EX

2009年7月17日金曜日

【HAM】7MHz QRP Transmitter (2)

【HAM:7MHz QRP送信機・製作編】

検索でおいでのお方は、初回(←リンク)から読むのがお薦めです。
この送信機の目的・目標および設計コンセプトが纏めてあります。




7MHz帯QRP送信機:製作編】(つづきです)
 この送信機はごく簡単な構成のうえ部品数もごく僅かです。 しかも自作好きHAMならジャンクボックスからピックアップできるような部品ばかりでしょう。 実際、当シャックでは手持ちのジャンクパーツからすべて調達できました。 中には将来を見越して買い置きしていたパーツもありますから、活用される好機でもあった訳です。 

 ところで、部品事情は年ごとに自作派に厳しくなりつつあります。 ほとんどの電子機器は表面実装で作られていて、リード線付き部品は姿を消しつつあるのです。 極端に言えばアマチュア以外のニーズがなくなっているからでしょう。 ごく当たり前の部品はまだ大丈夫だとしても、キーになる部品の幾つかは価格高騰しているケースも出てきました。 この製作はQRPなモノバンド送信機にすぎません。 しかも周波数は7MHzと低いので代用品で何とでもなります。 このBlogの部品にとらわれず、各自の工夫で十分乗り切れると思います。手持ちの部品を活用する切っ掛けにでもなれば幸いです。

7MHz QRP送信機の回路図
 方針通り2ステージ構成です。 水晶発振段+終段電力増幅段になっています。 付属回路としてキーイング回路と受信機制御のためにスタンバイリレーを設けておきました。 電源は他から供給します。 12V1Aあれば十分です。 なお、コイルの巻き方は後の方に詳しい説明があります。

 簡単に回路の説明をしておきます。 水晶発振回路はピアースCB型です。 少々アクティビティの低い水晶発振子も良く発振します。 コレクタ側は基本波周波数に同調しています。 水晶発振の段からある程度大きなパワーを取り出す設計になっています。 終段を十分ドライブする必要があるからです。 約150mWくらい得られてます。 発振段のコレクタ電流はパルス状で歪みが多いのですがこれで正常です。 コレクタ負荷のコイルはタップダウンでインピーダンスマッチングしています。 同時に必要なQを得ています。 多少なりとも奇麗な正弦波に近付ける努力です。 次段もC級増幅なのでそれほど正弦波に拘っても意味はありません。 水晶発振のトランジスタには2SC30を使いました。

 続いて終段電力増幅です。 出力:Po=3Wを目指すので必要なゲインとパワーが得られるように考えます。 広帯域トランスを使う方法は安直で良いのですが増幅回路としての効率は低めです。 この例では最適なインピーダンスに設計して十分なゲインが得られるよう配慮しました。 3Wを確実に得るためには中電力用のトランンジスタを使う必要がります。 ここでは汎用の中電力トランジスタ、2SC696(松下電器製)を使ってみました。

 キーイングは発振段で行ないます。 エミッタを直接キーイングしても良いのですが、キーイング用トランジスタを設けてコレクタ側で行ないます。 このようにしておけば大抵のキーヤーが使えるので便利です。 なお、発振段をキーイングしていますが、モニタしてきちんと調整すれば問題はありません。 どうしても気になるようでしたら、大きなPNP-Trを使って終段トランジスタのコレクタのキーイングと言う方法もあります。(その方法はチャープが出易い感じでした)

 アンテナ切換えと受信機の制御にはリレーを使います。 アンテナ切換えはDi-SWでも良いのですが、消費電力はリレーと比べて大差ありません。 フルブレークインではなく、手動スタンバイでオンエアするため機械式リレーで十分しょう。

 ローパスフィルタはπ型一段では二次高調波の減衰がやや不足でした。 そのため14MHzに極を持たせてクリヤしています。詳細は後続の測定・検証編に説明があります。

使用トランジスタ
 2SC30と2SC696を使いました。
 古典的な2SC30を発振段に使います。 登録は古いのですが通信工業用として遅くまで生産されていたようです。
 それよりやや新しい2SC696を終段電力増幅に使いました。もちろん、どちらもシリコン・トランジスタですが、懐かしい1970年代のデバイスです。

