Verslagen Radiocafé

Lezing 23 oktober 2019: De ontwikkeling van de eerste goed bruikbare triode

Ouďe-dire: van horen zeggen.

Een luchtige voordracht met inhoudelijk veel technische gegevens. De ontwikkeling van de eerste goed bruikbare triode, octrooi 23 oktober 1915. Tevens meegebracht een in 1970 ontwikkelde transistor krachtversterker van 30 Watt voorzien van loudness-control.

Op de lagere school kregen wij lang geleden in 1937 een lei om op te schrijven met een griffel en een liniaal met een lengte van iets meer dan 31 centimeter. Er stonden ook nog andere getallen op 1 tot 12, volgens onze juf waren dat Engelse duimen. De lengte van de liniaal diende om rechte lijnen te trekken op de lei.

Het getal 31 is Pi tot de derdemacht en vrijwel gelijk aan 12 inches.  Pi zou dus ongeveer 2,29 inch zijn. Handig om te weten bij het snel uitrekenen van inhoud maten van pijpleidingen en ketels, waarbij men nog vaak inches gebruikt en derhalve het getal 31 nog altijd wordt gebruikt.

Wij zongen op school nog liedjes met teksten zoals: “Ferme jongens storen knapen, oh hoe suffend staat gij daar. Zijt gij dan niet geschapen zijt gij niet van zessen klaar.” Het geeft aan dat wij langzamerhand verdwaald zijn in het tientallig stelsel. Alhoewel in supermarkten wordt nog altijd het zestallig stelsel toegepast. Het aantal stuks in verpakkingen is nog altijd 6 of 12 enzovoort. Ook de oude Engelse maten worden nog altijd gehanteerd.

Ik mag aannemen dat elke voetballer weet dat een doel 7 voet hoog is en 7 yard breed. De standaardinhoud van een woonkamer is 31 kubieke meter. John Hupse vond dat aan de krappe kant, denkelijk bedoeld voor een arbeiderswoning. Maar merkte tevens op dat ik in 31 ben geboren. Klopt, volgens mijn bedrijfsarts het beste wijnjaar.

Aan de door Newton beschreven derdemacht getalenreeks 1  8  27  64  125  216  343  512  729 1000, daar heb ik het getal 31 aan toegevoegd. Let op dat de onderlinge verschillen oneven getallen zijn. De uitkomst Pi tot de derdemacht is 31. Geleerden, heel lang geleden, waren al doende met het maken van moeilijke berekeningen en schreven schoolborden vol met getallen. Daar waren zij erg kundig in, echter als het schoolbord vol was geschreven dan moest het krijt weer gewist worden. Op papieren werden hun bedenksels vastgelegd.

Die geleerde wiskundige mannen wilden niet dat Jan en Alleman het kon mee lezen en versleutelden dat in ingewikkelde formules. Newton schreef in een van zijn brieven: “Het lijkt mij zelfs beter ook de bijbehorende tekst in het Latijn te schrijven. Non necesse est omnis! (niet iedereen hoeft dit te lezen)”

Ach een dergelijke idee om zich moeilijker voor te doen en anderen te onthouden van hun bevindingen is volgens mij vergezocht en deze theorie. Quod ledo virga tamquam porcus! Wat zoveel betekent “Dat slaat als een tang op een varken“. Vroeger leerde men op hogere scholen toch ook na keuze Latijn en is het dus weinig zinvol.

Al op heel vroege leeftijd las ik al beschrijvingen over de hemel en aarde van de Franse geleerde Flammarion (1842-1925). Geschreven in 1880, daarin de vele berekeningen veelal over planeten die toch allemaal bolvormig zijn. Tevens daarin vermeld dat de lengte van de gemiddelde mens 165 cm is. Dat geeft al aan dat het boek van voor 1900 moet zijn. De omtrek van de aarde was gemeten in ronde getallen. In het jaar 1795 het tijdstip waarin de meter werd vastgesteld. Echter er werd al snel opgemerkt dat de verhouding van de middellijn/omtrek = 7 staat tot 22 is en berekend naar de middellijn van de aarde van 12742 km de omtrek van 40000 km zoals eerder beschreven iets groter zal zijn. Het boek in Nederlands is nog altijd te bestellen.

