■7MHzQRP・CW専用トランシーバー

何気に7のCWが聞きたいと思ったところから始まり、DDS-VFOだから送信も簡単かなという安易な気持ちで取り掛かりました。

【設計目標】
7MHz帯のCW専用機
送信出力1から2W程度
簡単な回路を目指す
小さめなユニバーサル基板に基本回路を全て載せる
最近勉強を始めたarduinoとDDSを活用する事
それなりに実用性のある性能（受信感度とか安定性など）
うまく行くかどうかは分かりませんがフルブレークイン動作

【回路全体の概略】

とりあえず、今できているところまでの回路を描いてみました
つまり、回路を考えて制作に取り掛かったのではなくて頭に描いた構成で作り始めたというわけです。
だから概略と言うのか・・・　各パート毎にかいつまんで説明したいと思います。

DDS基板は70ミリ×47ミリ、TRX部分は120ミリ×80ミリのユニバーサル基板作り込んでいます、DDS基板にはarduino nanoとAD9834のDDS、そしてバッファーアンプを載せました。

【受信部】
受信部は高1中1でフィルターはFL-45という500Hz帯域のアイコム製CWフィルターが手持ちに有ったので使いました。
RFトップは複同調回路にするつもりで当初考えていたのですが、どうせアンテナを持っていないので、適当に線を垂らして聞くにはその必要も無いと思い省略しました。
こんな簡易なものにFL-45は勿体ない気もするのですがラダーフィルターを自作するのも面倒だし今使わないと今後使わないかもしれないし・・・

ミクサーにはSN16913Pが部品箱の中にたくさん残っていたので使いました、混合と検波（復調）の2か所に使っています
DDSとBFO共にSN16913Pの2番ピンには約500mVの信号を供給するよう作っています。
このSN16913Pの変換利得は未知数なのですが、6dBくらいあるといいのですがどうなんでしょ？

最初はSN16913Pで復調したら直ぐにLM386に突っ込んでいましたが、音が小さいため2Sk2881のアンプを追加しました
おそらく高周波段の利得が低すぎるのでしょう。

【AGC回路】
増幅段が少ないため普通にはAGCの効きを期待できないと思い2つの工夫をしました
1つはAGC検波用ダイオードにバイアスをかけて微小信号から効き始める事。

2つ目はアンテナ側にpinダイオードを入れてAGCと連動したATT回路を簡易ではありますが搭載しました
pinダイオードが2個直列になっていますが実験時に1個よりも効果的だったのでそうしました。

AGCの検波は倍電圧回路にはしていません、経験的に倍電圧にしてもAGC感度は上がらないからです。

【送信部】
送信部は2ステージ構成として最低でも1W出力を目指します。
送信部の終段を除いて全体を7V（実働7.4Vとなっています）で設計しています
最初、3ステージで構成していてプリドライブとドライブを作って計測したら利得過剰で歪みまくったので2ステージにしました。
終段のゲート側にもトランスを入れて回路の安定化を図っていましたが配線距離も短く省略できるだろうと思い簡易な方法に作り替えました、そのためインピーダンスについては不確定な回路となってしまいましたが、とりあえず動作中はそれなりのところに落ち着くようです。
2ステージともにNFBを軽くかけています、ドライブの2SC2055はエミッタ抵抗として4.7Ωくらい入れた方がインピーダンス的に得策ですが今回は省略しています。

終段は設計当初（頭の中で悶々と考えているだけの状態ですが）から、電圧と出力との兼ね合いで、みなさんがよくおやりになってる4：1のトランスまたは直結（1：1）で1W狙いの回路手法は適切ではないと考えていたため、2：1のトランス変換がベストのはずと思い設計しています。

【SideTone】
サイドトーン回路はツインT型で手持ちのコンデンサの容量で組み合わせたのでこうなりました、周波数は低めに設計し600Hz辺りです。

【電源関連】
外部電源から回路に目標の供給電圧を得るために三端子レギュレーターを使いました、TA4805Sは低損失型の5Vレギュレーターです、出力電圧＋0.5Vの入力で5V（0.5Aまで）が取り出せます、更に電流を流す場合は＋1V（入力8.5V以上）くらいあると良いみたいです。
と言うことは7.5Vを予定すると8V以上の入力があればいいということでして、現在は9VのACアダプタで動作させています。

