Verslagen Radiocafé

Verslag 5 mei: Negadyne en negatieve weerstand

Dit keer meegebracht de Negadyne ontvanger, welke al eerder in het spreekuur TC is besproken, terug te vinden op de pagina van de technische commissie. Dit keer wilde ik bespreken het fenomeen de negatieve weerstand en dit eenvoudige toestel is daar een prachtig voorbeeld van.

Wat is een negatieve weerstand? Als voorbeeld werd de tunneldiode besproken. Deze wordt ook wel de Esaki-diode genoemd, naar de Japanner die deze heeft uitgevonden. Bekijken we de Id-Vd karakteristiek van de tunneldiode in figuur 1, dan zien we dat deze nogal afwijkt van de karakteristiek die we van een gewone diode kennen. Vooral in het doorlaatgebied, het kwadrant rechtsboven, zien we een merkwaardig verloop en het is dit verloop, dat voor de bijzondere werking als tunneldiode verantwoordelijk is.


Figuur 1

In het gearceerde gedeelte van de karakteristiek dat met II is aangeduid, neemt de diode stroom af als de aangelegde spanning toeneemt. Wanneer we het werkpunt van de diode, in dit deel van de karakteristiek, kiezen door het aanleggen van de benodigde gelijkspanning dan zal, indien we aan de diode tevens een wisselstroom toevoeren, deze wisselspanning een negatieve weerstand ontmoeten. Wordt de momentele spanning groter, dan daalt tegelijkertijd de stroom. Terwijl deze weer stijgt als de spanning lager wordt. Dus juist andersom dan bij een normale weerstand.

Nu is het niet zo eenvoudig te begrijpen wat een negatieve weerstand nu eigenlijk is. De invloed van een negatieve weerstand in een schakeling kan het best worden beschreven door hem parallel te schakelen aan een normale weerstand en dan te berekenen wat de vervangingsweerstand is.

Als voorbeeld een gewone weerstand van 100 kΩ en schakelen parallel aan achtereenvolgens de weerstanden 200 kΩ, 50 kΩ,  - 200 kΩ en - 50 kΩ (zie in figuur 2 de berekening). Uit de antwoorden zien we dat als de negatieve weerstand groter is dan de normale weerstand dat de vervangingsweerstand groter wordt. Is de negatieve weerstand kleiner in waarde dan blijft de vervangingsweerstand negatief.


Figuur 2

Een parallelkring is niet alleen een spoel en condensator, maar ook ohmse spoelweerstand telt mee en die kunnen wij parallel denken aan deze kring. De kwaliteit van de kring is afhankelijk van deze weerstand Q= WL gedeeld door R. Wordt de kring ook nog belast door een buis of transistor, dan is deze belasting als een parallelweerstand aan de kring te zien. De totale waarde van van R daalt dan en daarmee ook de Q-factor. Indien we echter een “negatieve weerstand” er aan parallel schakelen, dan blijkt dat we de totale weerstand kunnen vergroten. De Q-factor stijgt en we krijgen als de kring deel uitmaakt van een MF- of HF-versterker een vergroting van versterking en selectiviteit. De kring wordt dus ontdempt!

De waarde van de negatieve weerstand kan zelfs zo groot worden dat de parallel weerstand oneindig groot wordt. De spoel ondervindt dan geen demping. Wordt in zo'n kring energie gebracht, bijvoorbeeld door een inschakelpuls dan ontstaat er een ongedempte trilling en hebben we dus een oscillator.


Figuur 3

In figuur 3 zien we een toepassing van de tunneldiode in een kring wordt hier door de tunneldiode ontdempt. Het werkpunt wordt ingesteld met de regelbare weerstand van 10 en hiermee tevens versterking en bandbreedte. Ook de negadyne werkt volgens dit principe. De lamp is als detector geschakeld en het eerste rooster is direct met de spoel verbonden. De onderzijde van de spoel is verbonden met de positieve spanning van de 12 volts accu. Het eerste rooster krijgt dus via de spoel een positieve spanning. Er zal vanuit de gloeidraad een gelijkstroom gaan lopen door de spoel.

Wordt het tweede rooster positief gestuurd, dan zal er een groter deel van de elektronen naar de plaat getrokken worden en de elektronenstroom verminderen van het eerste rooster. Vervangen we de spoel in gedachte door een weerstand dan zien we dat de stroom welke via het eerste rooster loopt kleiner wordt en de spanningsval over de weerstand ook minder wordt. Trekken we deze spanningsval af van de 12 volts voeding dan zien we dat de spanning op het eerste rooster hoger wordt. De stroom van het eerste rooster daalt en de spanning stijgt en wordt de stroom daarentegen groter dan daalt de spanning, ook hier duidelijk tegengesteld aan een normale weerstand.

