Ontvangers

Een ontvanger haalt een zwak radiosignaal uit de antenne, kiest daaruit het gewenste station en zet de modulatie om in geluid. Voor het N-examen moet je twee soorten ontvangers kennen (rechtuit en superheterodyne), de blokschema's voor AM, FM, CW en EZB (SSB), en de functie van elke trap.

Rechtuitontvanger

Bij een rechtuitontvanger wordt het signaal op de ontvangstfrequentie zelf versterkt en daarna direct gedetecteerd. Er is geen mengtrap en geen omzetting naar een andere frequentie.

Blokschema: antenne → hf-versterker (afgestemd) → detector → lf-versterker → luidspreker

Voordelen	Nadelen
Eenvoudig, weinig onderdelen	Slechte selectiviteit (zwakke scheiding tussen stations)
Geen mengtrap, dus geen spiegelfrequentie	Selectiviteit en versterking veranderen met de afstemfrequentie
	Alle afgestemde kringen moeten tegelijk (gelijklopend) worden afgestemd

Superheterodyne ontvanger

Bij een superheterodyne ontvanger (kortweg superhet) wordt het ontvangen signaal in een mengtrap gemengd met het signaal van een oscillator. Daarbij ontstaat een vaste middenfrequentie (mf), bijvoorbeeld 455 kHz, 9 MHz of 10,7 MHz. Op die vaste frequentie gebeurt het grootste deel van de versterking en de selectiviteit. Bij een "enkelsuper" gebeurt die omzetting één keer.

Als je afstemt, verandert de oscillatorfrequentie mee, zodat het verschil met de ontvangstfrequentie altijd de mf is.

Voordelen	Nadelen
Goede selectiviteit door vaste mf-filters	Spiegelfrequentie-ontvangst mogelijk
Selectiviteit en versterking gelijk over het hele afstembereik	Ingewikkelder (oscillator en mengtrap nodig)
Veel versterking, stabiel op één frequentie	Het oscillatorsignaal kan via de antenne uitlekken

Spiegelfrequentie

De mengtrap levert de mf bij twee ingangsfrequenties: één aan elke kant van de oscillatorfrequentie, elk op een afstand van precies één mf. De ene is het gewenste signaal. De andere heet de spiegelfrequentie. Een station op de spiegelfrequentie komt ook op de mf uit en is dan dwars door het gewenste station heen te horen.

• Oscillator boven de ontvangstfrequentie: f_osc = f_ontv + mf en f_spiegel = f_ontv + 2 · mf
• Oscillator onder de ontvangstfrequentie: f_osc = f_ontv − mf en f_spiegel = f_ontv − 2 · mf

De spiegelfrequentie ligt dus altijd 2 × mf van de gewenste frequentie af, aan de kant van de oscillator.

Rekenvoorbeeld: je ontvangt 7,000 MHz, de mf is 455 kHz = 0,455 MHz en de oscillator staat boven. Dan is f_osc = 7,000 + 0,455 = 7,455 MHz en f_spiegel = 7,000 + 2 · 0,455 = 7,910 MHz. Controle: 7,910 − 7,455 = 0,455 MHz, dus inderdaad de mf.

Maatregelen tegen spiegelontvangst:

• een goede voorselectie: afgestemde kringen in de hf-versterker vóór de mengtrap laten de spiegelfrequentie niet door;
• een hogere mf: dan ligt de spiegelfrequentie verder weg en kan de voorselectie hem makkelijker onderdrukken.

Blokschema's van ontvangers

Alle blokschema's hieronder zijn superhets. Het "voorste deel" is altijd hetzelfde: antenne → hf-versterker → mengtrap (+ oscillator) → mf-versterker. Het verschil zit vooral in de detector en de trappen eromheen.

AM-ontvanger

antenne → hf-versterker → mengtrap (+ oscillator) → mf-versterker → AM-detector (diodedetector) → lf-versterker → luidspreker

De AVR haalt een regelspanning uit de detector en regelt daarmee de versterking van de hf- en mf-versterker.

FM-ontvanger

antenne → hf-versterker → mengtrap (+ oscillator) → mf-versterker → begrenzer → FM-detector (discriminator) → lf-versterker → luidspreker

• De begrenzer knipt de amplitudevariaties (ruis, fading) van het mf-signaal af. De informatie zit bij FM in de frequentie, niet in de amplitude.
• De FM-detector (discriminator of ratiodetector) zet frequentievariaties om in een lf-spanning.
• Een squelch dempt de lf-versterker als er geen signaal is.

