Radio

Achtergrond

De radio ontvangt elektromagnetische golven uit de lucht die worden verzonden door een radiozender. Elektromagnetische golven zijn een combinatie van elektrische en magnetische velden die elkaar overlappen. De radio zet deze elektromagnetische golven, een signaal genoemd, om in geluiden die mensen kunnen horen.

Radio's zijn een onderdeel van het dagelijks leven. Ze worden niet alleen gebruikt om 's ochtends muziek af te spelen of als alarm, ze worden ook gebruikt in draadloze telefoons, mobiele telefoons, babyfoons, garagedeuropeners, speelgoed, satellieten en radar. Radio's spelen ook een belangrijke rol in de communicatie voor politie, brandweer, industrie en het leger. Hoewel er veel soorten radio's zijn - klok, auto, amateur (ham), stereo - bevatten ze allemaal dezelfde basiscomponenten.

Radio's zijn er in alle soorten en maten, van een kleine AM/FM "Walkman" tot een zeer geavanceerde, multi-mode transceiver waarbij zowel de zender als de ontvanger in één eenheid zijn gecombineerd. De meest gebruikelijke modi voor een radio-uitzending zijn AM (amplitudemodulatie) en FM (frequentiemodulatie). Andere modi die worden gebruikt door hamradio-operators, de industrie en het leger zijn CW (continue golf met morsecode), SSB (enkele zijband), digitale modi zoals telemetrie, radio-teletype en PSK (phase shift keying).

Geschiedenis

Guglielmo Marconi stuurde in december 1901 met succes het eerste radiobericht over de Atlantische Oceaan van Engeland naar Newfoundland. Marconi's radio ontving geen stem of muziek. In plaats daarvan ontving het zoemende geluiden die werden gecreëerd door een vonkbrugzender die een signaal verzendt met behulp van morsecode.

De radio kreeg zijn stem op kerstavond 1906. Terwijl tientallen scheeps- en amateurradio-operators luisterden naar de verkeersberichten van die avond, hoorden ze tot hun verbazing een mannenstem die "CQ, CQ" riep (wat betekent dat ik alle stations moet bellen, ik heb berichten) in plaats van de gebruikelijke dits en dahs van morsecode. Het bericht werd uitgezonden door professor Reginald Aubrey Fessenden vanaf een klein radiostation in Brant Rock, Massachusetts.

In de jaren 1904 tot 1914 onderging de radio vele verfijningen met de uitvinding van de diode- en triode-vacuümbuizen. Deze apparaten maakten een betere overdracht en ontvangst van spraak en muziek mogelijk. Ook tijdens deze periode werd de radio standaarduitrusting op schepen die de oceanen overstaken.

De radio werd volwassen tijdens de Eerste Wereldoorlog. Militaire leiders erkenden de waarde ervan voor de communicatie met de infanterie en schepen op zee. Tijdens de Eerste Wereldoorlog zijn er veel vorderingen gemaakt met de radio, waardoor deze krachtiger en compacter is geworden. In 1923 vond Edwin Armstrong de superhetrodyne radio uit. Het was een grote vooruitgang in de manier waarop een radio werkte. De basisprincipes die in de superhetrodyne-radio worden gebruikt, zijn nog steeds in gebruik.

Op 2 november 1920 ging het eerste commerciële radiostation in Pittsburgh, Pennsylvania in de lucht. Het was meteen een succes en het begin van de radiorevolutie die de 'Gouden Eeuw van de radio' wordt genoemd. De Gouden Eeuw van de radio duurde van het begin van de jaren twintig tot het einde van de jaren veertig, toen de televisie een heel nieuw tijdperk inluidde. Tijdens deze Gouden Eeuw evolueerde de radio van een eenvoudig apparaat in een omvangrijke doos naar een complex apparaat in prachtige houten kasten. Mensen verzamelden zich rond de radio en luisterden naar het laatste nieuws en hoorspelen. De radio nam een ​​vergelijkbare positie in als het huidige televisietoestel.

Op 30 juni 1948 werd de transistor met succes gedemonstreerd in Bell Laboratories. Dankzij de transistor konden radio's compact worden, waarbij de kleinste in een borstzak pasten. In 1959 ontvingen Jack Kilby en Robert Noyce het eerste patent voor de geïntegreerde schakeling. Het ruimteprogramma van de jaren zestig zou meer vooruitgang brengen in de geïntegreerde schakeling. Nu zou een radio in het frame van een bril passen of in een paar kleine stereo-oortelefoons. Tegenwoordig is de frequentieknop die op de kast is gedrukt, vervangen door lichtgevende dioden of LCD-schermen.

