BITX

We describe here our adventure building the BITX, we will also speak about how to move it to other bands.

The BITX was a project blessed by a lot of hams from several countries. They built it and spoke very well about the results.

The BITX was originally designed by the indian ham Ashhar Farhan and it was shown to the world after its big use in the Tsunami disaster which swept the indian coast. The CNN report with the interview with Farhan building the BITX can be seen in the yahoo group BITX20

running since 2004 and with over 200 members.

The BITX20 schematic and construction details for 20m can be obtained in:

The details about how to select the cristals and how to calculate the SSB filter can be obtained in:

The comments and mods can be seen in:

===================================

How to change the BITX bands

VFO Frequency

The VFO frequency is obtained adding or substacting the segment of frequencies to be covered to the IF (10MHz).

Ex 40m 7000 to 7300kHz

We will have

10000 + 7000 = 17000

to

10000 +7300 = 17300

VFO covering from 17000 to 17300kHz

OR

10000 - 7000 = 3000

to

10000 - 7300 = 2700

VFO covering from 2700 to 3000kHz

IMPORTANT

Check always if the VFO frequency multiplied by an integer number is not close or equal to the range of in band frequency covered or to the IF. (ex VFO in 3580 for 40 is not correct as 2x3580=7160). The ideal way would be using a VFO frequency bigger than half the maximal in band frequency and the IF.

For the COILS L1, L2, L3, L4, L5 and associated capacitors, calculate the individual capacitive or inductive reactance for 20m and after we have the reactance figured out, calculate the part value changing the frequency to the desired band.

Table:

The table values are the calculated ones, and must be adjusted as needed, especially the capacitors which must use commercial values.

The LPF inductor (PI filter) must be kept.

When we build the BITX for 40m, we change the passband filter inductors to 4,7µH (4,03 in the table), a commercial value we had on hand during the construction.

================================

Building the BITX

The ideal way is beginning by the most difficult and work requiring section:

The SSB filter

This is a very critical filter, as it removes one of the DSB sidebands, allowing pass only to the other band.

Purchase from 10 to 20 10MHz crystals, which must be from the same manufacturer and preferably from the same batch. These crystals can be found by about R$0,50 (U$0,20) in the commerce.

Build the test circuit as described in:

Our construction:

Schematic

Layout - 18 x 30mm board

The 680pF capacitors must be of styroflex or NP0 association.

The key which shorts the 33pF capacitor is made with a surplus part wire.

The construction is not critical, the 8V regulated supply can come from a zener, 78L08 or 7808.

Label the crystals on the top side, that avoids too much handling.

Test the crystals in the above circuit, measure the frequency with a frequency counter with 10 Hz precission or better, take note.

Short the 33pF capacitor and measure again, take note of the new frequency.

The chosen crystals must be in a 60 Hz range between them in both measurings.

Practical results for our measurings:

Note: the measurings were made with a frequency counter with a minimal display of 10Hz. This way the 747 reading must be understood as 9,991,470 Hz.

Nota : as medições foram feitas com um frequencímetro com indicação mínima de 10Hz. Assim a leitura de 747 deve ser entendida como 9.997.470 Hz.

We add the values from each type of reading from each group, look for the mean between F1 and F2, we calculate the maximum frequency deviation and referring the BITX designer the C1 capacitor value will be 21 x mean deviation (in KHz) and C2 40 x mean deviation.

For the D group we choose the lower variation.

Realize that in the A group se have Z1 and Z13 with a 70Hz variation in the F1 reading.

We will use a 56pF NP0 for C1 and 120pF for C2 (they're already rounded to commercial values).

====================================

We are now going to build the bidirectional amplifier modules, so we will be able to analyze our filter.

Bidirectional amplifiers:

In the BITX we have 6 bidirectional amplifiers (we refer them here by the transistor QX identification in the schematic), the same circuit, being identical 4 of them (Q1, Q2, Q13 and Q12) and two of them with small differences (Q3 and Q11).

