Jednoduchý SSB transceiver pro pásmo 14MHz

Jednoduchý SSB transceiver
pro pásmo 14MHz
BITX20 (ver. 5)
Výchozí konstrukce – VU2ESE
Popisované provedení + layout (ver. 5) - OK2UWQ
Obsah
Bloky transceiveru................................................................................................................. 3
Přijímací část .......................................................................................................................... 3
Vstupní filtr ............................................................................................................................ 3
Zesilovač ................................................................................................................................ 3
Směšovač................................................................................................................................ 4
Krystalový filtr ....................................................................................................................... 4
Demodulátor........................................................................................................................... 4
AGC ....................................................................................................................................... 5
NF zesilovač ........................................................................................................................... 5
Vysílací část ............................................................................................................................ 6
Mikrofonní zesilovač.............................................................................................................. 6
Koncový stupeň...................................................................................................................... 6
Společné obvody.................................................................................................................... 7
Laditelný oscilátor.................................................................................................................. 7
Záznějový oscilátor (BFO)..................................................................................................... 7
Postup stavby .......................................................................................................................... 8
Postup navíjení cívek na kostřičku MT-211/5 ....................................................................... 8
Postup navinutí L4 ................................................................................................................. 9
Pokračování osazování ........................................................................................................... 9
Oživení ..................................................................................................................................... 9
Nastavení pásmové propusti................................................................................................... 9
TX část ................................................................................................................................. 10
RX část ................................................................................................................................. 10
Ladění................................................................................................................................... 10
Výběr krystalů do filtru ...................................................................................................... 10
Externí koncový stupeň 6W.............................................................................................. 11
Fotky osazeného transceiveru .......................................................................................... 12
Navíjecí předpis cívek ........................................................................................................ 14
Schéma zapojení a podklady pro osazení ...................................................................... 14
Pro stavbu v kroužcích elektroniky:
Obtížnost popisované konstrukce: střední až vyšší.
Doporučená praxe (navštěvování kroužku): 3-4 roky
Doba osazování: typ. 15 hodin
Doba vinutí cívek: typ. 5 hodin
Doba oživování a nastavení: typ. 1-2h (oživování lektorem), podle pečlivosti stavby
Potřebné vybavení:
- regulovatelný zdroj do 30V s nastavitelnou pojistkou
- multimetr
- čítač min. do 20MHz (s přesností na 1Hz, pokud vyměřujeme krystaly, jinak 10Hz)
- osciloskop min. do 20MHz nebo VF milivoltmetr (event. diodový detektor –
zdvojovač+voltmetr),
- VF generátor (pro nastavení vstupní propusti 14MHz, případně kontrolu krystalového
filtru 10MHz), vyhoví i modul DDS AD9851 např. na e-bay za cca 40USD
2
SSB/CW transceiver BITX20 pro pásmo 14MHz (20m)
Jedná se o jednodušší typ transceiveru, složený převážně z diskrétních součástek.
Konstrukce vychází z poměrně známé indické koncepce jejíž autorem je Ashhar Farhan
VU2ESE. Níže popisovaná konstrukce obsahuje téměř všechny úpravy a vylepšení, jejichž
popis lze nalézt na internetu. Na rozdíl od verze BITX20A, dostupné jako stavebnice v USA
(viz www.qrpkits.com za 180USD), neobsahuje hlavní deska koncový zesilovač z důvodu
plánované stavby několika kusů těchto transceiverů na Elektrotáboře 2012 a také v kroužcích.
Z tohoto důvodu následující část obsahuje stručný popis bloků, znalí této problematiky mohou
následující část přeskočit přímo na sekci Postup stavby
Bloky transceiveru
Transceiver obsahuje přijímací část, vysílací část a společné obvody (filtr,VFO –
laditelný oscilátor, BFO – záznějový oscilátor).
Přijímací část
Přijímací část se skládá ze vstupního filtru, zesilovače, směšovače, mezifrekvenčního
zesilovače, úzkopásmového krystalového filtru, demodulátoru a nízkofrekvenčního
zesilovače.
Vstupní filtr
Vstupní filtr je zapojen jako pásmová propust a slouží k filtraci signálů z antény a tím
k omezení nežádoucích signálů, které by mohly rušit příjem. Kvalita vstupního filtru má vliv
na vstupní citlivost přijímače.