Grondstoffen

De radio van vandaag bestaat uit een antenne, printplaat, weerstanden, condensatoren, spoelen en transformatoren, transistors, geïntegreerde schakelingen en een luidspreker. Al deze onderdelen zijn ondergebracht in een kunststof koffer.

Een interne antenne bestaat uit geïsoleerde koperdraad met een kleine diameter die om een ​​ferrietkern is gewikkeld. Een externe antenne bestaat uit meerdere aluminium buizen die in elkaar schuiven.

De printplaat bestaat uit een met koper bekleed patroon dat op een fenolplaat is gecementeerd. Het koperpatroon is de bedrading van component naar component. Het vervangt de meeste bedrading die in eerdere radio's werd gebruikt.

Weerstanden beperken de stroom van elektriciteit. Ze bestaan ​​uit een koolstoffilm die is afgezet op een cilindrisch substraat, omhuld door een plastic (alkyd polyester) behuizing, met draadgeleiders van koper.

Condensatoren slaan een elektrische lading op en laten wisselstroom door een elektrisch circuit stromen, maar voorkomen dat gelijkstroom in hetzelfde circuit vloeit. Vaste condensatoren bestaan ​​uit twee verlengde elektroden van aluminiumfolie, geïsoleerd door polypropyleenfilm, gehuisvest in een plastic of keramische behuizing met koperdraad. Variabele condensatoren hebben een set vaste aluminium platen en een set roterende aluminium platen met een luchtisolator.

Spoelen en transformatoren vervullen vergelijkbare functies. Hun doel is om een ​​circuit te isoleren terwijl energie van het ene circuit naar het andere wordt overgebracht. Ze bestaan ​​uit twee of meer sets koperdraadspoelen die ofwel op een isolator zijn gewikkeld of naast elkaar zijn gemonteerd met lucht als isolator.

Transistors bestaan ​​uit germanium of silicium ingepakt in een metalen behuizing met koperdraad. De transistor regelt de stroom van elektriciteit in een circuit. Transistors vervingen vacuümbuizen die in eerdere radio's werden gebruikt.

De geïntegreerde schakeling herbergt duizenden weerstanden, condensatoren en transistors in een klein en compact pakket dat een chip wordt genoemd. Deze chip is ongeveer zo groot als de nagel van de pink. De chip is gemonteerd in een plastic behuizing met aluminium lipjes waarmee hij op een printplaat kan worden gemonteerd.

Ontwerp

Radio's bestaan ​​uit veel gespecialiseerde elektronische circuits die zijn ontworpen om specifieke taken uit te voeren:radiofrequentieversterker, mixer, variabele frequentieoscillator, middenfrequentieversterker, detector en audioversterker.

De radiofrequentieversterker is ontworpen om het signaal van een radiozender te versterken. De mixer neemt het radiosignaal en combineert het met een ander signaal dat wordt geproduceerd door de variabele frequentieoscillator van de radio om een ​​middenfrequentie te produceren. De variabele frequentie-oscillator is de afstemknop op de radio. De geproduceerde middenfrequentie wordt versterkt door de middenfrequentieversterker. Dit tussensignaal wordt naar de detector gestuurd die het radiosignaal omzet in een audiosignaal. De audioversterker versterkt het audiosignaal en stuurt het naar de speaker of koptelefoon.

Bij de eenvoudigste AM/FM-radio zijn al deze circuits op een enkele printplaat gemonteerd. De meeste van deze schakelingen kunnen in een enkele geïntegreerde schakeling worden ondergebracht. De volumeregeling (een variabele weerstand), afstemknop (een variabele condensator), luidspreker, antenne en batterijen kunnen op de printplaat of in de behuizing van de radio worden gemonteerd.

Het fabricageproces

Er is niet één proces voor het vervaardigen van een radio. Het fabricageproces is afhankelijk van het ontwerp en de complexiteit van de radio. Een voorbeeld van een standaard AM/FM-radio. De eenvoudigste radio heeft een enkele printplaat in een plastic behuizing. De meest complexe radio heeft veel printplaten of modules in een aluminium behuizing.

Fabrikanten kopen de basiscomponenten zoals weerstanden, condensatoren, transistors, geïntegreerde schakelingen, enz. Van verkopers en leveranciers. De printplaten, die meestal in eigendom zijn, kunnen in eigen huis worden vervaardigd. Vaak kopen fabrikanten complete radiomodules van een leverancier. De meeste productieprocessen worden uitgevoerd door robots. Deze omvatten de printplaten en montage van de componenten op de printplaat. Montage van de printplaat en bedieningselementen in de behuizing en sommige soldeerbewerkingen worden meestal met de hand gedaan.

