Kul experiment i labbet - Swix vallajärn

Har tänkt en del på att skaffa en värmehäll för lödning, nåt som kan vara bra att ha när man ska montera små eller stora ytmonterade komponenter på kretskort.

Värmehällen är också användbar när man tillverkar egna kretskort med toner transfer metoden.

Så under svarta fredagen i år så skaffades ett sådant för under 300pix - för att prova om den kan vara användbar....

Well - egentligen är detta ett vallajärn som man använder när man preparerar sina skidor och värmer på glidvalla. Modellen är Swix Wax Iron T76, den simplaste modellen med ett vred för temperaturen mellan 100 och 180 Celcius, typ en vanlig bimetalltemrmostat?.

T76

850W effekt

Det första man får göra är att kontrollera ytjämnheten på värmesulan - och den här simpla vallajärnsmodellen har inte en plan sula - det får man åtgärda själv. I mitt fall blev det en hel del våtslipning med 180, 240, 400, 1200 papper och en sväng med autosol. Sulan är av mjuk aluminium, troligen pressformad över nåt annat material - sen är ytan slipad med ändå är ytan inte plan. Kortändarna på sulan var högre än på mitten i orginalutförandet.
Använder en tjock glasskiva som plant underlag vid slipningen.

Nyslipad sula för ytjämnhet - vilket är viktigt för att överföra värmen mellan två hårda ytor, typ till kretskort, laser pappersutskrifter och metaller.
Efter polering så är det sugpassning mot glas eller annan plan yta

Första försöket med denna pryl som värmehäll var demontering av ytmonterad krets.

Det blir mer och mer vanligt med ytmonterade komponenter och dessa finns i en stor mängd kapslade varianter.

En del anslut med vanliga ben i kanterna, andra ansluts med lödpunkter integrerade i kanterna (leadframe) som ibland syns eller är helt dold på undersidan, andra har även en lödbar undersida (exposed pad) som man inte kommer åt med en lödkolv - och man måste ha en värmekälla/häll för denna dolda lödpunkt.

När det gäller temperaturen så verkar vissa lödpastor ha en lägre smältpunkt men en lång uppvärmning - så förhoppningen är att detta wax iron kan fungera som en värmekälla i kombination med en liten varmluftslödkolv som ger över 400 celcius varmluft men i små volymer.

Man ställer termostaten på MAX och lägger på objektet och väntar tills det värmts upp.
Använder en handhållen IR termometer för att se temperaturen på kretskortet, nu har man en förvärmd ytmonterad komponent och då tar man fram varmluftslödkolven och värmer ytterligare runt komponenten som då snabbt börjar flyta i sitt lödtenn och man plockar av komponenten enkelt. En krets med lödbart s.k exposed pad på undersidan går ju inte alls att hantera med enbart lödkolv, man måste ha en värmehäll!.

Metalllåda och kretskort i över 180 graders värme

Lödkolv med varmluft uppemot 400 graders kapacitet.
En sån här liten varmluftlödkolv är till för enstaka små ytmonterade komponenter med lödda ben/anslutningar, den orkar inte värma upp både kretskort och komponent och då är det mycket bra att ha en värmehäll som gör det stora jobbet. Sen använder man varmluftlödkolven som komplement lokalt där man vill öka från 180grader till där lödtennen börjar flyta

Fastsatt i labbskruvstädet temporärt, men inte att lita på, man behöver en stadigare fästmetod.
6pinnars exposed pad komponent avlägsnad på ett enkelt sätt.

Man kan notera att det blir viktigt vid montering av komponenter,valet av lödmaterial eftersom smältpunkten inte kan vara för hög. Lödpasta vs. lödtenn på tråd kan sluta i problem om man väljer fel och en komponent låter sig inte lödas av utan att omkringliggande komponenter lossnar tidigare.
Blir nog till att gå över till lödpasta för vissa typer av ytmonteringskapslingar med dolda lödpunkter för att kunna löda av dessa senare vid reparation m.m.

Nästa försök blir att se om toner transfer överförs på ett bättre sätt än med ett modernt strykjärn som aldrig har en jämn yta på den tunna ytbehandlade plåtstryksulan. 

Noise Head GHz

 Bruskälla för brusfaktor mätningar

Har alltid petat på LNA'er och andra system där en intrimning brukar ske och en parameter som ofta är knepig att mäta upp är en systembrusfaktor.

För drygt 7år sedan så gjorde ett par tyska radioamatörer en lösning med brusfaktormeter av enkla medel, s.k CANFI. Söker man på CANFI så hittar man allt man behöver veta där.

