Metingen

Als radioamateur meet je spanning, stroom, weerstand, vermogen en frequentie. Voor het examen moet je weten hoe je een meter aansluit, welk instrument je voor welke meting gebruikt en waar je op moet letten om jezelf, de meter en de schakeling te sparen.

Spanning meten

Spanning is het verschil tussen twee punten. Een voltmeter sluit je daarom parallel aan: over het onderdeel of de bron waarvan je de spanning wilt weten. De schakeling blijft daarbij gewoon werken.

• Een goede voltmeter heeft een hoge inwendige weerstand. Dan loopt er bijna geen stroom door de meter en verandert de meter de schakeling nauwelijks.
• Gelijkspanning (DC, V⎓) meet je op het DC-bereik; let op de polariteit (rood = plus, zwart = min).
• Wisselspanning (AC, V~), zoals de netspanning, meet je op het AC-bereik. Een gewone meter geeft bij een sinus de effectieve waarde aan (de 230 V van het lichtnet is een effectieve waarde).

Stroom meten

Stroom loopt dóór een leiding. Een ampèremeter neem je daarom in serie op: je onderbreekt de stroomkring en laat alle stroom door de meter lopen.

• Een goede ampèremeter heeft een zeer lage inwendige weerstand. Dan valt er bijna geen spanning over de meter en loopt er dezelfde stroom als zonder meter.
• Zet je een ampèremeter per ongeluk parallel over een spanningsbron, dan maak je bijna een kortsluiting. Er loopt een zeer grote stroom: de zekering in de meter brandt door of de meter gaat kapot.
• Gelijkstroom (A⎓) en wisselstroom (A~) hebben aparte bereiken. Voor grote stromen heeft een universeelmeter vaak een aparte aansluitbus (bijvoorbeeld 10 A).

Weerstand meten

Een ohmmeter stuurt zelf een kleine meetstroom (uit de batterij van de meter) door de weerstand. Daarom:

• Meet weerstand altijd spanningsloos: apparaat uit, stekker eruit en condensatoren ontladen. Een spanning in de schakeling geeft een verkeerde uitslag en kan de meter beschadigen.
• Maak de weerstand liefst aan één kant los. Andere onderdelen die parallel staan, geven anders een te lage uitslag.
• Raak de meetpennen niet met beide handen aan bij hoge weerstanden: je lichaam staat dan parallel aan de weerstand.

Vermogen meten

Gelijkstroomvermogen

Het gelijkstroom-ingangsvermogen van een zender of eindtrap bereken je uit de voedingsspanning en de opgenomen stroom: P = U · I (watt = volt × ampère). Je meet dus de spanning (voltmeter parallel) en de stroom (ampèremeter in serie).

Voorbeeld: een transceiver neemt bij zenden 18 A op uit 13,8 V. P = 13,8 V · 18 A = 248,4 W.

Het hf-uitgangsvermogen is altijd kleiner dan het opgenomen gelijkstroomvermogen. Het verschil wordt vooral warmte in de eindtrap (daarom heeft een eindtrap een koelplaat).

Hf-vermogen

Hf-vermogen meet je met een hf-wattmeter (vaak gecombineerd met een staandegolfmeter) in de coaxkabel. Om te meten zonder uit te stralen sluit je de zender aan op een kunstantenne (dummy load) van 50 Ω: zender → wattmeter → kunstantenne.

Je kunt het vermogen ook bepalen uit de hf-spanning over de kunstantenne, gemeten met een hf-tastkop of oscilloscoop. Combineer U = I · R en P = U · I. Voorbeeld: 50 V (effectieve waarde) over 50 Ω geeft I = 50 / 50 = 1 A en P = 50 V · 1 A = 50 W.

Een gewone universeelmeter is niet geschikt om hf-stroom of hf-spanning in een antennekabel te meten.

Handige vormen van de vermogensformule bij een kunstantenne met weerstand R:

• P = U² / R (U is de effectieve spanning).
• P = I² · R. Het vermogen hangt af van het kwadraat van stroom of spanning: 4 × zoveel vermogen geeft 2 × zoveel stroom (en 2 × zoveel spanning).

Meet je de hf-spanning met een eenvoudige diode-tastkop (diode met condensator), dan meet je (afgezien van de kleine spanning over de diode) de topwaarde Umax. Reken die bij een sinus eerst om naar de effectieve waarde: Ueff = Umax / √2 ≈ 0,71 · Umax. Pas daarna P = Ueff² / R toe. Voorbeeld: 28,2 V top over 50 Ω geeft Ueff = 28,2 / 1,41 = 20 V en P = 20² / 50 = 8 W. Reken je met de topwaarde, dan vind je ten onrechte 16 W.

