40m QRP CW-Transceiver "SW+"

Bei einer Recherche im Internet stieß ich in 2021 auf einen Beitrag in den 'SolderSmoke Daily News'.

Angesprochen ist dort ein Projekt von John Morris (N8RVE) dass er in der von Chuck Adams (K7QO) entwickelten Methode 'Muppet Construction' realisiert hat. Es handelt sich um einen QRP CW-Transceiver 'SW+', der ursprünglich von Dave Benson (NN1G / K1SWL) entwickelt, und später über seine Firma 'Small Wonder Labs' vertrieben wurde.

Obwohl ich den 'SW+' bereits in der 80m- und 40m-Version aufgebaut habe, war ich von den Bildern des Aufbaues so begeistert, dass ich sofort begonnen habe, das Layout der Platine mit 'Sprint Layout' herzustellen. Man kann so vorgehen, dass man z.B. die Positionen der IC's, Filterspulen und Ringkerne ungefähr vorgibt, und die weiteren Bauelemente und Lötpads dann anhand des Schaltplanes positioniert und die Verbindungen herstellt. Man sollte sich hier nicht auf die Darstellung in den Bildern verlassen. Bei der Layout-Erstellung wurden zusätzlich noch Korrekturen und einheitliche Platinensteckverbinder berücksichtigt.

Da die Anordnung der einzelnen Baugruppen auf der Platine der Anordnung im Schaltplan entspricht, dürfte das neue Layout dann weitgehend dem entsprechen, das als Anregung gedient hat.

Spezielle Bauelemente, wie 10.7 MHz Filterspulen '42IF123', Mischer-IC's 'SA602AN', PA-Transistoren '2SC2078' oder VariCap-Dioden 'MV1662' sind von früheren Projekten und dank vorausschauender Beschaffung noch vorhanden, so dass auch diesbezüglich einem weiteren Aufbau des Transceivers nichts im Wege steht.

Die ersten beiden 'SW+' habe ich anhand des Buches 'Elmer 101 - Das Buch zum Bausatz SW+40' aufgebaut. Diesmal orientiert sich der Aufbau an 'Building the Small Wonder Labs SW-40+' von K7QO.

Die Anleitung beschreibt den Aufbau eines 'SW+' Abschnitt für Abschnitt, und gibt auch Testprozeduren an, um die die einzelnen Bauabschnitte zu überprüfen und sicherzustellen, dass jeder neue Abschnitt richtig funktioniert.

Am Ende der Anleitung ist eine 'SW40+ Assembly List' enthalten, die eine Liste aller Bauelemente nach den einzelnen Bauabschnitten darstellt. Hier kann man die verbauten Bauelemente 'abhaken' und hat so eine schöne Kontrolle über den Baufortschritt.

Zu guter Letzt ist die Aufteilung in 15 Bauabschnitte auch gut geeignet, die eigene Arbeit an dem SW+ zeitlich zu strukturieren. Es ist viel einfacher, ein elektronisches Gerät abschnittsweise zu bauen und zu testen, als das ganze Gerät zu bauen und dann nach Problemen zu suchen, die es zum Scheitern bringen.

Informationen zum SW+

Aufbau eines 40m QRP CW-Transceiver 'SW+' (Muppet Construction)

sw+

Quelle: DL2KI

Technische Daten (gemessen):

Frequenzbereich ca. 7001 kHz bis 7039,5 kHz (je nach Bauteilbestückung variabel)
Frequenzabstimmung stufenlos (VariCap)
Modes CW

Full break-in (QSK)
RX-Typ Einfachsuper mit 4 MHz ZF

3-pol. Quarzfilter
Spannungsversorgung 11 bis 15 V
TX Leistung ca. 2 W
RX Stomaufnahme ca. 18 mA
TX Stomaufnahme ca. 330 mA

MUPPET = Manhattan-Ugly-Professional-Placement-Experimental-Technique
(Eine von Chuck Adams, K7QO, entwickelte Konstuktionsmethode.)