Zesilovač
Zesilovač na obrázku je v transceiveru použit několikrát jen
s malými změnami v hodnotách součástek. Jedná se o
obousměrný zesilovač, kde je příslušná část aktivována
připojením napájecího napětí do části Rx (příjem) nebo Tx
(vysílání).
3
Směšovač
Jako směšovač je použit hotový obvod ADE-1 of firmy Minicircuits. Jedná se o
kruhový vyvážený směšovač. Jeho vnitřní zapojení je toto
Krystalový filtr
Jedná o tzv. příčkový krystalový filtr. Vznikne poskládáním krystalů se stejnými
parametry. Je nutné použít pečlivě vybrané krystaly, obvykle z několikanásobně většího
množství. U nás i ve světě se vyrábí krystalové filtry profesionální, které však svou cenou
(cca 2000Kč a více) značně převyšují náklady na celý tento transceiver. Tento filtr je využit
také ve vysílací části.
Krystalový filtr je zapojen mezi 2 zesilovače viz výše.
Příklad charakteristiky filtru :
Demodulátor
Jako demodulátor je opět použit ADE-1. Původní autorovo zapojení využívá
klasického zapojení, které je náročnější na výrobu.
4
AGC
AGC neboli automatické řízení zisku je obvod, který zajišťuje vyváženou intenzitu
přijímaných signálů. Tento stupeň v původním návrhu transceiveru nebyl a jedná se o
vylepšení. Je možné tento obvod vyřadit zkratovací spojkou.
NF zesilovač
Jedná se o běžné zapojení obvodu LM386, který má výkon max. 0,5W. Kondenzátor
C57 se běžně neosazuje, proto také kapacita 0p. V případě, že námi použitý obvod zakmitává,
výrobce doporučuje připojení kondenzátoru k zamezení těchto kmitů (typ. 100nF).
5
Vysílací část
Vysílací část se skládá z mikrofonního zesilovače, modulátoru, krystalového filtru,
směšovače a výstupního filtru a koncového stupně.
Vzhledem k tomu, že je část obvodů potřebných také pro vysílací část, jsou navrženy tak, aby
byly přepínatelné pro Rx i Tx část.
Mikrofonní zesilovač
Slouží k zesílení signálu z mikrofonu na potřebnou velikost k dalšímu zpracování
v modulátoru.
Koncový stupeň
Koncový stupeň zesiluje signál na potřebnou velikost. Na desce je pouze část, která
slouží k buzení dalších koncových stupňů (přidáním dalších stupňů mimo desku). Pokud
přidáme koncový stupeň, pak se předchozí stupeň již nazývá budící.
6
Společné obvody
Aby se signál 14MHz převedl na mezifrekvenční kmitočet 10MHz, je zapotřebí
laditelného oscilátoru. Transceiver používá ladící kondenzátor pro hrubé ladění v rozsahu
4-4,35MHz a jemné ladění.
Laditelný oscilátor (VFO)
Svorky Tune slouží k připojení ladícího kondenzátoru, svorky Fine k potenciometru
jemného ladění. Výstup „counter“ umožňuje připojení čítače pro digitální stupnici. Pro
zajištění vyšší stability oscilátoru je zde použit stabilizátor napětí. C62 je lépe použít styroflex
pro větší stabilitu kmitočtu.
Záznějový oscilátor (BFO)
Záznějový oscilátor se používá k demodulaci signálů s potlačenou nosnou vlnou (SSB,
DSB) nebo signálu CW. Bez tohoto oscilátoru by nebyly signály těchto druhů modulace
čitelné. Kapacitním trimrem se nastaví kmitočet cca o 1,2kHz až 1,5kHz nižší než je střední
kmitočet krystalového filtru, tzv. provoz USB – upper side band neboli příjem horního
postranního pásma. Příjem spodního postranního pásma (LSB – lower side band) je obvykle
používán na pásmech 7MHz a nižších.
7
Postup stavby
Složitostí zapojení je stavba vhodná spíše pro pokročilé. Nejvhodnější je postupovat
postupně po blocích a průběžně jednotlivé bloky oživovat.
