QRP und Selbstbau: W7ZOI 40M Direct Conversion Receiver

Hallo Dirk

Ja, dank Heribert und Ralph, DL1HR konnte ich inzwischen das Kapitel 1 und die Originalbeschreibung der Schaltung selber nachlesen. Bezüglich einer Schaltungsbeschreibung gibt die aber auch nicht sehr viel her.

Unabhängig der im von dir verlinkten Video hervorragend veranschaulichten "grundsätzlichen Funktionsweise eines Direktmischers" finde ich vor allem die konkrete Umsetzung in der gegebenen Schaltung interessant. Selbstverständlich ist ein Nachbau möglich ohne konkretes Verständnis der gebauten Schaltung. In der QRP AG habe ich unseren Anspruch bisher aber doch anders verstanden.

Inzwischen habe ich die Schaltung soweit durchdrungen und nachgerechnet, dass ich sie z.B. wohl problemlos auf ein anderes Band umrechnen könnte....von daher könnte ich auch die jeweilige Funktion der einzelnen Bauteile erklären. Eine Funktionsbeschreibung wie in den Baumappen von QRP Project will ich aber niemanden aufdrängen. Sollte jemand aber Interesse oder konkrete Fragen haben kann er sich gerne an mich wenden.....

Zitat von DM5TU

599 zusammen de DM5TU.

Anbei ein Link zur öffentlichen Stückliste für das Winterprojekt 2024 "W7ZOI 40M Direct Conversion Receiver".

Diese BOM liegt bei Digikey. (Zur Bestellung bei Digikey, Benutzerkonto erforderlich)

...

Danke sTef, prima!

Ich hätte Interesse an einer "Bestellpartnerschaft" um auf die 50€ für die kostenlose Lieferung von digikey zu kommen.

Will jemand 2 Sätze bestellen, aufteilen und an mich weitergeben oder möchte jemand einen Satz von mir???

Martin, da bin ich gern dabei. Details via PN.

Eine Sache habe ich nachgesehen - die Drahtstärken aus Dirks Übersetzung. Und dann habe ich auch noch den Schwingkreis des Oszillators nachgerechnet.....

nach folgender Tabelle - AWG in mm2 Umrechnung | AWG Strombelastbarkeit ergibt sich

L1 - Oszillator-Spule - AWG#26 entspricht exakt 0,405 mm Durchmesser, bei uns also => 0,4 er Draht

L2 und L3 - Eingangs Pi-Filter - AWG#28 entspricht exakt 0,321 mm Durchmesser, bei uns also 0,3 er oder 0,35 er Draht

es wurde schon beschrieben, dass man die Induktivitäten des Eingangsfilter auch mit #26 Draht auf die etwas größeren T37-Ringe wickeln kann. Oder natürlich auch ganz andere Varianten. Andreas, DL2JAS möchte ja die Oszillatorspule mit Kern abstimmbar aus einem Bausatz realisieren. Funktioniert sicherlich grundsätzlich auch. Zur "Feinabstimmung" des Frequenzbereichs wurde eigentlich ja die Parallelschaltung von C1a1 bis C1c1 vorgesehen..... erstmal ohne C1 aufbauen und schauen, wo der Oszillator schwingt. Dann kann man einfach ausrechnen wieviel C noch dazugeschaltet werden muss um auf den richtigen Abstimmbereich zu kommen.

Frequenzbestimmende Kapazität im Oszillator ist die Parallelschaltung (also die Summe) aus:

* Reihenschaltung C4, C5 je 680 pf => 340 pF /* der kapazitive Spannungsteiler des Colpitts-Oszillator

* die Parallel-Kombination C1 (10+33+10) pf /* Bestückung zur Frequenzabstimmung zwischen 0 und 53 pf

* der Zweig mit den Kapazitätsdioden BBY 40 /* Kapazität siehe Ableitung unten folgend

* C9 in Reihe Eingangskapazität Q2 => ca 14 pf /* Q2 nach Datenblatt ca 24 pF in Reihe zu 33 pF

Zum Zweig der Kapazitätsdioden:

Die Abstimmspannung wird am Poti RV1 erzeugt - Umax sind die an Anschluß 1 anstehenden 5V. RV1 hat 10K und an Anschluss 3 noch R1 mit 2 K in Reihe - Umin also 5V * (2k/12K) => 0,833 V

aus dem Datenblatt der BBY40 kann man für diesen Spannungsbereich als Kapazität entnehmen: 23 ..... 43 pF

zwei dieser Dioden sind parallel geschaltet, also 46 bis 86 pf - die aber in Reihe mit C7, 82 pF => das ergibt für den gesamten Zweig 30 .... 42 pF

Ohne Bestückung von C1 kommt man für tiefste Frequenz also auf: 340 + 42 + 14 pF = 396 pF. Hat man mit L1 dann die 1,2 mikro-Henry genau getroffen, dann wirft der Schwingkreisrechner eine Frequenz aus von: 7.300 MHz - also noch etwas zu hoch. Mit "voll bestückten C1" kommt man auf : 6.856 MHz

Aufgabe beim Aufbau ist es, sich mit dem konkreten L1 durch entsprechende Bestückung von C1 auf die gewünschte Frequenz zu legen - wahrscheinlich 7.000 MHz als fmin

da, wie oben gezeigt, der Diodenzweig mit einer Varianz von 12 pF durchstimmbar ist käme man in Originalbestückung auf einen Frequenzbereich von ca 100 KHz..... also nur das halbe 40m-Band. Man sollte sich also entscheiden, ob man lieber den unteren CW-Bereich oder den oberen SSB-Bereich abdecken möchte.

Soweit zur Theorie - ich bin schon gespannt, wie sich die konkreten Aufbauten mit der Theorie decken werden.

post scriptum: in meiner theoretischen Betrachtung könnte sich natürlich ein Fehler eingeschlichen haben - für entsprechende Hinweise bin ich dankbar.

Zwei Ideen für den Oszillator!

Die Rechnung Schwingkreis sollte stimmen, auch ich interpretierte so die Ozillatorschaltung.
Eine Idee ist, die Induktivität abstimmbar zu machen, Spulenbausatz, werde ich ausprobieren.
Viele Nachbauer scheuen sich, solche Filterspulen zu wickeln.

Ich habe noch einen anderen Ansatz, wesentlich einfacher gerade für übliche Hobbybastler.
Bei C1a bis C1C kann man auch einen Trimmer um die 10 pF bis 50 pF einlöten.
An dem stellt man dann ein, welchen Bereich man haben möchte.
Zu den Kapazitätsdioden, es gibt ja nicht nur BBY40, kommt von mir auch noch was.

73, Andreas

Hallo Andreas, hallo liebe Mitleser und W7ZOI-DC-Interessierte

Die Idee mit dem Trimmer-C ist natürlich sinnvoll. Damit kann man den gewünschten Frequenzbereich wohl feinfühliger einstellen als mit Festkondensatoren....die in der Stückliste verwendeten kleinsten Größen von 10 pF für C1 hätten ja bereits Sprünge von ca 80 KHz zur Folge.....

Wenn wir schon dabei sind kann ich gleich noch ein wenig Weiteres zum Verständnis des Oszillators beitragen. Zunächst die Arbeitspunkteinstellung von Q1:

Nehmen wir dazu die Widerstandskette aus R5, R2 und R3 .... ein klassischer Spannungsteiler wie er den meisten aus der AFU-Prüfung noch bekannt sein dürfte. R5 fällt dabei mit seinen 220 Ohm gegenüber den 55 KOhm aus R2 und R3 gar nicht ins Gewicht (4 Promille des Gesamtwiderstands). Er hat eine ganz andere Funktion und soll zusammen mit C3 einen Tiefpass bilden, um den Oszillator mit einer geglätteten Spannung zu versorgen. Betrachten wir jetzt die Gleichstromeinstellung, also den Arbeitspunkt von Q1:

Der Spannungsteiler R2 und R3 teilen also die 5V auf 2 V an R3 und 3 V an R2 auf. Damit liegt über R4 ein Potenzial von 2 V gegenüber Masse an der Basis von Q1. Dieses Potential ist über die Emitterdiode und über R6 DC-mäßig mit Masse verbunden. Als Silizium-Transistor hat die Emitterdiode eine Durchflussspannung von ca 0,7V. Am Emitter liegt also ein Potenzial von (2 - 0,7) V = 1,3 V. R7 ist über C4 und C5 für Gleichstrom geblockt. Es fließt also über R6 ein Strom von 1,3 V / 2,2 KOhm = 0,59 mA.