  • Eine kupferkaschierte Platine ist die Grundplatte.
  • Die Pads werden durch Ätzen, Fräsen oder Inselschneiden von der Grundplatte getrennt.
  • Die Bauteile werden an die Pads gelötet.
  • Alle Masseverbindungen der Bauteile werden an die Grundplatte gelötet.
Vorteile:
  • Kein Bohren von Löchern für Bauteile.
  • Leicht zu löten.
  • Gut geeignet für HF-Design.
  • Schnell und unkompliziert für die Herstellung von Prototypen.
Nachteile:
  • Nicht-standardisiertes Layout, das die Fehlersuche erschweren kann.

Gehäuse

Nach Fertigstellung der Platine wurde nach einem passenden Gehäuse gesucht, das die Platine auch optisch ansprechend zur Geltung bringt. Hier habe ich mich dann für ein Acrylglasgehäuse entschieden. Hierfür gibt es Anbieter, die die Gehäuse auf Kundenwunsch herstellen.

Bei diesen Gehäusen ist die Materialstärke des Acrylglases zu den Gewindelängen der einzubauenden Potis, Buchsen und Schalter zu berücksichtigen. Hier wurde Acrylglas in einer Stärke von 4mm verwendet.


Mit dem Einbau in das Gehäuse ist das Projekt nun abgeschlossen.

September 2022

SW+40 im Funkbetrieb

In Anlehnung an das Bild mit dem "TRX40cw" sieht die Station, die nun für einige Test-QSO's verwendet wird, so aus.

  • SW+40 Transceiver
  • Antennentuner nach DK6SX
  • Altoids TiCK2-Keyer
  • QRP-Wattmeter nach DL6JAL

sw+
August 2022

An den Aufbau schließt sich zunächst eine nochmalige Prüfung der Platine hinsichtlich schlechter Lötstellen, Zinnperlen, etc. an. Durch den modularen Aufbau wurden die einzelnen Baugruppen ja bereits hinsichtlich ihrer Funktion überprüft. In dem Zusammenhang erfolgt auch die Überprüfung der DC/AC-Spannungen anhand des Schaltplanes "Troubeshooting the 'SW-XX+' Transceiver".

Im weiteren Verlauf wird nun das vorhandene Layout, aufgrund der Erfahrungen beim Aufbau, entsprechend angepasst und korrigiert. Es handelt sich weitgehend um Lage-Anpassungen der Beschriftungsfelder, sowie um einige Änderungen bei der Anordnung der Lötpads und Platinenstecker.

Im Laufe des Aufbaues und des Abgleichs wurden gegenüber dem Schaltplan bzw. der Stückliste einige Bauteilwerte geändert, die noch dokumentiert werden. Dann stellt sich natürlich die Frage nach einem passenden und ansprechenden Gehäuse für das Projekt, was in diesem Fall sicher nicht einfach ist.

Die Bilder unten zeigen eine zunächst aufgebaute 80m-Version, die jedoch später in eine 40m-Version umgebaut wurde, da mir das 40m-Band für den Transceiver dann doch als geeigneter erschien. Der Umbau erfordert im Wesentlichen lediglich den Austausch der Quarze, einiger Kondensatoren und die Änderung der Windungszahlen bei drei Ringkernspulen.

Durch die Oberflächenmontage der Bauelemente ist das problemlos, sauber, und mit geringem Aufwand möglich.

Baugruppen 'Transmitter Driver', 'LP Filter' und 'Final PA Transistor'

'Transmitter Driver'

'LP Filter'

'Final PA Transistor'


Chapter 16: 'Transmitter Driver'

Die Treiberstufe um 'Q5' verstärkt das Sendesignal zur Ansteuerung des Endstufentransistors 'Q6'. Die Ausgangsleistung der Treiberstufe wird mit einem 8:1 Übertrager 'T4' an die Impedanz des Ausgangskreises angepasst.