Frequentie meten

• Met een frequentieteller meet je een frequentie nauwkeurig en digitaal (zie hieronder).
• Met een absorptiefrequentiemeter bepaal je grof welke frequentie(s) er aanwezig zijn, bijvoorbeeld om harmonischen op te sporen.

Resonantiefrequentie meten

De resonantiefrequentie van een kring of antenne bepaal je:

• met een dipmeter, terwijl er geen spanning op de kring of antenne staat;
• bij een antenne ook met een zender en een staandegolfmeter: meet de SWR bij een aantal frequenties. Waar de SWR het laagst is, ligt ongeveer de resonantiefrequentie. Gebruik hiervoor een laag vermogen en een vrije frequentie.

Universeelmeter

Een universeelmeter (multimeter) meet spanning, stroom en weerstand, elk in meerdere bereiken, en voor gelijk- en wisselgrootheden.

Analoog en digitaal

	Analoge meter (wijzer)	Digitale meter (cijfers)
Aflezen	schaal aflezen, kans op afleesfouten	getal direct af te lezen
Veranderingen	trend en schommelingen goed te zien	snel wisselende cijfers zijn lastig te volgen
Inwendige weerstand (V)	afhankelijk van het bereik, vaak lager	meestal hoog (ongeveer 10 MΩ)
Gebruik	handig bij afregelen op een maximum of minimum	handig voor nauwkeurige waarden

Meetbereik kiezen

• Kies eerst de goede grootheid (V, A of Ω) en AC of DC.
• Weet je de grootte niet, begin dan op het hoogste bereik en schakel terug tot je een goede uitslag hebt. Zo voorkom je dat de meter overbelast raakt.
• Een analoge meter lees je het nauwkeurigst af als de wijzer in het bovenste deel van de schaal staat.
• Zet de meter na gebruik niet op een stroombereik; als je daarna een spanning meet, maak je kortsluiting.

Meetbereik uitbreiden: shunt en voorschakelweerstand

Een analoge meter is in de kern een gevoelige stroommeter (draaispoelmeter), die bijvoorbeeld bij 0,1 mA volle uitslag geeft. Met extra weerstanden maak je er andere bereiken van:

• Groter stroombereik: een kleine weerstand parallel aan de meter (een shunt). Het grootste deel van de stroom gaat dan om de meter heen. Hoe groter het bereik, hoe kleiner de shunt.
• Voltmeter: een grote weerstand in serie met de meter (een voorschakelweerstand). Die beperkt de stroom bij de hoogste spanning van het bereik tot de stroom voor volle uitslag.

Rekenvoorbeeld: een meter geeft volle uitslag bij 0,1 mA en heeft dan 0,2 V over zich (inwendige weerstand 0,2 V / 0,1 mA = 2 kΩ). Voor een bereik van 10 V moet de totale weerstand 10 V / 0,1 mA = 100 kΩ zijn. De voorschakelweerstand wordt dan 100 kΩ − 2 kΩ = 98 kΩ.

Ezelsbrug: een voltmeter moet hoogohmig zijn, dus komt de extra weerstand in serie. Een ampèremeter moet laagohmig zijn, dus komt de extra weerstand parallel.

Staandegolfmeter

Een staandegolfmeter (SWR-meter) neem je op in de coaxkabel tussen zender en antenne. Hij meet het heengaande (forward) en het teruggekaatste (reflected) signaal en laat daaruit de staandegolfverhouding (SWR) zien.

• SWR 1:1 = ideale aanpassing: er wordt niets teruggekaatst; de antenne-impedantie is gelijk aan de kabelimpedantie (meestal 50 Ω).

• Hoe groter de SWR, hoe slechter de aanpassing en hoe meer vermogen terugkomt.

• Staandegolven ontstaan door een verschil tussen de antenne-impedantie en de kabelimpedantie.

• Met een SWR-meter controleer je de antenne en vind je de frequentie met de laagste SWR (ongeveer de resonantiefrequentie).

• Een SWR-meter is gemaakt voor een bepaald frequentiebereik (bijvoorbeeld 1,8–30 MHz of 140–500 MHz). Gebruik je hem daarbuiten, bijvoorbeeld een HF-meter op de 70 cm-band, dan is de aanwijzing onbetrouwbaar.

