Componenten

In elke zender en ontvanger vind je dezelfde bouwstenen terug: weerstanden, condensatoren, spoelen, transformatoren, diodes en transistoren. Voor het N-examen moet je weten wat ze doen, in welke eenheid je ze uitdrukt en waarvoor je ze gebruikt.

Weerstand

Een weerstand werkt de elektrische stroom tegen. Hoe groter de weerstand, hoe kleiner de stroom bij dezelfde spanning (wet van Ohm: U = I · R). Weerstanden gebruik je om een stroom te begrenzen of om een spanning te verdelen.

De eenheid ohm

Weerstand (symbool R) druk je uit in ohm (Ω). Gangbare veelvouden:

Notatie	Betekenis
1 kΩ (kilo-ohm)	1000 Ω
1 MΩ (megaohm)	1 000 000 Ω

Op schema's zie je ook notaties als 4k7 (= 4,7 kΩ) en 2R2 (= 2,2 Ω).

Vermogensdissipatie

Een weerstand zet de elektrische energie die hij opneemt om in warmte. Dat heet vermogensdissipatie. Het vermogen bereken je met:

• P = U · I
• P = I² · R (invullen van U = I · R)
• P = U² / R (invullen van I = U / R)

P in watt (W), U in volt (V), I in ampère (A), R in ohm (Ω). Reken mA eerst om naar A!

Rekenvoorbeeld: door een weerstand van 1 kΩ loopt 20 mA. P = I² · R = 0,02² · 1000 = 0,0004 · 1000 = 0,4 W.

Omdat de stroom in het kwadraat staat, wordt het vermogen 4× zo groot als de stroom 2× zo groot wordt.

Elke weerstand heeft een maximaal toelaatbaar vermogen (bijvoorbeeld 0,25 W, 0,5 W, 1 W of 5 W). Een weerstand die fysiek groter is (groter oppervlak) kan meer warmte kwijt; dat heeft niets te maken met de waarde in ohm. Kies altijd een weerstand die meer kan hebben dan het berekende vermogen; anders wordt hij te heet, verandert zijn waarde of brandt hij door.

Kleurcode

Kleine weerstanden hebben gekleurde ringen in plaats van een opgedrukte waarde. Bij de 4-ringscode lees je vanaf de kant waar de ringen het dichtst bij de rand zitten (de tolerantiering, vaak goud of zilver, zit aan de andere kant):

1. ring 1: eerste cijfer
2. ring 2: tweede cijfer
3. ring 3: vermenigvuldiger (het aantal nullen)
4. ring 4: tolerantie

Kleur	Cijfer	Vermenigvuldiger	Tolerantie
zwart	0	×1 (geen nullen)
bruin	1	×10	±1%
rood	2	×100	±2%
oranje	3	×1000
geel	4	×10 000
groen	5	×100 000
blauw	6	×1 000 000
violet	7
grijs	8
wit	9
goud		×0,1	±5%
zilver		×0,01	±10%
geen ring			±20%

Ezelsbruggetje voor 0 t/m 9: Zij Bracht Rozen Op Gerrits Graf Bij Vies Grijs Weer (zwart, bruin, rood, oranje, geel, groen, blauw, violet, grijs, wit).

Voorbeelden:

• rood-rood-rood-goud: 2, 2, ×100 → 2200 Ω = 2,2 kΩ, ±5%
• geel-violet-oranje-goud: 4, 7, ×1000 → 47 kΩ, ±5%
• groen-blauw-goud-goud: 5, 6, ×0,1 → 5,6 Ω, ±5% (goud als derde ring is de vermenigvuldiger!)

De tolerantie geeft aan hoeveel de echte waarde mag afwijken. Een weerstand van 1 kΩ ±5% ligt tussen 950 Ω en 1050 Ω.

Weerstandsmateriaal en draaddikte

Vaste weerstanden zijn meestal gemaakt van koolstof (een koolfilm), een metaalfilm of gewikkelde weerstandsdraad (bijvoorbeeld een nikkellegering). De weerstand van een draad hangt af van:

• het materiaal: koper heeft een lage, nikkellegering een hogere weerstand;
• de lengte: twee keer zo lang geeft twee keer zoveel weerstand;
• de dikte (doorsnede): een dikkere draad heeft minder weerstand dan een dunne draad van dezelfde lengte.

Daarom gebruik je dikke kabels voor de 13,8 V-voeding van een zender: dan valt er minder spanning over de kabel.

