Invoering

Het bouwen van een AM-radio (amplitudemodulatie) is een klassiek project dat vele fundamentele concepten uit de elektronica samenbrengt. Van het begrijpen van elektromagnetische golven tot het werken met condensatoren, spoelen en diodes, dit project dient als een praktische toepassing van de theorie die in onze serie 'Elektronica Fundamentals' aan bod is gekomen. In dit artikel doorlopen we het proces van het bouwen van een eenvoudige AM-radio, waarbij we de rol van elk onderdeel uitleggen en hoe ze samenwerken om radiosignalen te ontvangen en te demoduleren.

Wat je nodig hebt

Voordat we beginnen, verzamel de volgende onderdelen:

• Afstemcondensator (variabele condensator, ~10–365 pF)
• Spoel/spoel (luchtkern of ferrietkern, ~100–300 μH)
• Germaniumdiode (bijv. 1N34A of iets dergelijks)
• Condensator (keramisch of film, ~100 nF voor filtering)
• Hoge-impedantie oortelefoon of kristal oortje
• Antennedraad (enkele meters geïsoleerde draad)
• Aardverbinding (bijvoorbeeld een metalen staaf in de aarde of een koudwaterleiding)
• Breadboard of PCB voor montage
• Verbindingsdraden

Het circuit begrijpen

Een AM-radio-ontvanger werkt door radiogolven uit de lucht op te vangen, een specifieke frequentie te selecteren en het audiosignaal te extraheren dat gecodeerd is in de amplitudevariaties van de draaggolf. Het basiscircuit bestaat uit:

1. Antenne : Vangt elektromagnetische golven op.
2. Afstemcircuit (LC-tank) : Selecteert de gewenste frequentie.
3. Detector (diode) : Demoduleert het AM-signaal.
4. Filtercondensator : Maakt het gedetecteerde signaal glad.
5. Oortelefoon : zet het elektrische signaal om in geluid.

De resonantiefrequentieformule

Het afstemcircuit is een LC-circuit (spoel-condensator) dat resoneert op een specifieke frequentie. De resonantiefrequentie f₀ wordt gegeven door:

f ₀ = 1 / (2π√( LC ))

Waar:

• f ₀ is de resonantiefrequentie in hertz (Hz)
• L is de inductantie in henry (H)
• C is de capaciteit in farad (F)
• π ≈ 3,14159

Door de variabele condensator aan te passen, verandert u C , waardoor f₀ verandert, waardoor u op verschillende AM-zenders kunt afstemmen.

Stap-voor-stap montage

Stap 1: De antenne en de aarde instellen

• Antenne : Span een lange draad (minimaal 10 meter) zo hoog en recht mogelijk. Deze draad vangt radiogolven op.
• Aarde : Sluit een kabel aan op een goede aardverbinding (bijvoorbeeld een metalen paal in vochtige grond of een koudwaterleiding). Een goede aardverbinding is cruciaal voor een goede werking van de radio.

Stap 2: Bouw het LC-afstemcircuit

1. Sluit de spoel (L) aan : Plaats de spoel op het breadboard. Als je je eigen spoel wikkelt, gebruik dan magneetdraad rond een ferrietstaaf of luchtkern (ongeveer 50-100 windingen zouden voldoende moeten zijn voor de AM-band).
2. Sluit de variabele condensator (C) aan : sluit de variabele condensator parallel aan de spoel aan. Dit vormt het LC-tankcircuit.
3. Sluit de antenne aan : sluit de antennedraad aan op één uiteinde van het LC-circuit.
4. Sluit de aarde aan : sluit de aardedraad aan op het andere uiteinde van het LC-circuit.

Op dit punt zal de LC-kring resoneren op een frequentie die wordt bepaald door de inductie en capaciteit. Door de variabele condensator aan te passen, verandert de resonantiefrequentie, waardoor u verschillende AM-zenders kunt selecteren.

Stap 3: Voeg de detectordiode toe

• Plaats de germaniumdiode : Sluit de diode in serie aan met de uitgang van de LC-kring. De diode fungeert als gelijkrichter, waardoor de stroom slechts in één richting kan stromen. Dit proces, envelopdetectie genaamd, extraheert het audiosignaal uit de gemoduleerde draaggolf.

⚠️ Let op : Germaniumdiodes (zoals de 1N34A) hebben voor deze toepassing de voorkeur boven siliciumdiodes, omdat ze een lagere doorlaatspanningsval hebben (~0,3 V vs. ~0,7 V), waardoor ze gevoeliger zijn voor zwakke signalen.

Stap 4: Voeg de filtercondensator toe

• Sluit een condensator (ongeveer 100 nF) parallel aan de uitgang van de diode aan. Deze condensator filtert de hoogfrequente draaggolf eruit, waardoor alleen het audiosignaal overblijft.

