BITX-80

BITX-80

Achtung! siapkan kudapan disamping anda, karena tulisan ini relatif panjang.

Seperti yang telah saya janjikan pada tulisan BITX-80 terdahulu, bahwa saya akan mensharing dengan lebih detail tentang pengalaman membuat pesawat BITX-80 ini.

BITX adalah singkatan dari Bidirectional Transceiver, maksudnya perangkat ini menggunakan filter dan modulator baik untuk transmitter maupun receiver. Jadi bila diamati, terlihat bahwa filter (SSB Filter, BPF, dll) memiliki 2 kutub yang saling resiprosikal (satu ketika berfungsi sebagai input, di lain waktu berfungsi sebagai output).

BITX Schematic

BITX Schematic

Saya mempergunakan rangkaian dasar BITX-20 dari Mr. Farhan (VU2ESE – Amatir India) yang dapat anda download di websitenya http://www.phonestack.com/farhan/, karena skematik BITX-20 ini boleh direpro ulang namum tidak boleh merubah sesuatu apapun didalamnya, maka dalam menjelaskan masing-masing blok akan saya gambar sendiri (sketsa dengan tangan) untuk menghindari masalah license ini. Silakan click pada circuit BITX-20 disamping, untuk mendownloadnya cukup gunakan “Click Kanan” -> “Save Picture As…” -> pilih di directory mana file akan disimpan.

Secara umum BITX memiliki diagram blok sebagai berikut, yang tebagi menjadi 2 jalur utama yaitu Transmitter (pemancar) dan jalur Receiver (penerima), dimana terdapat beberapa blok khusus yang digunakan untuk kedua arah tersebut (bi-directional).

BITX Diagram Block

BITX Diagram Block

Beberapa blok fungsi yang bersifat bidirectional seperti dimaksud adalah, SSB atau X’tal Filter, Single Balanced Modulator (AF ke IF dan sebaliknya), Double Balanced Modulator (IF ke RF dan sebaliknya), BPF (Sebagai Front End Antenna, dan sebagai BPF sebelum masuk ke RF Amplifier).

Walaupun beberapa blok fungsi diatas didesain dua arah, namun rangkaian small signal IF maupun RF amplifier tetap satu arah, TX maupun RX. Mungkin bagian ini dapat kita modifikasi lagi sehingga BITX ini makin slim dan murah.

Sebelum memasuki masing-masing blok dengan lebih detail, gambar disamping memperlihatkan bagaimana BITX bekerja pada saat menjadi Receiver, penjelasan pada saat menjadi transmitter akan dijelaskan pada tulisan lainnya untuk menjaga agar tulisan ini tidak terlalu panjang, dan berisi terlalu banyak gambar sehingga dikhawatirkan lama pada saat dibuka.

RX Flow at Freq Domain

RX Flow at Freq Domain

Receiver BITX merupakan jenis single convertion superheterodyne receiver, artinya bahwa dalam melakukan recovery sebuah RF signal, BITX hanya melakukan 1 (satu) kali frekuensi shifter menuju IF Frequency. Radio-radio buatan pabrik baik untuk amateur atau profesional sedikitnya melakukan 2 (dua) kali convertion atau biasa disebut double convertion. Misalkan, konversi pertama diturunkan ke IF 10.7MHz, konversi kedua ke 455KHz, atau IF yang lain.

BITX-80 (modifikasi dari BITX-20) menggunakan IF 10MHz, karena kristal 10MHz mudah dicari dengan harga yang sangat murah, dan kita tidak ambil pusing dengan IF Amplifier di sini, karena tidak menggunaan satupun trafo IF, copling dari satu penguat IF ke penguat IF berikutnya menggunakan coupling capacitor 100nF, sehingga sederhana baik dalam pembuatan, alignment mupun murah harganya. Untuk mendapatkan bandwith yang tetap kecil, digunakan rangkaian SSB Filter dengan konfigurasi sederhana “X’tal Lagger”.