Als ik mij laat inschrijven bij het Amsterdams Radio Instituut krijg ik de raad van de directeur Broertjes om eerst een jaar hoofdrekenen te doen en dan pas aan de studie te beginnen. Er zouden tijdens deze studie ingewikkelde berekeningen voorbijkomen en dan was enige rekenkundige kennis wel zo gemakkelijk. Zakrekenmachines waren er nog niet in 1948. Hooguit een rekenliniaal, waar ik nooit behoorlijk mee heb kunnen werken. Te traag en onzuiver.

Mijn vader die met mij was meegegaan vond het wat vergezocht, maar het rekenen leek mij al gelijk leuker dan de radiotechniek zelf. Zo begon ik mijn studie met de tafels van een tot honderd. Er zijn vele manieren om snel te rekenen. Neem bijvoorbeeld 24 x 24 dat is gelijk aan 4 x 12 x 12.  Bekend is ook dat bij opvolgende kwadraten het verschil gelijk is aan de optelling van de basisgetallen. Weet je dat 25 x 25 = 625 dan is 24 x24 =  625 – ( 24 + 25 ) = 576. Mijn manier om bijvoorbeeld 24 x 24 uit te rekenen is, om eerst 4 x 4 te onthouden Een 4 bij 24 op te tellen dan hou je over 20 x 28 = 560 en dan 16 er bij op te tellen.

Tijdens de lezing schrijf ik vaak het bord vol berekeningen en wis dat dan weer kundig uit om weer een schoon bord te kunnen gebruiken. Wat dat betreft mag ik mij een wiskundige noemen.

In 1900 werd in Frankrijk Paul Pichon opgeroepen voor zijn militaire dienstplicht, hij deserteerde daarom naar Duitsland. Daar kreeg hij werk bij Graaf Arco als leraar Frans voor diens dochter. Maar kwam daar ook in contact met Telefunken en zou later ook in dienst van dat bedrijf gaan werken. Hij werd gestuurd naar Amerika in verband met patentbesprekingen.

Hij keerde weer terug met de boot op 25 juli 1914 en kwam aan in Londen op 3 augustus 1914, juist de dag dat Duitsland Frankrijk de oorlog verklaarde. Hij begreep dan hij bij aankomst in Frankrijk gelijk gearresteerd zou worden. In overleg met de firma Marconi waagde hij toch deze overtocht, maar werd door de douane gelijk in hechtenis genomen. Hij vroeg om contact op te nemen met commandant Ferrié en deze te waarschuwen dat hij belangrijk radiomateriaal bij zich had. Ferrié gaf opdracht de man compleet met zijn bagage bij hen af te leveren.

Het bleek inderdaad zeer bruikbaar materiaal te zijn waaronder ook een drie electrodenlamp. Dat herinnerde Ferrié eraan dat hij al eerder zelf tijdens een bezoek aan Amerika samen met Girardeau van de firma Pericaud in de US  de technicus Fessende had bezocht, die voor de marine werkte en versterkers had ontworpen met lampen. Hij had een versterker meegenomen voor onderzoek maar daar verder geen aandacht aan gegeven.

Girardeau had dat in die tijd ergens in een kelder gezet en daar ook niet meer aan gedacht. Nu werd deze versterker direct tevoorschijn gehaald en beproefd. De lampen werden naar de fabriek Grammont in Lyon gebracht die de constructie met de opstelling van het zig-zag draadrooster en de twee platte anoden (zoals wij dat later nog zien bij de IDZ-buis) verbeterde met een gewikkeld rooster en een verticale opstelling van de nu pijpvormige anode.

De schroef E14-huls bleef gehandhaafd voor de aansluitingen gloeidraad en aan de bovenzijde hingen de beide draden van rooster en anode naar buiten. Proeven hiermee waren hopeloos. Het snel verwisselen van een lamp, daar was veel tijd mee gemoeid en met een toestel op een kar die over onverharde wegen reed deed het de inwendige constructie geen goed. Veelal zakte dat in elkaar scheef leunend tegen de glaswand. Ferrié gaf daarom opdracht aan technicus captain Michel Peri en Jaques Biquet de opdracht een lamp te ontwikkelen die snel verwisselbaar en een betere levensduur zou hebben. Het werd een lamp met vier pootjes 16 mm uit elkaar in een kruis waarbij twee pootjes iets verschoven 7 en 9 mm verschoven zijn. Op deze wijze kan de lamp maar op een manier in een overeenkomstige lampvoet gestoken worden. De verst verwijdere poot werd de plaataansluiting.