Potentiometer

Een potentiometer is een weerstand met een verschuifbaar aftakpunt, de loper. Door aan de as te draaien, verdeel je de weerstand in twee delen. Zo maak je een instelbare spanningsdeler, bijvoorbeeld de volumeregelaar van een ontvanger. Het is geen meetinstrument.

Condensator

Een condensator bestaat uit twee geleidende platen met daartussen een isolator, het diëlektricum. Hij slaat elektrische lading op in een elektrisch veld tussen de platen. Een condensator laat geen gelijkstroom door, maar wel wisselstroom (hoe hoger de frequentie, hoe beter).

Capaciteit en de eenheid farad

De capaciteit (symbool C) geeft aan hoeveel lading een condensator bij een bepaalde spanning kan opslaan. De eenheid is de farad (F). Eén farad is heel groot; in de praktijk gebruik je:

Eenheid	Waarde	Omrekenen
µF (microfarad)	0,000 001 F	1 µF = 1000 nF
nF (nanofarad)	0,000 000 001 F	1 nF = 1000 pF
pF (picofarad)	0,000 000 000 001 F

Voorbeelden: 0,1 µF = 100 nF; 4,7 nF = 4700 pF; 0,047 µF = 47 nF.

De capaciteit wordt groter als het plaatoppervlak groter is, als de platen dichter bij elkaar staan, of als je een diëlektricum met een hogere diëlektrische constante gebruikt.

De capaciteit hangt niet af van de spanning die je op de condensator zet. Maak je de spanning twee keer zo groot, dan wordt de opgeslagen lading twee keer zo groot (Q = C · U), maar de capaciteit blijft gelijk.

Soorten condensatoren

Condensatoren worden genoemd naar hun diëlektricum:

Type	Typische waarden	Eigenschappen en gebruik
Lucht	enkele pF tot een paar honderd pF	Vooral als variabele afstemcondensator (draaicondensator) en in zenderafstemkringen; zeer lage verliezen.
Mica	pF tot enkele nF	Stabiel, lage verliezen, geschikt voor HF (oscillatoren, kringen, zendertrappen).
Keramisch	pF tot ongeveer 100 nF (meerlaags ook µF)	Klein en goedkoop; veel gebruikt voor HF-ontkoppeling en in kringen. Ook als trimmer.
Kunststof (folie)	nF tot enkele µF	Bijvoorbeeld polyester of polystyreen; voor koppeling, ontkoppeling en audio.
Elektrolytisch (elco)	µF tot duizenden µF	Grote capaciteit in een klein huis; gepolariseerd. Voor afvlakken in voedingen en LF-toepassingen.

Van alle diëlektrica geeft lucht (en vacuüm) de kleinste hf-verliezen. Daarom gebruik je luchtcondensatoren in afstemkringen van zenders. Andere diëlektrica (keramiek, kunststof, papier) geven meer capaciteit per volume, maar ook meer verlies.

Elektrolytische condensator

Een elco haalt een grote capaciteit uit een klein volume. Belangrijk:

• Een elco is gepolariseerd: hij heeft een plus- en een minaansluiting. Op het huis staat meestal een streep met mintekens bij de minpool.

• Verkeerd om aansluiten (ompolen) kan de elco laten opwarmen, lekken of zelfs openbarsten.

• Typische toepassing: het afvlakken van de gelijkgerichte spanning in een voeding.

• Geschikt voor gelijkspanning en lage frequenties, niet voor HF-kringen.

• Andere typische toepassing: het ontkoppelen van de emitterweerstand in een lf-versterker (tientallen tot honderden µF).

• In een schema herken je een elco aan het plusteken (+) bij één aansluiting, vaak met één open en één gevuld plaatje.

Vaste en variabele condensatoren

• Vaste condensatoren hebben één capaciteitswaarde (mica, keramisch, kunststof, elco).

• Variabele condensatoren zijn instelbaar. De klassieke draaicondensator heeft lucht als diëlektricum: een stel draaibare platen schuift tussen vaste platen. Hoe verder de platen in elkaar gedraaid zijn, hoe groter de capaciteit. Die gebruik je om een kring af te stemmen.

• Een trimmer is een kleine instelbare condensator (vaak keramisch of met lucht/folie) die je eenmalig afregelt.

• Een afstemcondensator voor de kortegolf heeft meestal een maximale capaciteit van ongeveer 100 pF (tot een paar honderd pF). Met spoelen van enkele µH kom je dan op 3–30 MHz uit. Voor VHF zijn tientallen pF of minder gebruikelijk.