Sesuai dengan gambar diatas, BITX-80 pertama akan menseleksi sinyal-sinyal yang berada pada band 80M saja dengan menggunakan BPF, kemudian sinyal ini dikuatkan oleh sebuah RF Amplifier 1 transistor sebelum digeser dengan sinyal carrier dari VCO melalui Double Balance Modulator (DBM). DBM menggerser letak sinyal 80M ke atas menjadi sekitar 10MHz, dengan menggunakan SSB Filter, maka pada jalur IF hanya akan ada 1 kanal sinyal saja dengan BW sebesar 3KHz. Pemilihan sinyal mana yang akan direcovery dilakukan oleh VCO dengan menggeser naik atau turun frekuensi osilasinya. Setelah dikuatkan oleh penguat IF 1 transistor, sinyal ini kemudian di-demodulasi dengan menggunakan sebuah Singgle Balanced Modulator (SBM) dengan BFO sebesar 10MHz, tepat sesuai dengan SSB Filter. SBM ini pada frekuensi domain, berfungsi untuk menggeser sinyal pada daerah AF (Audio Frekuensi) plus daerah 20MHZ (2x dari frek BFO). AF Amplifier yang memiliki response frekuensi antara 30Hz s/d 20KHz menjadi sebuah low pass filter alami, ia hanya menguatkan sinyal AF saja, sementara sinyal dengan frekuensi 20MHz akan didrop secara otomatis. Akhirnya kita mendapatkan sinyal baseband (voice) di loudspeaker.

Sebenarnya dalam membangun BITX ini akan sangat menarik dan mudah bila kita memiliki beberapa tool pengukuran seperti RF Oscilloscope, Signal Generator, Frequency Meter, L/C Meter, Multimeter, dll. Namun, karena saya hanya sebagian saja dari peralatan tersebut, maka saya akan menggunakan cara yang sangat konvensional dalam melakukan estimasi performansi BITX ini. Bagi amatir, tidak ada rotan akarpun jadi, toh alat ukur yang paling absolut yang kita miliki yaitu kepuasan sebagai seorang amatir.

Pada saat mencoba rangkaian BITX ini, saya menggunakan project board sebelum saya solder ke PCB yang telah disiapkan. Alasannya supaya lebih mudah dalam melakukan eksperimen. Silakan anda sesuaikan dengan kondisi yang ada.

Seperti yang ditunjukkan oleh blok diagram BITX, pada jalur RX terbagi menjadi beberapa blok fungsi, demikian juga jalur TX, dimana pergantian posisi pesawat dari TX menjadi RX menggunakan saklar diode, dengan memainkan tegangan DC ke masing-masing blok fungsi secara bergantian sesuai dengan saat user bicara maupun memonitor. Karena menggunakan sistem saklar diode, maka untuk memastikan kegesitan pesawat terhadap perubahan TX maupun RX, maka pastikan peletakan kondensator elektrolit hanya pada jalur yang selalu hidup baik pada saat mode TX maupun RX, sementara blok khusus TX/RX cukup diberikan shunt capacitor sebesar 100nF untuk meredam spike pada saat perpindahan saklar dan juga membuang munculnya RF liar ke ground disepanjang jalur tegangan DC.

BITX Jalur RX

AF Amplifier LM386

AF Amp

AF Amp

IC ini sangat populer di dunia para homebrewer, ukurannya kecil, murah dan membutuhkan komponen luar yang sangat sedikit, sehingga total rangkaiannya menjadi kompak dengan kualitas suara yang cukup bagus. Bila anda kurang yakin dalam melakukan penyolderan, lengkapi IC ini dengan socket yang sesuai.

Karena sinyal yang radio yang akan diterima memiliki level yang cukup kecil, sehingga diperlukan sebuah penguat 1 (satu) tingkat untuk menambah level penguatan IC LM386.

Pasang terlebih dahulu AF Amplifier LM386 serta komponen pendukungnya, pasang sebuah speaker kecil/sedang pada port keluaran, masukkan tegangan DC yang sesuai, bila rangkaian bekerja, maka pada loud speaker akan terdengar desisan yang besarnya sesuai dengan perputaran potensiometer volume, colok kaki tengah potensiometer volume dengan pinset yang

AF Amp Circuit

AF Amp Circuit

anda pegang, maka loud speaker harus mencuit cukup keras. Bila step ini berhasil, lanjutkan merangkai penguat AF 1 (satu) tingkat didepannya. Sekali lagi, lakukan testing dengan mecolokkan pinset yang dipegang tangan ke basis transistor, maka loud speaker harus menjerit lebih keras dari pada sebelumnya.

