New project arrived - Yaesu FP-12 Power Supply Unit

 I managed to salvage original accessory for my retro Yaesu FT-7 HF transciever, made back in 1978-1981?

This station accessory has DC power and 8ohm speaker built-in and the exterial condition looks good

Once unit landed on my lab desktop and put through inital tests -  it did put out volt and amps, good stuff!

BUT  8/

The DC output voltage was >14.8V, I think it is excessive for my purpose, 13.8V is the "norm" for hamgear. 

The specification of this piece states:

So - opened unit up attempting to adjust the adjustable voltage......and....well - that is not going to happen....

During the lifecycle of this unit the stock IC regulator has died? and was replaced by a 7815 fixed voltage regulator connected to the external bypass circuit, direct drive of the four NPN power transistors

The original PCB with regulator has been discarded and is nowhere to be found....

7815 is hidden under the fuseholder, with two tantalum capacitors

Clearly this unit has been opened-up before - so I started looking for other signs of "modifications"

As the original PCB has been removed, a new 230VAC fuse holder is put there, several cables show soldering iron heat damages, the isolation is compromised - some cables are joined together and insulation is ....not good

Some insulation damages, there are more....

Not sure what is going on here....semi-insulated-solderjoint?

What now?

TA7089M and TA7089P are still found on ibaj for "a price" + shipping, but as a new PCB is needed -  I'd rather look at other alternative linear regulators.

In my junkbox there are many 723 linear precision positive adjustable ICs, and in this case I will use a SMD SOIC8 version uA732CD by Texas Instr.

uA723CD and TA7089P are both 14pin, SOIC or DIL (although not pincompatible)
External output is 150mA vs. 200mA - quite similar if using external bypass transistor
Current detection is 0.65 - 0.7V, quite similar with Rsc shunt on the integrated current sense transistor B & E
Voltage setting is quite similar with resistors and potentiometer
Both uses frequency compensation while only 723 has temperature compensation

I'd say 723 is close as and electrical replacement for the original - as long as the circuit board is a new one.

So I will go for a new drop-in replacement PCB, re-using original power transistors, rectifier bridge, capacitors - adding a DC fuse and a AC fuse, adding a overvoltage VDR.

Funny thing, found a application note from 1968 where uA723 was introduced, used this note for additional adjustments of the generic circuit

Circuit

Generic uA723 design - onboarded with the integrated original parts
Resistors RA and RB are placeholders for adapting the overcurrent voltage required from the Rsc shunt resistors - not sure if these are needed.

This PCB would also cater supplies with more than 25Amp drivning many more NPN power transistors and adding Rsc resistors to match

The 100pF capacitor is being replaced with a 470pF ceramic capacitor - reading the UA723 application note from 1968 by Fairchild it states that if using an external bypass the capacitor should be increased from 100pF to 500pF

Parts used:

Ten turn 1K potentiometer - sets the output voltage

Added three RF ferrites on several DC cables, these ferrites are sourced from older TV BC power amplifier DC feed cables, suppressing RF

Below picture - design notes, voltage and amps, the Rsc shunt resistor 0.1ohm each

A VDR spec. on 13.6V and ignites at 15.7-20V, would handle 27Amp (destroying the 15A DC fuse)

NOTE: 

The calculation in below picture is not correct, according the the UA723 application note by Fairchild 1968, when the uA723 was introduced?, the current limit is set by: 0.7 (volt) / Rs (ohm)
In my case two 0.1 resistors in parallell = 0.05Ohm and provides a 0.7V voltage drop which would start the built-in transistor and thus have current limiting function at 14Ampere - which will work fine in this circuit

I should aim at 14Ampere for the current limiter Rsc value
Should do for the original specification

First step is the PCB, some CAD drawing, this layout is actually for a 20-25Ampere regulator version 

Single sided copper glassfibre laminate used

Second step is toner transfer

I put some permanent marker in the through holes

Third step is copper etching

If the etching solution is hot it will do it's job quicker - still it takes tenths of minutes to complete

Fourth step cleaning up and populate the PCB with components, with a mix of SMDs and through hole components, all components are from the junkbox

