Nostalgische kristalontvanger 2; het praktische gedeelte
Na de summiere en toch lange brok radio-historie van de vorige maand traan we ons nu bezighouden met de konstruktie van de "nostalgische kristalontvanger". Hierbij zal, zo is in het vorige nummer al gezegd, niet zozeer de nadruk liggen op uw soldeerkunst, alswel op uw andere handvaardigheden.
Omdat de onderdelen van de "nostalgische kristalontvanger" voor een deel niet in de gewone elektronicahandel verkrijgbaar zijn, zult u een beetje moeten improviseren. Geen reden tot ongerustheid! Het is namelijk helemaal niet nodig dat uw ontvanger een exakte kopie van ons prototype wordt! Neem ruim de tijd voor het bij elkaar zoeken van zo nostalgisch mogelijk uitziende onderdelen. Besteed veel zorg aan het wikkelen van de spoelen. Ook de mechanische afwerking van de ontvanger moet een bron van aandacht zijn. Haastig flanswerk is bij dit projekt uit den boze: het is immers niet alleen maar als experiment bedoeld, om te zien welke ontvangstresultaten een kristalontvanger biedt, maar moet ook een goed ogend stukje huisvlijt opleveren dat u na jaren nog met voldoening aan uw vrienden en kennissen kunt tonen.
Het ontvangerschema
Het volledige schema van de "nostalgische kristalontvanger" is in figuur 1 getekend. Er is duidelijk de nodige overeenkomst met de wat eenvoudigere kristalontvanger-schakeling uit het vorige nummer. Toegevoegd zijn een variabele kondensator (C2) voor het afstemmen (dit kan natuurlijk deels ook met behulp van S2). Voorts is een detektiekondensator toegevoegd (C3), zodat de hoofdtelefoondraden deze funktie niet hoeven te vervullen. Met name het koppelen van de antenne en de aardleiding aan de ontvanger is in de schakeling van figuur 1 veel beter uitgevoerd dan bij de primitieve schakeling uit het vorige nummer. Niet alleen kunnen bij de schakeling uit figuur 1 te korte antennes kunstmatig verlengd worden met behulp van een variabele verlengspoel in serie met de antenne (L1), maar ook kunnen te lange antennes verkort worden, door ze via aansluitbus "A2" en de relatief kleine kondensator Cl op de ontvanger aan te sluiten. Een andere belangrijke verbetering is de variabele koppelspoel L2. De antenne kan hiermee heel losjes of heel vast met de afstemkring L3/C2 gekoppeld worden, zodat het beste kom-promis gesloten kan worden tussen gevoeligheid (bij vaste koppeling) en selektiviteit (bij losse koppeling). Een dergelijke variabele koppelspoel is niet alleen vaak in oude ontvangers, maar ook in zenders toegepast. Zie bijvoorbeeld de spoel uit een legerzender van zo'n 50 jaar geleden (figuur 2, foto). De koppelspoel daarvan is draaibaar, zodat iedere gewenste koppelingsgraad mogelijk is (op de foto is de koppeling heel los, want de windingen van de koppelspoel staan bijna loodrecht op die van de dubbele afstemspoel).
Figuur 1. Een ten opzichte van de primitieve kristalontvanger-schakeling uit het vorige nummer sterk verbeterd schema; dit gebruiken we voor de "nostalgische kristalontvanger".
| C1 | 220 pF |
| C2 | afstemkondensator 0...200 pF plus knop (470 pF mag eventueel ook, zie tekst) |
| C3 | 750 pF (of 680 of 820 pF) |
| L1 | antennespoel (zie tekst) |
| L2 | koppelspoel (zie tekst) |
| L3 | afstemspoel (zie tekst) zwart fotokarton (zie tekst) |
| D1 | germaniumdiode (zie tekst) |
| 5 | banaan-chassisdelen |
| 2 krokodillebekjes | |
| 18 soldeerlipjes plus 18 hout-schroefjes | |
| houten bodemplaat circa 20 × 20 cm | |
| 1 mm messing plaat (voor bevestigingsbeugeltjes) | |
| hoogohmige hoofdtelefoon circa 2000 Ω; zie tekst | |
Figuur 2. Zoals uit deze foto blijkt, werden niet alleen in ouderwetse ontvangers, maar ook in zenders van zo'n 50 jaar geleden verstelbare koppelspoelen gebruikt (in moderne zenders trouwens nog).