Bila kedua step diatas tidak berhasil, pastikan kaki-kaki IC LM368 sudah sesuai, dimana pada badan IC terdapat sebuah bulatan pada kaki ke-1. Pastikan juga kaki-kaki transistor sudah terhubung dengan benar baik Basis, Collector maupun Emitter. Lalu pastikan juga polaritas kondensator tidak terbalik. OK kita tinggalkan blok AF Amplifier LM386.

Single Balanced Modulator (SBM)

SBM

SBM

Single Balanced Modulator atau sebut saja sebagai SBM berfungsi sebagai pencampur (mixer) dua buah sinyal dengan frekuensi berbeda, dan menghasilkan sinyal keluaran yang frekuensinya adalah selisih dari frekuensi keduanya. Misalkan kita memiliki sinyal dengan frekuensi 10MHz, dan 6MHz, maka keluaran SBM memiliki frekuensi 16MHz dan 4MHz plus frekuensi ripple yang frekuensinya merupakan kelipatan dari 4MHz dan 16MHz. Anda bisa bayangkan bagaimana kompleknya sinyal keluaran dari sebuah SBM, untuk itu maka diperlukan sebuah BPF atau LPF untuk mengekstrak sinyal dengan frekuensi tertentu pada output SBM. SBM dibentuk dengan menggunakan sebuah trifiller coil, 2 buah diode dan trimpot resistor sebagai penyeimbang.

Cara Membuat Trifiller Coil

  1. Siapkan ferit hidung babi dengan ukuran disecukupnya. Hidung babi maksudnya memiliki 2 lubang yang bersampingan.
  2. Sediakan kawat email dengan diameter 0.3mm dengan panjang 30cm sebanyak 3 helai, pilin ketiganya secara rapi.
  3. Lilit kawat email yang telah dipilin tersebut pada melalui lobang ferit kira-kira sebanyak 13 lilit, hati-hati jangan sampai emailnya terluka, karena pinggiran feritnya cukup tajam.
  4. Ukur dengan avometer, pastikan masing-masing helai email tidak saling short satu sama lainnya.
  5. Tambahkan sedikit lem panas pada ujung lilitan supaya tidak bergerak.

Cara Mencari Diode Yang Sepadan

  1. Pilih dua buah diode sinyal kecil, misal 1N4148, 1N60, dll.
  2. Dengan avometer, pilih pengukuran diode, ukur resistansi dalam kedua diode tersebut saling mendekati, maka kita mendapatkan 2 buah diode yang identik.
SBM Circuit

SBM Circuit

Karakteristik diode sangat berbeda tergantung dengan bahannya, ada 2 jenis diode yang paling dikenal, yaitu germanium (zaman dulu) dan silikon. Jaman dulu paling banyak jenis germanium dengan tegangan maju hanya sekitar 0.2Volt (misal diode dengan awalan BA), sementara saat ini banyak dijumpai berbahan silikon dengan tegangan maju 0.7Volt (misal berawalan 1N, contoh 1N4148). Sebenarnya ada satu lagi jenis diode yang memiliki sifat khusus, yaitu diode schotty (misal dengan awalan BZ), dengan tegangan maju yang lebih kecil dibandingkan dengan germanium.

Lalu apa hubungan jenis diode ini dengan rangkaian SBM kita, tegangan maju diode-diode tersebut sangat mempengaruhi kepekaan dari SBM, atau secara keseluruhan kepekaan dari pesawat kita. Dari ketiga macam diode diatas, schotty diode secara logikal akan memberikan kepekaan yang paling baik.

Cara pengetesan perangkat ini agak sulit bila tanpa menggunakan oscilloskop, namun karena semuanya mengunakan komponen pasif, maka kita cukup memastikan semua koneksi sudah terkonek dengan baik. Cara paling gampang mengetes adalah, colok titik input IF sinyal, maka pada loud speaker akan terdengar desis.