• De aansluitingen voor zender en antenne mag je niet verwisselen.

• Een SWR lager dan 1 bestaat niet. Tot ongeveer 1,5 is goed; boven 2 à 3 is de aanpassing slecht.

Frequentieteller

Een frequentieteller telt hoeveel perioden van een signaal er in een vaste meettijd (poorttijd) binnenkomen en laat de frequentie als getal zien.

• De nauwkeurigheid hangt vooral af van de interne referentieoscillator (een kristaloscillator). Meer cijfers op het display maken een teller niet nauwkeuriger als de referentie afwijkt.
• Sluit een teller nooit rechtstreeks op de uitgang van een zender aan. Laat de zender op een kunstantenne werken en neem het signaal af via een kleine koppeling of verzwakker.

Absorptiefrequentiemeter

Een absorptiefrequentiemeter is een afstembare LC-kring met een schaal in MHz, een diode en een meter. Hij heeft geen eigen voeding (passief).

• Je houdt hem in de buurt van een hf-bron (de zender, de eindtrap). Is de kring afgestemd op een frequentie die aanwezig is, dan neemt hij energie op en slaat de meter uit.
• Hij is niet erg nauwkeurig, maar wel betrouwbaar om te zien op welke band een signaal ligt.
• Typisch gebruik: harmonischen opsporen. Zend je op 7,050 MHz, dan stem je op 14,100 MHz (2e harmonische) of 21,150 MHz (3e harmonische) en kijk je of er uitslag is.
• Ook handig om te controleren of een frequentievermenigvuldiger op het goede veelvoud is afgestemd.

Dipmeter

Een dipmeter is een afstembare oscillator met verwisselbare spoelen en een meter die de oscillatorstroom laat zien.

• Houd de spoel dicht bij de kring of antenne die je wilt meten. Die mag geen spanning hebben; de dipmeter levert zelf het signaal.

• Stem de dipmeter langzaam af. Bij de resonantiefrequentie van de kring neemt die kring energie op uit de oscillator: de meteruitslag daalt kort (de "dip"). Op de schaal lees je de resonantiefrequentie af.

• Gebruik zo los mogelijke koppeling; te dichtbij verstemt de oscillator.

• Veel dipmeters kun je met uitgeschakelde oscillator ook als absorptiefrequentiemeter gebruiken.

• Losse koppeling in de praktijk: koppel inductief (de dipmeterspoel bij de spoel van de kring). Zoek de dip eerst dichtbij en herhaal de meting dan op een grotere afstand, waar de dip nog net zichtbaar is. Dat geeft de nauwkeurigste aflezing.

Kunstantenne (dummy load)

Een kunstantenne is een belasting van 50 Ω (gelijk aan de kabel- en zenderimpedantie) die het hf-vermogen in warmte omzet en (vrijwel) niet uitstraalt.

• Gebruik: zender afregelen, vermogen meten, testen en storing opsporen zonder anderen te storen.
• De weerstand moet niet-inductief zijn (bijvoorbeeld koolweerstanden of speciale hf-weerstanden), anders is het bij hf geen zuivere 50 Ω. Een draadgewonden weerstand is daarom ongeschikt.
• Let op de belastbaarheid: het vermogen dat hij aankan en hoe lang. Een kunstantenne voor 100 W-continu is groter (koelribben, soms olie) dan een die maar kort 100 W aankan.
• Met een goede kunstantenne geeft de SWR-meter ongeveer 1:1.

Examentips

• Voltmeter parallel, hoge inwendige weerstand. Ampèremeter in serie, lage inwendige weerstand. Ezelsbrug: de voltmeter "kijkt over" het onderdeel, de ampèremeter "zit in" de draad.
• Weerstand meet je spanningsloos, en liefst met één kant los. Een te lage uitslag in de schakeling komt door parallel geschakelde onderdelen.
• Onbekende waarde? Begin op het hoogste bereik.
• P = U · I: let op of het om gelijkstroom-ingangsvermogen (voeding) of hf-uitgangsvermogen (wattmeter + kunstantenne) gaat.
• Dipmeter = zelf een oscillator, meet de resonantie van een kring zónder spanning (je ziet een dip). Absorptiefrequentiemeter = passief, heeft een hf-signaal nodig (je ziet een uitslag), handig voor harmonischen.
• Harmonischen liggen op gehele veelvouden van de zendfrequentie: 2×, 3×, …
• SWR-meter tussen zender en antenne; 1:1 is ideaal.