Rik Min

Op de Lagere School had ik een zelfbouwradiootje gekregen. Dat had ik zeer ondeskundig in elkaar gesoldeerd met een grote ouderwetse soldeerbout die je op de kachel moest leggen om hem heet te krijgen. Gas was er toen nog niet bij ons thuis. Er zat een ‘radiobuis’ in, en er moest een grote batterij in; en ook nog een kleintje. Waarvoor wist ik toen nog niet. Wat die ‘buis’ deed snapte ik niet. Dat dat kleine batterijtje er was om de ‘kathode’ op te warmen ook niet; en die grote batterij er was om in die buis een elektrisch veld aan te leggen zodat er dan elektronen konden overlopen van deze ‘kathode’ naar de ‘anode’ en in een koptelefoon dan echt geluid gaven, ook niet. Later – toen ik goed kon solderen – kocht ik een ‘diode’. Een heel klein ding met een heel klein stukje steenkool er in. Althans dat leek het. Men noemde dat stukje steen een ‘kristal’. Daarmee kon je heel eenvoudig een radiootje maken zonder ‘radio-buis’ en zonder batterijen. Een totaal wonder van vernuft.

Figuur 2. Mijn eerste diode. Als je goed kijkt zie je het kristal en het draadje dat (gewoon) (los) contact maakt met het oppervlak. In de oorlog maakte men een radiootje met een gewone speld die men in of tegen een stukje kristal hield.

Alles werkte net zoals in mijn buizenontvanger toen die eenmaal goed gesoldeerd was door een buurman met een echte soldeerbout (Zwakman, een vriend van mijn vader, uit het Nachtegalenlaantje; naast Zeiler). Ik kon net zo goed alle zenders ontvangen die er maar waren. En dat alles zonder veel rare en dure onderdelen. Alleen een spoel. (Zie figuur 3 linksboven.) Wat die spoel deed, snapte ik toen niet. Jaren later pas begreep ik dat dat het meest essentiële onderdeel was van elke radio, TV of mobiele telefoon. De andere kant van de transformator waarbij bij de zender de andere kant van de transformator zit. Daartussen zit het elektromagnetisch veld waar het radiootje zijn signalen door ophaalt.
   Toen ik op de UTS zat kwam de elektronica opzetten, maar we moesten daar eerst alles leren van de ‘telefonie’. Thuis maakte ik mijn eerste telefoonverbinding met mijn broertje. Simpeler kon het niet. Twee koptelefoons, een batterij in het midden en een lang elektriciteitssnoer. Dat telefoondraad kreeg ik van de verkenners. Die hadden het nog over van uit de oorlog. Het werkte allemaal meteen. De spoel in de oorschelp van de koptelefoon bij de 'ontvanger' liet een plaatje trillen. De trillingen kon je horen. De membraan bij de zender die in de membraan van zijn koptelefoon sprak, liet de 'gelijkstroom' in de interne spoel trillen, waardoor wisselstroom 'op de lijn' - boven op de gelijkstroom van het batterijtje - ontstond/ontstaat.
   In de eerste klas van de HTS soldeerde ik mijn eerste transistorontvanger met die ‘OC3’-transistor met behulp van een schema uit een boek. Je moest er wel nog een serie ‘weerstanden’ en enkele ‘condensators’ bij kopen, waarvan je van de eersten alleen maar wist dat ze weerstand gaven maar hun functie begreep je toen nog niet. Laat staan van die van condensators. Heel veel later begreep je dat condensators geen ‘gelijkstroom’ doorlieten maar wel ‘wisselstroom’.

Figuur 3. Boven, mijn eerste radiootje ('Pupil'). Onder, mijn tweede radiootje ('Padvinder').

