje zie je dat de hoogte van de draaggolf (de 'amplitude') op en neer gaat in het ritme van het hoorbare geluid. Dat is de truuk.

Een radio-ontvanger zelf werkt als volgt: Je hebt in ieder ontvang-toestel een 'trillingskring' nodig. Een trillingskring is niks anders dan een 'spoel' en parallel daaraan geschakeld een 'condensator'. Het geheel kan dan autonoom, zonder stroom- of spanningsbron, gaan 'oscilleren' (op een bepaalde frequentie gaan 'trillen'). Die condensator is variabel. Daarmee kun je de trillingskring afstemmen op de juist (elektrische) trilling. Er zitten 'in de lucht' duizenden frequenties van duizenden zenders. Die trillingskring moet je dus afstemmen op de frequentie van de zender die je wilt ontvangen. Dat doe je door aan de variabele condensator te draaien. Dan wordt de trillingskring 'gevoelig' voor de frequentie die je wilt ontvangen. De trilling die wordt opgewekt, kun je op een oscilloscoop zien.

Aan de ontvang-kant werkt alles zonder een batterij, een accu of dat er een voedingsapparaatje aan te pas komt. Er is alleen een 'gelijkrichter' (een 'diode') nodig. In de oorlog gebruikte men als gelijkrichter een naald in een stukje kristal of 'stak' men die naald zelfs in een stukje steenkool. In de 'trillingskring', van de eenvoudigste ontvanger die ik ken, vang je de draaggolf van een radiostation met die hoge frequentie op. Op de draaggolf is bij de zender het 'geluid' opgeteld ('gesuperponeerd'). Je kunt met een 'gelijkrichter' alleen de bovenkant van het signaal doorlaten. De onderkant is dan weg. Dat doe je met een diode of een kwartskristal. Je krijg dan op de toppen van de draaggolf (met een oscilloscoop) al het geluid 'te zien'. Nu moet je alleen nog de hoog frequente draaggolf kwijt zien te raken. Dat doe je met een condensator. De condensator, die je hier in het schema na de diode opgenomen ziet, filtert de hoge draaggolffrequentie er uit en laat alleen de lage frequenties van het geluid door: de geluidsgolf. Dat geluid is dan ook echt te horen op je koptelefoon. (Deze vaste condensator vormt samen met de weerstand die het netwerk heeft, een zogenaamd 'laagdoorlaat-filter'.) De draaggolf is dan geelimineerd en de geluidsgolf blijft dan over. Met een oordopje kun je dit geluid dan horen.

Figuur 2. Links bij de zender is er een trillingskring die ingesteld is op een bepaalde frequentie (hier 75 kHz) en rechts in de ontvanger moet de trillingskring worden afgestemd op de frequentie van de zender. Dat gebeurt met een variabele condensator. De hoogte (de amplitude) van die 75 kHz is geheel afhankelijk van het geluidsignaal. (Dat heet Amplitude Modulatie: AM). Bij de ontvanger wordt alleen de bovenkant - het positieve deel - van de draaggolf frequentie door de gelijkrichter (de diode) doorgelaten. Daarna wordt door de vaste condensator de draaggolf frequentie er uit gefilterd, zodat de geluidsgolf zelf alleen overblijft. Dit is dus het principe van een ontvanger; en zo werkt dus in principe de radio!

Een echte zend- en ontvanginstallatie is natuurlijk iets meer dan alleen twee trillingskringen die elkaar beinvloeden. Maar theoretisch is dit eigenlijk alles waarmee men een signaal kan 'zenden' en dat signaal kan 'opvangen' c.q. kan 'ontvangen'. Denk daarbij vooral ook aan het miniscule zendertje (en ontvangertje) bij een auto-sleutelhanger.

De overeenkomst tussen het trillen van een trillingskring en het resoneren of oscilleren van een stemvork of zelfs een verkeerd ontworpen brug die bij hefige stormen verkeerd kan gaan trillen (heen en weer-zwaaien) is evident het zelfde natuurkundig fenomeen.

TOT SLOT: Wil je een harder geluid, voor bijvoorbeeld een luidspreker of een moderne koptelefoon, dan moet je het geluid 'versterken'. Dat versterken van het geluidsignaal doe je met radiobuizen of met transistors. Maar dat is een ander verhaal. Zie elders.