Over de werking van de nostalgische ontvanger kunnen we kort zijn. Door de afgestemde kring L3/C2 wordt de gewenste omroepzender geselekteerd. Het signaal van zo'n AM-zender ziet u bovenaan in figuur 3 (foto). De draaggolf is hier met een mooie sinus (AM-) gemoduleerd. Door de detektiediode (D1) worden alleen de positieve helften van het signaal doorgelaten naar detektiekondensator C3. De korte positieve HF-piekjes worden daarbij door C3 afgevlakt, zodat alleen nog het oorspronkelijke modulatiesignaal, dus het laagfrekwente signaal, overblijft (dit is beneden in figuur 3 te zien). Het aldus verkregen laagfrekwente signaal kan via een met aansluitbus Jl verbonden hoogohmige hoofdtelefoon worden beluisterd.
Figuur 3. Het signaal van een amplitude-gemoduleerde zender, zoals dat via de antenne-aansluiting in het ontvangertje terechtkomt (boven). Hetzelfde signaal, maar dan na detektie, zoals het op de hoofdtelefoon-aansluiting verschijnt (beneden).
Konstruktie
De ontvanger kan het beste op een stevig (nostalgisch uitziend) gebeitst houten plankje worden opgebouwd; dat deed iedere radio-amateur in de eerste helft van deze eeuw tenslotte ook. In figuur 4 (foto) ziet u een van onze medewerkers tijdens het testen van ons prototype. U hoeft niet per se onze onderdelenopstelling aan te houden; maak wel de bedrading niet langer dan nodig.
Figuur 4. Ons prototype tijdens de test. Het apparaat werd op een houten bodemplankje opgebouwd. De twee vast opgestelde "honingraat"-spoelen (vlakspoelen) L1 (links) en L3 (rechts, vooraan) hebben aftakkingen. De koppelspoel L2 (rechts, achter L3) kan dicht tegen L3 worden aangeschoven (vaste koppeling), maar kan ook van L3 worden weggeschoven (losse koppeling).
Omdat we bij deze ontvanger de spoelen volgens het ouderwetse "honingraat"-model (vlakspoel) hebben gekonstrueerd, is het wikkelen daarvan met een aantal tekeningen en foto's verduidelijkt. De honingraatspoel heeft voordelen ten opzichte van een gewoon model spoel. Bij dit type spoel liggen de afzonderlijke windingen namelijk wat verder van elkaar dan bij spoelen waarbij de wikkelingen gewoon naast elkaar gewikkeld zijn. Daardoor is er minder kapaciteit tussen de windingen onderling. Als gevolg hiervan kan men met een honingraatspoel een afstemkring met een hogere "Q" (kwaliteit) maken dan met een gewone spoel. Dat geeft een betere selektiviteit en gevoeligheid.
We zullen nu de konstruktie van de spoelen in detail bespreken. De hier gebruikte spoelen bestaan in wezen uit een spiraalvormig gewikkeld, in een plat vlak liggend stuk koperdraad. De ene aansluiting van de spoel ligt aan de binnenkant van de spiraal en de andere aan de buitenkant. Bij een gewone spiraal zouden de koncentrisch om elkaar heen gewikkelde windingen even dicht bij elkaar liggen als bij een normaal model spoel (bijvoorbeeld een ferrietstaaf-spoel); zo'n spiraalspoel (een vlakspoel dus) zou daardoor niet of nauwelijks voordelen bieden. Om een dergelijke spiraalspoel toch tot een superieur type spoel te maken, moeten de afzonderlijke windingen een stukje van elkaar af komen te liggen.