BFO (Beat Frequency Oscillator)

BFO

BFO

Fungsi utama dari BFO bersama-sama dengan SBM adalah mencampur signal AF dan BFO sehingga mendapatkan sinyal IF, sebaliknya juga mencampur sinyal IF dan BFO sehingga mendapatkan sinyal AF.

BFO ini merupakan sebuah oscillator x’tal yang dilengkapi dengan adjuster frekuensi, sehingga bisa swing disekitar frekuensi fundamentalnya, konfigurasi seperti ini disebut dengan VXO (Variable X’tal Oscillator).

Tambahkan lilitan sebesar 15uH serial dengan trimpot capacitor pada salah satu X’tal untuk swing frekuensi …. dibanding fundamentalnya, atau trimpot capacitor untuk swing …. dari fundamental.

BFO Circuit

BFO Circuit

Frekuensi resonansi BFO ini harus align dengan SSB filter, saya menggunakan SSB filter dengan frekuensi tengah 10MHz, dengan demikian BFO harus berosilasi pada 10MHz-1.5KHz = 9.998.500Hz dan 10MHz+1.5KHz = 10.001.500Hz untuk penerimaan LSB dan USB. Untuk 80M band menggunakan mode LSB.

Cara melakukan pengetesan rangkaian yaitu menggunakan frekuensi meter, lakukan pengukuran pada output rangkaian, maka harus terbaca frekuensi osilasinya, lalu cabut X’tal, maka frekuensi osilasi harus hilang. Putar trimpot capacitor, ukur output, pastikan ia mampu berosilasi sekitar 1.5KHz dari frekuensi fundamentalnya (naik/turun sesuai dengan adanya lilitan atau tidak). OK, kita tinggalkan BFO.

Small Signal IF/RF Amplifier

Kita akan membahas pembuatan blok ini sekali saja, karena semua IF/RF amplifier ini memiliki konfigurasi yang hampir sama, hanya terdapat perbedaan minor saja.

Small Signal RF/IF Amp

Small Signal RF/IF Amp

Semua IF/RF amplifier tersebut merupakan class A, sehingga pengetesan DC-nya dapat dilakukan dengan memastikan tegangan Vbe (tegangan antara basis dan emitter) sekitar 0.7Volt, dan tegangan Vce sekitar 1/2 dari Vcc (tegangan catu).

Karena tidak ada rangkaian tunning pada masing-masing penguat ini, maka pembuatannya juga cukup mudah, dan pastikan semua komponen terpasang dengan benar, terutama komponen aktif semisal transistor.

Selain pengujian DC ini, secara sederhana bisa dilakukan dengan mencolok pinset pada kaki basis masing-masing transistor, maka pada loud speaker harus terdengar desis yang mencuit.

Anda bisa bereksperimen dengan jenis transistor lain pada blok-blok ini, sampai diperoleh sensitivitas dan noise figure yang paling acceptabled.

SSB atau X’tal Filter

SSB Filter

SSB Filter

SSB filter ini menggunakan konfigurasi ladder filter, yaitu beberapa X’tal dengan frekuensi yang sama digandeng secara serial, dengan beberapa komponen tambahan berupa capacitor.

BW dari filter ini diharapkan tidak lebih dari 3KHz, sesuai dengan persyaratan dari radio amatir untuk komunikasi SSB (LSB/USB) BW-nya tidak boleh lebih besar dari 3KHz. Berdasarkan teori dan percobaan dari para homebrewer, 4 buah X’tal akan mampu mendapatkan BW sekitar 3KHz.

Anda bisa menggunakan lebih dari 4 buah X’tal, dengan BW yang lebih kecil, sehingga cocok digunakan untuk penerimaan mode CW yang hanya beberapa ratus Hz saja, namun bila anda pakai di mode SSB penerimaanya akan mencadi cacat, terutama untuk menerima sinyal SSB yang BW-nya cukup lebar.

SSB Filter Circuit

SSB Filter Circuit

Namun, dengan jumlah X’tal yang lebih sedikit akan memberikan BW yang lebih lebar, namun akan terjadi interferensi antar 2 sinyal berdekatan.