Začneme nejdříve stavbou bloku NF a mikrofonního zesilovače. Pro oživení je vhodné také
osadit diody D11,12 a relé Re1.
Dalším blokem je krystalový oscilátor BFO. K osazení tohoto bloku je také nutné navinout
cívku 40závitů lakovaným drátem 0,2mm na toroid T37-2 (červený lak). C49 osadíme až při
nastavování kmitočtu. Kmitočet (USB) by měl být nastaven o 1,5kHz menší než je střed filtru.
V našem případě u použitých krystalů FOX byl střed 9,997500MHz, takže kmitočet BFO byl
nastaven na 9,996000MHz. C49 vycházel typ 100pF. Amplituda na emitoru T11 je typ
770mV při osazeném směšovači SM2.
Dalším blokem je VFO s přeladěním kmitočtu 4,000MHz až 4,350MHz. K hrubému
ladění je použit styroflexový ladící kondenzátor TTWM ( viz. www.qrpkits.com), obě sekce
zapojeny paralelně. Cívka L6 má navinuto 16,5 závitu lakovaným drátem 0,1mm na kostřičce
MT-211/5 (viz. www.gme.cz kód 612-002)
Postup navíjení cívek na kostřičku MT-211/5
Kostřička se skládá z pěti částí: feritové činky, feritového hrníčku, plastové kostřičky
s 5 vývody, plastového držáku pro hrníček a plechového krytu cívky.
Nejprve přilepíme feritovou činku, nejjednodušším způsobem je použití kousku kalafuny,
kterou roztavíme na kostřičce, přiložíme činku a z boku prohřejeme hrotem páječky, aby
dokonale dosedla. Při lepení dbáme na to, aby činka zůstala v oblasti vinutí drátu čistá.
Po přilepení činky uchytíme drát na jeden vývod (podle zapojení buďto na vývod 1 nebo 5).
Číslování vývodů cívky odpovídá pohledu shora. Drát vineme závit vedle závitu. Cívkám po
osazení nezapájíme kryty pro případ nutnosti převinutí.
Sada kostřičky MT-211/5
příklad vinutí cívky L2 – 10,5 závitu drátem 0,1mm
vazební vinutí L2 1,5závitu drátem 0,1mm
8
Postup navinutí L4
Skroutíme společně 2 lakované dráty 0,3mm o délce cca 26cm. Navineme na
dvouotvorové jádro (např. z TV sym. členů) 8 závitů. Konkrétně jsem použil typ
B62152A4X1 od firmy Epcos (vede např. www.mouser.com) a mělo by jít také použít BN43302 příp. BN61-302 od Amidonu. Transformátor zapojíme přímo do plošného spoje, kdy
jedno vinutí zapojíme na piny 1 a 4 cívky L4 a druhé vinutí na piny 3 a 5.
Použitím tohoto transformátoru došlo ke zvýšení výstupního výkonu typ. na 10mW.
Navinutím bifilárního vinutí na toroid FT37-43 docílíme výstupního výkonu typ. 2mW.
Pokračování osazování
Postupně osadíme zbývající bloky zesilovačů a filtrů. U první verze PCB je nutné
zapojit jinak odpor R68 a to připájením jednoho vývodu k R65 viz. obrázek. Níže uvedená
předloha desky je již opravena.
Oživení
Po kompletním osazení zkontrolujeme nejdříve proudový odběr při Rx (typ. 100mA) a
Tx (typ. 130mA) a napájecím napětí 12V.
Nastavení pásmové propusti
K nastavení potřebujeme alespoň sinus. generátor 14,2MHz a diodový detektor nebo
osciloskop.
Připojíme generátor do svorkovnice J1 a detektor či osciloskop na pin 1 cívky L3.
Nastavíme co nejvyšší signál (napětí na detektoru) tak, aby při otáčení nebylo maximum
signálu na dorazu. Pokud je na dorazu dolním, je nutné zvětšit kapacitu C15, pokud je na
horním dorazu, je nutné zmenšit kapacitu C15. Po nastavení maxima připojíme sondu
(detektor) na pin 1 cívky L2. Obdobně nastavíme maximum cívky L3 a případně upravíme
kapacitu C16. Nakonec připojíme sondu na pin 4 cívky L2 a provedeme nastavení L2
s případnou úpravou C17. Na závěr provedeme při zapojené sondě na pinu 4 cívky L2
kontrolu nastavení maxim všech cívek.