Jag började med det mest mekaniska, en bruskälla.

I brist på s.k brusdioder så kommer min bruskälla använda en schottkydiod och ha en begränsad övre arbetsfrekvens och en ganska varierande utsignalsnivå över flera GHz.

Men - detta är ett kul experiment så  - let´s go!

Det hela börjar med en bit aluminium....frästa kanter

Alu biten fräses ut till lämpliga dimensioner för ett kretskort och en BNC chassihonkontakt samt en SMA chasssigenomföringskontakt

En låda redo för färg och ihopsättning....tanken är att addera ett lock senare.

Kretskort och koaxkontakter
Man kan observera att teflonkretskortet inte är färdigbestyckat eller inte heller ihopsatt att användas för de riktigt höga GHz frekvenserna, min tanke var att stanna vid 2GHz.
Komponenterna är en mix av 12, 08 och 06 ytmonterade delar.

BNC kontakten är en vanlig chassikontakt
SMA kontakten är en chassigenomföringskontakt som svarvats till så att mittstiften är exponerat och kan anslutas till kretskortet

redo för ett lock
M3 skruvarnas skruvskallar är alldeles för stora i denna lådan så skallarna har svarvats av så diametern passar bättre här

Nu ska schottky dioden monteras och en provkörning står på kö i labbet

japp....en låda

Målad med grundfärg för aluminium samt en passande täckfärg - vit

 122GHz two way CW QSO 16.27km distance

Provade köra 122GHz över en fri sikt distans på 16km

Båda stationerna använder VK3CV 122GHz radion, en parabol samt  på 144MHz IF en mottagare som består av en Android mobiltelefon med SDR mjukvara för SSB och en SDR-RTL USB sticka. Nyckling av CW sker direkt på 122GHz radion då sändaren är integrerad där.

Dessa kort har enligt databladet en halv milliwatt utefffekt (-3dBm) från radarchippet TRA120.

Parabolerna har en lobbredd på mindre än en grad och mellan 30-40dBi gain.

Ett kikarsikte används för att rikta loben på motstationen.

Exakt orientering av motstationens plats sker med hjälp av starka lampor, en LED lampa syns i ett kikarsikte på denna distansen.

En vy från tillfället där motstationen är placerad i toppen av en hög byggnad

Stationsutförandet vid QSO
0.5mW + parabol + kikarsikte med x24 förstoring

Jämför med många andra portabla mikrovågsstationer är dessa mycket små och lätta att bära runt

LNA PREAMP PGA-103+ NF GAIN measurements

 Provade en LNA Preamp RX förstärkare PGA-103+ på ett generiskt kretskort

Var i behov av en referens LNA, dvs. nåt som man kan använda i jämförelse med andra LNA som kommer upp på labbordet

Hade sen tidigare införskaffat 10st generiska kretskort för MMIC eller andra GaAsFet samt dito 10st MMIC av modell PGA-103+ från W land.
Har tidigare provat SPF-5189Z på 432MHz och som kan ersättas av just PGA-103+.

PGA-103+ är en E-Phemt MMIC.

Dessa MMIC är ultra på många sätt, bredbandiga, lågbrusiga, har bra IP3och är 50ohm anpassade direkt. Om man slipper anpassningar på in och utgång så adderas inget egenbrus pga. färre komponenter i RF vägarna.

Kretsen är extremt enkel, fem komponenter 
Komponentvärdena har jag plockat ihop från det som fanns i junkboxen

Kretskort med 50ohm stripline, kopplingskondensatorer, bias choke och avkopplingskondensatorer
Kompletterade med en fixed +5V / 400mA regulator samtidigt, en MIC2920-5.0BS i SOT-223 förpackning och ett antal avkopplings och brusreducerande kondensatorer. Denna MIC krets tål en hel del mer inspänning än +13.8V vilket är bra
Denna +5V regulator är inte bäst på lågt egenbrus men får duga tillsvidare. Det finns regulatorer med 10x lägre uV output noise voltage än vad denna krets har.
PGA strömförbrukning är långt under 400mA så denna DC regulator räcker till.
Även en skärmad låda lades till för att slippa instrålad RF i referens LNA'n.
Den skärmade lådan ger stor nytta om det skulle finnas andra signalkällor i omgivningen som direkt påverkar prestandan.

