10m modificatie voor de K1
OM Nico, PD9W, is net als ik de trotse bezitter van een Elecraft K1-4; een QRP CW transceiver met 4 banden. Maar omdat Nico over een N-licentie beschikt, mag hij alleen op 40, 20 en 10m uitkomen. Echter: de K1-4 heeft 40, 30, 20 en 17m en op 40 mag je als N-gelicenseerde niet onder de 7.050 komen en laat dat nou net het CW deel zijn. Blijft voor Nico 1 band over…
Op de RAZ clubavond kwamen we daarover aan de praat en Nico vertelde dat hij ook nog de beschikking had over een KFL1-2 module: een bandfilter module voor de K1 met twee i.p.v. 4 banden zoals de allereerste K1's geleverd werden. Dit filter beschikte over 40 en 20m en heb ik gekannibaliseerd om het defecte kristal van het 20m bandfilter van zijn K1-4 te vervangen – notabene de enige band waar hij op uit kon komen… Ik bood aan dit filter weer te repareren en dan te kijken of het 40m deel niet om te bouwen zou zijn naar 10m – waar Nico wél uit mag komen.
Zo gezegd zo gedaan. Ik nam het filter mee en begon met een eerste studie van wat er gebeuren moest. Daarvoor nam ik eerst het blokschema van de K1 om uit te vinden hoe de boel precies werkt. Dat ziet er als volgt uit:
Het komt erop neer dat het kristal dat bij de gekozen band hoort, 8MHz boven de bandfrequentie moet liggen. In het blokschema wordt uitgegaan van de 40m band (7MHz) en het kristal is dan 15MHz. De VFO loopt van 3.085MHz tot 2.935 MHz en inderdaad: de frequentie loopt omlaag bij het rechtsom draaien. De VFO wordt in de premixer gemengd met het kristal en van de twee frequenties die daar uit komen wordt de onderband gebruikt en daardoor loopt de uitgangsfrequentie weer netjes omhoog bij rechtsom draaien. Dus 15-3.085=11.915MHz. De eerste set bandfilters op het bandfilterboard filtert dit onderste frequentiebandje uit de mixer. Als we de zendweg volgen (linksaf na het bandfilter) komen we eerst de attenuator tegen. In de XMIT attenuator regelt de CPU het vermogen van de zender en ook trouwens de omhullende van het CW signaal om schakelklikken te voorkomen. Vervolgens wordt de middenfrequent van 4.915 bijgemengd en ook nu nemen we de onderste band uit de twee mengprodukten. In dit geval 11.915-4.915 en ziedaar: 7MHz.
Doen we dit truukje voor 10m, dan moet het kristal dus 28+8=36MHz zijn. Na de premixer hebben we dan 36-3.085=32.915MHz. Daar gaat in de XMIT mixer weer 4.915 vanaf en dan zitten we op 28MHz. Kind kan de was doen. Alleen zag ik een paar lijken drijven.
De spoelen in de filters zijn allemaal van hetzelfde type. Per band verschillen alleen de condensatorwaarden. Omdat de premixer op bijna 33MHz gefilterd moet worden, zag ik daar problemen met het bandfilter. Bovendien zakt de versterking van een aantal trappen in bij die hoge frequenties. En een 36MHz kristal is moeilijk te maken in fundamental resonantie en vaak duur. Dus was een list nodig: als ik nou in de XMIT mixer eens niet de onderband, maar de bovenband kon gebruiken… Dan moet de premix uitgang niet 28+4.915, maar 28-4.915 zijn en dat is 23.085 en dat komt in meer bandfilters voor: bijvoorbeeld bij 17m is de premixer 18.068+8-3.085=22.983 en dat scheelt maar 100kHz met de premix frequentie voor 10m met gebruik van de bovenband. Uiteraard moet de kristalfrequentie wél boven de VFO blijven omdat anders de afstemming "verkeerdom" gaat werken. Dus 23.085+3.085=26.170. En dat is een goed te maken kristal. Dus Klove gemaild en twee kristallen besteld: een 22MHz voor het defecte 20m bandfilter en 26.170 voor 10m.
In afwachting van de kristallen moesten de condensatoren berekend worden. Ik begon met eerst maar eens het 40m bandfilter leeg te maken:
Zoals je kunt zien zijn de twee laagdoorlaatfilter spoelen voor de eindtrap weg, mist het kristal en een rits condensatoren van één van de bandfilters. Ik kon zo mooi de spoelen meten en die waren tussen 0,5 en 1,3uH te regelen. Ik ging van 1uH uit in de berekeningen:
Voor het 23MHz premixer filter moet de parallelcapaciteit dus ongeveer 45pF zijn. Dat wordt ca. 33pF voor 28MHz – het bandpassfilter voor de zender. En tenslotte rekende ik uit wat 33pF in serie met 220pF wat 28,7pF oplevert voor een spoel nodig heeft bij 28MHz. En dat valt binnen het regelbereik van de spoelkernen. De bandfiltercomponentenlijst komt er dan als volgt uit te zien:
Daarmee zijn alle componenten bekend. Ik nam voor het premix filter dezelfde componentwaarden als voor 17m omdat, zoals ik al eerder aangaf, die maar 100kHz verschillen. Alleen het bandpassfilter voor 28MHz moest opnieuw berekend worden, evenals het Pi-filter voor de eindtrap met de twee T37-6 gele kernen die we ook uit de Bitx20 kennen.
