WAAR WIJ TROTS OP ZIJN - Faculteit der Wiskunde en ...

34
MERLIJN VAN SPENGEN
niveau laat hij niets door, daarboven alles. Digitale versterkers zijn
handig als schakelaar, maar voor een analoge versterker is een
glijdende schaal van tussenstanden nodig.
Hier bracht Van Spengens achtergrond uitkomst. “Ik heb elektrotechniek
gestudeerd in Eindhoven, en daar was ik al d-klasse-versterkers
tegengekomen.” Dat zijn zware versterkers, die bijvoorbeeld
in disco’s en bij live-concerten gebruikt worden. Ze werken op basis
van transistoren die digitaal geschakeld worden: alleen aan en uit.
De truc is om een hoogfrequent vergelijkingssignaal bij het te versterken
signaal op te tellen, en het geheel dan digitaal te versterken.
Als er geen ingangssignaal is, zal het geleidelijk veranderende
vergelijkingssignaal door de digitale versterker vertaald worden in
een regelmatig afwisselend aan-uit-aan-uit-signaal. Maar als er wel
een positief ingangssignaal is, zal het gecombineerde signaal de aandrempel
eerder bereiken, en duurt de aan-toestand dus langer dan
de uit-toestand. Andersom geldt dat een negatief ingangssignaal
juist de uit-perioden langer maakt.
Zo wordt het inkomende signaal vertaald in een blokgolf, waarbij
de lengte van de aan-blokken afhankelijk is van de ingangssignaal.
Met een eenvoudig frequentiefilter, dat alleen lage frequenties doorlaat,
is zo’n signaal gemakkelijk om te zetten in het oorspronkelijke,
maar dan versterkt.
Met een paar minieme aanpassingen was dit idee ook voor zijn
inklappende-brugschakelaar te gebruiken, realiseerde Van Spengen
zich. “De eerste mechanisch versterkte sinusgolf in de wereld”,
pronkt het bijschrift bij een foto van een oscilloscoop die de originele
en de versterkte vorm vertoont. De versterkingsfactor is vijf.
Combineerbaarheid
Van Spengen werkt nu aan een geoptimaliseerde versie. “Daarin
gebruiken we alles wat we tot nu toe geleerd hebben”, zegt hij.
Niet alleen de versterkingsfactor kan nog veel hoger, denkt de
onderzoeker, ook het ruisniveau kan lager. “Dat is nu al heel
goed, en je kunt het vrij eenvoudig even goed maken als bij de
beste transistoren, of zelfs beter. Dat is heel gunstig voor gevoelige
meetapparatuur.” Waar halfgeleiders inherent last hebben van veel
verschillende ruisbronnen, is de mechanische versterker alleen
onderhevig aan thermische ruis, ofwel het trillen van de atomen
door de warmte.
Het vijfde voordeel, na hitte-, kou-, en stralingsbestendigheid, en
lage ruis, is de combineerbaarheid van de mechanische versterker
met andere MEMS-componenten. Dat zijn vaak sensoren, micromachientjes
die een druk meten, of een versnelling. Voor een versterking
van het signaal is dan een tweede, reguliere elektronische chip
met transistoren nodig. Die extra chip levert extra kosten op, en
soms extra ruis bij de overdracht van het signaal. De mechanische
versterker zou gewoon op dezelfde chip als de sensor gezet kunnen
worden.
“Als maar een van de vijf toepassingen doorbreekt, is het al geweldig”,
zegt Van Spengen. De onderzoeker heeft inmiddels een patent
aangevraagd, en er zijn gesprekken met geïnteresseerde bedrijven.
Ook is een artikel in voorbereiding in een, niet nader te noemen,
toptijdschrift. Maar of hij als patenthouder dan rijk wordt van een
doorbraak, weet de onderzoeker eigenlijk niet. “Daar heb ik niet zo
bij stilgestaan,” bekent hij, “ik vind het vooral een heel cool ding.”
Bruno van Wayenburg