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Un QRP sperimentale in DSB/CW per i 20 ei 40 metri
Un QRP sperimentale in DSB/CW per i 20 e i 40 metri Il progetto in sintesi Cimentarsi oggi nella costruzione di un apparato in fonia per le bande HF non è un'impresa facile, tuttavia quello che voglio proporre è un apparecchio semplice, direi alla portata di ogni autocostruttore, che si presta bene per uso portatile o di emergenza. Come accade per ogni semplificazione bisogna accettare qualche compromesso, vediamone allora in sintesi i pregi e i difetti. Punti di forza : - progetto semplice, alla portata della maggior parte degli autocostruttori - messa a punto elementare, un solo stadio accordato da allineare, oltre alla centratura del VFO. - componenti di facile reperibilità e costo minimo - dimensioni e consumo ridotti, completamente portatile Punti di debolezza : - modulazione DSB : cioè portante soppressa e doppia banda laterale. Questo tipo di modulazione può essere ascoltato dagli apparati SSB (sia in LSB che in USB) ma occupa una banda passante doppia, tuttavia data la modesta potenza in gioco (1,5 W) questo non dovrebbe costituire un problema. Rispetto alla modulazione AM tradizionale l'efficienza è comunque tre volte superiore. - ricevitore a conversione diretta : va bene per le emissioni SSB e CW, ma non può demodulare segnali DSB, quindi due apparati di questo tipo non comunicano fra loro in DSB, in pratica dall'altra parte ci deve essere un apparato SSB. Sensibilità e selettività sono quelle che ci si può aspettare da questo tipo di circuito, comunque adeguate all'impiego. A mio avviso la semplicità del progetto e le prestazioni complessive compensano ampiamente le limitazioni, consentendo "quasi" a tutti di sperimentare con poco impegno la costruzione di un apparecchio home made "dual mode" che, abbinato ad una buona antenna, permette di far sentire la propria voce sulle bande HF. La versione che presento è adatta per le gamme dei 40 e 20 metri. La modulazione DSB Vale la pena di spendere qualche parola sul sistema di modulazione DSB, che può essere senz'altro considerato come una forma di modulazione di ampiezza (AM). Come è noto il segnale AM si compone di una portante e di due bande laterali, alle quali è affidata l'informazione utile. Segue un esempio di segnale AM con frequenza di 14.000 KHz, modulato da un segnale BF la cui banda è di 5 KHz. Carrier LSB 13.995 KHz USB 14.000 KHz 14.005 KHz L'informazione utile (segnale BF) può essere comunicata trasmettendo anche una sola delle due bande laterali, è questo il principio della SSB, che consente di ottimizzare quindi il rendimento dimezzando nel contempo la banda del segnale. Uno dei modi per produrre il segnale SSB consiste nell'eliminare la portante mediante un modulatore bilanciato, ottenendo un segnale a doppia banda laterale (DSB), si provvede poi a tagliare la banda laterale indesiderata mediante un filtro a quarzo. Il procedimento è relativamente complesso e richiede l'impiego di un sistema di conversione di frequenza, dato che il segnale DSB deve necessariamente essere prodotto alla frequenza del filtro a quarzo. Nell'apparato che qui presento ci si ferma alla prima parte del processo, viene utilizzato cioè direttamente il segnale DSB. In tal modo si semplifica notevolmente il circuito, realizzando comunque un buon livello di efficienza attraverso l'eliminazione della portante. Il segnale DSB può essere ricevuto dai normali apparati SSB, dato che il filtro di MF di questi ultimi è in grado di eliminare la banda laterale indesiderata. 