 何れも形状はメタル缶スタイルです。これらを使ったのは写真のような放熱器(放熱フィン)の手持ちがあったからです。 それ以外の意味はありませんからプラスチック・パッケージのトランジスタでも差し支えありません。もちろんシリコン・トランジスタを使います。

 2SC30は、fT>250MHz、Vcbo>50V、Ic>200mA、Pc>500mWくらいの高周波用トランジスタなら何でも良いでしょう。比較的入手しやすいTrとして、2SC945を2つパラで使う方法があります。 少々発熱するので簡単に放熱しておくと安心ですが、連続送信しなければ大丈夫です。 外観形状が異なるトランジスタを使う際は放熱器(ヒートシンク)を適宜探して下さい。ごく小さなヒートシンクでも効果があります。

 2SC696は、fTが100MHzくらい、Vcbo>50V、Pc>5W、Ic>1Aを目安に選びます。 コレクタ・ベース間容量Cobは20pFであるとして設計しているので、Cob=15〜30pFくらいのものを選びます。 従って、あまりパワーの大きなトランジスタは不適当でしょう。 fTは高すぎない方が良いです。過剰に高いと7MHzで使うにはゲインがあり過ぎて不安定になります。 逆に低すぎるとゲインが足らず、パワーが出なくなります。 良く探せば条件に合うトランジスタは@¥100-くらいで売っていると思います。 もしAM送信機にするなら、連続した送信に耐えられる十分なサイズのヒートシンクを付けて下さい。 最近ではあまり見掛けなくなりましたが、CBトランシーバに使われていたような高周波用パワートランジスタが好適です。

 CWのキーイング・トランジスタにもメタル缶の2SA571を使っていますが、メタル缶に統一する意味で使っただけなので、Ic>200mA、Vcbo>50V、hFE>100のPNP型なら何でも良いでしょう。(但しゲルマTrは漏れ電流が大きいので不可です)ON/OFFのスイッチングをするだけで殆ど発熱しないのでヒートシンクは必要ありません。汎用品の2SA1015Yでも十分でしょう。


2SC696には放熱フィンを
 2SC696の許容コレクタ損失:Pcは750mWとなっています。しかしこれは何も放熱器を付けない場合でしょう。 2SC696の中身は姉妹品の2SC697(Pc=10W@Tc=25℃)と同じなので放熱すれば数Wに十分耐えられるようになります。 この程度の放熱フィンではそれほどPcは大きくなりませんが、3WのCW送信機用には十分でした。なお、耐圧選別品の2SC696Aや形状は異なりますが2SC697でも良いです。

【以下は蛇足です】
 2SC696は電子楽器用エフェクタに使った記事があったそうで価格高騰しています。 興味があったのでVc-Ic特性を測ってみました。 「なるほど非常にノンリニヤで心地良い歪みが期待できる特性だから使ったのであろう・・・・」と言う話しは真っ赤なウソです。
 実際はhFEのリニヤリティが良好なHi-Fiにも向くようなトランジスタでした。 近代的な低歪みトランジスタと何も違わないくらいです。 もともと汎用品であって中電力用として手頃なトランジスタでした。 エフェクタには2SC696ではなく、何でも良かった筈なのに雑誌の製作記事に名前が書かれたお陰で高騰してしまったのでしょう。 エフェクタ向きで歪み云々を言うのなら、もっとずっと適した石もあるのですがあえて書きません。こんどはそちらが・・・。(笑)

 2SC696は既に廃番ですが、過去にたくさん使われていました。 基板付きジャンクや部品店の店頭在庫も大量にあると思います。 送信機用のトランジスタではありませんが、出力数Wの手軽なHF送信機に向いていると思います。 昨今は松下製ではない2SC696(=いわゆる偽物)がオークション等に登場しているようです。 ホンモノと同じように使えるのかもしれませんが、中身はまったくの別物なのでエフェクタには良くても、高周波にはぜんぜんダメかもしれません。 中古の2SC696でも宜しければご希望のお方に差し上げます。やや足は短いですがもちろん本物(笑)です。