The circuit

The board

Q1, Q2, Q13 and Q12 modules

ceramic 100nF (.1µF), 1/8 or 1/4W resistors, 2N2222, 2N3904, BC547B or C, BC548B or C, BC107 transistors.

I used the BF240.

In order to mount correctly your transistor, we recommend looking for the datasheet in the WEB, looking for "2N2222.pdf" in Google as an example.

The C capacitor (100nF, .1µF) is mounted afterwards.

Mounting sequence: Tr, 2K2, 220R e (emitter), 100R e, 100nF (.1µF) e, diode, 220R c (collector), 100R +, 1K b.

Test: enter a RF signal (25MHz in our case), shunted with a 50R resistor, with a 200mVp level. We obtain almost 1.5Vp in the output.

Q3 module

In this module we have the 470R resistor and the 100pF output capacitor departing from the previous values.

Q11 module

In this module only the 47R resistor is different.

Building the bidirectionals:

Mount the Q13 (TX black - above) with Q1 (RX red - under) pairs.

Important: 100nF (.1µF) ceramic capacitors must be mounted between the islands 1 and 3 in both modules, coresponding to that connected between islands 3 and 4 in the schematic.

Mount the Q12 (TX black - above) with Q2 (RX red - under) pair.

Important: 100nF (.1µF) ceramic capacitors must be mounted between the islands 1 and 3 in both modules, coresponding to that connected between islands 3 and 4 in the schematic.

Mount the Q11 (TX black - above -this has the 470R resistor) with Q3 (RX red - in the bottom, this has the 100pF capaacitor and the 470R resistor).

Important: 100nF (.1µF) ceramic capacitors must be mounted between the islands 1 and 3 in both modules, coresponding to that connected between islands 3 and 4 in the schematic.

========================================

Crystal filter building

Filter schematic

The filters were chosen following the already described procedure, as the capacitors calculation.

Layout

==========================================

Building the oscillator to test the filter

For we to test the filter the simplest way is putting a signal generator in the input and measure the RF voltage in the output and drawing a graph.

Suggested layout

In order to obtain frequencies above the crystal nominal one, a jumper must be soldered between the islands 1 an 2, short circuiting the inductor.

The frecuencies under the crystal nominal one are achieved with the inductor in series with the capacitor (without a short circuit wire-jumper).

========================================

Besides for a simple filter test it is necessary an RF probe, that will measure the RF peak voltage.

The voltmeters show a lot of problems when measuring alternating current when the frequency is over 200 Hz.

In order to measure in high frequency we need an adapter.

The adapter or rf probe described here converts the rf in a direct current that can be read in a conventional voltmeter (analogic or digital).

A rf probe is very useful in adjustments, mounting processes, tests and rf measurings in general (power, swr, etc.).

Schematic

Parts list

01 1000pF or .001 or 102 50 Volt ceramic capacitor

01 1N4148 or 1N914 signal diode; ideally OA49, OA80 or OA79 or 1N34 (bigger in size)

01 10,000 Ohms 1/8 W or more resistor

01 .1µF or 104 50 Volt or more ceramic or poliester capacitor.

01 RCA female connector

01 aluminium tube (see text)

01 probe point (see text)

Construction

We use an 18mm by 12mm unetched printed circuit board cut in the following way:

The tube was got from surplus with 20mm diameter and two plastic end covers, some time ago we had aluminum tubes as containers of C vitamins that would serve for this use very well... Nothing prevents any other format.

As a probing point I used a polimeter surplus whith the plastic part broken (he who keeps it, have it), but for R$1,00 we bought two new points in the shop.

The point goes in the tube closed side, the end cover goes to the RCA jack. The internal ground is connected to the tube and the crocodile jack too, with a 10 cm wire.

The circuit must be internally isolated, we used small plastic bags. 

We used a male RCA jack for the output, with two coloured cocrodile jacks and coloured wires for connection to the polimeter.