This time there was no issues to correct - just mount the parts and go

Cleaned with steelwool

Well - there was some issues - I mixed up the Rsc resistors as this pic was taken....10ohm or 0.1ohm 8)
For 15Amp two shunt resistors would do (for 20-25A in another configuration - all four resistors can be added)
On the opposite side of PCB, insulating layers of capton tape is visible under the AC fuse holder
The RA resistor is removed completely, RB is now a 1.5ohm and used as a jumper connector, as the voltage drop would be 0.7V the hope is that RA/RB are not needed.
The driver NPN TIP31C has no additional cooling - in the test made no fast heat build-up was noted in this transistor, nor in the 723 itself

The new PCB connected
Note: new cable management ;)
AC has its own conduit and a fully encapsuled fuse holder
RF ferrites on the DC terminal cable (+) & (-) and from power transistor emitters

First test showed a functional new regulator PCB

Voltage adjusted to 13.8V

DC load of ~12Amps and voltage drop to 13.4V

The added DC fuse show less than 10mV voltage drop on 12A load

Idling on 13.8V

DC Load, about 1.5ohm in total
20ohm/10ohm resistors in parallel
10W wirewound resistors

Yaesu PCB rely on a single 3A fuse on 230VAC mains, that fuse was also placed on the original PS-12 PCB

TESTING THE CURRENT LIMITER

I am not fully good with how the limit works now

Somehow the transistor on CL/CS see less than 0.7V from the Rsc shunt - which would mean that it is not triggered fully?

At full short circuit - 0.63V is measured with DMM over CS and CL pins, voltage at poles show about 1V 

Not sure what is going on, I removed RA and RB as resistors, RB is a now low loss 1.5ohm resistor functioning as a low loss circuit jumper.

Is the internal CL/CS transistor destroyed ?

Next steps would be, restoring the Yaesu FP-12 unit:

• Add 15V varistor/VDR between (+) and (-) output poles, in case excessive voltages here the VDR will (hopefully) trigger the 15A 12V fuse or the 3A mains fuse.
  The VDR has been added and seems to be "quiet" at 13.8V and under load

Finally - Unit Ready for Use

Green LED indicates +13.8V on the positive(+) pole
0.4Voltage drop on 10-12Ampere, the unit delivers also 15Amp 

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.

Yaesu Musen FT-7 - audio signal chain

Byte från TA7205 till TDA2003 – inte bara ett IC byte…....

------------

OBS!!! Med max gain enligt komponenter i orginal TDA2003 databladet så blir det nu överhörning på SSB i högtalaren vidsändning, det beror pga. högt gain och överhörning internt i radio. Dessa steg går ju på max. hela tiden.
Min åtgärd var att sänka gaine (Gv) till 49 genom att byta R1  & R2 till 330ohm och 6.8ohm, så Gv blir mer likt orginalkretsen. Dock är det  överhörning på SSB fortfarande, MEN även orginalkretsen TA7205P har lite överhörning - dock inte lika mycket som TDA2003.
Har provat att jorda signalvägen från detektorn, men det blir ändå överhörning, vilket betyder att man måste tysta förstärkaren direkt på ingången men nån typ av "mute" krets. Nu har inte TDA inbyggd mutekrets så det är en extern åtgärd man behöver.

  ------------------

Updatering & Sammanfattning av tester med byta Audioslutsteget, är avslutat nu.

Om TA7205 gått sönder går det utmärkt att ersätta den med en TDA2003, TA7205 är gammal men finns fortfarande på iBaj för små pengar. TDA2003 var en nyhet i min elfa katalog från 1983, så även den har många år bakom sig. Att hitta helt nya slutsteg som inte är miniatyr och klass D är inte lika lätt, och klass D drar bara upp komponentantalet i BOM.

Gain, med TDA2003 upplevs det som mer uteffekt så man kan gärna dra ner Gv några gånger, det görs med R1 och R2 i orginaldatabladet.

Värme, jag gjorde en helt ny kylfläns med min bedömning är att även orginalkylflänsen går bra, det blir ingen större värmeutveckling med TDA.

Ljudet, ingångskondensatorn C1 mellan preamp och TDA ska vara enligt Yaesu orginalkretsen, dvs 47nF. (I TDA databladet anges 10uF). Ytterligare har jag använt /Rx) 60ohm och 100nF (Cx) på seriekretsen som går mellan inverterad ingång och utgången, den styr hur högt i frekvens TDA ska förstärka. Det är ingen stor skillnad mellan dessa audioslutstegen, dom låter bra på SSB.