Dat kan door de spiraal te wikkelen op een spoelvorm zoals die in figuur 5 getekend is. Deze spoelvorm heeft een oneven aantal "spaken". Het is de bedoeling dat de spoelspiraal afwisselend links en rechts om deze spaken heen zigzagt. Een winding die bijvoorbeeld links van een spaak begint, zal bij zijn volgende ronde rechts langs dezelfde spaak komen; dat komt doordat het aantal spaken niet even, maar oneven is. Doordat de windingen afwisselend links en rechts om de spaken van de spoelvorm heen zigzaggen, is hun onderlinge afstand groter dan wanneer er niet gezigzagd zou zijn. Omdat de spoelen L1 en L3 van aftakkingen voorzien moeten zijn, mag er niet zomaar doorgewikkeld worden, maar moet er om de zoveel windingen even een lusje van circa 7 cm lengte gemaakt worden (het hoeft niet per se een lusje te zijn; u kunt het koperdraad ook telkens even doorknippen). Voor de stevigheid kan het draad van de aftakkingen desgewenst door gaatjes in de spoelvorm (zie figuur 5) naar buiten geleid worden. Bij de wat kleinere koppelspoel L2 hoeft dat niet, want die heeft geen aftakkingen. De aftakkingen soldeert u aan een rijtje soldeerlipjes die naast elkaar op de houten plank geschroefd zijn (bij ons prototype hadden L1 en L3 ieder 8 aftakkingen en dus 9 bijbehorende soldeerlipjes; de bovenzijde van de spoelen zit ook aan een soldeerlipje).
Figuur 5. De spoelvorm van een honingraatspoel heeft een oneven aantal spaken. Het draad van de spoel wordt spiraalsgewijs op de spoelvorm gewikkeld. Het draad zigzagt daarbij langs de spaken.
Met behulp van een krokodillebekje wordt later bij het afstemmen telkens de juiste aftakking gekozen. Bij ons prototype maakten we om de tien windingen telkens een aftakking op L1 en L3; als u dat wilt, dan mag u ook een kleiner of groter aantal maken. Het totale aantal windingen voor L1 en L3 bedraagt circa 80; op de wat kleinere spoelvorm voor L2 komen circa 16 windingen te zitten. Leg de wikkelingen wel strak genoeg, anders passen ze niet op de spoelvormen.
De afmetingen van de door ons gebruikte (hardkartonnen) spoelvormen zijn in figuur 6 te zien. Neem deze figuren over op hardkarton (of soortgelijk materiaal), die van figuur 6a tweemaal en die van figuur 6b eenmaal. De koncentrische cirkels (straal: 16 en 64 mm, figuur 6a; 30 en 47 mm, figuur 6b) kunnen met behulp van een meetlat en een passer getekend worden. De buitenrand van de cirkels wordt met passer en meetlat in 9 gelijke stukken verdeeld (37 mm, 6a; 32 mm, 6b); vervolgens kunnen de lijnstukken getrokken worden.
Figuur 6. De afmetingen van de (hardkartonnen) spoelvormen. Figuur 6a geeft die van L1 en L3; figuur 6b die van L2.
Knip daarna de twee grote schijven van 128 mm doorsnede voor L1 en L3 en de kleine met een doorsnede van 94 mm voor L2 uit. Vervolgens moeten er sleuven in de schijven aangebracht worden (breedte: 1 2 mm). Vanaf de buitenranden moeten de schijven tot aan de binnenste cirkels worden ingeknipt. In figuur 7 kunt u zien hoe het in-knippen gedaan wordt; figuur 8 toont het wikkelen. Houd er bij de konstruktie van de spoelen ook rekening mee dat ze op een of andere manier vertikaal op het bodemplankje moeten worden bevestigd. U kunt bijvoorbeeld de bevestigingsmethode uit figuur 5 gebruiken (twee houten blokjes), mits er maar geen metalen delen al te dicht bij de spoelen komen te zitten. L1 en L3 worden vast aan het plankje bevestigd. L2 daarentegen, moet verschuifbaar worden gemaakt en wel zodanig dat hij niet alleen plat tegen L3 kan worden aangeschoven (maximale koppeling), maar ook van L3 kan worden weggedraaid (minimale koppeling). Men kan L2 draaibaar maken door deze spoel bijvoorbeeld op een houten latje te monteren dat aan een kant van een scharnierpunt voorzien is. Bij ons prototype legden we het houten latje vlakbij L3 op de bodemplank en schroefden het vervolgens losjes met een uiteinde aan de bodemplank vast; er was natuurlijk aan een zijde een gaatje in het latje geboord om splijten van het hout te voorkomen. Zorg ervoor dat de aansluitdraden van L2 voldoende soepel zijn om breken (ook na langdurig gebruik) te voorkomen. Hoewel wij voor de konstruktie van de spoelvormen fotokarton gebruikten (stug, zwart karton), is ieder ander niet-magnetisch en elektrisch isolerend materiaal (bijvoorbeeld dun triplex) ook bruikbaar.
