デジタル通信用 13-Tr トランシーバ
キット組み立てマニュアル
Rev. A
Designed by BD6CRPCB Layout by BD4RG
CRKITS.COM
Dec 30, 2021
翻訳: 加藤 輝男 / exJA5GHK

変更履歴:
Dec 30, 2021:

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目次
デジタル通信用 13-Tr トランシーバキット組み立てマニュアル................1

仕様.................2

動作原理.................2

部品表.................4

キットの組み立て手順.................5

モジュールベースの手順.................5

スピード違反の手順...............23

調整...............27

操作...............28

リンク...............28

たった 1 種類のトランジスタ、例えば 2N4401、だけを使用した、実用的なアマチュア無線用のトランシーバを設計できるでしょうか?。かなり前ですが、NorCal QRP クラブは、2N2222 を使ったデザインコンテストを行い、CW トランシーバを設計した Jim Kortge、K8IQY が第一位になりました。現在、CW オペレータ以外にもデジタルモード FT8 が人気を博しています。DSB だった D4D トランシーバと違って、SSB モードをサポートするも、簡単に組み立てできるよう設計することにしました。参考にしたのは、VK3YE の KnoblessWonder と K1SWL の Warbler PSK31 トランシーバキットです。何回かの Choc ボードを使ったプロトタイプを経た後、BD4RG にに PCB レイアウトを依頼して、CRKIT.COM の十周年(2011～2021)を祝う新しいキット製品になりました。

仕様
寸法: 奥行 103mm x 幅 88mm x 高さ 38mm
重量: 約 235g(内蔵バッテリーを除く)
周波数とモード: 7074kHz USB
フィルタ: 4x 7078kHz クリスタルフィルタ。7075.5-7077kHz をカバー
オーディオ通過帯域: 約 1500-3000HzPTT 制御: VOX
電流(受信時): 約 50mA
電流(送信時): 約 300-350mA
送信出力: 約 1 W
高調波レベル: -53dBc

動作原理
China QRP のグループに入ると、ディレクトリ(https://groups.io/g/crkits/files/13%20Transistor%2040m%20FT8%20SSB)に最新版の回路図(Rev 1.3 以降)があります。BITX の設計と同様、RX と TX の信号の流れに双方向のアンプを多用しました。さらに VOX 回路を追加し、オーディオアンプなどの回路をいくつか変更し、送信部の出力部は 2N4401 のみを使用しています。最初のプロトタイプで動作しましたが、いくつかの問題が発生しました。例えば、受信部の SNR によるヘッドフォンのバックグランドノイズです。特に性能不足のサウンドカードでは問題になりました。RX 時に RX と TX のオーディオチャネルを分離し、TX 時には混合するためのスイッチを追加するために回路を少し変更しました。
順を追って回路図を見てゆきましょう。まず最初に、コネクタについて簡単に説明します。
J3 は電源コネクタです。10-14V の安定化電源またはバッテリーパックを接続します。500mA 以上の電流が必要です。キットでは単三型リチウムイオン電池(14500)3 本の電池ケースを同封しており、ケース内に収納可能です。14500 サイズのリチウムイオン電池(セル電圧 3.7V。1.2-1.5V の普通の乾電池を使わないでください)3本で電源電圧 11.1V(最大 12.6V)になり、800mAh の容量で FT8 を 4 時間運用可能です。リチウムイオン電池を内蔵した場合、J3 は充電時に使用しますので、適切な充電器、12.6V/0.5A の定電圧/定電流充電器を使用してください。過充電すると、発煙や出火などの問題になることがあります。リチウムイオン電池を使用した場合に電圧低下が検出されると、オーディオ入力が正常であっても、VOX(voice operated transmitter)がうまく動作しないことがあります。その場合、プッシュボタン S1 を押し電源スイッチを切って、充電してください。低電圧の検出は 12V リレー(K1)の特性によるもので、正確ではありませんが、過放電をよく防いでくれます。