1. De blanco printplaat bestaat uit een glazen epoxyhars met een dunne koperfilm die aan één of beide zijden is gecementeerd. Een lichtgevoelige fotoresistfilm wordt over de koperfilm geplaatst. Een masker dat de elektrische schakelingen bevat, wordt over de fotoresistfilm geplaatst. De fotoresistfilm wordt blootgesteld aan ultraviolet licht. Het fotoresist-beeld wordt ontwikkeld en brengt het beeld over op de koperfilm. De niet-belichte delen lossen op tijdens het etsen en vormen een print op het bord.
2. Op de daarvoor bestemde plaatsen op de printplaat worden gaten geboord om de componenten op te nemen. Vervolgens wordt het bord voorgesoldeerd door het in een bad met heet soldeer te dompelen.
3. Kleinere elektronische componenten zoals weerstanden, condensatoren, transistors, geïntegreerde schakelingen en spoelen worden in de daarvoor bestemde gaten op de printplaat geïnstalleerd en op de printplaat gesoldeerd. Deze bewerkingen kunnen met de hand of door robots worden uitgevoerd.
4. Grotere componenten zoals een transformator, luidspreker en antenne worden op de printplaat of kast gemonteerd met schroeven of metalen veerlipjes.
5. De behuizing waarin de radio zich bevindt, kan van plastic of aluminium zijn gemaakt. Plastic koffers zijn gemaakt van pellets die worden gesmolten en in een mal worden gespoten. Aluminium koffers worden door een metalen pers in vorm geperst uit aluminiumplaat.
6. Externe componenten die niet op de printplaat zijn gemonteerd, kunnen de antenne, luidspreker, transformator, volume- en frequentieregelaars zijn die in de behuizing zijn gemonteerd met schroeven, klinknagels of plastic drukkers. De printplaat wordt vervolgens met schroeven of snaps in de behuizing gemonteerd. De externe componenten zijn verbonden en gesoldeerd aan de printplaat met geïsoleerde draden van koper en plastic isolatie.

Kwaliteitscontrole

Aangezien de meeste componenten of een radio worden vervaardigd door gespecialiseerde leveranciers, moet de fabrikant van de radio erop vertrouwen dat deze leveranciers kwaliteitsonderdelen produceren. De radiofabrikant zal echter willekeurige monsters nemen van elk ontvangen onderdeel en deze inspecteren/testen om er zeker van te zijn dat ze aan de vereiste specificaties voldoen.

Willekeurige monsters van de uiteindelijke radio-assemblage worden ook geïnspecteerd om de kwaliteit te waarborgen. De gehele unit wordt geïnspecteerd op gebreken, zowel fysiek als elektrisch. De radio wordt afgespeeld om ervoor te zorgen dat hij radiofrequenties kan selecteren die hij moet ontvangen en dat de audio-uitvoer binnen de specificaties valt.

Bijproducten/afval

Het huidige milieubewustzijn schrijft voor dat al het afval op de juiste manier moet worden verwijderd. De meeste bijproducten van de constructie van een radio kunnen worden teruggewonnen. De etsoplossingen die bij de fabricage van printplaten worden gebruikt, worden naar chemische reclamatiecentra gestuurd. Restanten van de snoeren van elektronische componenten worden naar centra voor de terugwinning van metaalafval gestuurd, waar ze worden gesmolten om nieuwe producten te maken.

De Toekomst

Radio's worden gecombineerd met computers om de computer via satellieten met internet te verbinden. Uiteindelijk zullen radio's overgaan van analoge naar digitale uitzendingen. Analoge signalen zijn onderhevig aan vervaging en interferentie, digitale signalen niet. Ze kunnen geluid van hoge kwaliteit produceren zoals op een cd.

Digitale radio's kunnen worden geprogrammeerd voor specifieke stations, soorten muziek, nieuws, enz. Uiteindelijk zullen radio's minicomputers hebben ingebouwd om geluiden in numerieke patronen "cijfers" te verwerken in plaats van een analoge golfvorm. Hiermee kunnen luisteraars hun radio's programmeren voor favoriete radiostations, muziektype, aandelenkoersen, verkeersinformatie en nog veel meer.

Waar meer te leren

Boeken

Carter, Alden R. Radio van Marconi tot het ruimtetijdperk. New York:Franklin Watts, 1987.

Floyd, Thomas L. Grondbeginselen van elektrische schakelingen. Columbus:Merrill Publishing Company, 1987.

De Amerikaanse Radio Relay League. Het ARRL-handboek voor radioamateurs. Newington, CT:ARRL, 1996.

Overige

Webpagina van Canadian Broadcasting Company. "De toekomst van digitale radio.:december 2001. .

UC Berkley-webpagina. december 2001. .

Ernst S. Sibberson