• Variabele condensatoren vind je in afstemkringen (VFO, ontvanger) en in de antenne-aanpassingseenheid (tuner). In voedingen (afvlakelco's) en netontstoringsfilters (vaste condensatoren van 10–100 nF) zitten geen variabele condensatoren.

Werkspanning

Op een condensator staat naast de capaciteit ook de werkspanning, bijvoorbeeld 220 µF / 16 V. Dat is de maximale spanning die je op de condensator mag zetten. Bij een hogere spanning kan het diëlektricum doorslaan en gaat de condensator kapot. Een elco kan dan zelfs openbarsten. Kies de werkspanning dus altijd hoger dan de hoogste spanning in de schakeling.

Een condensator laat geen gelijkstroom door. Sluit je een weerstand in serie met een condensator aan op een batterij, dan loopt er even een laadstroom. Zodra de condensator is opgeladen, is de stroom nul.

Spoel

Een spoel is een gewikkelde draad, met of zonder kern. Als er stroom door een spoel loopt, ontstaat er een magnetisch veld; daarin slaat de spoel energie op. Een spoel laat gelijkstroom goed door, maar werkt wisselstroom tegen (hoe hoger de frequentie, hoe sterker).

Zelfinductie en de eenheid henry

Verandert de stroom door een spoel, dan verandert het magnetisch veld. Daardoor wekt de spoel in zichzelf een spanning op die de verandering tegenwerkt. Dat heet zelfinductie. De maat ervoor is de zelfinductiecoëfficiënt of kortweg inductie (symbool L), in henry (H).

Eenheid	Waarde
mH (millihenry)	0,001 H
µH (microhenry)	0,000 001 H

HF-spoelen hebben meestal waarden in µH; spoelen voor lage frequenties (smoorspoelen in voedingen) in mH of H. De zelfinductie wordt groter met meer windingen, een grotere diameter, windingen dichter op elkaar en een kern van ijzer of ferriet.

Transformator

Een transformator bestaat uit twee (of meer) spoelen op één gemeenschappelijke kern: de primaire en de secundaire wikkeling. De wisselstroom in de primaire wikkeling maakt een wisselend magnetisch veld, dat in de secundaire wikkeling een wisselspanning opwekt. Een transformator werkt daarom alleen op wisselspanning; bij gelijkspanning verandert het veld niet en ontstaat er secundair geen spanning.

De spanningsverhouding is gelijk aan de wikkelverhouding:

Up / Us = Np / Ns

(U = spanning, N = aantal windingen, p = primair, s = secundair.)

Rekenvoorbeeld: primair 230 V en 1000 windingen, secundair 50 windingen. Us = Up · Ns / Np = 230 · 50 / 1000 = 11,5 V.

Bij een ideale transformator gaat er geen vermogen verloren: Up · Ip = Us · Is. Wordt de spanning 10× zo laag, dan wordt de stroom 10× zo groot (en omgekeerd). Een nettransformator zorgt ook voor scheiding tussen het lichtnet en de rest van de schakeling.

Toepassingen van de transformator

• Een wisselspanning omhoog of omlaag zetten. De secundaire spanning kan hoger of lager zijn dan de primaire.
• Scheiding tussen het lichtnet en de schakeling.
• Impedantie aanpassen, bijvoorbeeld een antenne aan een kabel.

Een transformator kan geen vermogen versterken. Bij een ideale transformator is het secundaire vermogen gelijk aan het primaire, in werkelijkheid iets kleiner. In een voeding bepaalt de transformator vooral de hoogte van de uitgangsspanning. Hij moet minstens het vermogen kunnen leveren dat de voeding afgeeft: een voeding van 12 V en 5 A vraagt een transformator van ten minste 12 × 5 = 60 W.

Voorbeelden in een ontvanger: de nettransformator in de voeding zet 230 V om naar een lagere wisselspanning, die daarna wordt gelijkgericht, afgevlakt en gestabiliseerd. De lf-uitgangstransformator zit in de collectorleiding van de lf-eindtransistor en past de uitgangsimpedantie van de eindtrap (enkele kΩ) aan de luidspreker (4–8 Ω) aan.

Gelijkrichtdiode

Een diode heeft twee aansluitingen: anode en kathode. Hij laat de stroom maar in één richting door: van anode naar kathode, als de anode positiever is dan de kathode (doorlaatrichting). In de sperrichting loopt er (bijna) geen stroom. De kathode is op het huis aangegeven met een ring of streep. Over een geleidende siliciumdiode staat ongeveer 0,6 à 0,7 V.

Toepassing: in een voeding zet de gelijkrichtdiode de wisselspanning van de transformator om in een pulserende gelijkspanning.