Wisselstroom kende ik van de 'sterkstroom' (de 220 Volt thuis). Dat er ook zwakstroom wisselstroom was ging je in die tijd vanzelf beseffen. En dat dat in zo’n apparaat alleen maar een fluctuerende gelijkstroom op het ritme van de wisselstroom was, besefte je niet. Zonder gelijkstroom geen wisselstroom in de electronica. En zonder 220 volt geen gelijkstroom. Gelijkstroom moest je met een transformator en een gelijkrichter maken uit de 220 volt. Zin en geld om steeds dure batterijen te kopen had je niet. Vanaf nu werkte je met transformators. De stekker stopte je gewoon in een stopcontact. Gratis. Mijn haat voor alles waar batterijen in moesten, is in die tijd ontstaan. Ik probeerde altijd alles te maken of te kopen waar gewoon een snoer aan zit. Nog steeds heb ik een hekel aan losse hebbedingetjes met batterijen. Ik gebruik liever de gewone telefoon, de gewone fietslampen, de gewone radio en de gewone televisie. Juist op momenten dat je zo’n apparaatje nodig het, is de batterij op of de accu leeg.

Op de HTS ging mijn interesse voor radiootjes verder. Hoewel ik er pas decennia later achterkwam hoe een en ander werkte. In een trillingskring ving je een frequentie op van een radiostation. Als je die frequentie van een spoel met een condensator thuis afstemde op de frequentie van dat radiostation, en vervolgens het signaal met een diode of een kwartskristal 'gelijk richtte', dan kreeg je op de toppen van de frequentie de wisselstroom van het geluid 'te zien'. Daar 'danste' de (door een koptelefoon hoorbare) wisselstroom/wisselspanning. Al die jaren heb ik vergeten dat signaal eens goed op de oscilloscoop te bekijken. Dat leerde je niet op de HTS. En trouwens ook niet op de TH. Toen ik uitgekeken was op de radiootjes, bouwde ik mijn eerste versterker. En sloot er mijn eerste 5e hands pick-up en ook gewoon een microfoon op aan.

In Delft zag ik de eerste beeldbuis. En bouwde ik voor mijn '80-daagse'-opdracht een 'puls-tempo-meter' en mijn eerste oscilloscoop met een kleine beeldbuis en met twee kleine transistorversterkers voor de horizontale en de vertikale as. Als je de beeldbuis aansloot op een hoge spanning zag je op het schermpje een signaal. Een sinus of een blokvormig signaal. Hier ontstond mijn interesse voor grafische output.

Figuur 4. Twee commerciële radiootjes. Boven, mijn eerste zakradiootje; een 'wereldwonder'. Onder, een veel later gekregen 'sentimenteel' verjaardagscadeautje.

In de derde klas HTS kwam ik terecht in - wat later bleek - mijn eerste demonstratie; tegen Amerika in Vietnam. Op een zogenaamde 'Teach Inn' in het Cleverpark te Haarlem.) In het eerste jaar - zelfs de eerste maand - toen ik in Delft studeerde mijn eerste bezetting, de Maagdenhuisbezetting Amsterdam; 2 dagen en 1 nacht. Er volgde later dat jaar nog twee bezettingen allebei in en op de Julianalaan 2 te Delft; het hoofdgebouw van de Technische Hogeschool Delft; die men tegenwoordig universiteit noemt. Uiteindelijk ontdekte ik de regeltechniek en werd mijn belangstelling voor het sturen van de economie en het 'wereldverbeteren' concreet. De twee wetenschapsgebieden - de harde manier van kijken en de zachte manier van kijken - vloeide bij mij rond 1975 in elkaar over. Ik ontdekte de kracht van Operational Amplifiers (opam's). Daarmee begon kon je rekenen en kon je de regeltechniek bedrijven. Daar voor moest ik me verdiepen in de wereld van de 'optellers', de 'integratoren' en allerlei vormen van feedback. Hiermee konden we online twee of meer willekeurige signalen u1(t) met u2(t) bewerken. Dat was voor mij ongekend.

Figuur 5. Moderne Operational Amplifiers (opam's) met waarbij het mogelijk is twee signalen V1(t) en V2(t) bij elkaar op te tellen. Opam's maken uiteindelijk heel veel andere (analoge) toepassingen mogelijk.