Deze lampen werden in productie genomen bij de gloeilampenfabriek METAL. Voor de glazen ballon werd dezelfde gebruikt als die voor de lampen. Gemeten naar de gemiddelde golflengte van het licht in millimeter werd de middellijn net als bij de gloeilamp, de glazen bol 31 maal groter gekozen en kwam uit op 55 millimeter. De vacuüm zuiging vindt plaats boven op de bol en is herkenbaar aan de glaspunt boven op de glazen bol.

De wolfram gloeidraad is geschikt voor 4 Volt en het verbruik is 0,7 Ampère. Met een gemiddelde inwendige weerstand van 20000 Ohm en een gevoeligheid van 0,5 mA/V is de versterking 10 x. De plaatspanning is veelal 80 Volt voor gebruik als versterker of detector. Als oscillator wordt de gloeispanning verhoogt naar 6 Volt als er met CW wordt gewerkt en met de sleutel de gloeispanning wordt in en uit geschakeld. De anodespanning is dan 160 Volt. Zelfs 500 Volt bleek mogelijk te zijn door maximale vacuüm te zorgen. Hiervoor werden zelfs de beide einden van het rooster in de kneep naar buiten gevoerd en aangesloten op een spanning waarbij het rooster heet gestookt werd naar een idee van technicus Georges Beauvais.

Ook de anode werd roodgloeiend door een compleet elektronen bombardement. Tijdens de vacuüm bewerking werd zelfs de glazen bol door externe verhitters op de 400 graden Celcius gehouden. Er werd op deze wijze een hoogvacuüm bereikt en vrijwel alle gassen afgezogen. Met zenden werd er met de 500 Volt plaatspanning dan ook met de lamp als oscillator een groot vermogen bereikt. De ingangsroostercapaciteit is 15 pF, het is dan ook niet goed mogelijk op golflengten te werken onder de 500 meter.

Er werden tijdens de oorlog ongeveer duizend lampen per dag gemaakt. Om te voorkomen dat de productie door de oorlog stilgelegd zou kunnen worden, werd ook de fabriek FOTOS in Ivry ingezet voor de productie van deze lampen. Deze zijn herkenbaar dat deze geen glazen hals hebben. De glazen bol staat gelijk op de lampvoet.

Na de oorlog zagen Peri en Biquet geen toekomst voor de lamp en verkochten hun patent aan Marius Latour die later schatrijk werd. De versterking berekenen wij met G = S x Ri, waarbij S de steilheid is in mA/Volt en Ri de inwendige weerstand. Dat is de versterking in de toegepaste schakeling. De inwendige weerstand wordt groter bij een lagere gloeispanning en dat wordt meestal toegepast om de demping op de afstemkring te verkleinen. De plaatstroom neemt begrijpelijk ook af door de verhoogde inwendige weerstand maar de versterking verandert nauwelijks.

De versterking Mu wordt in hoofdzaak bepaalt door de capaciteiten tussen rooster en gloeidraad en plaat en rooster. In feite twee condensatoren die in serie staan. De plaatroostercapaciteit is kleiner dan die van het roostergloeidraad. De lading Q is in beide gelijk. Met de formule Q = C x V kunnen we de spanningen over beide condensatoren bepalen die bij de kleinste capaciteit van de plaatrooster het grootst zal zijn. Hoe verder we dus de plaat van het rooster verwijderen des te groter de versterking. Helaas zal ook de plaatspanning groter moeten worden om de elektronen te kunnen aantrekken. Al snel komen we op meer dan 1000 Volt plaatspanning, de maximum versterking is dan ook 35 keer die we redelijk kunnen bereiken. Het is nog even wachten op de schermroosterlamp.

We kunnen bij wijze van proef twee condensatoren van 1 uF en een van 4 uF in serie schakelen en deze aansluiten op een wisselspanning. Het beste kan men een scoop gebruiken. Men zal zien dat over de kleinste condensator van 1 uF de grootste spanning op staat. Opvallend is dat Idserda eigenlijk een voor die tijd al een verouderde lamp gebruikte.