In the case we desire it, in order to measure lower frequencies (i.e. audio) the 1000pF capacitor must be increased according with the frequency.

The reading must be increased in 0.7 Volts (0.4 Volts for germanium diodes).

Mode of use:

Directly to measure RF voltages, the values is in peak Volts Vp, that is half the value of the peak to peak voltage Vpp and 1.41 times lower than the RMS voltage Vrms.

1 peak Volts=(0.5 x peak-to-peak Volts)=0.7 x RMS Volts

1Vp =0,5 Vpp=0,7Vrms

 ===========================================

Before testing the filter we need to establish the filter input and output impedances.

For this we did two 50 ohms impedance input and output attenuator.

The crystal filter impedance is 200 Ohms.

That way the IF amplifier input must "see" 50 Ohms. The IF amplifier output must also "see" 50 Ohms.

The theory and the discussion about there impedances can be found in the original article (see link in this site).

We have a spreadsheet for calculation of other attenuators in this site.

 Schematic

The other attenuator is similar but it is of 50R -3dB and it is already used in the same BITX, the resistors are 2 x 220R and 22R.

======================================

How to measure the filter performance

Block diagram

Schematic

Procedure:

1. Locate the maximum reading point.
2. Write down the maximum reading value.
3. Calculate the 70% of that value.
4. With the jumper in the oscillator, vary the frequency in steps of 100 by 100 Hz or 200 by 200Hz ( in the case the voltage reading be under the calculated 70% ).
5. Write down the frequency and the RF voltage value.

See the example:

Graph made using Excel.

Another filter (with other crystals) with 100pF - 120pF - 100pF capacitors resulted in this graph:

The -3dB line is at 70% of the maximum mean measured value.

The passband width value in a SSB filter must be between 2.5kHz and 3.5kHz.

In order to use the filter in LSB ou lower side band the beat frequency oscillator (BFO or OFB in portuguese) signal must be in the upper part of the filter, close to the red line on the right side of the graph. In this way the lower frequencies will pass following the filter characteristics.

For USB or Upper Side Band the beat frequency oscillator signal must be in the lower part of the passband, close to the red line on the lefrt side of the graph. This way only the upper frequencies will pass following the filter characteristics.

For CW the beat frequency oscillator tuning follows that suggested for LSB.

In the graph example, the oscillator tuned to 9,337,300 Hz will pass frequencies between 9,997,330 - 9,994,470 = 2,860 and 9,997,300 - 3,997,300 = 0 Hz, that is, the lower side band.

As discussed in the J. A. Hardcastle, G3JIR, article, knowing the passband width of a filter we can recompute the capacitors for a desired passband using the ratio:

C ? / C1 = ( BW1 / BW? )^2

Where C1 is the capacitor initial value and C? is the desired value and BW1 the passband initial value and BW? the desired value of the passband.

When bigger the capacitor values, narrower will be the passband, and the capacitors will be able to be modified to correct or modify the passband width or shape.

Graph for another filter - 100 - 22 - 100 pF capacitors

We will soon describe another way to measure the filter passband, using the sound board in a PC and a white noise generator. The passband picture is instantaneous and very practical.

BITX

Descreveremos aqui nossa aventura montando o BITX, também falaremos de como altera-lo para outras faixas.

O BITX foi um projeto consagrado por muitos colegas de diversos países que montaram e falam muito bem dos resultados obtidos.

O BITX foi originalmente projetado pelo colega indiano Ashar Farhan e foi consagrado mundialmente após a grande utilização dele no desastre do Tsunami que varreu a costa indiana. A reportagem da CNN com a entrevista do Fahran montando BITX pode ser vista no Grupo BITX20 do Yahoo

que existe desde 2004 e conta com mais de 200 membros.

O esquema e detalhes da construção do BITX20, para 20m pode ser obtido em :

Os detalhes de como selecionar os cristais e como calcular o filtro para SSB podem ser obtidos em :

Os comentários, modificações podem ser vistos em :

===================================

Como alterar as bandas do BITX

Freqüência do VFO

A freqüência do VFO é obtida somando ou subtraindo a faixa de freqüências a ser coberta, com a freqüência de FI (10MHZ).