Want waar ik eerst alleen maar transistors, radio's en TV's zag, zag ik nu 'analoge rekenen' en de 'regeltechniek' van een geheel nieuwe kant. De regeltechniek gaf fascinerende oplossingen voor het (marxistisch) sturen van de economie en dus voor de wereldproblemen. Alles werd hier veel duidelijker door.

Programmeren leerde ik in mijn eerste jaar op IBM-computers die Delft gekregen had in het kader van de Marshall hulp. (Op het reusachtige complex 'Julianalaan 2' waar nu Bouwkunde gevestigd is.) Daar was een practicum voor het leren maken van Algol en Fortran programma's met een kaartenponsapparaat. In mijn vierde jaar leerde ik echter rekenen op analoge computers. Dat was veel uitdagender. Een kwestie van stekkertjes in een bord met operationele versterkers, potentiometers en voltmeters stoppen. Daar leerde ik hoe je zelf, door het draaien aan echte knoppen, variabelen van complexe wiskundige modellen kon beďnvloeden. Tijdens mijn afstuderen aan de Medische faculteit in Rotterdam had ik een eigen digitale computer tot mijn beschikking. Op die computer was een simulatiepakket geďnstalleerd waarmee analoog rekenen kon worden gesimuleerd en waarmee ik een jaar lang mijn werk heb mogen doen: afstuderen op oscillerende niet-lineaire wiskundige medische modellen voor het hart en de maag waardoor ik de kracht leerde kennen van de regeltechniek en computers.

Verdere wetenswaardigheden waar ik - didactisch gesproken - erg trots op ben zijn:

De kortste uitleg die ik ooit gegeven heb over hoe een radio werkt - en dus informatie overdracht - gaat als volgt: Er is een spoel bij de zender en er is een spoel bij de ontvanger. Een wisselstroom in de zender zal worden opgevangen in de spoel van de ontvanger. Ter versterking van het effect zit aan het uiteinde van de zendspoel een lange antenne en er zit een antenne aan het uiteinde van de ontvangstspoel. Eigenlijk het principe van een transformator, maar dan 'door de lucht'.

Figuur 6. Links wordt een wisselspanning (als er een wisselstroompje gaat lopen) 'gezonden' en rechts wordt die wisselspanning 'ontvangen'. Je ziet ook een antenne. Die versterkt op een natuurlijke manier het wisselstroom signaal. De condensator die je ziet laat alleen wisselstroom door; geen gelijkstroom. (Zie elders.) Een mobieltje werkt nog steeds zo.

Een echter zend- en ontvanginstallatie is natuurlijk meer dan alleen twee trillingskringen. De hoogfrequent trillingskringen moeten op elkaar afgestemd worden en het daar op gesupponeerde geluidssignaal moet er bij de ontvanger worden afgehaald. Dat gebeurt door alleen de positieve amplitude van de hoge frequentie door te laten door een gelijkrichter en daarna het hoogfrequente signaal er uit te filteren door een condensator. Dan hou je het geluidsignaal over.

Figuur 7. Links bij de zender is er een trillingskring die ingesteld is op een bepaalde frequentie (hier 75 kHz) en rechts is een trillingskring die afgestemd is op de frequentie van de zender. De hoogte (de amplitude) wordt beďnvloed door het geluidsignaal. Bij de ontvanger wordt alleen de bovenkant - het positieve deel - van het zendfrequentie-signaal doorgelaten door de gelijkrichter.

De kortste uitleg die ik ooit gegeven heb over hoe een eenvoudige radiobuis (een triode) of een transistor werkt. Dat gaat als volgt: Er gaat in die radiobuis (radiolamp of triode) een gelijkstroom van kathode naar anode door een vacuüm. Tussen de anode en de kathode zit een rooster dat de gelijkstroom kan beďnvloeden. Als er een (kleine) wisselspanning (bijvoorbeeld het signaal van een stem in een microfoon) op dat rooster staat, zal die gelijkstroom versterkt worden beďnvloed door die wisselspanning en wordt die wisselspanning (die stem) dus versterkt door die radiobuis. Dat versterkte signaal gaat naar een luidspreker. En voilŕ, je hebt een versterker! Gebouwd met een simpele triode.
Een transistor werkt precies zoals een eenvoudige radiobuis. Daar is de collector (c) de anode; de emitter (e) de kathode. En de basis (b) is het rooster. Als je op de basis een wisselspanning (het signaal) aanbiedt, dan krijg je een versterkte stroom (het uitgangssignaal) van emitter naar collector. Daar moet je dan een luidspreker tussen zetten en hoor je het ingangssignaal versterkt [1].

