Gekoppelde kringen

REVERENTIE: PERIODE 1955 T/M 1965,

ERRES RA620P en MIDDENGOLF GEBIED.

Deels overgenomen uit- en geraadpleegde literatuur/lesmateriaal:
– Handboek der Radiotechniek
– Lesonderdelen PBNA Radiomonteur NRG
– Lesmodule LETS
– Reacties op het Radio Forum

1. INLEIDING.
2. RESONANTIEKROMME.
3. BANDFILTER / GEKOPPELDE KRINGEN.
4. AANWIJZINGEN COLLEGA HOBBYISTEN.
5. SAMENVATTING.

1. INLEIDING.
Een collega hobbyist stelde mij de vraag waarom ik de middelste piek neem bij het afregelen van een MF spoel bij de Erres RA620P. Ik moest op dat moment het antwoord schuldig blijven.

Enige tijd later heb ik me er in verdiept door de betreffende materie “ther leringh ende ver-maeck” door te nemen en vast te leggen. Door het op te schrijven houd ik het beter vast, ik heb me de laatste 50 jaar hier niet meer mee bezig gehouden.

Let op: formules e.d. zijn weggelaten.

Aanvullingen en correctie zijn uiteraard welkom.

2. RESONANTIEKROMME.
Uitgaande van een frequentie worden de componenten van een dergelijke kring zo gekozen dat er resonantie ontstaat. Resonantie ontstaat door de eigen – af te stemmen – frequentie van de kring gelijk te maken aan de frequentie van stroombron. De impedantie – dat is de elektrische- of schijnbare weerstand – is hierbij van belang en afhankelijk van de verkregen frequentie. Rekenen we nu voor verschillende frequenties de impedantie uit – bij constante R, L en C – dan krijgen we een aantal waarden, die we in een grafische voorstelling kunnen uitzetten.

Voor een seriekring zal de impedantie voor de resonantiefrequentie het kleinst zijn en voor alle andere frequenties groter. Brengen we deze waarden onder in een assenstelsel, met op de horizontale as de frequentie en op de verticale de impedantie, dan krijgen we voor een seriekring een kromme, die er uit ziet als in fig. 1. Bij een parallelkring wordt de impedantie juist groter, wanneer er resonantie is, zie fig. 2.

De bedoeling van deze grafische weergaven is, hoe de kring zich gedraagt voor frequenties hoger of lager dan de resonantiefrequentie. Het doel is om van een LC kring resonantie te verkrijgen voor een zekere frequentie, d.w.z. zo hoog mogelijke spanningsverschillen aan de kring te doen ontstaan ingeval een parallelschakeling en een zo groot mogelijke stroom ingeval een serie schakeling. Voor alle andere frequenties moeten deze spanningen en stromen kleiner zijn. Hoe smaller dus de resonantiekromme is, hoe uitgesprokener c.q. effectiever de werking zal zijn.

Een voorbeeld.

Fig. 3 toont een fictieve resonantiekromme. De maximale hoogte is hier gesteld op een willekeurig getal 10 (wat de werkelijke waarde is doet er niet toe) We hebben een radio afgestemd op een zender die in onze antenne een spanning opwekt van de eerder genoemde 10. De golflengte doet er ook niet toe, er is resonantie en dat is de hoofdzaak.

De resonantiefrequentie noemen we hier O. Rechts daarvan zetten we de waarden uit die telkens 1000 Hz. hoger liggen en links daarvan de frequenties die telkens 1000 Hz. lager liggen dan de resonantiefrequentie. De zender met de resonantiefrequentie waarop is afgestemd wekt dus spanningen op van 10 eenheden. Werkt er een zender op een frequentie die 1000 Hz. lager ligt (dus – 1000 Hz.) dan wekt deze spanningen op die liggen op het snijpunt van de loodlijn – 1000 Hz. tot op de kromme. Hier dus 6 eenheden. De waarde van de door deze zender opgewekte spanningen is dus zes/tiende van die van onze zender waarop is afgestemd, zodat die andere zender nog behoorlijk hard zou doorkomen en dus de ontvangst zou verstoren.