• Enkelzijdige gelijkrichting: één diode, alleen de ene helft van de sinus wordt doorgelaten.
• Dubbelzijdige gelijkrichting met een bruggelijkrichter: vier diodes, beide helften van de sinus worden gebruikt.
• Daarna vlakt een elco de pulserende spanning af tot een (bijna) gladde gelijkspanning.

Zenerdiode

Een zenerdiode wordt gebruikt voor spanningsstabilisatie. Hij wordt in sperrichting aangesloten (kathode aan de plus). Zodra de spanning de zenerspanning bereikt, gaat hij geleiden, en de spanning erover blijft vrijwel constant, ook als de ingangsspanning of de belasting verandert.

Een zenerdiode heeft altijd een serieweerstand nodig om de stroom te begrenzen. Over die weerstand staat het verschil tussen de ingangsspanning en de zenerspanning.

Rekenvoorbeeld: voeding 12 V, zenerdiode 5,1 V, serieweerstand 690 Ω, geen belasting. Spanning over de weerstand: 12 − 5,1 = 6,9 V. Stroom: I = U / R = 6,9 / 690 = 0,01 A = 10 mA.

Voorwaarde: de ingangsspanning moet hoger zijn dan de zenerspanning. Is de ingangsspanning lager, dan geleidt de zener niet en volgt de uitgang gewoon de ingang; dan is er geen stabilisatie.

Transistor

Een bipolaire transistor (NPN of PNP) heeft drie aansluitingen: basis (B), collector (C) en emitter (E). Een veldeffecttransistor (FET) heeft gate, drain en source. Een transistor kan een signaal versterken en is daarmee de basis van versterkers en oscillatoren.

Transistor als versterker

Een kleine basisstroom stuurt een veel grotere collectorstroom. De verhouding heet de stroomversterkingsfactor (β of hFE):

IC = β · IB

Voorbeeld: β = 150 en IB = 40 µA geeft IC = 150 · 40 µA = 6000 µA = 6 mA.

In een versterkertrap zet je een klein wisselspanningssignaal op de basis; aan de collector krijg je een groter signaal met dezelfde vorm. De energie komt uit de voeding, niet uit de transistor zelf. Met weerstanden wordt de transistor op het goede werkpunt ingesteld.

Trappen herkennen in een schema: een lf-versterker heeft alleen weerstanden en koppel- en ontkoppelcondensatoren, zonder afgestemde kringen. Een selectieve hf-versterker heeft afgestemde LC-kringen aan de ingang (basis) en in de collectorleiding, zodat alleen de gewenste frequenties versterkt worden. Een oscillator herken je aan een terugkoppeling in fase (bijvoorbeeld een koppelwikkeling) van de collector naar de basis.

Transistor als oscillator

Een oscillator wekt zelf een wisselspanning op, zonder ingangssignaal. Je maakt hem van een versterker met positieve terugkoppeling (meekoppeling): een deel van het uitgangssignaal gaat in fase terug naar de ingang. De versterking moet de verliezen in de terugkoppeling minstens goedmaken.

De frequentie wordt bepaald door een frequentiebepalend netwerk in de terugkoppeling:

• een LC-kring (spoel en condensator); met een variabele condensator maak je een variabele oscillator (VFO);
• een kristal; dat geeft een veel stabielere, maar vaste frequentie.

Oscillatoren zitten in ontvangers (lokale oscillator, BFO) en in zenders (draaggolf).

Examentips

• Vermogen in een weerstand: P = I² · R. Reken mA om naar A voordat je kwadrateert (20 mA = 0,02 A).
• 2× zoveel stroom door dezelfde weerstand geeft 4× zoveel vermogen.
• Kleurcode: de derde ring is het aantal nullen, niet het derde cijfer. Goud als derde ring betekent ×0,1. Goud als vierde ring betekent ±5%, zilver ±10%.
• 1 µF = 1000 nF = 1 000 000 pF. Let op factoren 1000.
• Een elco is gepolariseerd; een luchtcondensator gebruik je als variabele afstemcondensator.
• Farad = capaciteit (condensator), henry = zelfinductie (spoel), ohm = weerstand.
• Transformator: spanningen verhouden zich als de windingen. Minder windingen secundair = lagere spanning, maar grotere stroom. Werkt niet op gelijkspanning.
• Gelijkrichtdiode: laat stroom in één richting door. Zenerdiode: stabiliseert spanning, in sperrichting en met serieweerstand.
• Oscillator = versterker + meekoppeling (positieve terugkoppeling). Tegenkoppeling maakt geen oscillator.