BINGO CW 20m 3 parte ik6jff 2010

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DEOMECANO - BINGO
Per costruire bene il tuo Transceiver
mono-banda QRP, SSB ou CW
TRANSCEIVER**BINGO CW 20 Mètres Super VXO**
su circuito stampato
di F6BCU Bernard MOUROT
3 Parte
I—DRIVER E P.A. (amplificatore di potenza)
Qualche anno fa la disponibilita’ di transistor per trasmissione, usati negli apparati CB, permetteva la
costruzione di amplificatori RF ad un buon prezzo. Ma recentemente, la vendita sul mercato di
transistor con caratteristiche particolari, i problemi incontrati e la non affidabilità nei montaggi
soprattutto per quanto riguarda la riproducibilità, ci hanno indotto ad orientarci verso i Mosfet. Questi
semiconduttori, nati per uso industriale, sono utilizzati nella tecnica della commutazione veloce ad alta
potenza.
Alcuni di questi Mosfet sono facilmente disponibili dai rivenditori, funzionano correttamente con
buona potenza di emissione, con un prezzo che va da 1 a 2 €uro. L’impiego, la sperimentazione e le
caratteristiche ottenute, mettono in evidenza certe regole pratiche, per il loro buon uso in trasmissione.
Costituiscono per il radioamatore una nuova possibilita’ di effettuare trasmissioni di segnali in HF a
piccole o alte potenze.
Il circuito di potenza, adottato nel transceiver BINGO CW 20 attuale, è il risultato di numerose
sperimentazioni dell'autore F6BCU.
La semplicità del montaggio per una potenza di uscita che supera i 4 a 6 Watt HF, dimostra che i
Mosfet del tipo IRF510 non previsti per la trasmissione, funzionano comunque molto bene.
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SCHÉMA DRIVERS—P.A.
STADIO DRIVER
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Lo stadio amplificatore Driver e’ costituito da un doppio filtro di banda (L2, L3) accordato su 20 m e
da un amplificatore a larga banda composto da 2 transistor in cascata: un 2N2222 ed un 2N2219.
Il segnale a RF disponibile sul piedino 4 del mixer NE612 N°2, e’ una frazione di mW. Servono circa
30dB di guadagno per raggiungere 100 a 150 mW HF nella banda 20m per eccitare correttamente il
finale (PA).
Lo stadio driver proposto non è una novità perché utilizzato da altri costruttori. Abbiamo ritrovato le
sue origini nel manuale dell'Atlas 210X, che montava originariamente un 2N2222 e un 2N3866; è di
concezione semplice e usa componenti attuali. Sui 20 m il Driver 2N2219 permette di raggiungere
facilmente 4 - 6 Watt in RF all'uscita del PA Mosfet IRF510.
SPECIFICHE DEL DRIVER
La prima osservazione è l'importanza delle cellule di disaccoppiamento (impedenze e condensatori),
lato alimentazione dei collettori, per evitare ogni rischio di auto-oscillazioni. La corrente assorbita dal
transistor T1 (2N2222) si stabilizza a 10mA circa ma può salire a 12mA in funzione della tolleranza del
valore dei componenti. Il transistor T2 (2N2219) e’ provvisto di un robusto radiatore, sebbene la sua
corrente di collettore e’ limitata a 50mA. A questo valore di corrente il riscaldamento del transistor è
ancora ragionevole.
Una corrente superiore non porterà più potenza, ma soltanto un forte riscaldamento.
Con una corrente di 50mA in T2 e 13.5 a 13.8 Volt di tensione di alimentazione, l'impedenza di uscita
si aggira su 200 Ohm.
Questa impedenza di 200 Ohm, tramite TR1 trasformatore larga banda di 4/1, abbassa a 50 Ohm
l'impedenza sull’ ingresso ( gate ) di T3.
FILTRO DI BANDA IN INGRESSO
Il doppio filtra di banda L2 e L3 di ingresso è studiato particolarmente a livello di L1 e L4 che hanno
degli avvolgimenti un po’ particolari, esattamente 9 spire per L1 e 9 spire per L4.