Monterad i den kalibrerade gain och noise mätaren med en 5dB ENR bruskälla

Följande resultat på amatörradiobanden blev då:

MHz         GAIN dB   NOISE dB

I stort sett blev mätresultaten enligt databladet för PGA-103+  - förutom på 1296 där kunde det bli något lite bättre om man väljer lite andra komponentvärden och andra ytmonterade komponenter i 50ohm stripline.

Det blev i mina ögon en lyckad referens LNA för framtida tester med andra komponenter/LNA.

Denna LNA är dessutom mycket bra från 50 till 1296 om man t.ex tävlar i Nordic Activity Contest eller om man är QRV lite allmänt på VUHF banden.

Denna typ av MMIC kostar under 50lappen, ett kretskort kan man skrapa fram själv, en liten skärmlåda och sen är man igång på alla band mellan 30 och 1296MHz.

Egentligen är gain högt på de lägsta frekvenserna men det går ju alltid att planera in plats på kretskortet för en 50ohms pi-dämpsats med tre ytmonterade resistorer vid utgångskoaxkontakten - eller ha en extern dämpsats på utgångskoaxkontakten.

Om LNA skulle självsvänga finns en fix som tar bort detta och LNA blir  då "unconditionally stable" - nackdelen är att det blir en liten påverkan på prestandan. Jag har inte sett tendenser ännu på att denna LNA svänger på nån frekvens. Sök på AN60-064 som är en technical note och där finns beskrivningen på fixen. Fixen innehåller en mycket bredbandig RF choke  - men man kan nog sno ihop något liknande med en mycket liten 2-hålig ferritkärna och lite tunn lackerad kopparledare.

Det finns senare alternativ  i form av SAV-581+ E-Phemt FET.
FETen ger en liten förbättring med lägre brus på 144 432 1296.
Kretsen blir lite mer komplex eftersom FET'en vill ha både Vdd och en biaskrets Vgg.

Yaesu FT-7 other mixer diodes MIX UNIT

 FT-7 prov med andra blandardioder

Transcievern är gammal och jag har dessa kvar som lite nostalgiska inslag i radiorummet

Använde dessa tidigt i min amatörradiobana, har även använt dom på senare tid på t.ex 28MHz QRP och fyr-lyssnar station hemifrån

Hittade ett par moderna Schottky dioder i surpluslådan och ett projekt blev genast till.....

FT-7 Mix Unit PB-1631 innehåller en DBM mixer som används både för TX och RX, den blandar RF upp/ned till 9MHz IF.

På RX sidan på RF signalen finns Q201 som är en impedansmatch, på TX sidans RF signal finns en dämpsats och en dual-gate FETQ202 3SK40M som troligen är en förstärkare.

Mittuttaget på balunen har en krets som troligen sätter strömmen på Q201 2SC535A

FT-7 har en DBM, double balanced mixer, som har många inbyggda fördelar:
- Balunerna ger hög isolation mellan portarna för LO, RF och IF
- Even order harmonics från LO och RF portarna undertrycks kraftigt mot IF porten
- RF portens nivå fördelas på fyra dioder och därmed ökar mixerns tåligthet mot IMD produkter
- LO signalen kan ha hög nivå och det ger större signaldynamik i mixern
- en DBM eliminerar AM modulering från LO signalen, vilket ger en "renare" IF/RF signal
En DBM har också nackdelar:
- en hög LO nivå kan spridas i lådan med radiomoduler och ge spurioser
- IF signalen väljs ut med ett filter
- impedansen på portarna, Zif är låg medans Zrf och Zlo är hög pga. seriekopplade dioder
- impedansmatching är viktigt eftersom SWR på portarna kan ge högre nivåer av oönskade signaler 

Orginal Schottky diod är fyra stycken 1SS16 från NEC: Silicon Schottky Barrier UHF Detector / Mixer diode.

Hittar knappt några datablad på denna men det finns likheter med NTE112 och är kan vara en ersättningsdiod enligt NTE datablad.

1SS16 (NTE112) anges: Vrrm 5V, If 30mA, Cpf 0.9pF@0.2V@1MHz

Bland de Schottky dioder för RF bruk som finns i min surpluslåda är t.ex HSMS 2825, HSMS-282K, BAT86-4, BAS 70-5, ZC2800E -  för att nämna några..

Valde ut HSMS-282K mest för att det är en lågnivå diod samt har en inbyggd rail mellan de två interna och separerade dioderna. Tittar man på data mellan NTE och HSMS så är skillnaderna inte så stora på 10mA, skillnaden är på 1mA där HSMS leder på en lägre spänning än NTE.