J2 はオーディオ入力で、サウンドカードのヘッドホンジャックに接続します。コネクタやケーブルはステレオ用ですが、モノラルでしか使用していません。最適なオーディオレベルは、R43 を負荷とする約 150mVRMS です。これで安定してリレーを切り替え可能です。C19 は RF の干渉を除去するためのデカップリングキャパシタです。
入力されたオーディオ信号は C1 を通って、Q1 により約 20 倍に増幅されます。再び C3 を通った後、増幅されたオーディオ信号は D1 と D2 により整流され DC 信号になります。DC レベルは C4 に蓄えられ、R5 を介して Q2 をドライブします。Q2 はリレー K1 をドライブします。D6 はリレーのコイルによるダメージから Q2 を保護するフライバックダイオードです。K1 は DPDT(2 回路 2 接点)のリレーで、モードが RX か TX かによってアンテナと電源線を切り替えます。R4 は C4 の方電溶の抵抗で、オーディオ入力信号がなくなると、速やかにリレーをオフにします。
回路図を詳しく読むと、TX 時に AUDIO_RX と AUDIO_TX を接続するためのスイッチ D8 が見つかると思います。これは前に述べたように受信時の SNR を改善させるためのものです。
J1 はオーディオ出力で、サウンドカードのマイクジャックに接続します。コネクタやケーブルはステレオ用ですが、モノラルでしか使用していません。Q3 はゲイン約 20 倍のオーディオアンプであり、出力インピーダンスは約 1kΩ
で、マイク入力のインピーダンスと一致します。WSJT-X または JTDX ソフトウェアの場合、最適なオーディオレベ
ルは約 50dB です。最適な結果になるようマイクレベルを調整してください。
ANT コネクタは BNC 型コネクタです。特性インピーダンス 50Ω の同軸ケーブルにより、交信時は 50Ω のアンテナに、テスト時はダミーロードに接続します。L1-L3 と C37-C40 は、送信部より発生する高調波やその他のスプリアスを除去し、RF 関係の法規に準拠させるための、3 段の LPF(低域通過型フィルタ)です。
Q4 は、ローカル発振器(LO)用のコルピッツ型の水晶発振回路です。X5 は水晶発振子で、負荷容量は 20pFです。C46 は発振周波数を調整するための半固定キャパシタです。Q5 はドライブ能力を稼ぐためのエミッタフォロアです。
D3 と D4 を伴った T1 は RX 時または TX 時用のダブルバランスミキサです。TX 時には、J1 からのオーディオ
信号は、C47、D8 と C8 を通って、R10 に行き、C22 と C23 により RF 信号が除去されます。ミキサによりローカル発振器からの信号とミクスされた後、R44、R29 と R30 によるアッテネータに入力されます。TX 部の第一アンプ
Q6 に入力され、順次 X1-X4 のクリスタルフィルタ、TX 部の第二アンプ Q9、TX 部のドライブアンプ Q10、出力アンプ Q11-13 の入力されます。RX 時には、それぞれ Q8 は RX 部の第 1 アンプに、Q7 は第 2 アンプになり、受信信号は X1-X4 のクリスタルフィルタに入力されてます。R44、R29 と R30 によるアッテネータを通って、T1、D3 とD4 によるミキサへ、その後 C23、R10 と C22 により RF 信号が除去され、C5 を介して Q3 により増幅されます。
受信部はフロントエンドに SSB フィルタを配置したダイレクトコンバージョン方式です。

部品表
部品/表示値数量

R1/R2/R12-R19/R51-52

1.0k

12

D6/D7

1N4007

2

D1-D5,D8

1N41486

R4/R5/R38-R42/R49

2.2k

8

Q1-Q13

2N440113

R45-R48

4.7Ω

4J310-14V 電源

1R20-R23

10Ω

4C1-C8、C4710F

9K112V リレー

1L422H

1R8-R11/R43/R44/R5047Ω

7C4650pF 半固定1R3/R6/R7100k

3C41-C44100pF

4C9100F

1C10-C36103(0.01F)

27C45220pF

1R24-R32220Ω

9C37、C38390pF

2X57074kHz

1X1-X47078kHz

4

LED

赤色/緑色 LED

1ANT

BNC

1T21S1

FT37-43 8T バイファイラ巻き.
本文を参照のこと
FT37-43 8T トリファイラ巻き.
本文を参照のこと
押しボタン SW

L1-L3

T37-2 16T

3J1

MIC 用

1J2

HEADPHONE 用

1T1

11

キットの組み立てキットを組み立てる前に、いくつかの約束事について説明しておきます。
1. 103 キャパシタ(0.01F)はすべて 2.54mm 幅で、それ以外のキャパシタは 5.08mm 幅です。本回路では 104キャパシタ(0.1F)は存在しません。
2. トランジスタはすべて、TO-92 パッケージの 2N4401 です。ピンの順序は、平らな面を上にして、左から右にE(エミッタ)-B(ベース)-C(コレクタ)です。最初に、Q11-Q13 用に hFE(電流増幅率)が一致したものを 3 個選別しておくことをお勧めします。それ以外はどれでも構いません。
3. ダイオードや電解コンデンサなど極性のある部品に関して、すべて PCB 上の短いラインがカソード(またはマイナス)を示します。部品は正しく挿入してください。
4. コネクタはすべて隙間がなく PCB に取り付けます。そうしていないと、パネルに取り付けるのが大変になります。
モジュールベース(ステップバイステップ)の組み立て初めてキットを作成する場合は、以下の手順を考慮して、モジュールをステップバイステップで組み立て/テストしてください。