Con questi valori di avvolgimento, trarrete il massimo di segnale RF dal PA IRF510; vale a dire da 4 a
6 watt HF. Ricordo che nelle nostre prime prove con il filtro di banda, volendo lavorare sotto 50 Ohm
con L1 e L4, e disponendo solamente di 3 a 5 spire su L1 e 4 spire su L4, la potenza di uscita non
superava 2 a 3 watt a RF. Dopo la modifica di L1 e L4, cioe’ elevando le impedenze, la potenza si e’
piu’ che duplicata. Il NE612 ha gli ingressi e le uscite sui mixer con una Z = da 1000 a 1500Ω. Il
fatto di lavorare in bassa impedenza sulle porte del NE612, è un fattore di stabilità in HF, ma il
rendimento ne risente.
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STADIO P.A (power amplifier)
FUNZIONAMENTO DEL IRF510 IN TRASMISSIONE
Polarizzazione
Contrariamente ai transistor bipolare NPN usati in trasmissione, polarizzati con una tensione
leggermente positiva (+ 0.6 a 0.9 volt ), con i Mosfet è l'inverso, devono essere polarizzati molto
positivamente (da +3.5 a 4,2 volt ). NPN o Mosfet hanno un punto comune, la polarizzazione 0 volt
corrisponde alla classe C quando non si manifesta nessuna corrente di Collettore o Drain. Vedremo
ulteriormente l'interesse di questa classe C.
Il primo punto è la polarizzazione variabile del Gate con un sistema regolatore da 5 volt (78L05) e la
regolazione con una tensione variabile tra 0 e + 5 volt sul Gate a mezzo di una resistenza regolabile P
da 5K.
Il Drain è alimentato di 13.5 a 13.8 volt. Per una tensione di Gate da 3,6 a 4,4 volt (valore medio) la
corrente di Drain comincia a manifestarsi. Andra’ regolata a 60 mA, ma attenzione alla regolazione; la
corrente puo’ salire velocemente e superare 2 a 3 Ampere.
Il secondo punto è il modo di funzionamento del Gate che è in origine ad alta impedenza (da 100K a
1MOhm.) La sperimentazione radioamatoriale ha stabilito alcune regole ad evitare ogni instabilità
ed auto-oscillazione nel funzionamento del Mosfet in trasmissione:
Impedenza del Gate
Bisogna modificare artificialmente in bassa impedenza l' ingresso Gate del Mosfet con una resistenza
da 10 a 50 Ohm, disaccoppiata dalla massa ma che porti la tensione di polarizzazione. Altra
precisazione, la tensione di polarizzazione si esprime in volt non si parla di intensità. In certi montaggi,
con 50 Ohm si mette in serie una resistenza di 10K; ciò non modifica la tensione di polarizzazione, ma
conferma la teoria che la corrente di Gate non può variare, essendo statica la tensione di
polarizzazione.
Impedenza del Drain
Si dovrebbe ritrovare in generale sul Drain del Mosfet di commutazione (IRF510) un'impedenza
sensibilmente uguale a quella del Gate, ma la sperimentazione dimostra che questa impedenza è molto
sensibile alla variazione di intensità del Drain e non coincide spesso, ma e’ molto vicina a 5 o 10 Ohm.
Per sfruttare un segnale a RF in uscita dal Drain, l'impedenza è portata a 50 Ohm con l'aiuto del
trasformatore Tr 2 con rapporto di 1/4 o 1/9, 1 x 4 o 1 x 9 = + / - 50 Ohm. Un filtro passa basso
tradizionale (L5, L6 e capacità annesse), sopprimono le armoniche indesiderate ed ha una impenza di
uscita di 50 Ohm. In effetti sono riuscito ad adattare le impedenze di Gate e di Drain ma non esiste
nessuna regola assoluta.