Men heeft vastgesteld dat een zender, die met een stekte van één/tiende van onze zender niet meer zal storen. Deze waarde ligt ongeveer op de punten + 4500 Hz. en – 4500 Hz. Het gebied hiertussen noemen we bandbreedte van het toestel, wat in ons voorbeeld 9000 Hz. bedraagt en dat is behoorlijk selectief. Zoals verderop zal blijken, is de hoogste frequentie, die nog goed wordt weergegeven, gelijk aan de halve bandbreedte, dus 4500 Hz. We hebben hier dus een moeilijkheid op te lossen om een keuze te maken tussen een grote selectiviteit en goede geluidskwaliteit en dan krijgen we te maken met de z.g. bandfilters, deze geven zowel het een als het ander. Om de geluidskwaliteit zo goeg mogelijk te krijgen, zou de resonantiekromme feitelijk een vorm moeten hebben, zoals in fig. 4 weergegeven. Eerst dan zouden alle frequenties even sterk door komen. De werkelijke vorm is echter, zoals door de stippellijn wordt aangegeven.

Een bredere kromme geeft een betere geluidkwaliteit. Om de breedte van de kromme te kunnen aangeven heeft men het begrip piekbreedte of piekscherpte ingevoerd. Praktisch is de piek nergens even breed, dus heeft men daarvoor een vast punt moeten aannemen en wel het punt, waar de opgewekte spanning gelijk is aan 1: 2 maal de maximale spanning.

Los van nog meer (minder belangrijke) begrippen hebben we ook nog het begrip: demping.

Een trilling wordt in een kring gedempt, d.w.z. na enige tijd sterft de trilling als het ware uit. Hoe groter de ohmse weerstand in de kring is, hoe sterker de trilling wordt gedempt. Bij een hogere ohmse weerstand verloopt de resonantiekromme vlakker en vertoont veel minder een scherpe piek. Hoe beter de kringkwaliteit is, dus hoe scherper de piek, hoe minder demping.

Verder kennen we ook nog de begrippen dempingsverhouding en selectiviteit.

Veel filters berusten op de eigenschap dat LC kringen, wanneer zij in een stroomkring zijn opgenomen in resonantie een zeer hoge weerstand hebben voor de resonantie frequentie, terwijl de LC kring als zodanig juist een zeer lage weerstand heeft voor de resonantiefrequentie.

We onderscheiden nog de volgende soorten filters: sperfilters, laag- en hoog doorlaatfilters en netfilter.

3. BANDFILTER / GEKOPPELDE KRINGEN.
Wanneer de hoogste modulatiefrequentie 4,5 kHz. is, zoals in de (toenmalige) omroepband het geval is, dan is zoals we weten de bandbreedte 9 kHz. Om te maken dat alle zijbandfrequenties gelijkelijk worden versterkt zou de doorlaatkromme van de ideale ontvanger er uit moeten zien als in fig. 4. In werkelijkheid ziet de resonantiekromme van de tot nu toe behandelde kringen er uit als in dezelfde figuur gestippeld is getekend. We kunnen de kromme uit fig. 4 vrij dicht benaderen door systemen van gekoppelde kringen te gebruiken, zogenaamde bandfilters.

Men onderscheid 4 groepen van deze filter: Indirect gekoppeld; Direct gekoppeld; Serie koppeling en Gemengde koppeling, allen met hun specifieke eigenschappen die we hier niet nader zullen bespreken.

Het bandfilter in een middenfrequentietrap van een ontvanger wordt vaak uitgevoerd als 2 onderling “los” gekoppelde LC kringen, zie fig. 5 seriekring.

