Radio
Mengtrappen: hexode, heptode, octode
Historiek

De radio

In het interbellum werd er overgestapt van rechtuitontvangers naar superheterodyne ontvangers, waarbij de frekwentie van het antennesignaal verlaagd wordt en omgezet wordt in een vaste frekwentie die gemakkelijker versterkt kan worden.
-

-

In de mengtrap of mixer wordt de antennefrekwentie omgezet in een vaste, lagere frekwentie. Dit heeft als voordeel dat men slechts twee trappen moet afstemmen, namelijk de antennetrap en de oscillator (wordt ook heterodyne genoemd). De middenfrekwent trappen zijn in de fabriek allemaal afgestemd op een vaste frekwentie. Omdat men met een relatief lage frekwentie werkt is de versterking van de trappen hoger en identiek ongeacht de frekwentie van de zender waarop men afgestemd heeft. In de eerste super-ontvangers was de middenfrekwentie ongeveer 50kHz

Er zijn verschillende manieren om het mengen van het antennisignaal met de locale oscillator mogelijk te maken.

  • Men kan beide signalen op een aparte rooster aanbrengen (bi-grille buizen), deze buizen die na de eerste wereldoorlog gebruikt werden hadden slechte eigenschappen. Ze worden hier niet verder besproken, dergelijke radio-ontvangers zijn tegenwoordig niet meer te vinden.

  • Men kan een buis gebruiken waarbij een deel van de electrodes een oscillator vormen. Het antennesignaal wordt op de tweede stuurrooster aangeboden. Maargelang de hoeveelheid roosters heeft men het over een hexode, heptode of octode.

  • Men kan speciale buizen gebruiken met een ingebouwde maar gescheiden oscillator (onafhankelijke triode). Hier wordt het antennesignaal aan het eerste rooster aangeboden. De mixer is doorgaans een heptode.

  • Bij hogere frekwenties (FM band) gebruikt men een triode als oscillator en het signaal wordt op een tweede triode samen gevoegd met het antennesignaal. Door de kromme caracteristieken van de buizen ontstaan er mengprodukten. Bij deze hoge frekwenties presteert een buis met meerdere roosters niet zo goed (te lange looptijd van de electronen en meer ruis).

  • Bij nog hogere frekwenties gebruikt men een oscillator en een diode als mengtrap. Bij dergelijke hoge frekwenties waren de eigenschappen van de beschikbare buizen zo slecht dat men enkel een kristaldiode kon gebruiken.
We bespreken nu enkele systemen die veel gebruikt werden.

Octode AK1, AK2, AK3
Deze buis gebruikt een slim systeem, waarbij het eerste rooster en het tweede rooster de locale oscillator vormt (het tweede rooster vormt de anode van de oscillator). Het antennesignaal wordt toegevoegd op rooster 4, maar voor de duidelijkheid een lijst van de actieve electrodes

  1. K cathode (indirect verhit)
  2. G1 stuurrooster oscillator
  3. G2 anoderooster oscillator
  4. G3 schermrooster
  5. G4 stuurrooster antennesignaal
  6. G5 schermrooster
  7. G6 keerrooster
  8. A anode

De figuur en bijhorende uitleg is enkel van toepassing voor de AK3

De octode heeft een aangepaste constructie waarbij het oscillatorgedeelte redelijk geïsoleerd is van het radiofrekwent gedeelte (antennesignaal). De EK3 is eigenlijk een triode-hexode en geen octode, maar werd verkocht als octode om geen licentie aan Telefunken te moeten betalen, de echte uitvinder van de triode-hexode.

In bepaalde landen zoals Engeland werd er een belasting geheven op radios (dat zouden ze nu moeten doen met het gebruik van smartphones in openbare ruimtes) gebaseerd op het aantal buizen. Een octode werd belast als één enkele buis, in tegenstelling met een triode-hexode. Dubbele buizen (triode-hexode, dubbele triode,...) werden belast per element, het was dus niet interessant combi-buizen te ontwikkelen, waardoor de technologische ontwikkeling gestremd werd. Deze belasting heeft de doorbraak van meer efficiente buizen tegen gehouden.

De electronenstroom vormt 4 bundels, twee voor de oscillator en twee voor de mengtrap. De oscillator vormt een aparte constructie die afgeschermd is van de rest. Electronen die van de tweede stuurrooster terugkeren komen niet terecht in het oscillatorgedeelte, maar worden opgevangen door het schermrooster dat op een gemiddeld potentiaal staat (gele wolk).

Eerste schakeling rechts, amerikaans systeem: de trilkring is geplaatst tussen de cathode en het eerste rooster in een gemeenschappelijke anodeschakeling, de versterking ontstaat dankzij het tweede rooster dat op een vaste positieve spanning gehouden wordt en als anode voor de trillingskring dient. De buis is wat eenvoudiger dan de europese octode, maar de schakeling is minder stabiel. In Amerika proberen de fabrikanten hun radio's zo goedkoop mogelijk te maken, en een buis met een rooster minder is natuurlijk goedkoper.

Een octode heeft ook een aantal nadelen:

  • Het conversierendement is lager dan bijvoorbeeld een heptode (waarbij het antennesignaal aan het eerste stuurrooster aangelegd wordt).
  • Het oscillatorsignaal kan op de antenne terechtkomen, waardoor de radio als stoorzender gaat werken
  • De frekwentie van de oscillator kan wijzigen ten gevolge van de automatische volumeregeling.