Den inbyggda railen är jordad normalt och ger 10dB mer isolation mellan dioderna, vilket låter bra på papperet

HSMS-282K har i mina ögon rätt snarlika data som NTE112 och 1SS16 - på papperet.....   .8/

Idealet vore en pinkonfiguration med ring av dioder - vilket finns i HSMS serien: HSMS-282R eller HSMS-2827

Tanken var att prova om det märks någon skillnad mellan 70-tals dioder och lite modernare dioder. HSMS-282K är obsolete för nya konstruktioner.

HSMS beskrivs så här:

HSMS-282x series of diodes is the best all-around choice for most applications, featuring low series resistance, low forward voltage at all current levels and good RF characteristics. 

HSMS-282K är en SOT-363 kapsling, 6 pinnars, matchade dioder i respektive kapsling.

Gissningsvis är matchningen betydligt närmare inbördes än när Yaesu monterade de fyra 1SS16 dioderna.

Tillverkade ett kretskort som passar på lödsidan av MIX UNIT där 1SS16 dioderna är monterade

CAD utskrift och layout med 2st SOT363 dioder

Delar

Det lilla extra kortet monteras på lödsidan av orginal mix unit kretskortet

Pinnar som matchar orginal hålbild

Två HSMS-282K

Monterat
Här ser man att föregånde ägare har lagt på lödtenn på kontaktytorna
Allt eftersom korten tas ur så tar jag bort överskottet av lödtenn eftersom det snarare försämrar kontakten med de fjädrande kontakterna nedan

Lite glapp som fick åtgärdas....
FT7 har dessa lösa kort som sticks in i en rad med fjädrande kontakter
Samtliga Yaesu har glapp med denna lösningen
Har radion legat på hyllan ett tag så brukar man behöva rengöra och kanske löda om kontaktytorna igen

klart for prov

PROV

Audio bakgrundsbruset är lägre på alla frekvenser 3.5 till 28MHz jämfört med orginal.

Första intrycket är att det kan vara lite mer blandardämpning / förluster med HSMS dioderna

Å andra sidan är detta kanske en tydlig indikation på att HSMS dioder är tystare än 1SS ?

Mer prov krävs.

Om förlusterna har ökat kan det bero på at LO nivån är för låg eller för hög,

HSMS vill ha +2 till +12dBm LO om loss är som lägst dvs. 6-7dB

Impedans mismatch är en möjlighet också, lite klurigare att vet mer om

Jämför med FT-7B

Många som modifierar tittar på senare versioner av radios av samma typ och märke

I fallet FT-7B så innehåller den många förbättringar och rena felrättningar som FT-7 verkar ha från början.

Med MIX UNIT FT-7 PB-1631 och jämfört med MIXER UNIT PB-1631E ser man skillnader i kretsschemat

En snabb jämförelse, FT-7B undre schema, delar som inte ritats ut är exakt samma som den övre FT-7

I FT-7B har man ändrat på TX8V matningen samt lagt till en ALC kontroll av Q202 TX förstärkaren, jag kommer inte göra denna ändringen.

Där finns även två nya komponenter på TX IN/RX UT samt en komponent på Q202

10M /28Mhz är lite problematiskt eftersom uteffekten är lite låg och ostabil, förhoppningen är att prova sätta dit en 20pF vridkondensator som fixar detta.

10nF och 1.8k motståndet på TX IN/RX UT samt en extra 1mH drossel behövs inte eftersom jag inte gör ALC/TX8V modifieringen, jag antar att dessa två komponenterna är till för att avkoppla DC mot mixern samt för att få 1S1555 dioderna att leda ström.

LED STINKS ;)

En illaluktande doft spred sig i ett rum där en LED lampa fanns - vad händer?

Det visade sig att doften är typisk bränd elektronik och mycket riktigt så var doften som starkast från en armatur med en LED lampinsats

LED insatsen ser ut så här isärplockad, data på sockel anger 12V drivspänning

Bakstycket på insatsen var bränd på insidan
Finns ingen leverantörsstämpel
Märknngen är 2xW MR11 250lm DC12V 30 3000k 1620 CE RoHS
Tolkar det som 12V AC driftspänning och med tre LED källor

Brännmärke och dåligt lukt ;) 

Utbränd tantalkondensator märkt 107D och det borde motsvara data 100uF 20V
På baksidan av kretskortet sitter fyra dioder (en likriktare) samt styrkretsar.