Kwaliteitsfactor Q en de Koppelfactor bepalen samen bandbreedte en vlakheid van de filterkarakteristiek. Voor kQ = 1,2 wordt een vrijwel vlakke doorlaatkarakteristiek verkregen. Voor grotere waardes van kQ ontstaat een dip in het midden van de doorlaatband. Beide LC kringen moeten wel op dezelfde frequentie worden afgeregeld. De ingang van het filter wordt in de conventionele ontvangers gevoed door een stroombron, bijvoorbeeld de anodekring van een radiobuis, de collectorkring van een transistor. Op de uitgang wordt de volgende versterkertrap of een detector aangesloten.

De veroorzakers van verliezen (o.a. demping) zijn de ohmse weerstanden van de niet-ideale spoelen. Ook de lekweerstand van de condensatoren kan voor extra verliezen zorgen, maar in het algemene geval zijn die verliezen klein en daarom niet meegenomen in dit betoog.

Wanneer we de afstand tussen de kringen (spoelen) in fig. 5 zo groot mogelijk maken dat er geen enkele koppeling is dan wordt de resonantiefrequentie van de primaire kring in het geheel niet beïnvloed door de secundaire, terwijl de stroom in de secondaire kring nul is. Brengen we de kringen nu zo dicht bij elkaar dat er een behoorlijke koppeling tussen beide bestaat dan zullen we merken dat er twee frequenties zijn waarvoor het systeem in resonantie is.

In radio ontvangers interesseert het ons het meest hoe de spanning over de secondaire zich gedraagt als functie van de frequentie. In de schakeling van fig. 5 is deze spanning gelijk aan de spanning over de condensator dus het product van de secondaire stroom. De vorm van de kromme van de secondaire stroom in fig. 6 geldt dan vrijwel ook voor de secondaire spanning.

Wanneer we een koppelingsfactor (coëfficiënt) kiezen tussen die voor kromme D2 E2 F2 en kromme G2 H2 J2 en gedraagt het systeem zich het meest zoals we graag wilden, zie fig. 4.

We noemen dit Over kritisch gekoppeld. Een kleinere k geeft grotere selectiviteit, een grotere k resulteert in een meer gelijke ontvangt van draaggolf en zijbanden van een omroepstation.

4. AANWIJZINGEN COLLEGA HOBBYISTEN.
Tot slot laat ik een aantal collega hobbyisten aan het woord die goedbedoelde aanwijzingen geven voor wat je wel en niet moet doen bij afregelen. Overgenomen uit het Radioforum.

Nico den H.
Pas op met het afregelen van radio’s. Als je alle (mf) bandfilters klakkeloos op maximum ouput afregelt, bestaat het gevaar dat de mf-kromme aan de top te spits word. Hf kringen uiteraard wel op maximum. De ontvanger is dan wel mooi selectief, maar het geluid klinkt schel en zeer onaangenaam. De top is dan domweg te smal. Leuk voor een communicatieontvanger. Niet voor onze oude radio.

Soms staan er ook tegenstrijdigheden in de service documentatie. Neem nu de Philips 850A, daar staat: regel de ontvanger af met de selectiviteitregelaar in de stand “smal”. Fout dus. Als je dat doet is bovengenoemd geluid uw deel. De toppen van de mf kromme zijn dan veel te smal. Philips deed zijn radio’s ook altijd wobbelen, niet domweg op maximum output afstellen. Dan is de warme klank weg.

Houd de trimvolgorde volgens documentatie aan en zet de bandbreedte in de middelste stand (als het toestel zo’n voorziening heeft). De ene helft van het bandfilter afstellen, de andere helft dempen met een klein c’tje parallel. Gebruik als bron een meetzender, welke de draaggolf moduleert, met een toon van b.v. 1 KHz. Na de (mf) afregelprocedure, schakel ik de 1 KHz toon af. Wat rest is de draaggolf. Demp hierna het uitgangssignaal van de meetzender zover, dat een lichte ruis hoorbaar wordt. Nu komt het aan op de ervaring van de technicus zelf. De laatste stap is nu het nog heel iets “bijstellen” van alle bandfilters (zonder de demping), tot de ruis mooi warm en zuiver klinkt.