Tomgångsström, FT-7 drar 0.44A i tomgång med TA7205 och med TDA 2003, ingen märkbar skillnad. Ett tips är att skalbelysningen drar 120mA, så byt den mot en vit LED, det har jag gjort och då drar FT-7 cirka 0.33A.

--------------------------

Varför

Tanken var att få jobba på SSB och CW audiosignal i mottagaren,

Idag så hörs både brus och distortion på CW signaler med orginalkretsarna.

Tester i basbandsmätningar har visat att IM3 med tvåton är bättre än -70dB vid 4W (400hz & 2000Hz) och THD 0.15% vid över 7W.

Nu lyssnar jag inte på dessa effektnivåerna, men TDA2003 kan återge SSB bra men kanske även CW signaler. Först nu inser jag att det finns bättre audioförstärkare för rena CW toner, dessa s.k car radio IC är mer lämpade för musik och tal eftersom distortion m.m inte hörs lika tydligt.
Men - ofta hamnar man på klass A kopplingar som drar mycket ström, vilket jag inte vill ha i min portabla FT-7, så då återstår IC förstärkare i AB eller B.

Börjar

Steg ett var att rensa ut original TA7205 kretsen och dess komponenter från audiokretskortet.
Yaesu har tagit testkrets och kompnentvärde från databladet i stort sett rakt av - MEN gjort några små ändringar på t.ex ingångskondensatorn. På andra Yaesu t.ex FT90x är även ingångskondingens värde samma som databladet - dvs. en krets avsedd för musik sitter i en radio.....mja.

PÅ kretskortet behålls mikrofonförstärkare och AF preamplifier.
2SK1000 har redan bytts till en lågbrusig BC550C i förra labbrundan.

FT-7 kretschema

Fulbygger sedan in en TDA2003 med alla komponenter orginalkretskortet – och gör efter det en funktionstest.

Jag valde att göra en ny kylvinkel eftersom TO-220 har en längre kylkropp medan TA7205 har en kort med bred kylkropp. För att få mer kylyta till TDA2003 så gjorde jag en liknande aluminiumplåtvinkel med med ett längre bakstycke så hela kylkroppen på är i kontakt/jordad.

Vänster med TDA2003, höger orginal TA7205

Vänster modifierad, höger orginal

Provar

Så vad skiljer i en direkt jämförelse - PCB med BC550+TDA2003 vs PCB med 2SK1000GR + TA7205AP ?

För det första så fungerar TDA2003 nästan direkt i orginalshcemat, dvs. från produktdetektorn, preamp och orginalpotentiometervärde så får man i stort sett lika signalnivå - men det är lite mer förstärkning tillgängligt så man får vrida lite mindre på volympotten än tidigare. Om man orkar kan man ställa ner gain genom att ändra 220ohmoch 22ohm motstånden

Första försöket med databladets komponentvärden

TDA2003 har gain långt uppe över 100kHz och självsvänger väldigt lätt om man inte ser upp !.

Detaljbild, TDA2003 kräver färre antal komponeneter men samtidigt tar 470uF kondingen (av bättre audiokvalitet) mycket plats. Man borde kunna ha en lägre driftstpänning på kondingen här så blir den mindre.

Problem

Jag hittade självsvängningar efter en kontrollmätning med oscilloskopet och var tvungen att se till att jord till TO-220 kapsel var bra och korta ned vissa ledningsbanor. Använd inte kylfett eller isolationsbricka.

Ljudbilden - jämförelse

Lyssnar man på en CW signal så har TA7205 en lägre nivå av högfrekventa ljud
TDA2003 i orginalkopplingen betonar högfrekventa ljud mer än TA7205 kretsen och dess komponenter.

TDA2003 original kretsschema och dess föreslagna komponentvärden visar på Gv 101 gånger samt 3db bandbredd 40-15 000Hz @ 1W / 4ohm.

Gå vidare TDA2003 som AF power amp?

Så frågan är om man inte måste ändra på en del av TDA2003 komponentvärden – mest för att få en annan bandbredd mer lämplig för radio (t.ex 300-3000hz) istället för databladets musikanpassade komponentval. 50-15000Hz

Lite teori runt TDA2003 - eller åtminstone gissningar på hur man dimensionerar runt kretsen.