CW-ontvanger

antenne → hf-versterker → mengtrap (+ oscillator) → mf-versterker (smal filter) → detector (+ BFO) → lf-versterker → hoofdtelefoon

De BFO is nodig om van de ongemoduleerde draaggolf een hoorbare toon te maken. Het mf-filter is smal (bijvoorbeeld 500 Hz), want een CW-signaal is smal. Zo komen er minder storing en ruis door.

EZB-ontvanger

antenne → hf-versterker → mengtrap (+ oscillator) → mf-versterker (zijbandfilter ca. 2,4–2,7 kHz) → productdetector (+ BFO) → lf-versterker → luidspreker

Bij EZB (SSB) is de draaggolf in de zender onderdrukt. De BFO zet in de ontvanger een vervangende draaggolf terug. De productdetector mengt het mf-signaal met het BFO-signaal, zodat het audiosignaal terugkomt.

Functies van de trappen

Hf-versterker

De hf-versterker versterkt het zwakke antennesignaal vóór de mengtrap. Hij verbetert de gevoeligheid. Zijn afgestemde kringen zorgen voor voorselectie, zodat sterke signalen buiten de band en de spiegelfrequentie worden onderdrukt. Daarnaast voorkomt hij dat het oscillatorsignaal via de antenne wordt uitgestraald.

Bij het afstemmen draaien de afgestemde kringen van de antenne-ingang en de hf-versterker mee met de oscillator, meestal met condensatoren op één as (eenknopsafstemming). Zo blijft de voorselectie op de gewenste frequentie staan en wordt de spiegelfrequentie onderdrukt; dit heet ook veraf-selectiviteit. De mf-kringen staan op de vaste mf en draaien niet mee.

Oscillator (vast en variabel)

• De lokale oscillator van een superhet is variabel: daarmee stem je af. Bij elke ontvangstfrequentie hoort een oscillatorfrequentie die precies één mf ervan af ligt.
• Een vaste oscillator (vaak een kristaloscillator) werkt op één frequentie, bijvoorbeeld de BFO, die rond de vaste mf staat.

De frequentiestabiliteit van de hele ontvanger hangt vooral af van de oscillator. Verloopt de oscillator, dan verloopt de ontvangstfrequentie mee. Een kristaloscillator is het stabielst. Een mf-kristalfilter verbetert de selectiviteit, maar niet de stabiliteit.

Verschuift de oscillator, dan verschuift de ontvangstfrequentie evenveel. Voorbeeld met een mf van 10 MHz en de oscillator onder de ontvangstfrequentie: oscillator 134 MHz geeft ontvangst op 144 MHz; zet je de oscillator op 135 MHz, dan ontvang je 145 MHz.

Mengtrap

De mengtrap krijgt het ontvangen signaal en het oscillatorsignaal binnen. Aan de uitgang komen onder meer de somfrequentie (f_osc + f_ontv) en de verschilfrequentie (f_osc − f_ontv). De mf-versterker is op één daarvan afgestemd, meestal het verschil.

Rekenvoorbeeld: ontvangst 3,650 MHz, oscillator 4,105 MHz. Het verschil is 4,105 − 3,650 = 0,455 MHz = 455 kHz (de mf). De som is 4,105 + 3,650 = 7,755 MHz; die wordt weggefilterd.

Ook de productdetector is een mengtrap: hij mengt het mf-signaal met het signaal van de BFO. Tel je de detector met BFO mee, dan heeft een enkelsuper voor CW of EZB dus twee mengtrappen (mengtrap en productdetector) en twee oscillatoren (lokale oscillator en BFO).

Mf-versterker

De middenfrequentversterker werkt op één vaste frequentie. Hij levert het grootste deel van de versterking en, met zijn filters, het grootste deel van de selectiviteit. De bandbreedte van het mf-filter past bij de modulatiesoort: smal voor CW, ongeveer 2,4–2,7 kHz voor EZB, breder voor AM en FM.

Het mf-filter bepaalt de bandbreedte van de ontvanger. Het scheidt stations vlak naast elkaar; dat heet nabij-selectiviteit. De afgestemde kringen vóór de mengtrap zorgen voor de veraf-selectiviteit, vooral tegen de spiegelfrequentie.

Modulatiesoort	Gebruikelijke mf-bandbreedte
CW	ongeveer 500 Hz
EZB (SSB)	ongeveer 2,4–2,7 kHz
AM	ongeveer 6 kHz
FM (2 m, zwaai ongeveer 3 kHz)	ongeveer 12 kHz

IARU Regio 1 gebruikt op 2 m FM-kanalen met een onderlinge afstand van 12,5 kHz en een bandbreedte van 12 kHz. Examenvragen rekenen meestal met een zwaai van 3 kHz en spraak tot 3 kHz.