Ex 40m 7000 a 7300kHz

Teremos

10000 + 7000 = 17000

a

10000 +7300 = 17300

VFO cobrindo de 17000 a 17300kHz

OU

10000 - 7000 = 3000

a

10000 - 7300 = 2700

VFO cobrindo de 2700 a 3000kHz

IMPORTANTE

Verifique sempre se a freqüência do VFO multiplicada por um numero inteiro não fica próxima ou igual a freqüência de cobertura da faixa ou da freqüência do FI. (ex VFO em 3580 para 40m não é correto pois 2x3580= 7160 ). O ideal seria utilizar a freqüência do VFO superior a metade da freqüência máxima de cobertura e da freqüência do FI.

BOBINAS L1, L2, L3, L4, L5 e capacitores associados calcular a reatância capacitiva ou indutiva individual para 20m e após a reatância calculada calcular o valor do componente alterando a freqüência para a faixa desejada.

Tabela :

Os valores da tabela são os calculados, e devem ser ajustados conforme a necessidade, principalmente os capacitores que devem ser comerciais.

O indutor do LPF (filtro PI) deve ser mantido.

Quando montamos o BITX 40m, alteramos os indutores do filtro passa faixa para 4,7µH (4,03 na tabela), valor comercial que dispúnhamos na ocasião da montagem.

================================

Montando o BITX

O ideal é iniciar pela parte mais trabalhosa e difícil :

O Filtro de SSB

Este filtro é muito critico, pois ele retira uma das bandas do sinal de DSB, deixando passar somente a outra banda.

Adquira de 10 a 20 cristais de 10MHz, que devem ser do mesmo fabricante e preferencialmente do mesmo lote. Estes cristais podem ser encontrados por cerca de R$0,50 (U$0,20) no comercio.

Monte o circuito descrito de teste conforme descrito em :

Nossa montagem :

Esquema

Layout - placa de 18 x 30mm

Os capacitores de 680pF deve ser de styroflex ou uma associação de capacitores NP0.

A chave que curtocircuita o capacitor de 33pF e feita com uma sobra de lide de componente.

A montagem não é critica, a tensão de 8V regulados podem vir de um zener, 78L08 ou 7808.

Identificar os cristais no topo, que evita sair no manuseio.

Testar os cristais no circuito acima, medir a freqüência com um frequencímetro com precisão de 10Hz ou melhor, anotar.

Curtocircuitar o capacitor de 33pF e medir novamente, anotar a nova freqüência.

Os cristais escolhidos devem estar dentro de uma variação máxima entre eles de 60Hz nas duas medições.

Resultado pratico de nossas medições :

Nota : as medições foram feitas com um frequencímetro com indicação mínima de 10Hz. Assim a leitura de 747 deve ser entendida como 9.997.470 Hz.

Somamos os valores de cada tipo de leitura de cada grupo, achamos a media de F1 e de F2, calculamos o desvio médio de freqüência e segundo o autor do BITX o valor do capacitor C1 será dado por 21 x media de desvio (em kHz) e C2 por 40 x a media de desvio.

Para o grupo D escolhemos a menor variação.

Note que no grupo A temos Z1 e Z13 tendo uma variação de 70Hz na leitura F1.

Adotaremos como C1 o valor de 56pF NP0 e para C2 120pF (já arredondados e com valores comerciais).

====================================

Vamos agora construir os módulos dos amplificadores bidirecionais, assim poderemos analisar nosso filtro.

Amplificadores bidirecionais :

No BITX temos 6 amplificadores bidirecionais (aqui tratamos pela identificação no esquema do transistor Qx), o mesmo circuito : sendo 4 idênticos (Q1, Q2, Q13 e Q12) e dois com pequenas diferenças (Q3 e Q11).