あっ　説明が足りてない
5Vレギュレーターなのでダイオードを4個 カマシテ嵩上げして7.5Vほど取り出せています。
その後、ここにPNP型トランジスタで送受用電源を切り替えています、ここにPNPを使ったのはNPNではロスが大きすぎるためです。

【アンテナ切替部】
アンテナ切替は、実はかなり悩みました
少ない部品数で目的の結果を得るにはどうしたらいいのか・・・？

終段部とLPFを基板に実装した状態で残った僅かなスペースで目的を果たす必要があります
（ポップノイズの対策の時も同様な理由で悩みました、なんせユニバーサル基板のランドの数と配線の取り回し、そして可能な限りジャンパーレスを目指しているので）

アンテナ切替について回路の説明をすると、送信時は素直にLPF経由でアンテナ側にまっしぐら信号が流れます
GND間に入ってる150μHと通電されていないMI204はインピーダンスが高く無いものとして動作します。
受信時はMI204が導通してアンテナからの信号はRX部へ流れます
この時、送信終段のFETはOFFですからかなり高いインピーダンスになるはずです、そのため送信用の回路がぶら下がっていても受信感度には殆ど影響しない、あるいは全く影響しないと考えられます。（まっこれは持論なので理論的な正解は知りません）。
この回路はLPFと終段の間だから成立します、これをLPFのアンテナ側で行った場合はインピーダンスの関係が成立しないため使えません、この回路を参考に自作される方はご用心ください。

【VFO】
arduino nanoとAD9834のユニットを使って構成しました、DDSの出力に回路図の通り2SK241のバッファーを載せています。
表示器は1602型のLCDです。

arduinoのスケッチはパクリ物を改変して使っているので載せていいのかどうか分かりませんがここをクリックすると別窓で開きます。
arduino IDEはver1.8.12を使っています。

DDS-VFO部の回路図は載せませんがpinアサインはスケッチを見ればわかるはずです。

【制作しながら　あれこれ】
★ノイズ対策
実は受信部を作って試しに鳴らしてみたら、ボリュームを上げるほど信号がノイズに埋もれて聴きとれなくなるんです、それでオシロであれこれ波形を見て愕然としました。
あらゆるところにスパイクノイズで出ています、このスパイクノイズはあらゆる部品を通過してきます。
調査の結果わかったのはLCDユニットからのノイズが凄いみたいです、
対策方法だけ書くとarduinoからLCDユニットまでの配線に使っていたフラットケーブルを止めてシールド線にしました、
SCL・SDA・VCCの3系統を独立してシールド線を使います、これだけで解決なのですが、そのシールド線を握ったりするとノイズが増大するのを確認したのでFT82#61（本当は43材の方が良いはず、手持ちの都合で61材）に3本まとめて3回巻きつけました、これで何をしてもノイズが増大することは無くなりました。

フラットケーブルで接続しただけだとこんな波形が電源ライン等あちこちに乗ってきます。

コアに巻いてみたら軽減しました、

ですが、ケースに組み込むときは更に改良しますけど、とりあえず配線をシールド線に変更しコアに巻いた状態がベストです。

すっかり綺麗になった電源ラインの様子です

★簡単にパワーが出てしまった送信段
ファイナル部は1Wから2Wを予定すると、何かしら丁度いいトランジスターがあるといいのですが、部品箱を引っ掻き回してもなんもでてこないため、以前に買ったRD16HHF1を使う事にしました、この時点では低電圧の低出力回路には向いていない気がしたのですが、あっさり一発で2W出てしまい驚きました。
この終段部とドライブ段は何度か作り替え（部品数を減らすために）ました、ドライブには2SC2055を使っています、12V設計だと2SC2053になるのですが7V程度だと2055の方が適切だろうと思います（データシートを見る限り）。
ドライブ段も最初はパワーが出過ぎてしまい現在はNFBを多めにかけて30mW出力にしました。

T1のトランスは電圧と目標出力との兼ね合いから2：1（50Ω：25Ωとするために）に近い比率にするため9R：4Rになるトリファイラー巻にしています。
0.29ミリのホルマル線をトリファイラー巻するにはFT23だと巻けないのと飽和するだろうからここはFT37に巻いています。