Det sitter ett serie RC lågpass filter (39nF + 39 ohm) mellan utgång och inverterade ingång som definierar Fco cut-off frequency  - med komponentvärden enligt databladets referenskrets så betyder det att Fco är runt 105kHz.

Byter man t.ex till 68ohm och 100nF blir Fco 23kHz. Jag provar att öka värdena ännu mer.

Seriekondensatorn på 1000uF till högtalaren har ett stort värde för att kunna överföra de riktigt låga frekvenserna till högtalaren. För HiFi så ökar man den till 2000 till 4700uF för mer basrespons. Denna 1000uF orginalkondingen har jag redan bytt en gång till en bättre audiotyp, den sitter bakom frontpanelen pga sin storlek.

Seriekondensatorn 1000uF orginal men på bilden utbytt till 1000uF audiokvalitet plus TDA2003 anti-självsvängs RCkrets.

För tal så kan man istället använda 47uF till 100uF, så kapas en del lågfrekvens bort. Tanken med det är att högtalaren slipper ta emot lågfrekventa signaler som den ändå inte kan återge vilket kan leda till distortion i högtalarelementet på de avsedda talfrekvenserna. Provar med 47uF först.

Seriekondensatorn till ingången är ofta 10uF, men går att reducera till 1uF, i FT-7 orginalkopplingen är den på 47nF vilket reducerar basgången rejält, rekommenderas att använda orginalvärdet. Provar med 47nF först. Det borde funka eftersom liknande moddar redan gjorts på äldre Yaesu mellan demodulatormixer och AF drivstegen.

För att reducera oljud på ingången pinne 1 kan man lägga ett motstånd (t.ex 56k)  till jord samt en kondensator (t.ex 1 – 10nF) till jord.

Förstärkarkretsen går ju på max. gain konstant och det är lätt att få in lite RF eller överlagrat ”brum”.

Kanske är detta en onödigt åtgärd i min FT-7 - men än är inte testerna kompletta eftersom jag inte sänt ännu.

Noterat

Vad finns det mer att göra?

Man skulle kunna addera aktiva filter mellan demodulatormixer och AF preamp, där finns många varianter allt från en-poliga till 4-5-6poliga filter med op.amp. Då skulle man dessutom kunna ha ett val mellan smalt (CW) och brett (SSB) filter. Man kan även skaffa aktiva DSP AF filter som dom som t.ex sotabeams har i sin katalog, man för skarpa flanker med även ett litet delay på signalen.

Prod.detektor Diodmixer byts mot integrerad DBM 

+bättre isolation i portarna, mindre interferens via överhörning i IF

Carrier unit, byt ut 1s1007(?) mot schottky HP5082-2800
+ schottky klarar mer signal utan att distortion, mindre internt IM i IF

...-.-

FT-7 Yaesu extension board

Laborera med Yaesu Musen FT-7

Jahapp, med alla ide´r om komponentbyte och moderniseringar så krävs mätningar, och det är nåt som inte är enkelt i denna apparat.

Varje kort sitter nedstoppad i ett utrymme och de finns ingen plats för mätprober, så man måste antingen löda på en tråd eller skaffa ett extenderkort som lyfter upp kontaktplanet så man kommer åt.
Vill man dessutom justera potentiometrar eller spolar så krävs ett extenderkort.

På moderkortet sitter alla kantkontakterna, guldpläterade.

Antalet poler i kantkontakterna som Yaesu använder är inte standard i någon kontaktmodell jag hittat.
Men man kan köpa surpluskontakter NOS med fler polar än man behöver.
Den här kontakten har 2x 18st pinnar  och delningen är 2.54mm. Påminer om EDACs utbud.

Man tar lite kretskort 1.5mm tjock, gör lite ledningsbanor,
På vänster sida i Ft-7 där AF och Regulator sitter är det 16st kontakter
På högra sidan där RF Marker sitter är det 14st kontakter

Man måste tillverka två separata kort för detta.

Man gör dubbelsidiga tungor som sen löds ihop med en genomföring, ledningsbanorna är gjort för hand med knivf och sliptrissa på en liten kretkortsborrmaskin (typ Dremel ).

IFkortet utplockad på extenderkortet.

Mätningar och justeringar kan börja.