Im Datenblatt ist für 1 mA Kollektorstrom eine minimale DC-Verstärkung von 70 angegeben. Die "typische" dürfte deutlich höher liegen....bei 10 mA wird ja eine maximale von 300 angegeben. Kann also stark streuen...... nehmen wir zum rechnen die minimale

bei 70 würde also für die (gerundet) 0,6mA Kollektorstrom ein Basisstrom von 0,6 mA/70 => 8,5 microA fließen. An den 56 Ohm von R4 fallen dabei also im Maximum 476 micro Volt, also ein halbes milli-Volt ab. Wir sehen also, R4 hat keinerlei nennenswerte Auswirkung auf den DC-Arbeitspunkt. Wie schon bei C3-R5 in der Versorgung blocken C1-R4 die Basis HF-mäßig an Masse.

Vielleicht ist es für den einen oder anderen überraschend, aber der Oszillator arbeitet an einem Parallelschwingkreis. GND und Spannungsversorgung sind HF-mäßig EIN Potenzial. Somit ist die "obere Seite von L1" für HF mit Masse und damit mit den Masseanschlüssen der ganzen Schwingkreis-Kapazitäten verbunden. Das heiße Ende des Oszillators liegt also direkt am Kollektor und der schiebt seinen Kollektorstrom durch L1. Wirkungsweise ist die des typischen Colpitts-Oszillator. Geht die HF-Spannung am heißen Ende des Schwingkreises nach oben, dann steigt über den kapazitiven Spannungsteiler C4-C5 auch die Spannung am Emitter => Q1 sperrt mehr und damit steigt die Spannung am Kollektor - also MIT-Kopplung, das was wir für einen Oszillator benötigen. Der Wert von R7 ist dabei für die Verstärkung verantwortlich.

Auch hier gilt natürlich wieder: in meiner theoretischen Betrachtung könnte sich natürlich ein Fehler eingeschlichen haben - für entsprechende Hinweise bin ich dankbar. ZUr einfachen Übersicht füge ich den betreffenden Teil des Schaltplans und den Datenblattauszug des Transistors an.

Der xx3904 ist ein weit verbreiteter schneller Universal NPN Transistor für wenige Cent. Es gibt ihn seit den 60er Jahren,. Nahezu jeder Halbleiterhersteller hat ein Silizium-Die in seinem Angebot, das als xx3904 gekennzeichnet und verkauft werden kann. Die JEDEC-Registrierung eines Bauelements mit der Bezeichnung xx3904 gewährleistet, dass alle unter dieser Typen-Nummer angebotenen Transistoren bestimmte Nennwerte einhalten. Die Herstellungsverfahren und das Layout der Chips unterscheiden sich jedoch von Hersteller zu Hersteller. Da die heutigen Herstellungsprozesse viel weiter entwickelt sind als vor 60 Jahren, kann man davon ausgehen, dass die typischen Datenblattwerte dieses Standardtyps überschritten werden. Das direkte europäische Äquivalent zum MMBT3904 im SOT23 Gehäuse wäre der BC847.

73

Günter

Kleine Ergänzung!

Was bei den Amis 2N3904 ist, entspricht bei uns recht gut BC547 bis BC550.
Im Bild der Verlauf der Transitfrequenz des 3904, Quelle Datenblatt ON.
Ganz gleich sind die Transistoren nicht, der 3904 hat sein Maximum bei 10 bis 20 mA.
Der BC550 hat sein Maximum in der Gegend 20 bis 30 mA, etwas flacherer Verlauf.
BC850 (BC550 SMD) hat identische Pinbelegung wie der MMBT3904.
Wer will, kann für die Schaltung den Europäer BC850 nehmen, geringfügig weniger Rauschen.
Bei Ic = 1 mA ist bei beiden die Transitfrequenz praktisch identisch.

73, Andreas

Man kann sogar davon ausgehen, dass in 2N3904 oder BC547 oder BC550 eines Hersteller bzw. der SMD Varianten der gleiche Silizium-Die enthalten ist. Sobald die Minimal-Daten der JEDEC Anforderung eines Types erfüllt sind, bestimmt die Marketing Abteilung, unter welcher Typenbezeichnung ein Transistor vermarket wird.