最終的に、9Vで315mA（2.835W入力）で2W出ているため効率は約70%です。
この終段の電圧は7.5Vの方に繋ぎ変えると、1.56Wの出力となりました、7.5Vで使うつもりなら1Wに絞った方が僕としては楽です、理由は通信相手に1.5Wと打つより1Wとした方が楽ですから。
熱が殆ど出ないためスペース的に邪魔だった市販の小型放熱器は止めてアルミ板で気休め程度の放熱をしています。

LPFは最初3段にしていたのですが3fが押さえ切れていないようで4段にしました。

蛇足ですが終段部無しでドライブ段までの状態で計測すると、高調波の発生も無く（有るはずだけど手持ちのFFTでは計測できないレベル）とても綺麗な波形なのに終段部を追加して計測すると何故か2f・3f・5f・・・・と高調波が突然ガッツリ発生(LPF無しで計測)し波形もクリップした感じで残念な状態でした。
いろいろ作り替えましたが決め手が見つからず時間ばかり過ぎるのでLPFに助けてもらう事にしました。

このRD16HHF1と2SC2055（2SC2053も含めて）は前回もそう思いましたが歪みの多い印象が残ります、正直言ってSSBには使いたくないなぁと思ってます（アイドリングを増やしてリニアリティを得るのは電池運用を考えると避けたいです。ですが送信時にしか電流が流れないので2W出力時の315mAまでアイドリングを増やしたところで、なんら体制に影響はありませんけどね）。

終段のアイドリングを変更するとスプリアスのレベルや出力も変化します。

LPFにはT25#6を使っています、2Wで連続送信しながら計測をしていたらコアがホンノリ温かくなることに気付きました、もしかすると飽和しかけてるのか？　それとも飽和してる？　飽和してるならT37#6だと3段でも所定の減衰率を得られるのかもしれません。
ここのLPFに使ったコンデンサの耐圧が50Vなので1W機として仕上げる事にしました、実運用時に50Ω純抵抗は有り得ないので安全策をとる事にしました。

2W出力時の様子です。9Vで0.31A流れてます

1.56Wです終段のドレイン側電源を9Vから7.5Vに接続しなおしただけです。

1Wの様子です、7.5Vラインに接続して0.2A流れています

こんな感じで、1Wの時は67.5%程度ですがそれ以外は70%の効率で動いているので終段のFETは殆ど熱がでません。

【ポップノイズ対策】
おそらく　この件については大勢の方が工夫して乗り越えておられる事と思います
僕の場合は、限られたスペースに対策回路を構成する必要があり悩みました。

バカみたいな方法ですが閃いた対策方法を書いておきます
ポップノイズの原因を考えて、それを誤魔化す簡易な方法は以下の通りです。
下図を参考にしてください。

波形を観測して対策を考えましたが図のタイミングは分りやすいように誇張して書いてます。

回路で書くとAFプリアンプの辺りです

簡易過ぎるほど簡易ですが、この方法で完全にポップノイズは無くなりました。
ですが、この後でサイドトーンの回路を追加したので、そこからの影響が僅かにありますが殆ど気にならないレベルです。
気になる方はデジトラのベース側のコンデンサC2は1μより増量してタイミングをずらすと良いでしょう。
D1とD2はC1・C2の溜った電気を他所の回路に流さないように逆流防止です、ショットキーダイオードにしたのは基板裏側に取り付けるためチップショットキーダイオードしか持っていないからです。

【作ってる過程の様子を写真にしてみました。】
受信部のトップRFコイルから始めて受信回路全体・BFO・AFアンプなど

電源コントローラーを載せました。

受信部の実働テスト中です

送信段を作り始める、ドライバー段配線中

気に入らなくてドライバー段を作り替え

終段部を作ってみた

終段部も気に入らなくて作り替えした、インプットトランスが不要かな？、放熱器も邪魔だし

LPFも付けて各種計測準備

出来上がった送信部

今度はアンテナ回路・送受信切替部を取り付ける

その他、一旦ここらでしばらく冷却期間を置き回路のリファインを行いました
変更したのは多数ありますが主に定数の変更です。
もともと載せてなかったけど追加したのはAFプリアンプと復調後のAF用LPFくらいでしょう
どっちにしても簡易な回路だし基板サイズと配置の都合で、できる事は限られてますからね。