Wel heeft hij ervoor gezorgd dat veel lieden zelf gingen experimenteren met radio. Een variometer waar 80 gulden voor betaald moet worden is een overcompleet maandsalaris. Weliswaar een staaltje hoogwaardig instrumentmakerswerk dat mag gezegd worden. Maar Newton schreef al in zijn gravitatiewet, dat elke massa oefent een kracht uit op elke andere massa. Deze kracht is gericht langs de lijn die beide punten verbindt en is evenredig met het product van de massa’s en is omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tussen beide massa’s.

Dus waarom deze variometer te voorzien van een grote koperen voetstuk van meer dan 100 gram en tevens overdreven grote koperen moeren.  Het gaat toch slechts om die paar windingen koperdraad. Al snel blijkt dat dat een kartonnen kokertje zelfs een grotere kringimpedantie heeft. Daarin een spoel in serie laten draaien op een houten asje geeft een hoge kwaliteit variometer voor heel weinig geld. Het stimuleert de zelfbouwer. Met andere woorden die dure prijzen zorgden voor grote radioamateuractiviteiten. Waarom zoveel geld uitgeven als het goedkoper en zelfs beter kan.

Ter demonstratie meegebracht een transistor versterker uit 1971. Tijdens mijn werkzame periode als directielid van Haarlem Electronics waar ik voorlopig werd aangenomen vanwege mijn vestigingspapieren, een eis van de Kamer van Koophandel, kreeg ik een brief van de firma Mulder-Hardenberg onder ogen waarin een uitgebreid programma lineaire, digitale en MOS IC’s. Bijgaand schema waarin een IC type SE540L waarmee twee complementaire eindtransistoren  worden aangestuurd. Uitgangsvermogen 30 Watt.

Het leek mij na het succesvolle London City avontuur wel leuk om daar iets mee te doen. Bij toeval had ik in opdracht van de PTT op dat moment met goed gevolg een examen microprocessors afgelegd, dat kwam mij nu goed van pas. Er werd positief op gereageerd door Huib Michaelis de eigenaar van  Haarlem Electronics (ook wel HELIOS genoemd zijnde de eerste letters van Herrie En Lawaai Is Ons Streven) en werd al snel een bouwplan opgesteld. Benodigde printen werden uitbesteed aan de fotohandel ACTUEEL op de Nassaukade in Amsterdam en fronten werden ontworpen in het rood met de nodige teksten waaronder een ludiek HAARLEMELECTRONIKS.

Er werd wat lacherig over gedaan, als de gebruiker meende dat het niet werkte naar zijn zin dan kon hij hierop lezen dat het NIKS is. De zware aluminium chassisplaten werden voorgeboord besteld bij de firma Noppert in Amsterdam.  Het werd een groot succes, zelfs KAYAK maakte gebruik van deze versterker en op de muziekbeurs de Franfurter Messse bleek er grote belangtelling voor te bestaan. Helaas, al snel kwamen er later meerdere merken op de markt met transistoren.

Nog liggen hier complete frontplaten, chassisdelen in voorraad. Het wondere van deze versterker is dat deze voorzien is van loudness-control. Gelukkig kwam ik in contact met een grote elektronicafirma in Cambridge Engeland waar ik importeur werd van H&H-versterkers die volgens hetzelfde principe werden gebouwd. Gewone Hifi-versterkers hebben meestal een rechte karakteristiek of met correctieschakelingen voor grammofoonplaten. Een toonregeling om enige aanpassing te vinden wat betreft de akoestiek van de standaard 31 kubieke meter inhoud van de huiskamer. In de hoop iets in te kunnen stellen wat overeen zou komen met de akoestiek van het concertgebouw. Zonder meer zinloos daar zelfs aan te denken. Maar ja hoe meer knoppen waar men aan kan draaien des te indrukwekkender is de versterker.

Laatst bezocht ik iemand die mij zijn nieuwe aanwinst wilde laten zien en horen. Het bedrag wat hij er voor had neer geteld durf ik niet eens hier op te schrijven. Er werd een plaat opgezet waarop een klassiek stuk muziek werd vertolkt. Het klonk eerlijk gezegd niet slecht. De man zei mij: “Hoe vind je die vioolsolo klinken?“ Waarop ik hem liet weten dat het een cello is waarop wordt gespeeld. De man keek verbaasd: “Een cello, is dat niet iets van een e-mailadres?" Ik kende het muziekstuk niet en vroeg hem waar staat het in? De man nu verbaasd “Hier in de kamer.“ Het was even stil ik luisterde aandachtig en merkte toen op het staat in G groot het is een compositie van Robert Schumann.