送受切換リレー
 実機にはジャンクから出てきた軍用のリレー(中古品)を使っています。 しかし写真のような一般品で十分です。
 2回路でトランスファー接点(C接点とも言う)のリレーを使います。駆動電圧は12Vのものにします。 OMRON、Panasonic電工ほか各社から適したものが出ています。周波数が低いので同軸リレーとかRF専用品の必要はありません。

 様々なリレーが売られており、同じように使えるものはたくさんあります。 適当なものをジャンクからピックアップすれば良いのですが、種類が多過ぎて初心者はかえって迷ってしまいます。 昔から地方の自作ハムにリレーは厄介な部品の一つでした。 ラジオ店には置いてないし通販で買えば1,000円近いことも多かったからです。

 入手しにくいようなら写真のOMRON製:G5A型リレーを差し上げます。このリレーは気密型なので接点が汚れにくく、ツイン接点で接触が安定しており通信機に向いています。 3Wの送信機には十分な接点容量があります。 消費電流=約17mA/@12Vと省エネなのも良いでしょう。 製作予定でリレーを必要とする人はまずはメールを。ttt.hiroアットマークgmailドットcomでどうぞ。SASEの送り先を返信します。

クリスタル
 基本波の水晶発振子を使います。 実機ではQRPクラブ有志がアルト電子に特注した7003kHz:HC-18/Uを使いました。 写真のようなHC-49/UあるいはHC-49/USでも良いです。 写真の7108kHzも良好に発振したのでうまく使えます。

 7000kHzの水晶発振子と直列にトリマ・コンデンサを入れて7003kHzに調整する方法も不可能ではありませんが、水晶のバラツキで不安定になることがありました。 キーイングすると発振起動不良で単点が抜けるとか、酷くチャープするなどの現象が現れるかもしれません。 その時は別の水晶に交換してみると直るかも知れません。 もちろん正規に7003kHz用として作られた水晶振動子を使うと安心です。

【参考】水晶振動子の特注先(おもにアマチュア向き)
アルト電子製作所:宮城県大崎市TEL:0229-55-xxxx→2011年7月廃業した
川崎電波研究所:神奈川県川崎市TEL:044-877-0901(Webなし)→営業してるらしい
アズマ無線工業:東京都北区:TEL:03-3913-2164(Webなし)→廃業か?(真相不明)
三器電子工業:東京都港区:TEL:03-3866-9536(Webなし)
エヌエスアイ:横浜市港北区:TEL:045-547-2182(→Web)
◎各メーカーへの問い合わせや注文は各自の責任でお願いします。

マイカ・トリマ・コンデンサ
 max300pFのトリマ・コンデンサを使っています。 古臭い部品に見えるかもしれませんが、単純な構造で接触不良になりにくいのでパワーアンプ向きです。 国内では使用例をあまり見ませんが海外の半導体RFアンプではよく使われています。大きな容量のトリマ・コンデンサとしては安価なのでお薦めできます。 見つからない場合は他のトリマ・コンデンサを使って下さい。あるいはポリ・バリコンで代用する方法も考えておく必要がありそうです。

 昔の真空管ラジオに使ってあったパッディング・コンデンサも極板を減らせばこの目的に使えます。 しかし手持ちが沢山あれば別ですが五球スーパ用の部品は高騰しているので他の方法を試みるべきでしょう。

 他の手段としては、コンデンサを固定してしまい、コイルの方を可変すると言う手もあります。 その場合は、下記のモノコイルのようなインダクタンスが調整できるものを使います。3Wと言うパワーから考えて、FCZコイルや10Kコイルでは無理です。

モノコイル】(発振段で使用)
 FCZコイル以前のトランジスタ回路用コイルと言えば東光のモノコイルでした。 これは本物のモノコイルではなく、自作の模造品(レプリカ)です。 もし手に入るなら東光のSCN-5948A(7MHz用)を購入すると楽です。
 但し改造が必要です。付いている二次側巻き線を除去して代わりに可動型リンクコイルに交換にします。 写真手前のような構造になります。二次側のリンクコイルは3回巻きで、糸で縛って崩れないようにしておきます。 輪が崩れないよう接着剤で固めても良いでしょう。