Omdat de menging in een zelfoscillerende buis gebeurt kan de frekwentie van de oscillator lichtjes verschuiven onder invloed van een een sterke zender. Het effekt is een beetje vergelijkbaar met die van een FM ontvanger, waarbij enkel de sterkste zender doorkomt. Deze ongewenste eigenschap werd echter gepromoot als voordeel, namelijk de "autotune" funktie, waarbij de zender automatisch afstemde op de nabijgelegen sterke zender (ten koste van zwakke zenders).

De maximale frekwentie die gehaald kan worden is beperkt tot ongeveer 20 à 30MHz voor de laatste versie van de buis, de AK3 (maar deze frekwentiebeperking geldt ook voor de triode-heptode). Dit wordt veroorzaakt door de lange looptijden van de electronen in de buis.

Het principe van de superheterodyne wordt simultaan toegepast in Europa en in de Verenigde Staten, maar de buizen die in beide continenten gebruikt worden zijn verschillend. In Europa geeft men de voorkeur aan de octode met zijn 8 electrodes, maar in de Verenigde Staten werkt men liever met een hexode of een heptode ("pentagrid converter"). Ten overstaan van de heptode heeft de hexode geen keerrooster, maar in deze toepassing is een keerrooster minder belangrijk.

Na de economische crisis in Amerika is het de bedoeling de ontvanger zo goedkoop te bouwen met slechts 5 buizen ("All American Five"): een versterker-mengtrap, een middenfrekwent versterker (pentode), een diode-triode voor de detectie, een eindpentode en een gelijkrichterbuis.

De radioetoestellen die in het interbellum gebruikt werden worden hier besproken.

Batterijgevoede ontvangers
De tweede schakeling rechtsboven is de basisschakeling voor een batterijgevoede radio-ontvanger. Wegens het ontbreken van een schermrooster kan het oscillatorsignaal in de antennekring terechtkomen. De eerste schakeling rechts heeft dit nadeel niet dankzij een schermrooster tussen oscillatorgedeelte en menggedeelte.

Na de tweede wereldoorlog is men heptodes blijven gebruiken in batterijgevoede toestellen waarbij het verbruik zo laag mogelijk moet zijn, en bij een hexode heeft men slechts een buis met één gloeidraad nodig (DK96). Dergelijke buizen werken op een spanning van maximaal 90V en hebben een gloeispanning nodig van 1.3V bij 25mA. Om aan zo'n laag verbruik te geraken moeten de buizen direct verhit worden (geen cathode). De maximale stroom die zo'n buis kan leveren is ook beperkt: de eindpentode (DL96) heeft een maximale anodestroom van 5mA en kan een audiovermogen leveren van 100mW.



Bij alle schakelingen worden de volgende kleuren gebruikt:

  • groen: antennesignaal
  • geel: automatische volumeregeling (indien van toepassing)
  • rood: oscillator (heterodyne)
  • blauw: middenfrekwent signaal

Netgevoede ontvangers
Bij toestellen die uit het net gevoed worden wordt de octode als mengbuis vervangen door een triode-heptode (een buis met 7 actieve electrodes) zoals de ECH35 en een paar jaren later de ECH81. De triode is de oscillator en de heptode is de mengtrap. Het antennesignaal wordt nu aan het eerste rooster gevoegd, waardoor de gevoeligeid hoger wordt.

Er is minder terugkoppeling van het heterodynesignaal naar de antenne en de oscillatorfrekwentie is meer stabiel. Een dergelijke schakeling zal in nagenoeg alle netgevoede radio-ontvangers gebruikt worden.

In het geval van een AM/FM ontvanger wordt voor de FM band een aparte tuner gebruikt. De AM mengtrap wordt dan uitgeschakeld en van de buis gebruikt men enkel de heptode als middenfrekwent versterker. De triode wordt dan uitgeschakeld of gebruikt als audio voorversterkeetrap, beide systemen hebben hun roosteraansluiting die naar buiten wordt gevoerd.

FM en VHF
Bij FM en VHF (televisie) gebruikt men een dubbele triode die als oscillator en mixer gebruikt wordt. De staandaard buis die gebruikt wordt in radiotoestellen is de ECC81, later de ECC85. De benaming FM (frequency modulation) wordt soms vervangen door UKW (Ultra Kurtze Welle).

De pentodes en de buizen met nog meer roosters hebben een te lange looptijd en ruisen te veel. De FM-tuner vormt een apart geheel. De afstemming gebeurt niet door het veranderen van een condensatorwaarde, maar door het veranderen van een zelfinductie (inschuiven van een een kern in de spoel).

Er wordt een verschillende middenfrekwentie gebruikt voor AM en FM: dit heeft te maken met de grotere brandbreedte van het signaal (9kHz bij AM, 300kHz bij FM).

Indien een hoge gevoeligheid nodig is wordt de mengtrap voorafgegaan door een cascodeschakeling. Dit werd bij bepaalde televisies gedaan. Antenneversterkers waren ook uitgerust met een dubbele triode in cascodeschakeling.

Diode mengtrap
Bij nog hogere frekwenties kan men zelfs geen triode meer gebruiken, maar moet men een kristaldiode toepassen als mixer. Door de niet lineaire eigenschappen van de diode ontstaan er mengprodukten met verschillende frekwenties. Een van de frekwenties die ontstaan is de middenfrekwentie. Dergelijke schakelingen worden besproken op de pagina diodemengtrappen: technische achtergrond en voorbeelden.

Dergelijke diodemengtrappen werden in UHF tuners gebruikt voor de komst van triodes met frame grid. Dit zijn buizen waarvan het rooster op een raam opgespannen wordt, waardoor de afstanden tussen cathode en rooster beter gedefinieerd zijn.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's

-