En liknande tantalkondensator monterades: 100uF 16V

Sotet som är ledande togs bort och tvättade rent med alkohol

Matade på spänning igen 12V nu lyser LED insatsen igen
På 12V blir insatsen varm fritt monterad, inne i en armatur lär temperaturen troligen mycket högre
Armaturen har en dimbar funktion så LED insatsen har på kretskortet någon egen typ av AC/DC regulator som är proportionell till AC spänningen.

Kommer inte använda denna LED modul igen, det blev enbart ett kuriosa projekt

Vem vet vad mer som kan vara skadat på kretskortet
Orsaken till att tantalkondensatorn självdestruerar är inte känd
men det är känt att tantalkondensatorer inte gillar höga strömuttag, överspännings peak'ar eller mycket AC rippel
Priset på dessa LED moduler är över 120SEK/st i dagsläget

24Ghz surplus transverter

 Wavelab 23Ghz surplus  -  base for transverter

complete PCB stock version

En fungerande 22G converter RX & TX

Innehåller många dyra och fina komponenter med bra prestanda.

Den går att modifiera och återanvända för 24GHz amatörradio 8) på 1.25cm bandet

I standardutförande 

På kretskortet finns flera filter, 3.9GHz bandpass hairpin filter, 11.9GHz bandpass hairpin och lågpass filter, 22GHz stripline bandpass filter och ett 2.3Ghz bandpassfilter.

11.9GHz BPF i LO kedjan (LO x5)

22GHz BPF i TX kedjan

3.9GHz BPF i LO kedjan (LO x2)

TX och RX har gemensam LO kedja som multiplicerar först x2 med en passiv HMC188 krets sen x3 med HMC916 aktiv krets - som signalförstärks två gånger med VMMK-2503 GaAs wideband 1-12GHz +12dB gain och sedan delas LO signalen upp i en Wilkinsson -3dB divider för RX respektive TX kedjorna.

LO multipliceras 12 gånger för TX för att nå 22GHz,  troligen används två lika LO frekvenser för TX resp. i RX i kedjan.

I TX kedjan efter Wilkinsson sitter en +23dB gain buffer amplifier XB1007 som matar en subharmonic mixer AMMC6545 med -11dB loss, därefter ett gain block CHA3689 på +26dB förstärkning som matar första TX driver förstärkaren HMC442 på +15dB förstärkning samt ett slutsteg med en K-band +22dB förstärkare SMM5845 som ger upp till 2W på 22GHz (+33dBm).

XB1007 mmic 4-11GHz gain block, +23dB förstärkning

I RX kedjan efter Wilkinsson sitter en aktiv downconverter krets HMC967 med inbyggd LO dubblare samt har +12dB förstärkning och 2.5dB brus, efter denna sitter endast ett lågpassfilter inann en bredbandig 0.05-4GHz gain block MMIC TQP3M9008 med +20dB förstärkning.

K-band active downconverter kretsen HMC967 sitter direkt på RX SMA 22GHz kontakten , samt en QCN-19+ 1.1-1.9Ghz RF combiner på IF signalsidan som sätter sidbandet under LO frekvens på RX.

Som man förstår på bilderna är många aktiva kretsar s.k wafer/chip, dom är inte kapslade utan har öppna bond trådar i anslutning till kretskortet.

Driver amplifier HMC442 en 17-25GHz +15dB förstärkare med negativ -Vgg och +Vdd. 

LNA gain block förstärkar kretsen CHA3689 en 12-30GHz pHEMT +26dB förstärkare

Subharmonic mixer krets AMMC6545, 18-40GHz RF och en +15dBm LO 9-20GHz, IF för DC-3.5GHz, -11dB conversion loss
Den här kretsen är tiny! chip mäter 0.8 x 0.8mm och de tre anslutningspad'sen är 0.1 x 0.08mm

Modifieringar krävs, under lupp 8) !

Troligen kör man denna modul som en 24Ghz transverter och en IF till ytterligare en transverter från nånstans mellan 1.9-2.1Ghz till t.ex 144MHz eller 432Mhz.

Inga ändringar i aktiva kretsar behövs (!).

Filter kan modifieras, tas bort ochersättas med en bit koax - för att passa de frekvenser man väljer att använda.

En ny LO med två frekvenser behövs.

Samt nya RX & TX konverters med tillhörande LO till den radio man tänker använda.

Spänningsmatningen är speciell, det krävs sekvensstyrd spänning vid på/avslag för att inte förstöra t.ex 2W slutstegskretsen med krav på bias och matningsspänning innan RF kan appliceras.

Kanske blir det av att påbörja detta projekt i framtiden 8/