Cara memilih X’tal yang identik

Pembuatan SSB filter dengan X’tal ladder ini adalah gampang-gampang susah, yaitu pada pemilihan 4 buah X’tal yang identik atau mendekati identik, sebab bila tidak, anda bisa membayangkan, bukannya membuat sebuah filter namun salah-salah malah membuat seperti tembok. Untuk menghindarinya, maka diperlukan trik pemilihan X’tal yang hampir identik, sbb:

  1. Untuk mendapatkan 5 buah X’tal yang hampir identik (4 untuk SSB filter, 1 untuk BFO), anda harus beli lebih dari jumlah tersebut, misal 10 buah. Untuk itu silakan memilih X’tal dengan harga yang murah, biasanya dipakai untuk microprocessor. Misal 8MHz, 10MHz, dll. Pastikan anda membeli X’tal tersebut dengan merek dan pembuat yang sama.
  2. Buatlah sebuah rangkaian oscillator X’tal 1 transistor tanpa tambahan lilitan atau trimpot capacitor, untuk mendapatkan fundamental frekuensinya.
  3. Ukurlah masing-masing frekuensi X’tal tersebut dengan frekuensi meter, catat.
  4. Pilih 5 dari X’tal tersebut yang memiliki beda frekuensi fundamental tidak lebih dari 1.5KHz.

Sharing pengalaman, dari 10 buah X’tal dengan frekuensi osilasi 10MHz, saya mendapatkan 5 buah X’tal dengan beda frekuensi pada range hanya puluhan Hz. So that, good luck!!!

Cara paling mudah melakukan testing SSB filter, yaitu untuk memastikan kita tidak sedang membuat sebuah dinding yaitu colok input filter dengan pinset, maka pada loadspeaker akan terdengar desis atau cuitan.

Double Balance Modulator (DBM)

DBM

DBM

DBM ini memiliki fungsi yang sama dengan SBM diatas, namun signal yang dicampur adalah antara RF dan VCO (Variable Controlled Oscillator) untuk menghasilkan sinyal IF, dan sebaliknya.
Rangkaian ini dibentuk dengan menggunakan 4 buah diode yang identik (ingat kan cara mengukurnya?), dan 2 buah trifiller coil yang identik juga.

Cara pengetesan yang paling gampang, gunakan tool sakti yaitu pinset, korek-korek sisi inputnya sampai terdengar suara mencuit dan ribut di load speaker, nah pastilah sudah OK.

DBM Circuit

DBM Circuit

Rangkaian DBM ditunjukkan pada gambar disamping, dimana ia tersusun dari sebuah triffiler coil dan sebuah jempatan diode satu gelombang penuh. Tidak ada rangkaian tuning disini, sehingga memudahkan bagi pemula dalam merangkai dan bereksperimen.

Ok … kita tinggalkan DBM.

Variable Controlled Oscillator (VCO)

VCO

VCO

Merupakan oscillator yang bersama-sama dengan DBM akan menggeser sinyal input radio menjadi sinyal IF dengan frekuensi sekitar BFO.

Dengan demikian, maka frekuensi VCO ini dapat dicari dengan cara

VCO = |BFO – Frek Input|, misal Frek Input 80M atau 3.8MHz, maka VCO = 10 – 3.8 = 6.2 MHz

Rangkaian utama VCO adalah sebuah transistor yang frekuensi osilasinya ditentukan oleh tank circuit (kombinasi antara L dan C). Karena menggunakan VCO, maka pembuatan blok ini penuh dengan tantangan, yaitu mendapatkan kestabilan frekuensi yang acceptable.

VCO Circuit

VCO Circuit

Beberapa trik dibawah dapat dilakukan untuk keperluan ini:

  1. Untuk capacitor di tank circuit menggunakan NPO atau Feeder
  2. Bila memungkinkan gunakan lilitan tanpa inti ferit (namun saya di project memakai inti ferit)
  3. Gunakan catuan DC yang stabil, misalnya menggunakan IC voltage stabilizer, misal LM7809
  4. Untuk mengurangi pengaruh dari fluktuasi suhu sekitar terhadap komponen-komponen VCO, ada baiknya menutup rangkaian dengan menggunakan tutp metal. Namun, perlu diperhatikan, tempatkan IC voltage regulator diluar kotak, karena biasanya mendisipasikan panas yang cukup mengganggu kestabilan VCO.
  5. Jangan lupa menambahkan rangkaian buffer, untuk meminimisasi pengaruh akibat beban dibelakang VCO.