Eine interessante Seite zu dem Thema ist Richi#s lab: https://www.richis-lab.de/

Richi hat es sich zum Hobby gemacht, Halbleiterbauteile mit gestochen scharfer und hoch perfektionierter Mikrofotografie unter die Haube zu schauen. Ein Füllhorn von wertvoller Information

die oben angeführten BCxxx Familie verschiedener Hersteller sind auch in der Fotogalerie enthalten.
BCxxx-Transistorfamilie

73, Günter

Okay - zum Oszillator-Teil fehlt jetzt noch die Pufferstufe. Aktives Element ist Q2. C9 koppelt das 7Mhz-Signal aus dem Colpitts-Oszillator an diese Stufe und sorgt dafür, dass die DC-Vorspannung an der Basis von Q2 nach vorne geblockt wird. Der Blindwiderstand von C9 bei 7 MHz beträgt 689 Ohm. Sehen wir uns aber zuerst mal die DC-Auslegung an.

An der Basis haben wir wieder einen Spannungsteiler nach dem Muster bei Q1: R13, R11 und R12. Dabei spielt R13 mit 100 Ohm zu 20,1 KOhm des gesamten Zweigs wieder eine untergeordnete Rolle. Zu beachten ist aber, dass R13 jetzt von der 9V gespeist wird. An der Basis liegen also die über R11 und R12 genau hälftig geteilte Versorgungsspannung, also 4,5V an. Und hier ohne Vorwiderstand direkt galvanisch auf die Basis gekoppelt. am Emitter haben wir durch die Dioden-Vorwärtsspannung dann (4,5 - 0,7) V =3,8 V anliegen (gegen Masse). Als Emitterwiderstand liegen jetzt 1,3 KOhm vom Emitter gegen Masse, welche einen Emitterstrom einprägen. Dieser beträgt 3,8V / 1,3 KOhm => knapp 3 mA. Also schon ein wenig ein anderer Arbeitspunkt als bei Q1.

Interessant ist jetzt das "Kleinsignalverhalten" der Schaltung bei 7 MHz. Hier wirken jetzt natürlich die Kondensatoren, die in der Gleichstrombetrachtung ja zunächst keine Rolle spielen. C13 und C14 haben mit 100 nF bei 7 MHz einen Blindwiderstand von ungefähr 0,23 Ohm !! Sie verbinde also für das zu verstärkende Signal die Punkte zwischen den Widerständen R13 und R14 sowie R15 und R16 direkt mit Masse (bzw hatten wir bereits schon, damit auch mit der Versorgungsspannung). R13 und R16 sind also für die 7 MHz praktisch kurzgeschlossen und nicht wirksam. Beim Kleinsignalverhalten wirkt also nur der Kollektorwiderstand von 220 Ohm und der Emitterwiderstand von 100 Ohm. Wir haben damit eine Emitterschaltung (Emitter gemeinsamer Pol für Eingang und Ausgang) mit einem Emitterwiderstand zu tun. Recht gut wird die Wirkung des Emitterwiderstands aus meiner Sicht im elektronik-Kompendium elektronik-kompendium erklärt. damit haben wir einen recht niederohmigen Ausgang am Kollektor. Das Signal wird über C16 ganz niederohmig an die folgende Stufe weitergereicht. Gleichzeitig steht dieses Signal am Anschluss J5 z.B. für einen Zähler zur Verfügung. Keine gute Idee wäre es, hier eine eventuelle Senderstufe anschliessen zu wollen. Würde man dieses Signal räumlich nahe am VFO auf Treiber oder gar Sendepegel verstärken, so würde es unweigerlich in den VFO-Schwingkreis auf der gleichen Frequenz rückwirken und zu nicht beherrschbaren Instabilitäten führen. Deshalb wir in Sendern - auch in QRP-Sendern - der VFO standardmäßig auf einer anderen Frequenz als der Sendefrequenz betrieben. Für einfache Fälle z.B. auf der halben Sendefrequenz, dann gefolgt von einem Verdoppler. Der einmal von DK1HE entwickelte Röhren TRX arbeitet z.B. so. Aber keine Regel ohne Ausnahme: QUARZ-Oszillatoren sind so stabil, dass man sie auch auf der Sendefrequenz betreiben kann, ohne dass größere Schwierigkeiten auftreten. Auch wenn der Quarz als VXO gezogen wird funktioniert das noch. Das wurde z.B. bei dem schon genannten ganz ursprünglich Direktmischer-TRX DK1HE-001 so gemacht..... oder auch bei dem ebenfalls bereits zitierten "Hegau"

ABER hier haben wir einen LC-VFO. Und da gilt die Regel, dass man den auf der Sendefrequenz nicht stabil bekommt.....da hilft auch viel Abschirmung und Ringkern nicht.