ステップ 1: ローカル発振部 - X5、Q4 と Q5回路図を確認してください。このステップをテストするには、その前に J3、S1、D7 それに C9 も取り付けます。回路図には正しい値が表記されていますが、再度部品表と見比べてください。抵抗のカラーコードに慣れていな
い場合は、マルチメータで抵抗値を確認してください。色が似ていて識別が難しいものもあります。

このステップの終了後、J3 に 10-14V の DC 電源を接続し、スイッチ S1 を押し、C21 から出力される周波数を確認します。ゆっくりと C46 を回し、周波数を 7.074MHz に正確に合わせます。周波数カウンタをお持ちでない
場合は、C46 を写真のように合わせてください。オシロスコープがある場合は、C21 の出力波形を観測してください。通常は完全な正弦波ではなく歪みがあります。

ステップ 2: VOX - Q1、Q2 と K1
回路図を確認してください。

このステップの終了後、J2 に 2000Hz、150mV RMS の正弦波信号を入力し、リレーが ON するかどうかを確認します。また信号を外してリレーが OFF するかどうかを確認します。信号発生器をお持ちでない場合は、(iPhone なら Sonic Tool のような)アプリケーションをダウンロードし、スマートホンを信号発生器として使用します。スマートホンの音量を最大に設定します。状態を判断しやすくするために、このステップで 3 ピン LED と R49を取り付けても構いません。足の短いピンが G(緑色)、次に短いピンが R(赤色)で、中央の足の長いピンが共通端子のグランドです。パネルから頭が出るように足を曲げ、S1 の中心と同じ高さになるよう取り付けます。J2にオーディオ信号が入力されると、赤色が点灯します。

ステップ 3: ミキサおよび TX RF アンプ 1 - T1 と Q6回路図を確認してください。このステップでは、R10、C22、C23、R51、R52、C8、C47 それに D8 も取り付けます。

T1 の巻き方は、このキットでは最も難しい部分です。ダイオードリングミキサ(ダイオード式 DBM)ではよくある方法です。トロイダルコイルの巻き方について W2AEW がよくわかるビデオを作成しています。ビデオとは違うのは、赤色のワイア 20cm と、真ん中で折り曲げた金色のワイア 40cm を使用して、トロイダルコア FT37-43 に 8回巻くことです。下に掲載した写真も役に立つでしょう。
https://www.youtube.com/watch?v=a8ViWS61hsU
T1 と T2 の巻き方について中国語のビデオを作成しました。
https://mp.weixin.qq.com/s/8dQuNlRKEHyKq9VB69Oynw

略図は JL1KRA が作成してくれました、感謝します。

ステップ 4: クリスタルフィルタ - X1-X4
回路図を確認してください。

ステップ 5: TX 部の RF アンプ 2 - Q9回路図を確認してください。

ステップ 6: TX 部のドライバアンプ - Q10 と T2回路図を確認してください。

T2 の巻き方は、このキットでは最も複雑な部分です。
赤色のワイア 20cm と金色のワイア 20cm を使用して、トロイダルコア FT37-43 に 8 回巻きます。下に掲載した写真も役に立つでしょう。
T1 と T2 の巻き方について中国語のビデオを作成しました。
https://mp.weixin.qq.com/s/8dQuNlRKEHyKq9VB69Oynw

略図は JL1KRA が作成してくれました、感謝します。

ステップ 7: TX 部の出力アンプと LPF – Q11-Q13 それに L1-L4
TX 部の出力アンプと LPF については回路図を確認してください。ここまでに取り付けていない場合は、LED とR49 ９も取り付けます。

前に述べたように、Q11-Q13 用に hFE が 5%以内で一致するものを選別するようお勧めします。通常 hFE は200 前後なので、±10 以内なら大丈夫です。大抵のマルチメータには hFE の測定機能があると思います。
2N4401 は NPN トランジスタで、ピンの並びが E-B-C です。L1-L3 の巻き方はずっと分かりやすく、金色のワイア
25cm を使用してトロイダルコア T37-2 に 16 回巻きます。

このステップの終了後、送信部をテストします。再びスマートホンを使用して、2000Hz のオーディオ信号を発生します。アンテナコネクタに接続する 50Ω のダミーロードも必要です。電源を電源コネクタ J3 に接続し、スイッチS1 を押します。J2 にオーディオ信号を入力し、手近の受信機を 7.076MHz にあわせて、何か信号が聞こえるかどうか確認します。S1 を OFF にして S1 に流れる電流値を測定し、TX 時に大体 300-350mA であることを確認します。