 東光のモノコイルも姿を消して久しいのですが、φ8mmのトランジスタ用ボビンは秋葉原を探せば入手できます。 新品を扱うお店は減っていますが、用途不明で既に巻線されたジャンクはかなり見かけました。
 そうしたジャンク品はコアに着色してあります。 使用周波数帯で色分けがあると聞いたこともありますが、実際に入手したものを試したらどれも同じようなものでした。 おそらく、元々はトランジスタ・ラジオの短波用局発コイルなのでしょう。 どれを買っても大丈夫なようでした。 パワーを扱う送信機には有用なパーツなので見かけたら数個手に入れておくと役立ちます。 秋葉原の場合、日米商事ほか、鈴商などの店頭で見かけました。

 どうしても手に入らないときはTシリーズ・トロイダルコアとトリマ・コンデンサの組み合わせでも良いです。 こちらの方が入手は容易かもしれません。 トロイダルコアの場合,二次側リンクコイルの移動で結合度を変えることはできなので、巻き数を1〜3回の間で変えて調整します。 なお、FCZコイルは扱える電力が小さいのでこうした送信機には不適当です。 このコイル部分が3Wを出す送信機のポイントの一つでもあります。 ここは是非このようなコイルを使って下さい。

 なお、写真の物は一次側(同調側)はφ0.32mm:ポリウレタン電線(UEW線)が18回巻いてあります。タップは中点(9回目)です。 巻いたあとの確認方法ですが、1次側(同調側)巻線のインダクタンスは4.6μHなので、100pFを並列にすると約7.4MHzに共振します。 グリッド・ディップ・メータ:GDMがあれば共振周波数を見ておくと確実です。コアの出し入れで加減できるので少々ずれていても大丈夫です。

終段部の空芯コイル
 空芯コイルはトロイダルコアに巻くより遥かに安価で、巻くのも簡単です。 「密着巻き」にしたので手間がかからず作り易いと思います。 空芯コイルは線径、巻径、ピッチさえおさえておけばコアに付き物のμのバラツキもなく再現性はたいへん良好です。

 線径φ=1.0mmの絶縁被覆電線を内径12mmに巻きます。 なぜ12mmなのかと言えば手元にあった油性マジックペンの軸径が12mmだったからです。 もちろん10mmでも15mmでも任意ですが巻き数を変える必要があります。コイルの設計には簡単な設計プログラムを使いました。 GDMを使って共振周波数からインダクタンスを確認してあるので、この通り作れば問題ありません。各コイルの巻数など作り方を含めて写真に記載してあるので参照して下さい。

このように巻きます
 実際に使った筆記用具の写真です。 近所の100均で買ったと思いますが、身近を探せば12mm径の円筒は幾らでもありそうです。

 巻き線にはφ1.0mmのフォルマール線(記号:PEW)を使うました。PEWは被覆が丈夫なのは良いのですがハンダコテでは溶けないので剥がすのは少し厄介です。 ポリウレタン電線(記号:UEW)が楽だと思います。線径が同じなら性能に違いはありません。 隙間なく密着巻きにしないとインダクタンスが違ってしまいます。 写真の様にピッチリ隙間なく巻いて下さい。巻いたあとやや緩むので内径は12.2〜12.3mmほどになりますがそれで大丈夫です。

 以上、主要部品を説明しました。 コンデンサ、抵抗器は高周波用のものなら何でも良いです。 製作例では同調回路やフィルタなど高周波が通る部分にディップド・マイカコンデンサを使いました。 バイパス・コンデンサはセラミック・コンデンサです。 抵抗器はすべてカーボン型の1/4Wです。

 ハンダ付け用「ランド」は1.6mm厚の紙エポキシ基板を幅5mm程度の短冊状に切ったものを用意しておき、適宜ニッパーでカットしながら瞬間接着剤で貼付けて行きます。 瞬間接着剤は「ジェル状」がハンダ付けの熱で剥離しにくいので良好でした。 基板その物は片面の紙フェノールです。ガラス・エポキシでも何でも良いでしょう。 サイズは80×140mmです。回路や部品に関する質問などはメールやコメント欄でお願いします。

以上です。 de JA9TTT/1

次回(←リンク)は測定・評価編を予定しますが、グズグズしていると気の早い人はその前に完成させオンエアしてしまいそうです。サンデー工作用なので簡単ですからね。(笑)

(つづく)

(Bloggerの仕様変更対応済み。2017.03.31)

12 件のコメント:

TTT/hiro さんのコメント...