Auch hier gilt wieder: in meiner theoretischen Betrachtung könnten sich natürlich Fehler eingeschlichen haben - für entsprechende Hinweise bin ich dankbar. Zur einfachen Übersicht habe ich wieder den betreffenden Teil des Schaltplans angefügt.

Wieder schöne Analyse!

Interessant ist hier der Ausgangswiderstand des Pufferverstärkers.
Genau ausgerechnet habe ich den nicht, wird in der Gegend 200 Ω liegen.
Schließt man an J6 Counter Tap einen Frequenzzähler 50 Ω an, geht das Signal in die Knie.
Zukunftsprojekt, vermutlich werde ich mal einen hochohmigen Eingangsverstärker für Zähler entwerfen.
Der wird was mit FET, Eingang hochohmig und Ausgang 50 Ω, in erster Linie Impedanzwandler.

73, Andreas

Hallo Dirk

Ja, ich stimme deinen Aussagen voll und ganz zu. Dieses Projekt hat zunächst nichts mit einem Bausatz von QRP-Project oder einem der anderen Anbieter zu tun. Es ist ein "Vorschlag auf Eigeninitiative" einer lockeren Arbeitsgemeinschaft - OHNE Verpflichtung von Einzelnen. Niemand "muss" für die Einhaltung irgendwelcher Daten "gerade stehen". Jeder arbeitet letztendlich eigenverantwortlich von der Bestellung über Aufbau bis Inbetriebnahme etc p.p. .....

Von daher ist es toll, dass Du die Organisation der Leiterplatte für die ganz AG einbringst. Das ist doch schon eine ganze Menge, wenn das ja quasi ehrenamtlich erfolgt.

Wie ich das "ursprüngliche Projekt" des CQRP-Clubs verstanden habe war es "eigentlich" als Lötübung für SMD und Einstieg in ein SMD-Projekt gedacht. Um was einigermaßen sinnvolles zu kreieren wurde eine DC-Schaltung aus einem HF-Praxis-Lehrbuch genommen und - von kleinen Änderungen bei der Spannungsversorgung abgesehen, wohl ziemlich 1:1 übernommen. Und Einige von der DL-QRP-AG sind auch Dank deiner Unterstützung zügig auf das Projekt mit aufgesprungen ....

Für mich ist es schön und macht Spass, wieder einmal in die Schaltungstechnik eines solchen Projekts tiefer einzusteigen. Die LP-Realisierung ist schön funktionell und übersichtlich - große SMD-Varianten sind bestückbar - und die Schaltung hat schon einiges an Anspruch. Vor allem bei dem als Differenzverstärker mit durchs Eingangssignal gesteuerter Stromsenke realisierten Mischer. Der wohl interessanteste Teil der Schaltung. Mancher würde sagen "eine halbe Gilbert-Zelle, diskret aufgebaut" - eigentlich aber eher eine drittel Gilbertzelle - multipliziert aber trotzdem schon.,

Wenn Du möchtest, kannst Du die Schaltungsbeschreibung gerne in die Baumappe aufnehmen. Aber halt "ohne Gewähr". Ist inzwischen doch über 40 Jahre her, dass ich die Theorie und Praxis der Schaltungstechnik gelernt habe - da ist nicht mehr ganz alles so parat wie vor 40 Jahren......und einige Teile fehlen ja noch.

Ich wäre jetzt gar nicht auf die Idee gekommen, einen (Labor-)Zähler mit 50 Ohm Eingang als Betriebszähler zu verwenden. Die von dir empfohlene Anzeige hat ja genauso einen hochohmigen Eingang wie die ganzen 6- und 8-stelligen Zähler aus ebay. Die verwende ich hier recht fleißig beim Experimentieren.