Chapter 17: 'LP Filter'

Dieser Abschnitt beinhaltet das Sender-Tiefpassfilter, die Sende-Empfangsumschaltung und Elemente zum Schutz des Empfängereingangs und des PA-Transistors

Nachdem im Empfangsfall das Antennensignal das Tiefpassfilter passiert hat, gelangt es zu einem Bandpass (Saugkreis), über den es den Empfängereingang erreicht. Dioden schneiden Spannungsspitzen durch das Sendesignal ab, so dass der Eingang des Empfängers gegen die hohen Sendespannungen geschützt ist.

Eine Z-Diode schützt den PA-Transistor vor Spannungsspitzen mit mehr als 33V.

Mit einem 'miniVNA Pro' wurde der Empfängereingang von der Antennenbuchse bis 'J1-2' (RF-Gain) vermessen.

Das Bild ergibt sich mit einem 'C40' von 47pF.

Chapter 18: 'Final PA Transistor

Zum Abschluss der Arbeiten wird nun der Endstufentransistor 'Q6' eingebaut. Durch die sehr geringe Verlustleistung der PA, ist ein Kühlkörper am Transistor nicht unbedingt erforderlich.

Das Sendesignal sieht sauber aus und wurde beim Senderabgleich auf eine Amplitude von 26,1Vss (@13,5V) eingestellt. Dies entspricht einer Sendeleistung von ~1.7W, was der Vorgabe im Handbuch entspricht.

sw+

Baugruppen 'Transmitter Mixer', 'Transmitter Bandpass Filter' und 'Transmitter Buffer'

'Transmitter Mixer'

'Transmitter Bandpass Filter'

'Transmitter Buffer'


Chapter 13: 'Transmitter Mixer'

Aus dem VFO-Signal wird das Sendersignal vom Sendemischer 'U5' erzeugt. Hierzu wird die VFO-Frequenz mit der 4 MHz Quarzfrequenz gemischt, wobei diese durch die Induktivität RFC2 um einige hundert Herz nach unten gezogen wird. Wenn der Sender getastet wird, erhält der NE602 seine Versorgungsspannung und gibt das Mischprodukt aus. Am Ausgang des NE602 steht das Signal 4 MHz + VFO (ungefähr 3,5 MHz) an. Unerwünschte Frequenzen werden durch den nachfolgenden Bandpass entfernt.

Zur Prüfung des Schaltungsabschnittes wird Pin 5 des Sendemischers 'U5' mit dem Empfängereingang 'J1-3' provisorisch verbunden. Der AF-Gain Poti ist hierbei nicht angeschlossen. Nun wird der Sender getastet ('R21' nach Masse ziehen).

Im Lautsprecher ist nun ein Ton zu hören, der mit 'T1' auf maximale Lautstärke abgeglichen wird. Dies beweist, dass die Schaltung richtig funktioniert.

Chapter 14: 'Transmitter Bandpass Filter'

Das Sende-Bandpassfilter filtert die unerwünschten Mischprodukte am Ausgang von 'U5' heraus, so dass an die nachfolgende Stufe nur die gewünschte Sendefrequenz weiter geleitet wird.

Die Funktionsprüfung des Sende-Bandpassfilters erfolgt wieder, wie oben, durch eine provisorische Verbindung von der Basis von Q4 an den Empfängereingang 'J1-3'. Nach dem Tasten des Senders sollte nun im Lautsprecher ein Tonsignal zu hören sein.

Es bietet sich nun auch an, die Filterspulen 'T3' und 'T2' abzugleichen. Dies geschieht durch Abgleich der Filterspule 'T3' und anschließend 'T2' auf maximale Lautstärke des Tonsignals. Gut geht das ebenfalls mit einem Oszilloskop am Kopfhörerausgang. Es werden dann gleich alle drei Filterspulen in den Abgleich mit einbezogen.