Figuur 8. Door een buis moet een gelijkstroom lopen en door een transistor ook. Dat gebeurt met een batterij. Als er nu aan de ingang een wisselspanning wordt aangeboden, gaat die gelijkstroom 'op het ritme' van de wisselspanning 'op en neer'. Maar dan verstrekt!

De kortste uitleg die ik ooit gegeven heb over hoe een computer werkt. Dat gaat als volgt: Als je op een eenvoudige computer een toets van een letter of van een getal drukt, gaan er 8 nulletjes en/of eentjes door een draadje naar de computer. Net als het principe bij morse-codes. De computer zet dan die 8 nulletjes en/of eentjes daarna via een patroon van puntjes neer op een beeldscherm als een letter of een getal. Want het beeldscherm bestaat bij een eenvoudige computer nu eenmaal uit 800 x 600 beeldpuntjes. Zo weet je wat je getypt hebt. Het belangrijkste in de computer zelf zijn de registers. Die zijn bij eenvoudige computers 8 bit lang en bevatten meestal de digitale 8-bits getallen. Een eenvoudige computer heeft in principe 3 registers: twee die je kunt vullen met een digitaal getal en een register waar het resultaat van de bewerking in moet komen. Respectievelijk het A-register, het B-register (waar twee getallen inzitten) en het C-register met de uitkomst van de bewerking met die twee getallen in moet komen. Als je wilt rekenen met een computer dan wordt er een bewerking gedaan op de inhoud in de twee registers.

Figuur 9. Een register van 8 bit kan 8 'nullen' of 'enen' bevatten. Elke cal is een 'flipflop' die dus 0 of 1 kan zijn. Er kunnen bij een 8-bits register getallen van 0 tot 32000 (28) in. Soms zit er in het A-register een binaire letter A, B t/m Z. Dan kan die letter vergeleken worden met een andere letter.

Een register in een eenvoudige computer heeft 8 'flipfloppen'. Er is dus plek voor 8 'nullen' of 'enen'. "Een flipflop kan dus 0 of 1 zijn". Een flipflop zelf bestaat uit een schakeling met in principe (minimaal) 2 kruislings gekoppelde transistors. In een 8-bits register - zoals hierboven - kunnen dus binaire getallen zoals 00000000 (0), 00000001 (1), 00000010 (2) t/m 11111111 (32000). Soms zit er in het A-register een binaire letter A (#65), B (#66) t/m Z (#122). Dan kan die letter eenvoudig vergeleken worden met een andere letter. (Zie daarvoor de ascii-tabel.)

Figuur 10. Het A-, B- en C- register van een computer. Dit is het hart van elke computer. Bij een rekenkundige bewerking zitten in het A- en B-register de getallen (binair) en in het C-register komt de binaire uitkomst van een bewerking (opgeteld, afgetrokken, gedeeld of vermenigvuldigd).

De uitvinder van een rekenkundige bewerking toepassen op twee binaire getallen (bijvoorbeeld 00001001 + 00000001 = 00001010) is feitelijk de uitvinder van de computer. Je kunt dus rekenen en vergelijken. Dus twee getallen of twee letters kunnen vergeleken worden [2]. Dat is belangrijk want dan kun je de bewerking a > b uitvoeren. Ook op letters. Want letters hebben ook een rangorde. A of K hebben een hogere rang dan P of Z. Immers in de ascii-code rangorde, de binaire codering van letters is A groter dan B, etc. Zo kun je dingen in een rij op volgorde zetten. Met dat eerste kunnen je in principe alle rekenkundige bewerkingen doen en met laatste is handig voor databanken met tekst.