Und den Vorschlag von Andreas mit einem optionalen Trimmer-C im Oszillator-Schwingkreis unterstütze ich voll und ganz. Sollte tatsächlich nochmal eine Neuauflage der Leiterplatte erfolgen, so wäre das eine elegante Möglichkeit, um den gewünschten Frequenzbereich recht feinfühlig zu erreichen.....und da würde ich auch einen optionalen Eingangskreis vorschlagen für eine verbesserte Eingangsselektion. Aber das sollte man wirklich am Objekt probieren, ob das tatsächlich eine Verbesserung bringt... Andreas ist da ja schon drauf und dran.

Was hoffentlich allen Nachbauern klar ist: so ein SMD-Projekt ist eigentlich KEIN Experimentier-Projekt. Der Aufbau ist mit der festgelegten LP recht wenig flexibel und vor allem auch Messungen sind bei weitem nicht so einfach möglich wie bei bedrahteter Technik. Dort kann ich z.B. die Tastköpfe eines Oszilloskops einfach anhängen und das Signal beobachten, während ich an einem Einstellknopf drehe.... bei SMD ist das bur eingeschränkt oder mit zusätzlichem Aufwand/Messadapter möglich...... wie ober geschrieben, ist eigentlich ein SMD-Übungsprojekt und kein Experimentierprojekt.

Günter, danke für den Link.

Zitat von DL4ZAO

Eine interessante Seite zu dem Thema ist Richi#s lab: https://www.richis-lab.de/

Absolut empfehlenswert! Stöbert dort mal herum. Ich habe in meiner Lehrzeit mit einfachen Mitteln einige Transistoren geöffnet. Unterm Schülermikroskop eine interessante Welt.

Zitat von DM5TU

Anbei ein Link zur öffentlichen Stückliste für das Winterprojekt 2024 "W7ZOI 40M Direct Conversion Receiver".

Diese BOM liegt bei Digikey. (Zur Bestellung bei Digikey, Benutzerkonto erforderlich)

Ich bitte die Stückliste vor Bestellung gegen die "Baumappe" zu prüfen und ggfs. im eigenen Warenkorb anzupassen.

Habe ich heute gemacht: nach meinem Check fehlt ein SMD-R 680 Ohm.

Die Beschreibung listet auch 2x 1,1uH + 1x 1,2uH, in der Digikey-Liste stehen nur 2x 1uh (vmtl mangels fehlender, passender Werte be Digikey)?
Hier tendiere ich dazu, woanders T30/37-6 zu besorgen und zu wickeln. Gibt auch mehr Flexibilität beim Abgleich.

Auch mit Bestellung für 2 Interessenten komme ich nicht über den Schwellwert für versandkostenfreie Lieferung, alle R sind ja als 10er Streifen schon teilbar, Versand ggw. für respektable 22$.

Möchte noch jmd mit einspringen? Ich kümmere mich um die Order und Weiterverteilung.

Zusätzlich was Nützliches bestellen?

Viele OMs haben kein geeignetes Lot für SMD.
Bei den Amis bekommt man noch gut SN60PB40, z.B.:
https://www.digikey.de/de/products/detail/apex-tool-group/T0051403299/15652544
Das ist sogar von Weller und mit dem angenehmen Durchmesser 0,5 mm für SMD.

73, Andreas

Zitat von dm4ea

Auch mit Bestellung für 2 Interessenten komme ich nicht über den Schwellwert für versandkostenfreie Lieferung, alle R sind ja als 10er Streifen schon teilbar, Versand ggw. für respektable 22$.

Möchte noch jmd mit einspringen? Ich kümmere mich um die Order und Weiterverteilung.

Tom,

könntest Du mir folgendes mitbestellen?

Gruß

Gerd.

Zitat von DF9TS

Tom,

könntest Du mir folgendes mitbestellen?

Gruß

Gerd.

Gerd, das kann ich ausnahmsweise machen, mache damit aber ausdrücklich nicht die Tür auf für weitere Einzelorders, ich habe weder Zeit für noch besondere Lust auf Sortierung von Einzelkomponenten.

Mein Angebot gilt ausdrücklich nur für die komplette Stückliste für den DC-Rx.