Wat de beleving van geluid betreft is het beter om de gehoorkromme aan te passen, het laag en hoog wordt omhooggehaald vanaf een vast punt, zijnde 350 Hertz zodat voor het gehoor het geluid wordt ontvangen op een rechtlijnige frequentiesterkte. Het effect is enorm, er werd gedemonstreerd met een opname van de Millers met zang van  Pia Beck, Sanny Day en Eddy Doornbos.

Een opname uit 1968 waarbij de zangeressen nog duidelijk en verstaanbaar zingen en de muziek nog harmonisch genoemd mag worden. Een genot om naar te luisteren, beter dan wat we tegenwoordig vaak voorgeschoteld krijgen, vrijwel constant één akkoord op een slecht gestemde gitaar ondersteunt door wild getrommel op een drumstel waarbij een zangeres boven het lawaai probeert uit te komen, wat nauwelijks lukt en daarbij ook nog in een andere toonaard zingt. Ach het is bij elkaar genomen nog niet eens gemakkelijk om dat zo te brengen, dus toch nog een hele kunst.

Hoe werkt dat loudness-control, was gelijk de vraag.  Een condensator van 0,02 uF (bij een kantelpunt van 400 Hertz is de schijnbare weerstand 1/WC = 20000 Ohm) in serie met een weerstand van 20000 Ohm zorgen samen voor een veranderlijke potentiometer. Bij een lagere frequentie, stijgt de schijnbare weerstand van de condensator. Voor het hoog wordt een extra condensator van 2000 pF bijgeschakeld. Erg simpel maar verassend effectief.

Het schema is erg eenvoudig het effect daarentegen is overweldigend. Met een schakelaar te bedienen. Iedereen veerde verbaasd op bij het omschakelen en de muziek die nu totaal ruimtelijk te beluisteren was, het klonk alsof de muzikanten lijfelijk aanwezig waren. Slechts één Amerikaanse 20 Watt Utah luidspreker in een open cabinet, een type vergelijkbaar met een Philips 5200.

Er zijn mensen die liever luidsprekers zien met een rubberen conusophanging die zonder doek staan te zwabberen. Dat zijn geen bewegingen van lage tonen maar ongecontroleerde resonantieslingeringen van de conus. Een lage toon van 32 Hertz kan je niet  zulke grote bewegingen zien maken,  daar is ons oog te traag voor, denk aan de bewegend filmbeelden. Juist dat fladderen van de conus is niet aan te bevelen voor een zuiver en correct geluid. Vandaar dat luidsprekers met een strakke conus de voorkeur verdienen.

Na nog een demonstratie via een blokgolfgenerator waarbij op een scoop te zien is de werking van de toonregeling en de loudness-control werd het tijd de voordracht te eindigen. Opmerkelijk de grote belangstelling voor de versterker. Reden om de deze te openen aan de bovenzijde zodat men het inwendige kon bewonderen. Onbegrijpelijk voor velen dat met zo weinig onderdelen een hoogstaande kwaliteit is te bereiken.

De voorversterkers zijn ingegoten in plastic bakjes zodat voor storing snel een compleet deel van de versterker door vier draadjes los te solderen een versterkerdeel vervangen kan worden, ingeval van een defect. Opvallend de ringkerntrafo het gelijkrichtblok en de eindtorren op de achterplaat gemonteerd. Nog lang werd er door de aanwezigen onderling gesproken over het apparaat. Wat wonderlijk de mat zwarte kast. De normale productie was voorzien van een met kunstleer overtrokken kast.

Deze versterker is speciaal voor de lezing met de oude voorraad onderdelen in elkaar gezet en is de kast matzwart gespoten. Zelden is er zo lang nog nagesproken onder elkaar over deze demonstratie. Een meer uitgebreide beschrijving is te vinden in ons radiocafé met vele foto’s van 18 november 2014, met dit verschil dat deze nu meegebrachte versterker voorzien is van een krachtige ringkerntrafo. Nee geen stereo, wie dat wil moet er twee kopen. De handelaar zal daar blij mee zijn. Nog even een opmerking voor de moderne technici 31 is binair 11111.

Piet van Schagen PA3HDY 
Muziekhandel Peter Johanzen.