De mengtrap verschuift het hele signaal naar de mf; de afstanden tussen de frequenties in het signaal blijven gelijk. De zwaai van een FM-signaal is in de mf dus even groot als op de antenne.

Detector

De detector (demodulator) haalt het lf-signaal (de modulatie) weer uit het mf-signaal.

• AM: diodedetector (envelopedetector).
• FM: discriminator of ratiodetector, na een begrenzer.
• CW en EZB: productdetector met BFO.

De FM-detector (discriminator) zet de frequentievariaties van het mf-signaal om in een lf-spanning; een AM-detector reageert op de amplitudevariaties.

Zwevingsoscillator (BFO)

BFO staat voor Beat Frequency Oscillator. Het is een oscillator met een vaste frequentie dicht bij de mf.

• CW: een ongemoduleerde draaggolf geeft na een AM-detector geen toon. Met de BFO ontstaat een hoorbare zwevingstoon die gelijk is aan het verschil tussen de mf en de BFO-frequentie. Bijvoorbeeld: mf 455,0 kHz en BFO 455,8 kHz geven een toon van 0,8 kHz = 800 Hz.
• EZB: de draaggolf is in de zender onderdrukt. De BFO levert in de ontvanger een vervangende draaggolf, zodat de spraak weer verstaanbaar wordt. Die moet op de plaats van de oorspronkelijke draaggolf staan: bij USB net onder de doorlaat van het mf-filter, bij LSB net erboven. Voorbeeld: mf-filter van 8,9985 tot 9,0015 MHz (3 kHz breed rond 9,000 MHz). Voor USB staat de BFO op 8,9985 MHz, voor LSB op 9,0015 MHz. Staat de BFO aan de verkeerde kant, dan wordt de spraak onverstaanbaar.

De BFO kan een vaste frequentie hebben omdat het signaal na de mengtrap altijd op de mf zit, op welke frequentie je ook ontvangt.

Lf-versterker

De laagfrequentversterker versterkt het audiosignaal uit de detector, zodat het een luidspreker of hoofdtelefoon kan aansturen. Hier zit de volumeregeling.

Automatische versterkingsregeling (AVR)

AVR heet in het Engels AGC (Automatic Gain Control). De AVR houdt het uitgangsniveau ongeveer constant, ook als het ontvangen signaal sterk of zwak is of door fading wisselt. Een regelspanning uit de detector, die afhangt van de signaalsterkte, verlaagt bij sterke signalen de versterking van de hf- en mf-versterker. Zo raken die trappen niet overstuurd.

Let op: de AVR regelt de versterking. Een automatische regeling van de frequentie heet AFC; dat is iets anders.

In een EZB- of CW-ontvanger met productdetector zit vaak een aparte AVR-detector: een blok dat het mf-signaal (vóór de productdetector) gelijkricht tot een regelspanning voor de hf- en mf-versterkers. Dezelfde spanning stuurt de S-meter, die de signaalsterkte aanwijst. Dit blok levert geen audio.

Ruisonderdrukker (squelch)

Een squelch heeft één doel: de lf-versterker dempen zolang er geen signaal binnenkomt. Zo hoor je geen ruis tussen de uitzendingen door. Je vindt hem vooral bij FM-ontvangers, want die geven zonder signaal veel ruis.

Voeding

De voeding levert de juiste, stabiele gelijkspanningen voor alle trappen. Een stabiele spanning is vooral belangrijk voor de oscillator, want spanningsvariaties laten de frequentie verlopen.

In een schema herken je de voeding aan een nettransformator met daarachter gelijkrichtdiodes, afvlakelco's en eventueel een zenerdiode of spanningsregelaar.

Examentips

• Rechtuit = versterken en detecteren op de ontvangstfrequentie, dus geen spiegelfrequentie maar wel slechte selectiviteit. Superhet = omzetten naar een vaste mf, dus goede selectiviteit maar kans op een spiegelfrequentie.
• Spiegelfrequentie = ontvangstfrequentie ± 2 × mf, aan de kant van de oscillator. Een veelgemaakte fout is 1 × mf nemen: dan reken je de oscillatorfrequentie uit, niet de spiegelfrequentie.
• Reken in dezelfde eenheid: 455 kHz = 0,455 MHz.
• BFO is nodig bij CW en EZB, niet bij AM of FM. De zwevingstoon is het verschil tussen mf en BFO.
• Begrenzer hoort alleen bij FM. Productdetector hoort bij EZB en CW. Diodedetector hoort bij AM.
• Volgorde onthouden: Hf → Menger → Mf → Detector → Lf.
• AVR regelt de versterking (hf en mf). Squelch dempt bij geen signaal. De volumeknop zit in de lf-versterker.