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Il lato alimentazione del Drain prevede l’inserzione di 2 cellule di disaccoppiamento con VK200, 2
condensatori di 100nF e 2 condensatori elettrolitici di 10µF, non bisogna trascurare l'utilizzo degli
elettrolitici, i 100nF da soli non sono insufficienti.
Note dell’ autore :
Noi abbiamo inserito una nuova pagina che va ad illustrare la costruzione e la messa in opera del
trasformatore trifilare con rapporto 1/9 che sostituisca la tradizionale bifilare ¼.
Raffreddamento del P.A.
Il Mosfet IRF510 genera da 4 a 6 watt HF, considerando che il rendimento è del 50%, assorbendo a
13.5 a 13.8 volt circa 0.9 Ampere, abbiamo circa 10 - 12 watt di alimentazione. Questa consumo genera
obbligatoriamente una dissipazione di metà della potenza in calore (rendimento 50%) e bisogna mettere
un buon radiatore di dimensione minima di 5 x 10 cm.
Note dell' autore :
Il radiatore al tocco anche dopo parecchi minuti di traffico deve sempre essere freddo. In queste
condizione il Mosfet resta termicamente neutro nel suo funzionamento; non avra’ nessuna deriva
termica, e conservera’ la stabilità del punto di polarizzazione, con una corrente di riposo di 60 mA del
Finale, ed un eccellente rendimento in emissione. Numerosi sono i montaggi di transceiver che
promettono delle potenze generose di emissione; uno sguardo sul radiatore minuscolo del Finale,
nasconde una cattiva dissipazione termica o un potere HF sopravvalutato (criterio pubblicitario).
SEMPLIFICAZIONE DEL COMANDO DI TRASMISSIONE
Tutti i transceivers BINGO ( versioni 2007 e 2008 ) sono corredate nel P.A di un transistor Mosfet.
Una nuova tecnica nata della sperimentazione facilita il loro utilizzo. Ormai l'alimentazione del Drain
non richiede nessun relè di commutazione. I +13.5 o +13.8 volt sono mantenuti continuamente sul
Drain. Il comando di emissione del P.A si effettua a livello di polarizzazione. Senza contraddirci su
certi articoli precedenti, a riguardo dei P.A di potenza a Mosfet, dove era consigliato vivamente di non
depolarizzare mai ilGate.
Il Gate dell'IRF510 è mantenuto sempre polarizzato tramite la resistenza regolabile P (22K) di cui un
terminale è collegato continuamente al massa, polarizzazione zero volt. Tecnicamente, se il regolatore
78L05 non è alimentato in posizione emissione, il Gate, riferito alla massa, non ha nessuna
polarizzazione, e ha la possibilita’ di lavorare in classe C senza corrente di Drain. Questa caratteristica
semplifica tutto e evita un ulteriore relè per alimentare il Mosfet in emissione. È quindi alimentato
soltanto in emissione dal regolatore da 5 V, alimentato sotto + 13,5 o 13.8 Volt ed inattivo in ricezione
perche’ polarizzato naturalmente in classe C. .
CIRCUITO STAMPATO — P.A.
Per poter riprodurre facilmente il circuito, i disegni che seguono illustrano la basetta con la
disposizione dei componenti ed il circuito stampato lato rame in scala 1/1. Questo circuito è stato
concepito con le piste larghe;
le dimensioni in lunghezza 135 mm sono simili a quelle del generatore BINGO CW in modo da
disporre questi 2 stampati parallelamente nel montaggio nel contenitore finale.
Circuit Drivers—P.A.