Tot slot: Mijn huidige werkzaamheden zijn allemaal gebaseerd op werkzaamheden met computers. En die werkzaamheden zijn allemaal gebaseerd op bovenstaande principes. Die ik gedurende mijn leven stuk voor stuk en stap voor stap meemaakte. De eerste radio's en eerste 'flipflops' moest ik zelf solderen. Mijn computers bevatten nu per stuk miljarden 'flipflops'. Zelfs in mijn eigen mobieltje. Maar ze hebben nog steeds een A-, B- en C-register. Hoewel 32 bits en soms 64 bits lang. En geen 8 bit zoals hier boven beschreven. Maar het allerbelangrijkste voor mijn werk met model-driven simulaties (zie elders) is om online te kunnen zijn om wiskundige modellen te kunnen doorrekenen met gewone digitale computers, tablets, iPhones, en om hun grafische mogelijkheden uit te kunnen buiten. Maar wiskundige modellen moet je kunnen zien en begrijpen. Zonder abstracte manieren om differentiaal en integraal vergelijkingen om te gaan zou dat allemaal niet kunnen. Zie figuur 11. Daar zie je een conceptuele benaderingswijze om een integraal (of differentiaal) voor te kunnen stellen. In modellen komen deze integralen (en differentialen) bij tientallen voor om het dynamische gedrag van abstracte dynamische wiskundige modellen te kunnen begrijpen.

Figuur 11. Moderne Operational Amplifiers (opam's) met oneindig grote versterking, maakte analoge 'integratoren', 'optellers' en 'vermenigvuldigers' mogelijk. (Zie elders.) Inmiddels wordt er zo niet meer gerekend. Alles gaat digitaal. Maar de visuele taal wordt nog gewoon gebruikt. Hier een abstracte integrator met x als input en y als output. De ingangsvariabele x(t) heeft een willekeurig karakter. Yo is de startwaarde van output y(t) op het tijdstip 0. (Zie elders meer over deze notatiewijze.)

Zo draait alles in elkaar: radio-technieken, electronica-technieken, reken-technieken, en educatieve software. Mijn mobieltje is een zend- en ontvangst-systeem met internet, dat ook werkt met wifi. Wifi is ook een hoogfrequente radiobron en een radio-ontvanger. Over de lijnen gaan tegenwoordig miljarden karakters, letters en getallen (ascii-code). Maar er wordt - naast teksten - nog steeds - hoewel onderliggend - enorm veel gerekend. Mijn simulaties kunnen niet zonder die enorme rekenpartijen.

Een computer kan eigenlijk maar drie dingen. Hoe hij dat doet is eigenlijk volkomen belachelijk, iets met nullen en eenen, maar hij doet het, en nog snel en goed ook nog. Dat zijn op de eerste plaats rekenen.

Voorbeeld: optellen, aftrekken, vermenigvuldigen en delen

Daarmee kunnen formules en wiskundige modellen doorgerekend worden. Hiermee kan een computerprogramma hele 'slimme' uitkomsten genereren. Dat is op de tweede plaats dingen vergelijken.

Voorbeeld: if (...) then (...) else (...)

Hiermee kan een comuter 'intelligent' worden. Een computerprogramma kan een 'expert systeem' worden. Theoretisch zijn expert systemen oneindig veel if-then-else-statements die in een loop zitten en de juist akties ondernemen. En dat is op de derde plaats dingen op een beeldscherm zetten of geluid naar een luidspreker sturen.

Voorbeelden: letters, getallen, pixels, beeld, animatie en video.

Hiermee kan een computer mooie dingen doen en allerlei soorten voorstellingen geven. Maar sinds de komst van het internet en wifi kan hij ook dingen van een andere computer afhalen.

Voorbeelden: webpagina's, mails, liedjes, boeken (eBooks), stemmen en video.