O circuito

A placa

Módulos Q1, Q2, Q13 e Q12

100nF cerâmico, resistores de 1/8 ou 1/4W, transistores 2N2222, 2N3904, BC547B ou C, BC548B ou C, BC107.

Eu utilizei o BF240.

Para montar corretamente seu transistor recomendamos procurar o datasheet na WEB, procurando por exemplo "2n2222.pdf" no Google.

O capacitor C neste caso de 100nF é montado depois.

Seqüência de montagem : Tr, 2k2, 220R e (emissor), 100R e, 100nf e, diodo, 220R c (coletor), 100R +, 1K b.

Teste : entrar com um sinal de RF (nosso caso 25MHz), shuntado com um resistor de 50R, com nível de 200mVp . obtemos na saída cerca de 1,5Vp.

Modulo Q3

Neste modulo temos o resistor de 470R e o capacitor na saída de 100pF diferentes.

Modulo Q11

Neste modulo apenas o resistor de 470R é diferente.

Montando os bidirecionais :

Monte os pares Q13 (Tx preto - superior) com Q1 (Rx vermelho - em baixo).

Importante : entre as ilhas 1 e 3 de ambos os módulos deverão ser soldados capacitores de 100nF (cerâmicos) correspondentes ao conectado entre ilha 3 e 4 no esquema.

Monte os pares Q12 (Tx preto - superior) com Q2 (Rx vermelho - em baixo).

Importante : entre as ilhas 1 e 3 de ambos os módulos deverão ser soldados capacitores de 100nF (cerâmicos) correspondentes ao conectado entre ilha 3 e 4 no esquema.

Monte os pares Q11 (Tx preto - superior - este tem resistor de 470R) com Q3 (Rx vermelho - em baixo este tem o capacitor de 100pF e o resistor de 470R).

Importante : entre as ilhas 1 e 3 de ambos os módulos deverão ser soldados capacitores de 100nF (cerâmicos) correspondentes ao conectado entre ilha 3 e 4 no esquema.

========================================

Montagem do filtro a cristal

Esquema do filtro

Os filtros foram escolhidos conforme procedimento já descrito, bem como o calculo dos capacitores.

Placa para montagem do filtro :

Layout

==========================================

Montagem do oscilador para teste do filtro

Para testarmos o filtro a forma mais simples é a de colocarmos um gerador de sinais na entrada e medir a tensão de RF de saída, e construir um gráfico.

Como é necessário um oscilador muito estável e com uma variação de cerca de 20kHz, vamos montar a partir do oscilador BFO do BITX um oscilador com estas características.

Layout sugerido

Para se obter freqüências acima da normal do cristal deverá ser soldado um jumper da ilha 1 a ilha 2, colocando o indutor em curto circuito.

As freqüências inferiores a da normal do cristal são conseguidas com o indutor em serie com o capacitor (sem o fio de curto circuito -jumper).

========================================

Ainda para um teste simples do filtro é necessário uma ponta de RF, que vai medir a voltagem de pico de RF.

Os voltímetros apresentam muitos problemas ao se medir corrente alternada quando a freqüência passa de 200 Hz.

Para medirmos alta freqüência necessitamos de um adaptador.

O adaptador ou ponta de rf aqui descrito converte a rf em corrente contínua, que pode ser lida em um voltímetro convencional (analógico ou digital).

Uma ponta de rf é muito útil em ajustes, montagens, testes e medições de rf em geral (potência, swr etc.).

Esquema

Materiais

01 capacitor cerâmico de 1000pF ou .001 ou 102 de 50 Volts

01 diodo de sinal 1n4148 ou 1n914; ideal diodo de germânio OA49, OA80 ou OA79 (maiores em tamanho)

01 resistor de 10.000 Ohms 1/8 W ou mais

01 capacitor cerâmico ou poliéster de .1µF ou 104 de 50 Volts ou mais.

