Superheterodyne: verschil tussen versies

In de tijd voor de toepassing van heterodyne werd de afstemming van een zogenaamde [[Kristalontvanger|rechtuitontvanger]] verzorgd door een enkelvoudige [[afstemkring]]. De [[selectiviteit]] van een radio met een dergelijke schakeling is echter gering, waardoor het met de toenemende drukte in de [[ether (media)|ether]] steeds moeilijker werd de verschillende [[zender]]s goed van elkaar te scheiden.

De selectiviteit werd verbeterd door toepassing van terugkoppeling, maar het probleem bleef. In ieder geval was de selectiviteit sterk afhankelijk van de ontvangstfrequentie. Bovendien gingen dergelijke radio's nogal eens als zender fungeren, waardoor het in die tijd bekende verschijnsel van de [[Mexicaanse hond]] optrad, een [[geluid]] als het gehuil van een [[hond]] ten gevolge van [[interferentie (natuurkunde)|interferentie]] tussen twee [[radiostation]]s.

Stel dat een zender uitzendt op 1008  kHz met een bandbreedte van 10  kHz, dan loopt het [[frequentiespectrum|spectrum]] van de zender van 1003  kHz tot 1013  kHz. Daarnaast zitten andere zenders. Om storing door andere zenders te verhinderen moet een filter gebruikt worden dat alleen de frequenties tussen 1003 en 1013 doorlaat.

In een superheterodyne ontvanger bevindt zich een [[mengtrap]]. Deze wordt gestuurd uit een [[oscillator (elektronica)|oscillator]] waarvan de frequentie verandert met de afstemming. De oscillator wordt bijvoorbeeld afgestemd op 1463  kHz. Deze frequentie wordt gemengd met het signaal dat van de antenne komt, waardoor (onder andere) een verschilfrequentie ontstaat. In ons voorbeeld komt er op de uitgang van de mengtrap 1463  kHz - 1008  kHz = 455  kHz te staan. Deze frequentie heet de middenfrequentie. Als er vervolgens afgestemd wordt op een ander station, hoeft alleen de oscillatorfrequentie veranderd te worden om weer op 455  kHz uit te komen. Op deze vaste middenfrequentie zijn goede filters te maken, die niet meer verstemd hoeven te worden. Deze filters kunnen veel beter zijn dan een rij filters die afgestemd moeten worden. Bovendien verandert de bandbreedte niet meer met de afstemming.

Als de oscillatorfrequentie 1463  kHz is, ontvangt de ontvanger niet alleen 1463 - 455 = 1008  kHz, maar ook 1463 + 455 = 1918  kHz, want 1918  kHz - 1463  kHz is eveneens de middenfrequentie 455  kHz. Deze frequentie heet de [[spiegelfrequentie]]. Om te verhinderen dat ook deze frequentie wordt ontvangen, moet het antennesignaal niet zonder meer in de mengtrap worden toegelaten. Eerst moeten de frequenties rondom 1008  kHz worden uitgefilterd ([[spiegelonderdrukking]]). Dit hoeft echter lang niet zo nauwkeurig te gebeuren als bij de vroegere rechtuit-ontvangers. Deze 'voorafstemming' of pre-selectie wordt gelijktijdig met de verstemming van de oscillator uitgevoerd.

Draait men aan de afstemknop, dan wordt de instelling van de eerste twee veranderd.

In een superheterodyne wordt een goede selectiviteit verkregen door smallebandfilters die zijn afgestemd op een vaste frequentie, de middenfrequentie. Standaard is deze middenfrequentie voor AM-ontvangers 455  kHz en voor FM-ontvangers 10,7  MHz. Elk ontvangen radiosignaal wordt gemengd met een lokaal opgewekt sinusvormig signaal dat precies de middenfrequentie hoger is dan de frequentie van het signaal dat men wenst te ontvangen. Opwekking en menging vond plaats in speciaal voor dit doel ontwikkelde [[Mengbuis|mengbuizen]], combinaties van een [[triode]] met een [[hexode]] of [[heptode]], radiobuizen met respectievelijk vier en vijf roosters. Door heterodyne ontstaat een signaal met de middenfrequentie als verschilfrequentie. Dit signaal wordt verder versterkt en bewerkt. Andere signalen worden weggefilterd.

Wenst men een zender met een hoge frequentie te ontvangen, bijvoorbeeld een kortegolfzender, dan ontstaat er een nieuw probleem. De zender heeft bijvoorbeeld een frequentie van 30.000  kHz met een bandbreedte van slechts 5  kHz. Als weer een middenfrequentie van 455  kHz wordt gekozen, komt de oscillator op 30.455  kHz uit en dus de spiegelfrequentie op 30.900  kHz. Dat is relatief gezien zeer dichtbij. Om daarvoor een preselector te maken die deze spiegel voldoende kan onderdrukken, moet een preselector met veel meelopende kringen gemaakt worden.

Er zal dus een hogere middenfrequentie gekozen moeten worden om de spiegelfrequentie verder weg te leggen. Als daar bijvoorbeeld 5000  kHz voor wordt gekozen, dan komt de spiegel op 40.000  kHz te liggen.

Echter, een middenfrequentfilter op 5000  kHz kan weer niet zo mooi smal gemaakt worden als een op 455  kHz. De oplossing is nu: bouw achter de (eerste) middenfrequenteenheid op 5000  kHz nog een mengtrap met een vaste oscillator op 5445  kHz om op 455  kHz uit te komen. Daar kan dan de nodige selectiviteit bewerkstelligd worden.

Om helemaal van het afstemmen van de preselector af te zijn, worden zelfs zeer hoge middenfrequenties toegepast. Gedacht moet worden aan 48.000  kHz en hoger. De oscillator wordt daarbij elektronisch afgestemd met een capaciteitsdiode. Alle mechanische delen zijn verdwenen. Het nadeel van het afschaffen van de preselector aan de ingang is dat de mengtrap alle signalen van het ontvangstspectrum aangeboden krijgt, waardoor de kans op problemen door [[intermodulatie]] en [[kruismodulatie]] toeneemt.

Verder wekt de zogenoemde lokale oscillator een signaal op met een frequentie gelijk aan de som van de frequentie van de te ontvangen zender en de middenfrequentue van 455  kHz voor AM-omroepontvangers en 10,7  MHz voor de FM-omroepband. Tot het begin van de jaren zeventig van de vorige eeuw werd voor de afstemming vrijwel altijd gebruikgemaakt van een [[afstemcondensator]] die ten minste twee secties heeft: de ene voor de oscillator en de andere voor het preselectiefilter. Zowel de oscillatorfrequentie als de doorlaatband van het preselectiefilter worden bepaald door de resonantiefrequentie van een [[LC-circuit|LC kring]] van een van de secties van de afstemcondensator en een spoel. De afstemcondensator en rest van de schakelingen zijn zo geconstrueerd dat de doorlaatband van het filter en de oscillatorfrequentie zo goed mogelijk een vast verschil houden van de middenfrequentie.

Televisieontvangers werken ook met superheterodyne. Daar wordt een middenfrequentie van circa 40  MHz toegepast. Een aparte mengtrap filtert daarbij het audiosignaal uit. Afstemming voor de VHF-band (kanaal 2-12) in televisieontvangers vond vroeger plaats met een kanalenkiezer. Die bevatte twee secties met een set van elk elf spoelen, een set voor het preselectiefilter en een set voor de oscillator. De UHF-tuners hadden afstemcondensatoren.