幾つかメールを頂いたので捕捉しておきます。

 左の見えにくい図は、単なる飾りです。公開予定だった内容と直接の関係はありません。従ってクリックして見ても何も意味はないので悪しからず。なので見えないように処理してあります。

 回路及び部品は現物写真を見ての通りのものなので、「トランジスタ活用ハンドブック」、「ハムのトランジスタ活用」、「短波CW送信機の実験」などの書籍を参照すれば同じように作れます。それらは絶版かも知れませんが図書館にあります。

 ネットで何でも手に入ってしまうように感じれば、自ら書籍を読んで理解しようと思う人は少なくなって行くでしょう。ネット上の情報には質量ともに限界があることに早く気付くべきでした。
 自ら努力しないと真に意味のある情報や活きた知識は得られないものです。与えてもらうのでなく、自ら考えてそれらを掴む必要があると思っています。

JE6LVE/Takahashi さんのコメント...

おはようございます。

>ネットで何でも手に入ってしまうように感じれば・・
私も最近はネットで検索すればいいやという体質になってしまっています。
手元の本の前にグーグル先生ですから・・Hi

kakuma tutomu さんのコメント...

加藤さん こんにちは
JA1AJR 角間です。
実は、トラぶっていることがあって、続きを期待していたのですが、ご事情は了解しました。止むを得ません。
もし、VXOを採用されておられるのでしたら、その辺のお話がうかがえると助かります。
それから、CQ誌の付録に使われるリレーは、手元にあるものと足の配列が異なり、パターンをいじらないと使えません。

TTT/hiro さんのコメント...

JE6LVE 高橋さん、こんにちは。

コメント有難うございます。
> 体質になってしまっています。
まあ、私もそうなんですけれど、それではマズいなあと思って反省してます。 送信機を作るにあたって改めて本を読み返していたら忘れていたことを色々思い出しました。hi hi

良くわかっていてもネットには書きたくないことも多いようですので、衆目に曝されない情報も多いようですよ。(笑)

TTT/hiro さんのコメント...

JA1AJR 角間さん、こんにちは。

コメント有難うございます。
> VXOを採用されておられるのでしたら・・・・
流石に2ステージ構成でVXOだと、十分なパワーが出る送信機は難しいです。無理をしてもチャープが酷くて使い物になりません。hi hi  普通のピアースC-B型水晶発振回路になっています。直列のトリマコンデンサで数kHz動かす程度なら問題はないです。 水晶発振段で150mWくらい得ています。

> 手元にあるものと足の配列が異なり・・・・
もし良かったら型番を教えて下さい。もし使えそうな手持ちがあればお送り致します。

jo7wai/takahashi さんのコメント...

御教授、有難うございました。
何とかモノにしたいと思っております。
TはΦ6x10mmのコアーが入ったコイルボビンを在庫しておりますので、先ずはこれでトライしてみます。
暫くは工作から遠ざかっておりましたので、勘を取り戻さなくてはなりません(笑)。

TTT/hiro さんのコメント...

JO7WAI 高橋さん、こんにちは。

コメント有難うございます。
> 何とかモノにしたいと思っております。
発振回路+電力増幅と言う最もシンプルな送信機です。周波数も低いのでまず大丈夫でしょう。 何かあればメールでもお寄せ下さい。

> TはΦ6x10mmのコアーが入ったコイルボビンを・・
所定のインダクタンスが得られれば問題ないでしょう。ファイナルのゲインが高いので、十分ドライブできますから心配ないと思います。

高橋さんには、お伝えしてありますが段間のコイルはFCZコイルはパワー的に持たないので使えません。写真のようなコア入りボビンに巻きます。東光の7MHz用モノコイルが使えます。

kakuma tsutomu さんのコメント...