Chapter 15: 'Transmitter Buffer

Die Aufgabe der Pufferstufe ist die Entkopplung des Ausganges von 'T3' von den nachfolgenden Stufen.

Zur Prüfung der Baugruppe wird das Oszilloskop hinter 'C34' angeschlossen. Der Schleifer von 'R24' wird auf Minimum eingestellt. Beim Tasten des Senders sieht man nun ein sauberes Sinus-Signal, dessen Amplitude mit drehen von 'R24' zunimmt. Die max. Stellung von 'R24' ist die, bei der das Signal noch keine Verzerrungen aufweist.

Wie im 'Elmer 101' empfohlen erfolgt nun erneut ein Abglich der Filterspulen 'T3' und 'T2'. Nun ist die Amplitudenänderung beim Verdrehen des Filterkerns von 'T3' wesentlich deutlicher zu sehen. Beide Spulen werden wechselseitig auf max. Amplitude eingestellt.

Da der Empfänger ja nun bereits funktionieren sollte, wurde an 'J1-3' provisorisch eine Antenne angeklemmt und 'T1' grob auf maximales Rauschen abgestimmt. Dem Empfänger waren dann auch die ersten Töne zu entlocken.

Baugruppen 'IF crystal filter', 'Receiver Mixer' und 'VFO'

'IF crystal filter'

'Receiver Mixer'

'VFO'


Chapter 10: 'IF crystal filter'

Das ZF-Quarzfilter bestimmt die Bandbreite des Empfängers. Dies schränkt den Bereich der Audiofrequenzen ein, die wir am Kopfhörer hören, und je nach Erfahrung und persönlichem Gebrauch werden die kleinen Bandbreiten um 500 Hz von den meisten Betreibern bevorzugt.

Das Quarzfilter selbst verwendet 3 Quarze. Der Verlust durch das Filter beträgt weniger als 2 dB, und mit den gezeigten Bauteilwerten beträgt die -6-dB-Bandbreite etwa 300 Hz. Trotz der der geringen Anzahl von Bauteilen ist die Leistungsfähigkeit in Kombination mit in Kombination mit der Selektivität des NF-Teils ausreichend.

Das unerwünschte Seitenband ist bei der Resonanzfrequenz der Audiokette von 800 Hz um etwa 40 dB unterdrückt.

Mit "Spectrum Lab" und einem Rauschgenerator wurde die Durchlasskurve des Quarzfilters einmal dargestellt. Tatsächlich sieht man hier nicht nur das Quarzfilter, sondern zusätzlich noch den in der Audio-Stufe (U4a) enthaltene Bandpass, mit einer Bandbreite von ca. 270 Hz.

sw+40
Chapter 11: 'Receiver Mixer'

Die empfangene HF gelangt über 'T1' und 'C1' zum Empfangsmischer 'U1'. 'T1 und 'C1' bilden hierbei einen Bandpass für 7 MHz. 'U1' verstärkt in dieser Beschaltung um ca. 13 dB und wandelt das HF-Signal in die Zwischenfrequenz von 4 MHz um. Das nachfolgende L-Netzwerk (C11, RFC1) reduziert dann die Ausgangsimpedanz des Mischers auf die Impedanz des nachfolgenden Quarzfilters.

Die Filterspule '42IF123' wird nur an der Platinenoberfläche ausreichend stabil verlötet. Durch den Abstand zwischen Platinenoberfläche und Filterspulen-Gehäuse kommt man gut an die Lötstellen heran. Zunächst wird das Gehäuse an beiden Massepunken fixiert. Danach erfolgt das Verlöten der Anschlussstifte.


Chapter 12: 'VFO'

Der VFO verwendet eine Varicap-Diode zum Abstimmen des Frequenzbereichs. Der lokale Colpitts-Oszillator (LO) läuft bei etwa 3 MHz. Die Betriebsfrequenz ist die Addition der Frequenzen von ZF (4 MHz) und LO.