ステップ 8: オーディオアンプ - Q3回路図を確認してください。

ステップ 9: RX 部の RF アンプ 1 - Q7回路図を確認してください。

ステップ 10: RX 部の RF アンプ 2 - Q8
回路図を確認してください。

このステップの終了後、受信部をテストします。アンテナをコネクタに接続します。
電源を電源コネクタ J3 に接続し、J1 を USB サウンドカードの MIC 入力に接続して、スイッチ S1 を押します。
MIC 専用の入力端子のあるサウンドカードをお勧めします。WSJT-X または JTDX を使用して、アンテナに届いた信号のスペクトラムを確認します。PC の時計が正確ならば、なにかデコード結果が表示されると思います。S1を OFF にして S1 に流れる電流値を測定し、RX 時に大体 50mA であることを確認します。

ステップ 11: 最終組み立て
電池ケースの組み込みは多少面倒かもしれません。もしそう感じたのなら、危険性があることを理解しておいてください。
電池ケースの端子(+/-)にワイアをハンダ付けし、両面テープで BNC コネクタとリレーの上面(表面)に貼り付けます。フォーム材の両面接着テープを用い接着したとき、電池ボックスが上面カバーに干渉しないようにしてください。
ちゃんとくっついたかどうか、他の部品とショートしていないかどうか、を確認してください。過充電や過放電を起こさない様に注意してください。実験的なものなので、並べ方は表示していません。

スピード組み立ての手順
組み立ての熟練者でしたら、組み立て時間を短くするために、以下の手順でも構いません。

ステップ 1: 抵抗とダイオードをすべて取り付けます。

ステップ 2: 103(0.01F)キャパシタをすべて取り付けます。

ステップ 3: すべての 2N4401 とその他の部品を取り付けます。

ステップ 4: 残りの部品を取り付け、ボードの組み立ては終了です。トロイダルコイルの巻き方、特に T1と T2、については前述の説明を参照ください。

ステップ 5: ケースに組み込んで、キットの組み立ては終了です。

調整
これまでのキットの組み立ての間に、ローカル発振器の周波数の調整を終了し、RX 時および TX 時の電源電流を測定しています。動作時の実際の温度は多少上昇するので、実際の動作時に周波数を精確に合わせるのは動作 3 分後に行うことをお勧めします。
私は有名な TCXO 付きの受信機を使用しています。2000Hz のオーディオ信号を入力して、TX 状態にすると、調整済の受信機で信号を受信します。繰り返しますが、オーディオスペクトラムを観測し、出力される信号のピークを探すために、Sonic Tools のようなアプリケーションを使用してください。信号のピーク周波数が2000Hz になるように C46 を調整します。それで OK です。
TUNE 機能を使用して、ソフトウェア WSJT-X や JTDX のオーディオ出力をいつでも調整できます。オーディオ
レベルを上げた場合は、僅かに RF 出力が大きくなりますが、歪みが増加する危険性があります。場合によっては、リレーがカチャカチャ動作することがあるかもしれません。そのようなレベルに設定することを避けてください。

運用方法
ケーブルの接続:
・MIC と HEADPHONE が別々になった USB サウンドカードを使用し、・オーディオ出力を MIC に、オーディオ入力を HEADPHONE に接続します。

ソフトウェアの設定:
・PTT モードを VOX にして、Radio を None に設定し、・RX 時のオーディオレベルを調整し、安定して VOX が切り替わるように TX 時のレベルを 50dB に調整します。
注意:
ソフトウェアの設定値は D4D とほぼ同じです。詳しくは D4D のキット組み立て説明書をご覧ください。ページ
20 から始まるステップ 8 です。

TX 周波数の修正方法:
・注意:TX 周波数がフィルタの通過帯域内にあるように注意してください。さもないと、RF 出力電力が低下しゼロになることがあります。
・したがって、TX オーディオ周波数が明確に 1500-3000Hz にあることを確認の上、TX 周波数を修正するように注意してください。これは呼び出しに応答する際に特に重要です。

QRP 運用テクニック:
・強力な信号に応答すると、聞こえる可能性が高くなります。
・GrayLine 期間のような伝搬期間では、CQ を出すことが可能です。
リンク・各ステップ毎に BOM の付いた Larry のマニュアル
http://www.qrvtronics.com/CatHAM_Radio/files/13_Transistor_DigitalTransceiver.pdf
・各ステップごとの LTspice シミュレーション、13TR の組み立てとテスト(日本語) - JK1EJP のページ
https://jk1ejp.hatenablog.com/