9
V případě, že máme možnost použít wobler nebo spektrální analyzátor+TG,
provedeme klasické nastavení křivky filtru se středem 14,15-14,2MHz. Typický útlum filtru
je 6dB, tj. na výstupu je typ. poloviční napětí než je přiloženo na vstup filtru.
TX část
Připojíme ovládací prvky (potenciometry, ladící kondenzátor), napájení 12V,
osciloskop na svorku J1, elektretový mikrofon do svorky X7 a zkratujeme X6. Tím přepneme
TRX na vysílání a při pískání do mikrofonu by měl být vidět signál cca 100-200mV,
modulovaný pískáním.
Připojíme zátěž 50 ohmů na svorkovnici J2 a přepojíme osciloskop na tuto zátěž. Obdobným
testem by zde měl být signál typ. 1Všš. Pokud je úroveň výrazně nižší (běžně bývá 800mV1,2V) nebo žádná, jedná se o závadu a je třeba zkontrolovat napětí na zesilovačích (typ. 8V na
kolektorech tranzistorů, není-li ve schématu uvedeno jinak).
RX část
Zkratujeme J5 (bypass AGC), R80, R82 nastavíme do středu, rozpojíme X6 a TRX
přejde na příjem. Měl by se ozvat z reproduktoru šum a při doteku šroubovákem na vývody
C6 by se měl šum zvýšit nebo alespoň změnit charakter šumu. Pokud tomu tak je, zkusíme
odpojit propojku J5 a trimrem R82 nastavíme bod, kdy se šum začne snižovat. Trimrem R80
nastavíme stejnou úroveň šumu jako při zkratování J5.
Tím máme otestováno, že přijímací část by měla fungovat správně. Posledním testem je
naladění zkušebního signálu z jiného TRX nebo alespoň z generátoru, který byl použit při
ladění pásmového filtru. Test provedeme s připojením 2-5cm drátu na živý pin svorky J1.
Pomocí ladícího kondenzátoru a případně jemným doladěním naladíme hvizd generátoru.
Ladění
Namísto ladícího kondenzátoru lze použít ladění varikapem, kdy namísto D9 zapojíme
např. KB113, C61 změníme na 220pF. K ladění je vhodné použít víceotáčkový potenciometr.
Výběr krystalů do filtru
K výběru krystalů je možné použít zapojení BFO, kde zkratujeme cívku L5 a
použijeme pevný kondenzátor C49=33pF, C48 neosazen. Přichystáme si drátek, který
zkratuje i C49 a k připojení krystalů použijeme 2 piny precizní patice. Krystaly očíslujeme a
měříme přesným čítačem kmitočet krystalů (s přesností na 1Hz) bez kondenzátoru a následně
s kondenzátorem. Zapíšeme do tabulky, kde následně vypočítáme také rozdíl kmitočtů.
Vybíráme krystaly na co největší souběh kmitočtů bez kondenzátoru (nižší kmitočet) a také na
souběh rozdílů (z důvodu stejné rozladitelnosti krystalu). Jako krystal pro BFO použijeme ten,
který měl nižší kmitočet než vybrané krystaly do filtru.
Při vlastním výběru ze série 100ks krystalů FOX se podařilo vybrat 17sad krystalů při
“povoleném“ rozptylu kmitočtu do 50Hz.
10
Křivka filtru při kontrolním měření kompletní cesty TRX, šířka pro pokles –3dB je 1,8kHz:
Externí koncový stupeň 6W
Tento stupeň se nachází mimo základní desku transceiveru a je zde uveden jen jako
příklad.