1 Lo schema elettrico del transceiver +12 L2 22µ C3 100n L1 +12 TX C6 100n R3 47 RLY TR1 2N5320 C9 100n C1 C2 C10 100n D1 1N4001 +12 RX C8 1n C4 60p C5 100p R1 2.2 +12 TX C7 100n C12 10n R2 5.6 C17 10n TR2 BF965 C15 10n RLYB TX R4 56K C14 R7 150 RX D2 1N4001 R9 10K C18 10n R6 68 K TX L4 L3 RLYA R11 1K R10 470 R8 10 C16 4.7 C13 60p C11 100µ +12 R5 82K RX +12 PTT C19 D3 1N4148 C20 60 C21 100µ C22 100n +12 RX R12 15 C23 100n +12 R13 1K C24 100µ R19 82K R18 1K U1 LM386 C29 10µ C30 22n C27 10µ R16 47K C31 1n L5 100µ R24 10K R22 470 C41 220n C37 220n C33 1n VFO R23 22K R21 3.3K TR3 2N2222 C32 100n R15 470 C39 10n C36 10n R17 18K C25 220µ C26 100n KEY U2 NE602 C28 10n R14 10 R20 10K C34 DZ1 6.8V XTAL TR4 2N2222 C35 C38 100µ C40 10n MIC Il ricevitore è del tipo a conversione diretta. E' composto da un preselettore equipaggiato con mosfet BF965 che fornisce un'amplificazione di circa 10 dB, seguito da un rivelatore a prodotto che fa uso del classico NE602. La sensibilità può essere tarata in funzione del tipo di antenna mediante il compensatore C4, in questo modo è possibile trovare un giusto compromesso che limiti le interferenze provocate dalle forti broadcasting che operano ai limiti della banda. Il segnale audio viene poi amplificato da un 2N2222 seguito da un LM386 che consente di ottenere qualche centinaio di mW in altoparlante. 2 Il trasmettitore utilizza lo stesso NE602 come modulatore bilanciato, mentre TR3 (2N2222) svolge in questo caso la funzione di adattatore di impedenza, l'amplificatore a mosfet viene ora impiegato come driver, con il compito di elevare la potenza del segnale a circa 30-40 mW; allo scopo viene fornita un'adeguata tensione di polarizzazione sul gate 2 del mosfet. Il finale monta un economico 2N5320 seguito da un filtro a pi greco, la potenza in uscita è di circa 1,5 W. L'impedenza L2 deve sopportare la corrente di collettore del finale (circa 200 mA) con una bassa caduta di tensione, non va impiegato quindi un modello troppo miniaturizzato. Come microfono viene impiegata una capsula preamplificata a fet, il cui funzionamento viene inibito in RX dal transistor TR4. Il sistema di commutazione RX-TX fa uso di un un deviatore PTT che applica la tensione di alimentazione alle sezioni RX e TX e comanda un micro relay a doppio scambio. Quest'ultimo consente al mosfet di svolgere alternativamente le sue funzioni in RX o TX commutandone le linee di ingresso ed uscita. Da notare che il guadagno e il livello di potenza forniti dal mosfet vengono controllati tramite la resistenza R5 sul gate 2, che applica la tensione positiva solo in trasmissione, in questo modo si evita di sovraccaricare il mixer NE602 in ricezione, limitando così anche le fastidiose interferenze delle broadcasting. La stessa tensione porta in conduzione il diodo D3, impedendo così il rientro di segnale RF verso l'ingresso del modulatore bilanciato. L'apparecchio può essere realizzato in due versioni : - a frequenza fissa, montando un quarzo tagliato sulla frequenza desiderata (per i 20 m si può utilizzare un economico cristallo per computer da 14.318 KHz), in questa versione devono essere montati due condensatori C34 e C35 del valore di 47 pF. - abbinato ad un VFO esterno, che descrivo nel successivo paragrafo, in questo caso andrà montato un solo condensatore C35 del valore di 1 nF. il circuito stampato è predisposto per entrambe le opzioni. Elenco componenti RTX : C3 : 100 nF C4 : 60 pF trimmer C5 : 100 pF C6 : 100 nF C7 : 100 nF C8 : 1 nF C9 : 100 nF C10 : 100 nF C11 : 100 µF C12 : 10 nF C13 : 60 pF trimmer C15 : 10 nF C16 : 4.7 pF C17 : 10 nF C18 : 10 nF • C20 : 60 pF trimmer C21 : 100 µF C22 : 100 nF C23 : 100 nF C24 : 100 µF C25 : 220 µF C26 : 100 nF C27 : 10 µF C28 : 10 nF C29 : 10 µF C30 : 22 nF C31 : 1 nF C32 : 100 nF