Kees van D.
Als je op maximale output afregelt, dan wordt de top inderdaad smal. Maar ook wordt het geluid dof. Nu hebben de meeste buizenradio’s voor AM een apart inschakelbaar tegen- koppelcircuit, waardoor het midden-hoog stevig opgehaald wordt zodat er toch weer voldoende hoge tonen overblijven. Ondanks dat je het mf dan op zijn smalst afregelt, is die 9 KHz pieptoon (en bij KG 5 KHz) niet te vermijden.Van de andere kant, als je weinig zenders naast elkaar hebt liggen, dan kun je nog altijd de laatste 3 trimmers zodanig afregelen, dat er 3 kleine topjes overblijven, dus zeg maar een vlakke bovenkant. Dit doe ik bij wel eens bij transistorradio’s omdat die geen klankcorrectie hebben. Dan houd je een maximum aan hoge tonen over.

Martin H.
Het beste is, om met je vingers van de afregeling van je radio af kunt blijven, als je niet over de juiste meetapparatuur beschikt. Een scoop of BVM met een meetzender is wel het minimum. Als je niet over deze apparatuur beschikt, draai er dan ook niet aan, zeker als dit allemaal nog origineel afgelakt is.

In het “pieken” van de mf kringen zie ik weinig kwaad (mits een meetzender op de mf geïnjecteerd). De kwaliteit van onze oude radio spoelen zal natuurlijk wel een heel stuk beter zijn als de huidige “Yoko” spoeltjes, maar de gemiddelde oude radio moet het toch maar doen met slechts 4 afgestemde mf-kringen. Volgens mij zijn zij voornamelijk bedoeld voor de selectiviteit van de radio. Afregeling op maximale uitslag heeft voor zover mij bekend nauwelijks enig effect op de geluidskwaliteit. Mocht dit al wel zo zijn, dan zal het geluid van de radio er juist “doffer” door klinken en zeer zeker niet scheller.

Nico den H.
Afregeling van mf-spoelen op maximum heeft grote invloed op de geluidskwaliteit. Bij een simpele radio merk je dat inderdaad niet zo, dat klopt. Maar wanneer je de toppen zeer smal afregelt, vermink je daarmee de zijbanden. De bovenkant van de mf-kromme moet nu eenmaal een bepaalde breedte hebben, om alle frequenties (tot op zekere hoogte), goed te kunnen doorlaten. De kromme moet ongeveer een breedte hebben van 9 KHz bij een spanningswaarde van 0,7x Umax. Als de top te spits wordt, wat makkelijk voor kan komen indien je klakkeloos alles op maximum afregelt, heb je domweg die 9 KHz breedte niet. Het geluid van de radio wordt dan scherp (niet helder) en slisserig; indien de radio een correctieschakeling voor de hoge tonen heeft (zoals de Philips 850A). Je kunt nu eenmaal niet ophalen, wat er niet meer is. Indien het een simpel toestel betreft, wordt het geluid inderdaad extreem droog en dof. Dat was destijds ook het geval toen ik mijn Philips 470A (zonnetje) opnieuw volgens documentatie had afgeregeld. Een goed spelende radio, met originele verzegelingen, moet je bij voorkeur ongemoeid laten.

5. SAMENVATTING.
De beste positie van de spoelkern in een MF spoel kan proefondervindelijk worden vastgesteld of door de fabrikant worden opgegeven met vermelding van de waarden van benodigde grootheden, zoals frequentie, spanning etc. Hierbij is zeer van belang de keuze van de piekbreedte c.q. welke eisen men stelt aan de geluidsweergave c.q. klankspectrum.