5 vwo hoofdstuk 7 7.5 en 7.6

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

iiii

5 vwo 

Hoofdstuk 7: Muziek en telecommunicatie

7.5 en 7.6

Vragen over het huiswerk?

60, 61, 62, 63, 64,

73, 74, 75, 76, 77

7.5: telecommunicatie en golven

• Radiogolven planten zich voort met de lichtsnelheid, maar hebben wel een veel grotere golflengte dan licht.
• voor telecommunicatie worden golflengtes gebruikt van ongeveer 1 cm tot 1 km, minstens 10⁴ keer zo lang als de golflengte van licht.

Golflengte en frequentie

c = lichtsnelheid in m/s

f = frequentie in Hz

    = golflengte in m

λ

c=λ⋅f

Zendantenne

• Een zendantenne voor radiogolven bestaat uit een metalen staaf die is aangesloten op een hoogfrequente wisselspanningsbron.
• In de staaf loopt een elektrische stroom heen-en-weer met zeer hoge frequentie. 
• Er is geen elektrische kring, de stroom kan niet rondlopen.
• De verdichtingen en verdunningen van de elektronen in de staaf lopen als een golf door de antenne en weerkaatsen tegen de losse uiteinden.

Zendantenne

• Als de frequentie van de spanningsbron ongeveer past bij de lengte van de staaf, ontstaat een staande golf van trillende elektronen in de antenne. 
• In de antenne is dit een longitudinale staande golf van elektronen. 
• De antenne zendt nu lopende transversale radiogolven uit, die zich met de lichtsnelheid uitbreiden vanaf de antenne. 
• Deze radiogolven zijn de draaggolven voor de informatie die moet worden verzonden. 

Ontvangstantenne

• Is hetzelfde als een zendantenne, maar nu met een elektronische versterker in plaats van een spanningsbron. 
• De radiogolven die van de zendantenne komen, laten de elektronen in de ontvangstantenne meetrillen, als de lengte van de ontvangstantenne ongeveer past bij de golflengte van de radiogolven.

Ontvangstantenne

• Er treedt dezelfde wisselspanning op als over de zendantenne, maar wel met een veel kleinere amplitude. 
• Een versterker versterkt het ontvangen signaal, dat daarna verder verwerkt wordt.
• Radiogolven zorgen voor staande golven in de ontvangstantenne als die een lengte heeft tussen ¼ en ½ 
• De radiogolven voor mobiele telefonie hebben een golflengte van ongeveer 10 tot 30 cm, de antenne van je mobiel hoeft dus maar maximaal 10 cm lang te zijn. 

λ

Draaggolven

• Een radiozender heeft een eigen zendfrequentie met bijbehorende golflengte waarop je afstemt. 
• De radiogolven zijn de draaggolven van de spraak of de muziek en hebben een frequentie die veel groter is dan de frequentie van de spraak of muziek. 
• Het eigenlijke signaal, bijvoorbeeld de toon, wordt gebruikt om de amplitude (AM) of de frequentie (FM) van de draaggolf te moduleren. 
• De ontvanger haalt het oorspronkelijke signaal weer uit de draaggolf

Draaggolf

Er zijn twee redenen waarom radio gebruik maakt van draaggolven:

1. Zenden met een geluidsfrequentie kan niet, de antennes zouden onmogelijk lang zijn en het signaal veel te zwak
2. Iedere zender heeft zijn eigen zendfrequentie van de draaggolf, zodat ontvangstapparatuur daarop kan afstemmen. 

AM-golven en FM-golven

(de)moduleren

• Amplitude modulatie = AM= de draaggolf heeft een vaste frequentie, maar de amplitude varieert. 
• De trilling van de amplitude is het eigenlijke signaal, bijvoorbeeld een toon
• Voordeel: het bereik is groot
• Nadeel: gevoelig voor storing door andere radiobronnen en het optreden van ruis

AM-golven en FM-golven

(de)moduleren

• Frequentie modulatie = FM= de frequentie van de draaggolf is bij frequentiemodulatie niet constant, maar varieert binnen een bepaald gebied om de zendfrequentie. 
• Het interval waarbinnen de frequentie kan veranderen is de bandbreedte. Bandbreedte heeft dus de eenheid Hz of kHz. 
• Nadeel: het beperkte bereik van ongeveer 80 km. 

Analoog en digitaal

Een analoog signaal is continu in de tijd en in de signaalwaarden

Een digitaal signaal bestaat uit bits en is discreet in de tijd. (nullen en enen)

Kanalen en bandbreedte

• Aan elk station is een eigen frequentieband, een kanaal, toegewezen. 
• Om te zorgen dat signalen van de verschillende zenders elkaar niet overlappen wordt kanaalscheiding toegepast. Dat is een niet gebruikt gebied tussen twee kanalen. 
• Voor kanaalscheiding wordt vaak 10 tot 20 kHz gebruikt
• Bij telefonie spreken we niet van een kanaal, maar van een lijn. 
• Er is maar 3 kHz aan bandbreedte beschikbaar per telefoonlijn. Dat is net genoeg om elkaar te verstaan en elkaars stem te herkennen, maar niet genoeg voor het beluisteren van muziek. Voor muziek is minimaal een bandbreedte van 15 kHz nodig

Bemonsteren

• Bemonsteren = op vaste tijdstippen monsters (samples) van het signaal nemen. 
• Het bemonsteren vindt plaats met een vaste bemonsteringsfrequentie. Als f = 1000 Hz, dan wordt er om de 1 ms de waarde van het signaal bepaald. 

Bemonsteren

• Bij bemonstering verlies je alle informatie over het signaal tussen de momenten van bemonstering.
  
• Hoe vaker er monsters worden genomen, des te beter kan het oorspronkelijke signaal gereconstrueerd worden. 
• Als de bemonsteringsfrequentie te laag is kan er een spooksignaal ontstaan. 

Huiswerk (af 7-10)

85, 87, 90, 96, 

98, 99, 100, 101, 

108, 109, 110