Figuur 7. Om de 9 spaken te maken, moeten de spoelvormen gedeeltelijk worden in-geknipt.
Figuur 8. Het wikkelen van de spoelen is een geduldwerkje. De windingen moeten strak genoeg worden gelegd, anders passen de spoelen niet op de spoelvormen.
L1 en L3 bestaan uit 80 windingen van 0,4-mm-koperdraad (om de 10 windingen een aftakking); L2 bevat 16 windingen van 0,4-mm-koperdraad, zonder aftakkingen.
Als afstemkondensator (C2) kan vrijwel ieder type ge bruikt worden dat u kunt krijgen; neem bij voorkeur een exemplaar uit de rommeldoos of uit de dump (de foto, figuur 9, toont wat voorbeelden), anders ziet de ontvanger er te modern uit. Heeft de variabele kondensator die u hebt gevonden een te grote waarde (bijvoorbeeld 500 pF), zet dan een vaste kondensator (bijvoorbeeld 330 pF) in serie daarmee.
Figuur 9. Mogelijk heeft u in uw rommeldoos nog wat nostalgische spulletjes liggen, zoals deze hoogohmige hoofdtelefoon (circa 2000 Ω) en een draaikondensator van circa 200 pF.
De hoofdtelefoon moet een hoogohmig type zijn van rond de 2000 Q; een kristal-oortelefoontje (als u dat nog kunt opscharrelen) doet het ook. Hoogohmige hoofdtelefoons zijn vaak heel goedkoop in de dump te krijgen. Ook kunnen (hoogohmige!) hifi-hoofdtelefoons van bijvoorbeeld Sennheiser gebruikt worden (de twee schelpen in serie zetten; liefst "in fase"). Het kan ook geen kwaad om de grammofoon-ingang van de hifi-installatie eens op de audio-uitgang van de ontvanger aan te sluiten. Door de breedbandigheid van het ontvangertje heeft u waarschijnlijk op de middengolf veel meer hoge tonen dan bij uw eigen dure, moderne radiotoestel het geval is! Als detektordiode kan iedere germaniumdiode gebruikt worden (0A79, 0A81, AA119 etcetera). Heeft uw leverancier er geen, knip er dan een uit het detektiegedeelte van een oude radio-of TV-ontvanger.
De keuze van het aansluit-materiaal (3 bussen voor de antenne en de aarde; 2 banaanbussen of 1 klink-chassisdeel voor de hoofdtelefoon) is een kwestie van smaak. Wij gebruikten banaanbussen op ons prototype. Ook met de mechanische uitvoering van S1 en S2 kunt u alle kanten op.
Wij maakten gebruik van krokodillebekjes die op de soldeerlipjes (waaraan de spoel-aftakkingen gesoldeerd waren) geklemd konden worden.
Test en gebruik
Voor het testen van de kristalontvanger moet deze op een zo lang mogelijke (liefst vertikale) antenne worden aangesloten. Ook een goede "aarde" is van belang. Gebruik bij gebrek daaraan twee stukken draad (liefst min of meer in elkaars verlengde, een soort dipool-antenne dus), of een stuk draad (als antenne) en de verwarmingsbuizen van uw woning (als aarde). Als u de ontvanger op de hifi-versterker aansluit, dan heeft het apparaat waarschijnlijk al genoeg "aarde" via het lichtnet. Een stuk antennedraad van een paar meter lengte is dan voldoende (dit was in ons lab het geval).
Begin met L2 zoveel mogelijk tegen L3 aan te leggen (maximale koppeling); koppel ook de antenne zo vast mogelijk (antenne op A1 aansluiten; S1 in onderste stand zetten, zie figuur 1). Zet S2 in zijn bovenste stand. Zoek daarna met C2 een zender op en experimenteer vervolgens met Sl, S2 en de variabele koppeling tussen L2 en L3. Blijf daarbij ook aan C2 draaien. Veel (nostalgisch) knutselen luisterplezier!