Stap 5: Sluit de oortelefoon aan

• Sluit de hoogohmige oortelefoon aan op de filtercondensator. De oortelefoon zet het elektrische audiosignaal om in hoorbare geluidsgolven.

💡 Tip : Kristaloortjes of hoofdtelefoons met een hoge impedantie (1000 Ω of meer) werken het beste. Hoofdtelefoons met een lage impedantie produceren mogelijk niet genoeg volume.

Uw AM-radio testen

1. Controleer alle verbindingen : zorg ervoor dat de antenne, aarde, LC-circuit, diode, filtercondensator en oortelefoon allemaal goed zijn aangesloten.
2. Stem de radio af : Pas de variabele condensator langzaam aan. U zou verschillende AM-zenders moeten horen terwijl u de capaciteit verandert.
3. Optimaliseer de antenne en de aarding : als de ontvangst zwak is, probeer dan de antenne hoger te plaatsen of een langere kabel te gebruiken. Zorg ervoor dat de aarding goed is.

Hoe het werkt: een diepere duik

Ontvangst van elektromagnetische golven

Radiogolven zijn elektromagnetische golven die zich met de lichtsnelheid door de ruimte voortplanten. Wanneer deze golven de antenne raken, induceren ze een kleine wisselstroom (AC) in de draad. Deze stroom bevat signalen van verschillende stations die op verschillende frequenties uitzenden.

Frequentieselectie (resonantie)

Het LC-circuit fungeert als een banddoorlaatfilter. Bij de resonantiefrequentie f₀ is de impedantie van het LC-circuit maximaal, waardoor signalen op die frequentie worden doorgelaten en andere worden verzwakt. Door de variabele condensator aan te passen, verandert u de resonantiefrequentie en kiest u zo naar welke zender u wilt luisteren.

Demodulatie (detectie)

AM-radiosignalen bestaan ​​uit een hoogfrequente draaggolf waarvan de amplitude wordt gevarieerd (gemoduleerd) door het audiosignaal. De diode richt dit gemoduleerde signaal gelijk, waardoor de negatieve helft van de golfvorm effectief wordt verwijderd. De filtercondensator egaliseert vervolgens het resterende signaal, zodat alleen de audiocomponent overblijft.

Audio-uitvoer

Het gefilterde audiosignaal wordt naar de hoogohmige oortelefoon gestuurd, die gaat trillen als reactie op het elektrische signaal en zo geluid produceert.

Tips voor probleemoplossing

• Geen geluid : Controleer alle aansluitingen, met name de antenne en de aarde. Zorg ervoor dat de diode correct is georiënteerd (diodes zijn gepolariseerd).
• Zwak signaal : Probeer een langere antenne of een betere aardverbinding. Zorg ervoor dat u een germaniumdiode gebruikt.
• Kan geen zenders afstemmen : Controleer of de variabele condensator werkt en correct parallel is aangesloten aan de inductor.
• Vervormd geluid : de waarde van de filtercondensator is mogelijk te laag of te hoog. Experimenteer met waarden tussen 47 nF en 220 nF.

Verbeteringen en experimenten

Zodra u over een werkende AM-radio beschikt, kunt u de volgende verbeteringen overwegen:

• Voeg een versterker toe : Een eenvoudige transistorversterker kan het audiosignaal versterken, waardoor u een hoofdtelefoon met een lage impedantie of een kleine luidspreker kunt gebruiken.
• Verbeter de selectiviteit : voeg meer LC-trappen toe of gebruik een inductor met een hogere Q om individuele stations beter te isoleren.
• Bouw een behuizing : Plaats uw radio in een houten of plastic behuizing voor een meer verfijnde look.
• Experimenteer met spoelontwerp : probeer verschillende spoelgroottes, kernmaterialen (lucht, ferriet, ijzer) en wikkeltechnieken uit om te zien hoe ze de prestaties beïnvloeden.

Conclusie

Het bouwen van een eenvoudige AM-radio is een dankbaar project dat de belangrijkste principes van elektronica demonstreert, waaronder resonantie, gelijkrichting en signaalverwerking. Door te begrijpen hoe elk onderdeel bijdraagt ​​aan de algehele functie, krijgt u praktisch inzicht in de basisprincipes van radiocommunicatie. Dit project dient ook als opstap naar meer geavanceerde onderwerpen, zoals superheterodyne ontvangers, frequentiemodulatie (FM) en digitale signaalverwerking.

Voor meer basiskennis kunt u onze gids Elektronische basisbeginselen raadplegen.

Veel plezier met bouwen en geniet van de magie die ontstaat als stemmen en muziek uit het niets tevoorschijn komen!