Na het arriveren van de kristallen werd de boel in elkaar gezet. Scoop eraan, dummy eraan, en eens kijken wat er gebeurt. Het goede nieuws: de theorie klopte. Ik kon inderdaad 28MHz opwekken. Het slechte nieuws: er was met geen 10 paarden meer dan 0,5W uit te krijgen. Dat moest toch echt beter kunnen. Op een gegeven moment kreeg ik de boel zelfs zover verdraaid, dat er 24MHz uit kwam. (26.170+3MHz=29MHz, dat -4.915 maakt ongeveer 24MHz). En daar kwam wél meer dan 5W uit. Dan moet dat op 28MHz toch ook kunnen… Maar eens kijken waar het probleem zit.
Een grote hindernis was mijn oscilloscoop. Dat is een 20MHz tektronix. En als ik 20m en 10m wil vergelijken, dan zal de 14MHz frequentie wel binnen de calibratie van de scoop vallen. Maar 28MHz valt 40% buiten specs en ik kon dus niet echt conclusies verbinden aan wat ik zag… Eerst maar eens de eindtrap oppeppen voor hogere frequenties.
Ik begon met transformator T3 aan te pakken. Degene die deze K1 gebouwd heeft, had een hekel aan strak wikkelen. De windingen lagen in grote lussen om de kern en hoewel dat op de lage(re) banden goed gaat, geeft dat bij 28MHz verliezen. Dus haalde ik de trafo eruit en wond 'm overnieuw:
In plaats van de windingen over de kern te verdelen, legde ik ze nu naast elkaar. Ik gebruikte het draad dat er al op zat, en hoewel de trafo strak tegen de print zat, zie je dat ik nog genoeg draad over had… Het scheelde wel iets in vermogen, maar had niet het gewenste resultaat. Althans, niet veel vermogen… Tijd voor de volgende modificatie: de versterking van de buffer een beetje opvoeren.
Ik deed dat door 56 Ohm parallel te zetten aan weerstand R11 in de terugkoppeling van de buffer U9, links in het schema. Dan blijft er ca. 33 Ohm over en dat zou de versterking moeten vergroten.
Zoals je ziet soldeerde ik de weerstand er gewoon overheen. En dat scheelde weer een honderdtal milliwatts… Dus op naar de volgende modificatie: Zie figuur 4. Ik zette 1n over de emitterweerstand R30 van driver Q6. Deze frequentie-afhankelijke ontkoppeling zorgt ervoor dat de driver meer versterkt bij hogere frequenties.
De foto is helaas niet erg scherp, maar je ziet de condensator over de emitterweerstand. Na al deze ingrepen zat ik nog maar op 1 Watt. Hoewel wat testjes met Jack PA7RJ een goed signaal liet horen, vond ik het nog steeds te weinig. Maar wat ik ook probeerde, er kwam niet meer uit dan 1 Watt. Het probleem leek in het 28MHz bandfilter te zitten, maar zoals al eerder opgemerkt is mijn scoop niet te vertrouwen. Uiteindelijk begon ik de hele signaalweg in de zender te volgen en toen stuitte ik op een merkwaardig effect: als ik de scoop op pin 4 van de mixer zette (het testpunt MIX, zie fig.7) dan vloog de output ineens naar 5W! Er zit daar iets niet lekker… Uiteindelijk haalde ik de weerstand van 56 Ohm er weer uit en zette er een condensator van 470pF overheen. Toen werd het 3W. Het zat dus inderdaad niet lekker in die hoek. Ik varieerde de condensator wat, en 220pF bleek optimaal. Nu kwam er reproduceerbaar 5W uit.
Ook nu een test met Jack PA7RJ en hij liet me een opname terug horen. Dat klinkt prima. Ook Peter PE8JPL meldde goede signalen op 28.010.
nu de bandfilters nog eenmaal natrekken. Voor de referentie zijn hier de schema's:
De kristallen zitten bij het premix filter en worden met een relais omgeschakeld. Deze premix filters filteren dus het signaal kristal-VFO uit de mixer: dat is eigenlijk de onderste zijband van de twee produkten. Voor 10m is dat dus 26.170-3.085=23.085MHz.
Het RF bandpassfilter filtert het signaal uit wat het resultaat is van het mengen van het premix signaal met de middenfrequent van 4.915. In de K1 wordt altijd de onderzijband gebruikt, maar bij 10m gebruik ik de bovenzijband: 23.085+4.915=28MHz.
Het lowpass filter is een 5-polig Pi-filter dat in de antenneleiding geschakeld wordt om de hogere harmonischen uit te filteren. Dat moest ook opnieuw berekend en gewikkeld worden. Zie ook de onderdelentabel in figuur 4.
Toen was het tijd om alles weer samen te bouwen:
Zou de zaak ook werken met de ATU? Want die is natuurlijk nooit berekend op 10m, hoewel Elecraft 'm ook als los product aanbiedt. Er trad inderdaad een weinig vermogensverlies op door het tussenschakelen van de ATU, maar dat is te verwaarlozen. Ik zette de MFJ in de bypass en drukte op autotune… Ratel-de-ratel en een SWR van 1:1.2 – mij hoor je niet klagen. Zelfs dat werkt. Even proberen of 20m het ook nog doet en ik hoorde op 14.018 K8CW roepen. Die had ik vorige week met mijn eigen K1 op 17m ook al gewerkt. Ik riep hem aan en kreeg 599… Met een Elecraft K1 en 5W! 10m was echter zo dood als een pier. Daar gaan we nu natuurlijk niet het beste seizoen tegemoet. Maar het bewijs is er:
Voor de zekerheid testte ik de K1 ook nog even op mijn mini-accupackje met 8 AAA cellen wat ik voor de RockMite had gemaakt. Spanning 9.6V en vermogen op 20m was 2W, op 10m 1.2W. Ik vind dat prima. De operatie is geslaagd, dus het blijkt uitstekend mogelijk wat banden toe te voegen aan de K1.