Deze negatieve weerstand staat nu parallel aan de inwendige ohmse weerstand van de spoel. Tevens zien we dat beide roosters in gelijke fase zijn. Wordt het stuurrooster positief dan wordt ook het ruimteladingsrooster positiever. We kunnen de juiste instelling vinden door de gloeispanning te regelen en hiermee de inwendige weerstand van de lamp. Dus ook de inwendige weerstand tussen het eerste rooster en gloeidraad die in serie staat met de ohmse weerstand van de spoel . Wordt de spoel geheel ontdempt dan zal de schakeling gaan oscilleren. Een reeds door Numans beschreven voordeel in 1925, dat slechts één spoel nodig is om een oscillator te bouwen. Bekend is dan ook de Numans Roosenstein generator. Uitgebreid is de werking van dit toestel terug te vinden op de NVHR-site bij de spreekuur verslagen.

Natuurlijk waren de aanwezigen nu niet direct overtuigd nu een daverende ontvangst van vele radio stations te horen. Eerdere demonstraties met technisch hoog opgevoerde ontvangers liepen vaak uit op teleurstellende ontvangst resultaten. Het gebouw is geheel uit staal opgetrokken en te vergelijken met een kooi van Faraday. De antenne, laag over het metalen dak gespannen werkt ook niet erg mee. Met een speciaal ontworpen en uitgekiende supergevoelige ontvanger lukt het om toch aardig wat stations te ontvangen, maar gewone radio's laten het afweten en laten slechts radio 10 horen.

Dus wat te verwachten van een toestel met een overjarige A441 met een steilheid van slechts 0,3 mA/V en nauwelijks enige versterking als de gloeistroom ook nog wordt teruggedraaid. Daarbij de ontvanger wordt in oscilleren gebracht, detectie is dan onmogelijk. Een grote lekweerstand van 5,6 MΩ zorgt er voor dat de oscillator door oplopende negatieve roosterspanning 15000 keer per seconden afslaat en op die momenten is er even detectie mogelijk. Ja, dan verwacht je toch nauwelijks ontvangst.

De ontvanger werd aangesloten op een Philips Signal tracer type GM 7628/01 want om nu met een lang snoer een hoofdtelefoon rond te laten gaan is ondoenlijk en zo kan iedereen gelijktijdig luisteren. Men was benieuwd of er iets uit het luidsprekertje te horen zou zijn, maar veel vertrouwen had men er zichtbaar niet in. Echter met een hoop gefluit en wat moeizaam afregelen werden duidelijk en luid vele en ook verre buitenlandse stations hoorbaar.

Ongelooflijk en dat slechts met één honingraat spoel. Nou ja, wel een kwalitatieve Franse RAMO spoel uit Parijs van 50 windingen en met een Ducretet afstemcondensator. Een der aanwezigen meende dat met een ijzerkern spoel misschien nog wel meer stations ontvangen worden. Ik moest dit tegenspreken, spoelen met ijzerkernen hebben gemeten een hoge Q-factor omdat minder draad en windingen nodig zijn. Daarentegen is er energie nodig om het magnetisme in de ferrietkern te keren in de hoge ontvangstfrequentie, wat met het weinige draad eigenlijk al niet te doen is.

Het is met metingen bewezen tijdens onze BTTF lezingen door Geert (PA7ZEE) dat een ruw bewikkelde ordinaire kartonnen closetrol zeker een twee keer zo'n hoge Q-factor bezit dan een ijzerkern spoel van het type AMROH 402. Ook Schaeper schreef al in 1930 dat er niets beter is dan een goede luchtspoel en wist dan ook uitzonderlijke goede spoelen te fabriceren. Het enige voordeel van ijzerkernen is dat het spoeltje klein kan zijn en met behulp van de moderne buizen met hun hoge versterkingsfactor nog redelijk goed tot hun recht kunnen komen, maar toch nooit de kwaliteit van luchtspoelen kunnen benaderen.

Natuurlijk heb ik niet nagelaten een ferrietstaaf te voorzien van 75 windingen en gemonteerd op een spoelstekker. De honingraatspoel heb ik hiermee vervangen. De resultaten van ontvangst waren echter droevig en teleurstellend. Toch weer een duidelijk bewijs dat luchtspoelen te prefereren zijn.

Ondertussen waren er diverse aanwezigen met het toestelletje aan het spelen. Opmerkelijk de hoge kwaliteit van het geluid door de grote bandbreedte. Een Italiaans station brulde er uit en haastig werd de Signal-tracer een paar standen teruggedraaid zodat we nog elkaar tenminste nog konden verstaan.

Voor diegenen die zo'n toestelletje willen nabouwen, moet ik er op wijzen dat het geheel afgeschermd moet worden. Het houten kastje is dan ook van binnen voorzien van aluminium folie. De diverse foto's laten zien met welk een enthousiasme dit toestelletje bekeken en beluisterd werd. Allen waren er van overtuigd dat dit met weinig onderdelen samengesteld ontvangertje uit de jaren 1925 nu in deze tijd qua ontvangst niet onderdoet voor de hedendaagse moderne ontwerpen. Zelfs menige ontvanger in de schaduw stelt! Een toestelletje dat gemakkelijk is na te bouwen.

Op internet is er veel over terug te vinden, waaronder ook schakelingen met indirect verhitte buizen. Maar de echte Negadyne uit de oudheid van de radiotechniek is niet te overtreffen.

Er werd de rest van de avond onder het genot van de aanwezige drankjes en de nodige stukjes kaas en worst nog lang na gesproken over deze wonderlijke ontvanger.

Piet van Schagen.