C33 : 1 nF C34 : vedi testo C35 : vedi testo C36 : 10 nF C37 : 220 nF C38 : 100 µF C39 : 10 nF C40 : 10 nF C41 : 220 nF R1 : 2.2 Ω 1/4 W R2 : 5.6 Ω R3 : 47 Ω 1/4 W R4 : 56 KΩ R5 : 82 KΩ R6 : 68 KΩ R7 : 150 Ω R8 : 10 Ω R9 : 10 KΩ R10 : 470 Ω R11 : 1KΩ R12 : 15 Ω R13 : 1 KΩ 1/ 4W R14 : 10 Ω R15 : 470 Ω R16 : 47 KΩ pot. R17 : 18 KΩ R18 : 1 KΩ R19 : 82 KΩ R20 : 10 KΩ R21 : 3.3 KΩ R22 : 470 Ω R23 : 22 KΩ R24 : 10 KΩ TR1 : 2N5320 TR2 : BF965 TR3 : 2N2222 TR4 : 2N2222 RLY : 12 V 2 scambi D1 : 1N4001 D2 : 1N4001 D3 : 1N4148 DZ1 : 6.8 V - 1/2 W U1 : LM386 U2 : NE602 / NE612 MICR: capsula preamp. L2 : 22 µH v.testo L5 : 100 µH per le resistenze è preferibile impiegare il tipo da 1/8 W (salvo diversa indicazione), il tipo da 1/4 W può comunque adattarsi allo stampato. Tutti i condensatori elettrolitici sono da 16 Vl. I toroidi sono Amidon del tipo indicato. Banda C1 C2 L1 L3 34 sp. 0.3 mm su 7 MHz 390 pF 270 pF 17 sp. 0.5 mm su T44-6 T44-6, link 5 sp. dal lato freddo 21 sp. 0.4 mm su 14 220 pF 82 pF 12 sp. 0.5 mm su T44-6 T44-6, link 4 sp. MHz dal lato freddo C14 C19 L4 34 sp. 0.3 mm su T44-6, presa 68 pF 68 pF centrale, link 2 sp. dal lato freddo 21 sp. 0.4 mm su T44-6, presa 33 pF 33 pF centrale, link 2 sp. dal lato freddo 3 Lo schema del VFO + 12 U1 78L08 DSB + 12 TX CW D1 1N4148 R5 100K R4 C7 100µ C2 10n R1 10K C6 10p R3 56K DV1 BB204 C1 10n R9 68K R7 150 C10 10n TR1 2N3819 R15 150 L2 33µ R14 10K TR3 2N2369 TR2 BF965 C13 1 L1 C4 60p C15 10n C14 220 C5 C3 R2 2.7K C8 100n R6 100K DV2 BB505 D2 1N4148 C9 C11 10n R11 330 R8 150K R10 33K C12 22 Out counter R12 10K C16 100n R13 330 Out VFO Trattandosi di un RTX a conversione diretta, il VFO deve lavorare sulla stessa frequenza di emissione, bisogna quindi impiegare qualche accorgimento per evitare che la frequenza di oscillazione sia influenzata dalla RF emessa dal TX. Consiglio di alloggiare il VFO in un piccolo box di lamiera stagnata (preferibile rispetto all'alluminio), ed evitare di montarlo nelle immediate vicinanze del finale TX. L'oscillatore impiegato è del tipo Hartley ed è controllato da un varicap. Questa soluzione consente di utilizzare un potenziometro multigiri, evitando l'impiego del condensatore variabile e relativa demoltiplica meccanica. Un mosfet BF965 ha il compito di separare l'oscillatore dal buffer di uscita, ottenendo nel contempo una certa amplificazione. Dal source del mosfet viene prelevato, tramite una piccola capacità, il segnale per l'eventuale frequenzimetro esterno. Uno stadio emitter follower a transistor isola infine completamente il VFO dal carico esterno. Per consentire il funzionamento in CW la tensione +12 TX, prelevata dalla scheda RTX, viene applicata tramite un deviatore DSB/CW ad un secondo varicap (BB505), si produce così lo shift necessario (circa +800 Hz da verificare in sede di taratura). Suggerisco di abbinare al VFO un lettore digitale di frequenza, ad esempio il µ-counter, mini frequenzimetro programmabile a microprocessore, pubblicato sul numero 10/2001 di RadioKit, il cui software è liberamente scaricabile dal sito della rivista. Il frequenzimetro va schermato accuratamente per evitare il rientro di impulsi nel circuito del ricevitore. Elenco componenti del VFO : C1 : 10 nF C14 : 220 pF C2 : 10 nF C15 : 10 nF C4 : 60 pF trimmer ceramico C16 : 100 nF C6 : 10 pF R1 : 10 KΩ, potenz. 