Oh ya, rangkaian CO ini telah dilengkapi dengan 2 tingkat buffer, jadi sudah cukup untuk meminimisasi pengaruh tersebut.

Cara pengetesan VCO cukup gampang, pasang catuan DC, lalu ukur frekuensi keluarannya dengan frekuensi meter, dan pastikan berosilasi disekitar 6.8MHz untuk penerimaan di band 80M.

Band Pass Filter (BPF)

BPF

BPF

BPF disini menggunakan 3 buah lilitan dengan nilai yang sama. Saya membuatya diatas koker berinti ferit berdiameter 0.8mm, dengan beberapa lilit email 0.3mm (untuk eksperimen ini saya menggunakan bekas lilitan eksperimen terdahulu saya Primer 20 lilit, sekunder 5 lilit – namun bagian sekunder tidak dipakai). Untuk mudahnya, saya mengadop rangkaian BPF dari Internet.

Ajustment terhadap BPF ini dapat dilakukan secara langsung saat menerima sinyal dengan frekuensi di band 80M, dengan memutar-mutar ferit core lilitan.

Bila blok rangkaian jalur RX tersebut bekerja sesuai dengan yang diharapkan, saya yakin ia akan mulai bisa menerima Rekans amatir sedang QSO.

Beberapa kunci keberhasilan pembuatan RX Homebrew (sesuai pengalaman saya) adalah:

  1. Kestabilan dari VCO memagang kunci utama, apalagi bila radio kita akan digunakan untuk memonitor sinyal dengan bandwidth kecil (misal: amatir radio), bila digunakan untuk menangkap siaran radio broadcasting, anda bisa menomorduakan aspek ini. Sebagai informasi, VCO sederhana yang saya buat untuk BITX-80 ini memiliki kestabilan puluhan Hertz dalam beberapa menit, artinya bila kita diamkan beberapa menit, frekuensinya baru berubah beberapa Hertz sampai puluhan.
  2. Khusus untuk VCO ini, jangan membuat sebuah VCO yang bandwidth-nya terlalu lebar, idealnya cukup 200 Hertz saja. Saya pernah mencoba dengan bandwidth 400KHz, proses zero beat-nya luar biasa susah. Disamping itu, VCO dengan bandwidth yang sempit cenderung lebih stabil.
  3. BPF memiliki fungsi yang sangat penting, tanpa kehadirannya akan lebih sulit memonitor sinyal yang datang.
BPF Circuit

BPF Circuit

Modifikasi VCO dengan PLL (Phase Lock Loop) atau AFC (Automatic Frequency Controller) akan menambah performansi dari BITX ini.

Seperti yang telah saya sampaikan diatas, penjelasan jalur Transmitter (TX) akan saya jelaskan pada tulisan lain untuk membuat tulisan kali ini tidak terlalu panjang dan membosankan.

Saran saya, lakukan eksperimen pada bagian RX terlebih dahulu, karena bagian ini menurut penulis lebih sulit dalam perakitan dan alignmentnya. Selain itu, bila rangkaian RX tersebut berhasil, maka akan menambah semangat kita untuk merangkai bagian yang lain.

http://www.youtube.com/watch?v=5bZtbvaxsKU

Saya telah merekam BITX-80 ini sebagai receiver di band 80M, anda dapat melihat dan mendengarkan hasil rekaman dengan meng-click hyperlink diatas (di You Tube). Saat melakukan rekaman ini saya tidak menggunakan antenna khusus untuk 80M, namun hanya seutas kawat sepanjang 2M yang saya kaitkan pada paku ditembok. Maaf, background sedikit ribut karena anak saya lagi bergembira :)

Have a nice experiment … :)

About these ads