加藤さん
JA1AJR角間です。
早速のReplyありがとうございます。
10.17MHzの水晶で、10.12MHz付近まで下げているのですが、第2ステージをAクラスにしているのが問題なのでしょうか、50mW出ているかどうかです。頭から、出ていないと決めて、測っていません。hi
もう少し知恵を絞ってみます。

角間 さんのコメント...

加藤さん
またまた、角間です。
リレーの件、定格24ボルトというのがありました。12ボルトでも動くので、これを使います。我が家のジャンクボックスは、意外に底が深いことに気が付きました。hi hi

TTT/hiro さんのコメント...

JA1AJR 角間さん、こんばんは。

コメント有難うございます。
> 10.17MHzの水晶で、10.12MHz付近まで・・・
50kHzのVXOですね。 周波数から見て無理ののない範囲だと思いますが、2ステージの送信機では厳しいかも知れません。 VXO発振回路からパワーを沢山取り出すのは不利だと思います。 パワーが少ないのはやむを得ないかも知れませんね。

10.140MHzの水晶も出回っているようですから、それと交換すると多少有利かも知れません。

> 定格24ボルトというのがありました。
了解です。 うまく使えると良いですね。

> 意外に底が深いことに気が付きました。hi hi
角間さんくらいのベテランですとずいぶん深そうですね。 お宝がたくさん沈んでいるのではないでしょうか? FBなものが発見できることでしょう。(笑)

もし、発掘したリレーがうまくないようでしたらご連絡を。こちらでも泥沼の底を探してみます。 出るのはゴミばかりかも。hi hi

jn3xby@岩永 さんのコメント...

TTT 加藤さん、こんばんは。
先週はずっと出張していて、ホテルから時々皆さんのBLOGなどのぞいていたのですが、加藤さんのBLOGをはじめ、いくつかのBLOGが接続できませんでした。中国からなので、何か引っかかっているかもしれません。

さて、先月号のCQ誌で7MHzのCWTXが少しばかり話題になっているようですが、確かに当局のようなプアな通信技術力を考えると3~5Wというのは欲しいところですね! 100mW位になると呼べど答えてもらえず、答えて貰ってもミスコールがあると何度も打たなければならず、かといって効率的に送信できる技術もないし、といった所です。
それで、当局の自作品もだいたい1W以上、3~5Wです(^^; (一応QRP)
それで、加藤さんの回路が気になるのですが、写真からですと、とても当局の手持ち部品では作れそうもないのでイメージだけ参考にさせてもらいます。

TTT/hiro さんのコメント...

JN3XBY 岩永さん、こんばんは。

コメント有難うございます。 ご出張が多いようですね。ご苦労様です。
> いくつかのBLOGが接続できませんでした。
おそらく、Bloggerは反中国的なブログが沢山あるのでしょう。 それで一律にブロックしているのではないかと思います。

 日本人でBloggerを使っている人は少ないようですね。私は成り行きで使うことになったのですが、日本人のBlogとしては少数派のようです。他のアジア人のBlogは多いようですが、彼らは自国にBlogを提供する所が少ないからでしょう。

> 3~5Wというのは欲しいところですね!
100mW程度のパワーでオンエアしたこともありますが、VXO付きでも厳しかったですね。 1W以下では忍耐が必要なようで、応答率が低過ぎて嫌になってしまいます。(笑) やはりある程度楽しむためには少なくとも2〜3Wは欲しいと思います。

> 当局の手持ち部品では作れそうもないので・・・
メタル缶のトランジスタとか、古そうに見える部品を使っているからだと思いますが、回路その物はオーソドックスですよ。 プラスチック・パッケージのトランジスタ、フィルム・トリマコンデンサ、トロイダルコアなどを使えば同じ回路でもずっと今風の製作になります。(笑)

回路はピアースC-B型水晶発振で150mWくらい得て、ファイナルはLC回路でインピーダンス・マッチングしています。 ファイナルの効率とスプリアスは広帯域アンプ形式よりも幾分有利なようですね。 2ステージの簡単な送信機でQRPな3Wですが、結構実用になりそうです。 いずれ外付けのVFO(=VXO)を付けようかと思っています。hi hi