\section{Inleiding}
\label{inleiding}

\subsection{Opdrachtomschrijving}

Dit verslag handelt over een afsluitend project voor de minor
elektrotechniek. Er waren
verschillende opdrachten. Alle opdrachten sluiten aan op de vakken die gevolgd
zijn voor de minor: netwerkanalyse, elektronische basisschakelingen en
elektronische functies. De opdracht waar wij voor hebben gekozen is het
ontwerpen van een ontvanger voor AM-radio.

De eisen aan het ontwerp zijn als volgt.
\begin{pitem}
\item Goede afstembaarheid;
\item Goede gevoeligheid;
\item Goede selectiviteit;
\item Goede versterking;
\item Laag vermogensgebruik;
\item Heeft een audio-uitgang.
\end{pitem}

\subsection{Beknopte geschiedenis van de radio}

Radiogolven hebben de eigenschap dat er geen medium voor nodig is. Het
kan zich zelfs door vacu\"um voortplanten. Dit maakt draadloze communicatie
mogelijk. Radiogolven worden gebruikt om audio door de lucht te versturen,
maar ook voor talloze andere draadloze technologie\"en, zoals mobiele telefonie,
televisie, radar, radiografische besturing en GPS. Radiogolven zijn niet meer uit ons
leven weg te denken.

Wat betekent radio eigenlijk? Het begrip radio wordt gebruikt voor allerlei technologie\"en die
gebaseerd zijn op radiogolven. Radiogolven zijn een vorm van elektromagnetische
straling met een frequentie van tussen enkele tientallen hertz tot enkele
gigahertz. Alleen de frequentie onderscheidt het van gammastralen,
r\"ontgenstralen, infrarood, ultraviolet en zichtbaar licht.
\footnote{Niet alle soorten
straling is elektromagnetisch van aard. Radioactieve straling is het
niet. Dit is een voorbeeld van een ander gebruik van het begrip radio. Hier
wordt er niets anders dan ''straling'' mee bedoeld.}
Wat we vaak met radio
bedoelen is een radiotoestel, een ontvanger om radiozenders mee te beluisteren.
Deze toepassing van radiogolven (audio) is waar we ons op richten in dit project.

Over de oorsprong van het woord op zich bestaat enige onduidelijkheid.
E\'en verklaring is dat het een Engelse afkorting is voor
''radiation and detection in order''. Het is (zeer) onwaarschijnlijk dat dit de
werkelijke etymologie is. Meer waarschijnlijk komt het uit het Latijn.
De naam werd voor het eerst voorgesteld op de eerste
internationale conferentie voor draadloze telegrafie, gehouden in augustus 1903
te Berlijn. Het voorstel kwam van de Duitse delegatie, die wilde voorkomen dat
het ''Marconi-telegrafie'' zou gaan heten.
Maar waar haalden zij het begrip radio vandaan?
De eerste verklaring is dat het komt van het Latijnse werkwoord
radiare, (uit)stralen. De eerste persoon enkelvoud hiervan is radio. Radio zou
dan ''ik straal (uit)'' betekenen. Er zijn meer woorden op deze manier zijn gevormd:
video betekent ''ik zie'' en
audio ''ik hoor''. De meest waarschijnlijke verklaring is echter dat het
niet van het werkwoord radiare is afgeleid, maar van het zelfstandige naamwoord radius,
straal of uitstraling. Radio is de vijfde naamval hiervan, de ablativus.
%wat ''met'' of ''door'' aangeeft.
Radio betekent dan ''met/door (uit)straling''. Radio werd in
deze zin al aan het begin van de 20e eeuw gebruikt in woorden als
radioactiviteit.
%\cite{bib:stuiver}

De theoretische basis van elektromagnetisme werd in 1864 gelegd door de 
Schotse natuurkundige James Clerk Maxwell. Zijn vier vergelijkingen staan 
bekend als de Maxwell-vergelijkingen. Ze maken duidelijk dat elektrische
en magnetische velden niet los van elkaar staan, maar samen bestaan.
De Duitse natuurkundige Heinrich Rudolf Hertz was in 1886 de eerste die in een
experiment elektromagnetische golven heeft gecre\"eerd. Zonder Maxwell en
Hertz was de basis voor de radio er niet, maar zij hebben de radio niet
uitgevonden. Dat zou de eeuw erop gebeuren.

Wie de uitvinder van de radio is, is enigszins controversieel.
Veelal worden Marconi en Tesla genoemd.
In 1893 demonstreerde de Amerikaan Nikola Tesla draadloze
communicatie m.b.v. radiogolven in St. Louis, Missouri. In artikelen 
beschreef hij zijn radioapparatuur. In 1895 lukte het de
Italiaanse uitvinder Guglielmo Marconi om een radioverbinding over enkele
kilometers te maken. Het is lastig te zeggen wiens werk het belangrijkste
is geweest. De radio zoals we die nu kennen is het product van het werk
van vele personen. Marconi heeft zeker veel betekend voor het commerci\"ele
succes van de radio.
In 1897 is er voor het eerst sprake van een radiostation. In november van dat
jaar wordt het eerste Marconi-station opgestart bij Wight aan de Engelse kust.
Onder leiding van Marconi worden in de jaren daarop steeds grotere afstanden
overbrugd. In 1899 is er een radioverbinding over het Kanaal tussen Engeland
en Frankrijk, in 1901 is de eerste transatlantische radioverbinding tussen
Groot-Brittanni\"e en Newfoundland een feit.