Hinsichtlich der frequenzbestimmenden Bauelemente wurden zunächst einmal die vorgegebene Werte eingebaut.

Nach dem Aufbau sieht man am Oszilloskop ein Sinus-Signal. Von daher funktioniert der VFO prinzipiell schon einmal.

Sehr entscheidend für die Leistung des Oszillators sind die Kondensatoren C4, C5, C6. Hier wurden Styroflex-Kondensatoren verwendet.


Zum Abgleich des VFO lötet man zuerst die vorgegebenen Bauteilwerte ein. Dann kann man mit 'C7' den Frequenzbereich des VFO grob einstellen, der sich dann durch Veränderung des Wicklungsabstands bei der VFO-Spule 'L1' noch etwas verschieben lässt. Eine Vergrößerung von 'C8' vergrößert den Abstimmbereich des VFO. Der wurde hier jedoch bei ca. 35 kHz belassen.

Die VFO-Spule 'L1' wurde mit 24Wdg. Cul 0.5 bewickelt. Für 'C7' wurden 27pF ermittelt. Hiermit ergibt sich ein Abstimmbereich von ca. 7.002 kHz bis 7.038 kHz (~ 35 kHz).

sw+
sw+

Baugruppen 'Muting Circuit', 'Audio Preamp' und 'Receiver Mixer/Detector'

'Muting Circuit'

'Audio Preamp'

'Receiver Mixer/Detector'


Chapter 7: 'Muting Circuit'

Die Empfänger-Stummschaltung ist der bekannte, von W7EL populär gemachte Serien-FET-Schalter. Dieser Schalter ist trotz seiner relativen Einfachheit in der Lage das Audio-Signal klickfrei zu schalten.

Im ungetasteten Zustand ist der FET vorgespannt und wirkt wie ein Widerstand von mehreren hundert Ohm. Im getasteten Zustand ist der FET abgeschaltet (weil das Gate jetzt 7-8 Volt unter der Quelle liegt) und verhält sich wie ein offener Stromkreis, der verhindert, dass Audiosignale zu U4B, der Audio-Endstufe, gelangen.

Der Test des Schaltungsabschnittes erfolgt wieder durch Einspeisung eines Audio-Signals an 'R8'. Das Signal ist im Kopfhörer gut hörbar. Nach dem 'tasten' wird die Lautstärke des Signals erheblich abgesenkt.Somit ist dieser Abschnitt ebenfalls erfolgreich aufgebaut und es kann mit dem Aufbau des Audio-Vorverstärkers weiter gehen.

Chapter 8: 'Audio Preamplifier'

In diesem Kapitel wird der Audio-Vorverstärker ergänzt. Dieser Teil des Transceivers verstärkt den Ton/die Töne, die vom Mischer/Detektorteil kommen und durch die Stummschaltung zum Audioverstärker gelangen, bevor sie an die Kopfhörer weitergeleitet werden. Der Audio-Vorverstärker besteht aus einer Hälfte des 2-fach Operationsverstärkers 'U4'.

Er bringt ebenfalls eine Verstärkung von etwa 30 dB, und ist als Differenzverstärker konfiguriert, um den Differenzausgang des Produktdetektors 'U3' zu nutzen. Die Wirkung als Tiefpassfilter dämpft die Frequenzen oberhalb von 1500 Hz.

Die Prüfung des Audio-Vorverstärkers kann wieder durch Einspeisung eines Audio-Signals über einen kleinen Koppelkondensator an Pin 4 oder 5 von 'U3' erfolgen. Eine andere Möglichkeit ist die Einspeisung eines 600-800 Hz Tones aus einem Signalgenerator. Der Pegel des Signals sollte unter 100 mV liegen. Geeignete Audio-Signalgeneratoren gibt auch als Smartphone-Apps oder PC-Software.