Originální zapojení a další informace zde
http://www.phonestack.com/farhan/bitx.html
Spousta dalších informací a úprav také ve skupině na Yahoo (nutná registrace)
http://groups.yahoo.com/group/BITX20/
11
Fotky osazeného transceiveru
Deska BITX20 – pro zlepšení parametrů krystalového filtru jsou uzeměny kryty
krystalů, trimry R80 a R82 jsou z „šuplíkových zásob“
Deska ze spodní strany
12
Seznam součástek
Počet
1
43
2
4
1
2
3
4
2
1
1
3
3
2
2
1
1
3
1
2
1
10
1
1
1
1
1
1
1
3
1
1
1
1
14
9
3
14
Reference
CN1
C1,C2,C3,C4,C5,C6,C12,
C13,C14,C18,C19,C20,C21,
C22,C23,C24,C25,C26,C27,
C28,C29,C30,C31,C32,C33,
C34,C35,C36,C37,C38,C39,
C41,C42,C44,C46,C51,C52,
C54,C64,C68,C70,C72,C75
C7,C9
C8,C43,C45,C62
C65
C10,C11
C15,C16,C17
C40,C55,C67,C71
C47,C58
C48
C49
C50,C60,C77
C53,C73,C74
C56,C59
C57,C76
C61
C63
C66,C78,C82
C69
C79,C80
C81
D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8,
D10,D11
D9
D12
J1
J2
J3
J4
J5
L1,L2,L4
L3
L6
L5
RE1
R1,R18,R20,R22,R25,R36,
R41,R47,R48,R49,R55,R63,
R69,R88
R2,R3,R19,R23,R24,R26,
R46,R60,R61
R4,R72,R78
R5,R7,R9,R10,R12,R29,R31,
R33,R35,R39,R40,R56,R57,
Hodnota
Pwr
100n
100p
220p
220p
2.2p
22p
47u/35V
220u/25V
50p
15p
1n
1u/100V
680p
0p
50p
22p*
100u/35V
22n
10u/50V
10n
1N4148
Pouzdro
PSH02-04P
styroflex (WIMA)
trimr CKT
neosazovat
až 150pf
BZX85/36V (BZX55/36V)
1N4001
RX
CPP35_2
PA
CPP35_2
AGCout
jumper
Counter
jumper
bypass AGC jumper
Cívka
MT211_5
Cívka
MT211_5
Dvouotv. jádro (toroid FT37-43)
Toroid
T37-02
G5V1
100R
0207
2k2
0207
4k7
220R
0207
0207
13
12
3
8
6
2
1
1
1
2
2
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
2
20
1
1
5
1
1
1
1
1
1
1
R89
R6,R8,R11,R21,R27,R30,
R32,R34,R50,R51,R64,R84
R13,R65,R76
R14,R15,R28,R37,R43,R44,
R66,R83
R16,R53,R54,R79,R86,R87
R17,R42
R38
R45
R52
R58,R75
R59,R85
R62
R67
R68,R71
R70
R73
R74
R77
R80
R81
R82
SM1,SM2
T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8,
T9,T10,T11,T12,T13,T14,
T15,T16,T17,T18,T19,T20
U1
U2
XT1,XT2,XT3,XT4,XT5
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
1k
0207
47k
10R
0207
0207
10k
470R
120k
4R7
22R
220k
5k6
8k2
33k
470k
22k
1M
56k
150k
22k (20k)
270k
470k (500k)
ADE-1
BC547
0207
0207
0207
0207
0207
0207
0207
0207
0207
0207
0207
0207
0207
0207
64y (T73YE)
0207
64y (T73YE)
78L09
LM386
10MHz
Fine
Speaker
Tune
Power
Volume
PTT
Mic
TO92
DIL8
HC49U
CPP35_3
CPP35_2
CPP35_2
CPP35_2
CPP35_3
CPP35_2
CPP35_2
TO92
Navíjecí předpis cívek
L1: piny 1-3 1,5z 0,1mm; piny 4-5 10,5z 0,1mm
L2: piny 1-3 10,5z 0,1mm; piny 4-5 1,5z 0,1mm
L3: piny 1-3 10,5z 0,1mm
L4: bifilárně 2x8z 0,3mm, TV balun (Epcos B62152A4X1)
L5: 33z 0,3mm, toroid amidon T37-2
L6: piny 1-3 16,5z 0,1mm
Schéma zapojení a podklady pro osazení
14
15
Předloha plošných spojů záměrně zrcadlově otočená z důvodu tisku. Rozměr desky 160x100mm
16
17
18
19
20
Předlohy PCB nezrcadlené.
21