In de vroege dagen van de radio werden alleen morsecodesignalen uitgezonden.
Door de uitvinding van de triodebuis in 1906 werd het mogelijk geluid te
versturen.
De triodebuis wordt ook wel audion, elektronenbuis of vacu\"umbuis genoemd
en is gebaseerd op de gloeilamp. Met de vacu\"umbuis
konden radiosignalen worden gedetecteerd en versterkt. Echt goed werkte het
oorspronkelijke ontwerp niet. Het zou tot 1912 duren voordat de vacu\"umbuis
voldoende was verbeterd om in radioapparatuur gebruikt te kunnen worden. In de
jaren 1930 was een radiotoestel een normaal onderdeel van elk huishouden geworden.
Praktische problemen met triodebuizen zijn dat ze vaak onbetrouwbaar en
langzaam zijn, veel warmte produceren en veel energie verbruiken. Er werd
gezocht naar een andere oplossing. In 1947 was deze gevonden in de vorm van de
transistor. Het zou daarna tot de jaren 1960 duren voordat de transistorradio's 
echt opkwamen.

Er zijn twee hoofdvormen van modulatie die gebruikt worden voor radio: AM
(amplitudemodulatie) en FM (frequentiemodulatie). Hedendaagse radiotoestellen
kunnen beide ontvangen en demoduleren. AM is het oudste en eenvoudigste. FM
werd in 1933 uitgevonden door Edwin Armstrong. Bij beide wordt het
audiosignaal gecombineerd met een draaggolf. De variaties in de amplitude van
de golf vormen het oorspronkelijke audiosignaal bij AM. Bij FM varieert de frequentie
van de golf. Deze variatie in frequentie is de informatiedrager bij FM. Een
nadeel van FM is dat een FM-zender meer bandbreedte inneemt. Belangrijke
voordelen zijn dat je veel minder last hebt van ruis (veroorzaakt door o.a.
elektriciteit in de atmosfeer) en dat de geluidskwaliteit superieur is. AM
wordt tegenwoordig vooral gebruikt voor zenders waarop voornamelijk gepraat 
wordt, zoals nieuws-, sport- en praatzenders.

Een andere belangrijke uitvinding was de superheterodyneontvanger.
Over het algemeen wordt de uitvinding toegeschreven aan Armstrong (in 1918).
Anderen hebben in dezelfde tijd, grotendeels onafhankelijk, een
gelijksoortig ontwerp gemaakt: de Fransman Lucien L\'evy en de Duitser
Walter Schottky.
De superhet, zoals het veelal afgekort wordt, heeft de TRF-ontvangers 
(Tuned Radio Frequency) vervangen. Bij een TRF-ontvanger wordt het ontvangen
radiosignaal gedemoduleerd op de frequentie waarmee het op de antenne binnenkomt.
Dit is het enige type radio dat er v\'o\'or de superhet bestond en het 
had grote nadelen op het gebied van afstembaarheid en selectiviteit. Om een 
bruikbare selectiviteit over een breed ontvangstbereik te behalen was vaak een
grote serie filtertrappen nodig. Bovendien moesten al deze trappen tegelijk
op dezelfde frequentie afgestemd worden, wat de afstembaarheid niet ten goede 
kwam. 

Reginald Fessenden had (in 1901) bedacht dat het principe van heterodyne
toe te passen is op radioapparatuur. De term heterodyne had hij zelf bedacht en
komt van het Griekse heteros (andere/anders) en dynamis (kracht). Heterodyne
slaat op het interferentieverschijnsel dat ontstaan als twee golven met een 
andere frequentie op elkaar worden gesuperponeerd. Er ontstaan daarbij
nieuwe frequenties: de som van beide frequenties en het verschil. Dit
verschijnsel was algemeen bekend en werd (en wordt nog steeds) o.a. gebruikt 
voor het stemmen van piano's. Het toepassen ervan op radioapparatuur was echter nieuw.
Het idee van Fessenden was dat het inkomende radiosignaal gemixt kan worden
met een lokaal gegenereerde golf met een net iets andere golflengte.
Stel bijvoorbeeld dat een radiozender een frequentie van 101~kHz heeft
en dit wordt gemixt met een signaal van 100~kHz. Er ontstaat dan een signaal
met een frequentie van 1~kHz, wat hoorbaar is. Het idee kon in die tijd
nog niet goed worden verwezenlijkt, vanwege het ontbreken van een effectieve,
goedkope oplossing om een lokale oscillator te maken (nodig voor het genereren
van de lokale golf). Door de uitvinding van de vacu\"umbuis kwamen er tijdens de
Eerste Wereldoorlog functionele heterodyneontvangers.

In een superhet wordt hetzelfde principe op een andere manier gebruikt. 
De essentie van het ontwerp is dat een hoogfrequent signaal (de inkomende
radiogolf) wordt geconverteerd naar een vaste lagere frequentie, de IF (intermediate
frequency). Dit kan bereikt worden door het inkomende signaal te mixen
met dat van een lokale oscillator. (De super in superheterodyne staat voor
supersonisch en slaat op het feit dat de IF boven de hoorbare frequenties ligt.)
Dit ontwerp biedt verschillende voordelen t.o.v. TRF-ontvangers, vooral op het
gebied van de eerder genoemde afstembaarheid en selectiviteit. Meer hierover 
komt in hoofdstuk~\ref{analyse}.