Chapter 9: 'Receiver Mixer/Detector'

Der Produktdetektor 'U3' wandelt das 4,00-MHz-ZF-Signal in ein Audiosignal um und trägt weitere 13 dB an Verstärkung bei. Der BFO-Quarz Y4 wird mit einem Kondensator (hier: 10pF) auf die Frequenz des ZF-Filters angepasst.

Die Prüfung der Stufe erfolgt durch Einspeisung eines 4 MhZ Signals an 'C15'. Der Mithörton sollte nun im Kopfhörer hörbar sein.

Baugruppen 'Power Input', 'Audio Amp' und 'Keying Circuit'

'Power Input'

'Audio Amp'

'Keying Circuit'


Chapter 4: 'Power Input'

Dieser Abschnitt stellt die Spannungsversorgung aller Baugruppen auf der Platine her. Die Verbindungsleitungen der einzelnen Spannungspfade verlaufen auf der Unterseite der Platine. Zusätzlich wurden noch die IC-Sockel aufgelötet, da man hier seitlich noch gut heran kommt. Bei den IC-Sockeln wurden einfache Varianten verwendet, da man bei diesen die Lötanschlüsse leicht passend biegen kann.

Test der Baugruppe: Bei VDC = 13.8V wurden gemessen: V+ = 13.2V, V8V = 7.93V und Vr = 7.75V

sw+

Der Kondensator 'C102' ist in den Original-Schaltplänen falsch eingezeichnet. Er gehört an den Ausgang von 'U2', und wird bei Gelegenheit noch umgelötet. Entsprechende Lötpads sind auf der Platine bereits berücksichtigt.

Chapter 5: 'Audio Amplifier'

Der Audio-Verstärker bringt eine Verstärkung von etwa 30 dB, und ist als Bandpassfilter mit einer Mittenfrequenz von ca. 800 Hz ausgelegt.

Nach dem Aufbau der Baugruppe erfolgt ein Test mit der Einspeisung eines Audio-Signals (Radio, CD-Player) über einen 470 pF Kondensator an 'R11'.

Chapter 6: 'Keying Circuit'

Der Schaltungsteil beinhaltet den Schalt-Transistor 'Q3', der bei Betätigung der Taste den Sender aktiviert. 'R19' und 'D11' bilden eine Spannungsstabilisierung für den Sendemischer 'U5', der durch die Schaltung ebenfalls aktiviert wird.

Nach der Bestückung erfolgt ein Test des Schaltungsabschnittes. Nach Anschluss der Versorgungsspannung an 'J4' wurden an Pin 8 von 'U5' ca. 0.05V gemessen. Nach schließen der Sendetaste stieg die Spannung an Pin 8 auf 7.4V. Somit ist dieser Abschnitt ebenfalls funktionsfähig.

Vorbereitung

Begonnen wird der Aufbau zunächst mit den Bohrungen für die Befestigungsschrauben M3, die Platinenstecker, und die Durchkontaktierungen.

sw+
sw+
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Die Platinenstecker werden zunächst auf der Unterseite der Platine angelötet. Hierzu sind isoliert angebrachte Lötaugen vorgesehen.Dann wird das Kunststoffoberteil hoch geschoben, damit die Stifte auf der Oberseite der Platine verlötet werden können. Danach wird das Oberteil wieder auf die Platine gedrückt.

Die Durchkontaktierungen verbinden die auf der Platinenunterseite verlaufenden DC-Leitungen für die verschiedenen Spannungen (V+, V8V und Vr) mit den Lötpads auf der Platinenoberseite.

Hier die Platine für den 'SW+'.

Das Layout wurde mit 'Sprint Layout' erstellt. Die Leiterbahnen für die Verteilung der einzelnen DC-Spannungen verlaufen auf der Platinenunterseite. Wegen der Platinengröße und der doppelseitigen Ausführung, erfolgte die Herstellung wieder durch Dirk (DH4YM). Mit meinen eigenen Mitteln ist diese Qualität der Platinen nicht zu erreichen.

September 2021