回路全体を通して自分なりに感じているのは同調コイルが予定よりも少ないことです、これはBFO・送信段のバッファーアンプ（今は搭載していません）・1stミクサーの出力部・RFトップの複同調回路を省略しことで3個しか使っていません。

例えばBFO回路は最初コレクター側に同調回路を入れていましたが高調波が余計に発生するばかりでメリットが無く、エミッターからLPF経由にした方がベストだったからです
「1200Ωで計算したLPFです、レベル合わせの為、出力側に抵抗を入れてレベル調整しています。」
波形はFFTで観測すると下記の通りです

とにかくコレクタ側に同調コイルを入れるより遥かに綺麗です。

蛇足ですがFT23#43は15Tを超えるあたりから（回路では19Tと20Tのところ）巻き数が多いと密巻きになるせいか予定よりもかなり多いインダクタンスになるみたいです、LCRメーターで実測しながら何度か巻きなおしました、回路図には実測値を書いてます。

続いてAGC回路ですが、ここに使っているコイルは最初はマイクロインダクターを使っていましたが（BFO部のLPFにも）、インダクター同士の結合がありましたのでトロイダルコアに替えました。
それとAGC回路のアンプ2SK241はインダクターからトロイダルコアに変更したら発振気味だったので3.3KΩをパラってダンプしてます。

AGCの設定方法はアンテナを繋がない状態で、VR1を最小にし、VR2で3.8VくらいにAGC電圧を調整し、その状態でVR1を回してAGC電圧が3.2Vくらいになるようにするとダイオードに程好くバイアスがかかり感度の良い動作具合になります。
AGCの効きはとても良いので簡易な受信回路の割に使い物になります。

今回作った7MHz　QRP　CW専用トランシーバーの回路図は以下の通りです。

一通りできあがったけど、未だsメーター回路は閃かないからケースに入れられない
それとエレキーをどうするか決めていないし・・・

それはいいとして、目標にしていたことは達成できたと感じます
受信感度は良いと思います、適当にリード線（数メーター程度）を転がして聞いてますが鳴り方からして十分な感度です
心配なのは、まともに7メガ用アンテナを繋いだらどうなるんだろう？
強力な信号で抑圧されて使い物にならないのかもしれないし　んー　わからん
ハッキリしているのは、僕はアンテナを持っていないので、その心配は無用ですけどね。

送信部に至ってはこんなに効率の良い結果が出るとは驚きました、リニアリティについては疑問がありますが用途によってはRD16HHF1は丈夫で使い易い石だと思います。

DDS-VFO部全体（LCDも含めて）で60mAの消費電流（LCDのバックライトは330Ωの抵抗を入れて減光しています）
受信部がLM386のアイドリング5mAや各コントロール回路を含めて70mAなので、受信時は130mAからの動作電流です
送信時はDDS-VFO＋送信段（ドライバー+終段）＋その他合計で230mA300mAほどです。

ユニバーサル基板を使いましたけど、1か所だけ信号の流れの都合でアースループを形成せざるを得なかったのが悔しいです
最初から、総合的に設計し基板への配置を考えておけばよかったのでしょうが、作りながら回路を考えながら配置も考えながらと付焼刃的な進め方をしたため仕方ないと思います。基本的にポイントは押さえてるつもりの配線なり配置なので今の僕の技量としてはベストな方ではあります、それは回路がとても安定しているため結果から判断できます。

今回1つだけ残念なことはSN16913Pは入手不能だと思う事です、理由は回路の定数はかなり吟味していますがトリッキーなことはしていないため、とても再現性が高いはずです、だけどSN16913Pが無いよってことです。
それの代わりに612でもいいのでしょうが、おそらく直ぐに飽和して使い物にならない気がします、それこそアンテナ側にVRでも入れてグッと絞れるようにしないとダメでしょうね。

やっぱアナログ受信回路で聴くCWの音は良いですね、この間のSDR式は僕には向いていないみたいです。
ケースに入れたら　また何か追記説明する予定ですけど、いつになるやら

written by boss \\ tags: 7MHzQRP CW トランシーバー