10 giri C7 : 100 µF R2 : 2,7 KΩ C8 : 100 nF R3 : 56 KΩ C10 : 10 nF R5 : 100 KΩ C11 : 10 nF R6 : 100 KΩ C12 : 22 pF R7 : 150 Ω C13 : 1 pF R8 : 150 KΩ • R9 : 68 KΩ R10 : 33 KΩ R11 : 330 Ω R12 : 10 KΩ R13 : 330 Ω R14 : 10 KΩ R15 : 150 Ω D1 : 1N4148 D2 : 1N4148 DV1 : BB204 DV2 : BB505 TR1 : 2N3819 TR2 : BF965 TR3 : 2N2369 U1 : 78L08 L2 : 33 µH per le resistenze è preferibile impiegare il tipo da 1/8 W (salvo diversa indicazione), ma anche il tipo da 1/4 W può adattarsi allo stampato. Tutti i condensatori elettrolitici sono da 16 Vl. I toroidi devono essere Amidon del tipo indicato. Banda 7 MHz 14 MHz R4 82 KΩ 220 KΩ C3 C5 C9 2.2 pF 330 pF NPO 2.2 pF 1 pF 120 pF NPO 1 pF L1 17 sp. 0.5 mm su T50-6, presa alla quinta spira lato massa 12 sp. 0.5 mm su T50-6, presa alla quarta spira lato massa 4 La realizzazione pratica e la me ssa a punto del RTX Il montaggio del RTX viene effettuato su una basetta PCB monofaccia da 110x80 mm. Lo schema di montaggio allegato (non in scala) illustra la disposizione dei componenti. Viene rappresentata la versione quarzata dell'apparecchio. + C27 C1 C2 L2 C3 L1 R1 R15 C4 C25 U1 C6 + 12 OUT C7 + TR1 ANT R12 R14 C29 To R16 C28 C32 R18 KEY (vfo only) MIC C41 C8 D1 D3 D2 RLY C22 C39 C31 R11 R24 C12 C36 R22 R21 C14 C35 U2 C34 C33 C37 C38 C40 DZ1 R5 C21 R8 L4 C17 C15 C20 C18 L3 TR2 C13 + C11 C10 + 12 R10 C39 R20 + 12 TX R3 TR4 TR3 L5 R2 C5 + 12 RX R17 R23 R19 C30 C9 R13 C26 + C23 + + C24 C16 C15 R4 C19 R6 R7 R9 XTAL La scheda dovrà essere alloggiata in un contenitore metallico, per ridurre possibili ronzii ed effetto microfonico, tipici dei dispositivi a conversione diretta, per lo stesso motivo il collegamento al piano di massa deve essere efficiente, come indicato nel disegno. Da notare che l'alimentazione del finale TX è tenuta separata dal resto, questo per limitare il rischio di ritorni RF e di possibile instabilità. Per lo stesso motivo i due toroidi del preselettore sono montati a 90 gradi l'uno rispetto all'altro. La messa a punto dell'apparato può essere effettuata nel seguente modo : - portare il VFO su un valore di frequenza a centro gamma e il compensatore C4 alla massima capacità collegare a massa il punto KEY (key down) collegare un carico fittizio da 50 Ω in uscita dal TX portare l'apparato in trasmissione e tarare i due trimmer C13 e C20 per la massima uscita, che si dovrà ottenere con i due trimmer ruotati su un valore intermedio di capacità. qualora non si raggiunga l'accordo con dei valori intermedi di C13 e C20, ritoccare le due capacità C14 o C19 di conseguenza portare l'apparato in ricezione, scollegare KEY da massa e collegare l'antenna ritoccare la taratura del trimmer C13 per la massima sensibilità, qualora vi fossero forti segnali interferenti da parte di broadcasting prossime alla gamma, è possibile intervenire sul compensatore C4 in modo da trovare il migliore compromesso. Verificare che la potenza erogata sia di circa 1,5 W, con un assorbimento di circa 300 mA. Con i valori dei componenti indicati non dovrebbero insorgere problemi di instabilità, in ogni caso, qualora si riscontrasse una tendenza del TX ad auto-oscillare, si potrà ridurre leggermente il valore della capacità C16, oppure aumentare il valore della resistenza R5. 5 Lo schema di montaggio del VFO Il montaggio del VFO viene effettuato su una piccola basetta PCB monofaccia da 48x45 mm, alloggiabile in un box standard in lamierino stagnato per RF da 50 x 50 x 25 mm. Segue il disegno (non in scala) con la disposizione dei componenti. + 12V To C2 R1 C8 OUT R3 To R1 R4 C1 C14 D1 DV2 R15 CW R5 C4 DV1 C6 TR3 C13 R12 To Freq. R7 R9 C12 TR2 R6 R13 C15 R14 L2 C3 C5 C7 + U1 C16 TR1 D2 C9 L1 R10 C10 R8 R11 C11 E' prevista un'uscita + 8V stabilizzata da collegare al potenziometro di sintonia. La resistenza R2 è collocata all'esterno della basetta , e viene collegata direttamente al potenziometro. Per la messa a punto si dovrà impiegare il lettore di frequenza oppure un ricevitore ausiliario. Con il potenziometro R1 completamente ruotato in senso orario (frequenza massima) si tara il compensatore C4, eventualmente ritoccando il valore della capacità C5, in modo da portare il VFO all'estremo superiore della banda. Poi si ruota il potenziometro completamente a sinistra e si verifica la frequenza; qualora fosse troppo bassa, si potrà aumentare leggermente il valore di R2. Il livello di uscita verso il mixer NE602 dovrà risultare di circa 1 V pp. Per la taratura dello shift in CW, basterà verificare lo spostamento di frequenza ottenuto applicando +12 V al punto CW, ed eventualmente intervenire sul valore di R4 per apportare piccole correzioni. Il funzionamento in CW Per la sola versione a VFO è possibile attivare il funzionamento anche in CW. A tale scopo si dovrà collegare il tasto al punto di connessione KEY previsto sulla scheda RTX e la tensione +12 TX al deviatore CW/DSB. Per lavorare in CW si dovrà sintonizzare la stazione corrispondente leggermente al di sotto della sua frequenza di emissione, in modo da ascoltare la manipolazione con una tonalità di circa 800 Hz. Passando in trasmissione il VFO adegua automaticamente la frequenza di emissione. Il modulo opzionale CW E' possibile completare l'apparato con un modulo opzionale CW che svolge le funzioni di commutazione automatica RX/TX e di monitor in trasmissione. Viene impiegato un quadruplo NAND 4093. Il relay RX/TX viene attivato quando si preme il pulsante PTT, collegato ora alla porta U1a, oppure quando la porta U1b rileva la condizione "KEY DOWN", un circuito di ritardo (R5, C3) mantiene il relay attivato per circa 500 mS dopo il rilascio del tasto. La stessa condizione "KEY DOWN" porta in conduzione TR2, il cui collettore è collegato al pin "KEY" della scheda RTX, e aziona l'oscillatore U1d che svolge la funzione di monitor. Il modulo fornisce l'alimentazione ai punti "+ 12 RX" e "+ 12 TX" sulla scheda RTX 6 Schema elettrico del modulo CW + 12 V + 12 TX D1 1N4001 + 12 RX C2 100µ R3 10K C1 100n 2 R8 18K R5 100K PTT 1 R6 10K C5 100n 13 U1d 4093 12 RLY U1a 4093 R1 47 8 3 D2 1N4148 5 4 TR1 2N2222 R4 10K U1c 4093 9 U1b 4093 R9 10K TR3 2N2907 10 R10 330 to pin “KEY” on RTX board D4 1N4148 R7 10K 6 D3 1N4148 11 8Ω speaker C4 100n R2 10K KEY C3 4.7µ TR2 2N2222 Elenco componenti del modulo CW : C1 : 100 nF C2 : 100 µF C3 : 4.7 µF C4 : 100 nF C5 : 100 nF • R1 : 47 Ω R2 : 10 KΩ R3 : 10 KΩ R4 : 10 KΩ R5 : 100 KΩ D1 : 1N4001 D2 : 1N4148 D3 : 1N4148 D4 : 1N4148 RLY : 12 V 1 scambio R6 : 10 KΩ R7 : 10 KΩ R8 : 18 KΩ R9 : 10 KΩ R10 : 330 Ω TR1 : 2N2222 TR2 : 2N2222 TR3 : 2N2907 U1 : 4093 per le resistenze è preferibile impiegare il tipo da 1/8 W (salvo diversa indicazione), ma anche il tipo da 1/4 W può adattarsi allo stampato. Tutti i condensatori elettrolitici sono da 16 Vl. Schema di montaggio del modulo CW (PCB monofaccia 47 x 47 mm) + 12 RX RLY + 12 TX speaker + C2 D1 R1 TR1 R3 + 12 V R6 R5 To “KEY” TR3 PTT C1 D2 D3 R9 R8 C5 C4 + C3 R7 TR2 U1 R4 R2 R10 D4 KEY 7 Per concludere Con questo progetto ho cercato di realizzare un apparato semplice e facilmente replicabile, che non richieda particolari conoscenze ed attrezzature per il montaggio e la messa a punto. Per ogni quesito o problema resto comunque a disposizione tramite il mio sito internet www.qsl.net/ik3oil (dove si possono trovare anche altri progetti di autocostruzione) e la mia casella di posta elettronica [email protected] Riferimenti PIC µCounter : vedi articolo pubblicato su RadioKit 10/2001, e descrizione sul mio sito www.qsl.net/ik3oil Datasheet NE602 : http://www.phillipssemiconductors.com/cgi-bin/pldb/pip/NE602AD Datasheet LM386 : http://www.national.com/pf/LM/LM386.html Caratteristiche toroidi Amidon : http://www.bytemark.com/products/material.htm 8