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Lato rame
DETTAGLIO DEI COMPONENTI :
L2 = L3 = 18 spire di filo smalato da 4/10 avvolte su toroide T50/2 rosso Amidon,
L1 = L2 = 8 spire di filo isolato in plastica da 4/10 avvolte su L2-L3 ma in senso inverso,
L5 = L6 = 12 spire di filo smaltato da 4/10 avvolte su Toroide T50/2 rosso Amidon,
TR1 = 10 spire avvolte in Bifilare con filo smaltato da 4/10 su Toroide 37/43 Amidon,
TR2 = 10 spire avvolte in Trifilare con filo smaltato da 4/10 su Toroide 50/43 Amidon,
CV1 = CV2 = Compensatori a film plastico rosso da 90pf o da 106pF viola,
P = trimmer miniatura da 22K da circuito stampato,
78L05 = Regolatore integrato da 5 V 100mA,
CH = impedenza da 33µH-----CH1 = CH2 =VK200 oppure 8 spire con filo da 5/10 su 37/43,
T1 = 2N2222 o 2N3904 ---- T2 = 2N2219 o 2N2219A----T3 = IRF510,
Corrente di riposo del IRF510 = 60 mA
Corrente massima del IRF510 a 13,8V = 1 A
Corrente di collettore del 2N2219 = 50 mA al massimo
Corrente di collettore del 2N2222 = da 10 a 12 mA.
DETTAGLIO DI COSTRUZIONE DEL TOROIDE TRIFILARE
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Nelle fotografie, il dettaglio della
costruzione del trasformatore trifilare. La
parte non collegata (en l’air) va ripiegata
leggermente e non ha nessuna influenza sul
funzionamento e sulla potenza di uscita
Supplemento di notizie tecniche :
L'utilizzo del trasformatore trifilare di uscita con l'IRF510 permette sui 20 metri di raddoppiare
facilmente la potenza, e di passare a 5/6 watt HF; con il trasformatore bifilare non si ottengono più
di 2 o 3 watt. Questa soluzione è stata applicata con successo anche sul nuovo BINGO 17 m CW .
In quanto all'adattamento di impedenza usciamo sempre a 50 Ohm.
II—CIRCUITO DI COMANDO E MONITOR CW
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Abbiamo raggruppato su una sola basetta tutti gli elementi
necessari a far funzionare il Bingo CW 20 per poter
trasmettere automaticamente. Abbiamo il passaggio
automatico in trasmissione fin dal primo tocco del
manipolatore, e la generazione del tono in CW per ascoltare
la propria emissione. Questo sistema molto comodo assicura
un traffico veloce ed efficace in CW QRP.
Il relè di antenna che è un 2 R/T che oltre a commutare la
antenna verso i stadi RX e TX, assicura la distribuzione delle
tensioni +TX e +RX.
Nella fotografia potete vedere un piccolo altoparlante, usato
come monitor di controllo della manipolazione, saldato
direttamente sulle piste del del circuito.
Cosi’ come scritto nella prima parte dell' articolo “ Schema generale del Generatore UFT-ONE
CW”, e’ consigliabile collegare il punto F del circuito di comando e monitor con il punto F del
Generatore UFT-ONE CW. E’ cosi’ possibile fare l'ascolto della radio e il monitor della propria
emissione con un solo altoparlante.
Per avere una tonalità di monitor CW piacevole, ricercare un valore di R1 adatto tra 330 e 1000 Ohm.
Questa tonalità è fissa e non influenza la regolazione audio BF di ricezione.
e BINGO CW 20m
DETTAGLIO DEI COMPONENTI :
R = Valore da stabilire in base al tempo di rilascio piu’ comodo tra 47k à 1MΩ, valore
consigliato 100K,
R1 = Valore da stabilire in funzione del livello BF di tonalita’ CW de 330 R à 2.2K, valore
usato 1 K,
Speaker- Altoparlante da 4 a 16 Ohms ( non critico)
D = diodo 1N4148---Relais = 12 volts –2R/T
T1 = 2N2907 o 2N3906 PNP -------T2 = 2N2222 o 2N3904 NPN-----CI = NE555
Tonalita’ disponible tra 600 e 800 Hz in CW.
Fine della 3 parte
F8KHM –Radio club de la Ligne bleue en Déodatie
SAINT DIE DES VOSGES--FRANCE
F6BCU- Bernard MOUROT—9 rue de Sources—REMOMEIX-VOSGES
22 juillet 2010
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