01 conector fêmea RCA

01 tubo de alumínio (ver texto)

01 ponta de prova (ver texto)

Montagem

Utilizamos uma placa de circuito impresso de 18mm por 12 mm, cortada da seguinte forma

O tubo foi conseguido de sucata de 20mm de diâmetro com duas tampas plásticas, há algum tempo tínhamos como embalagem de vitaminas C tubos de alumínio que serviriam muito bem para o uso (que voltaram às prateleiras...). Nada impede outros formatos.

Como ponta de prova utilizei uma sucata de multímetro que a parte plástica havia se quebrado (quem guarda tem), mas por R$1,00 compramos duas pontas novas no comercio.

A ponta vai no lado fechado do tubo, na tampa vai a tomada RCA. O terra interno é parafusado na carcaça e a garra jacaré também, com um fio de uns 10 cm.

O circuito deve ser isolado internamente, utilizamos saquinhos plásticos de embalagens.

Para a saída utilizamos uma tomada RCA macho, com duas garras jacaré coloridas e fios coloridos para conexão no multímetro.

Caso desejado, para medir freqüências menores (ex. áudio) o capacitor de 1000pF deve ser aumentado de acordo com a freqüência.

As leituras devem ter um acréscimo de 0,7 Volts (0,4 Volts no caso de diodos de germânio).

Utilização :

Diretamente para medir tensões de RF, o valor é em Volts de pico Vp, que é a metade do valor da tensão de pico a pico Vpp e 1,41 vezes menor que a tensão RMS Vrms.

1 Volts pico = (0,5 x Volts pico-a-pico ) = 0,7 x Volts RMS

1Vp =0,5 Vpp=0,7Vrms

 ===========================================

Antes de testar o filtro precisamos garantir as impedâncias no filtro de entrada e de saída.

Para isto fizemos dois atenuadores de 50 ohms de impediência de entrada / saída.

A impediência do filtro a cristal é de 200 Ohms.

Assim a entrada do amplificador de FI deve "ver" 50 Ohms. Também a saída do amplificador de FI deve "ver" 50 Ohms.

A teoria como as explicações sobre estas impedâncias podem ser encontradas no artigo original (veja link nesta pagina).

Temos uma planilha neste site para calculo de outros atenuadores.

 Esquema

O outro atenuador é semelhante mas é de 50R -3dB e já é utilizado no próprio BITX, os resistores são 2 x 220R e 22R.

======================================

Como medir o desempenho do Filtro

Diagrama de blocos

Esquema

Procedimento :

1. Localizar o ponto de máxima leitura.
2. Anotar o valor da máxima leitura.
3. Calcular 70% do valor.
4. Com o jumper no oscilador, variar a freqüência de 100 em 100Hz ou de 200 em 200Hz (caso a leitura de tensão seja inferior aos 70% calculados).
5. Anotar a freqüência e o valor da tensão de RF.

Veja o exemplo :

 Gráfico feito no Excell.

Outro filtro (com outros xtais) com capacitores de 100pF - 120pF - 100pF resultaram neste gráfico :

A linha de -3dB esta a 70% do valor médio máximo

O valor da banda de passagem de um filtro de SSB deve ser de 2,5kHz a 3,5kHz.

Para utilizar o filtro como LSB ou banda lateral inferior o sinal do oscilador de batimento (BFO ou OFB) deverá estar na parte superior do filtro próximo da linha vermelha a direita do gráfico. Assim as freqüências inferiores passarão segundo as características do filtro.

Para USB ou banda lateral superior o sinal do oscilador de batimento devera estar na parte inferior do filtro, próximo a linha vermelha a esquerda do gráfico. Assim somente as freqüências superiores passarão segundo as características do filtro.

Para CW o ajuste do oscilador de batimento segue ao recomendado para LSB.

Ex no gráfico, oscilador em 9.997.300 Hz passará freqüências de 9.997.330 - 9.994.470 = 2.860Hz a 9.997.300 -9.9977.300 = 0Hz ou seja a parte inferior da portadora.

Segundo artigo do colega G3JIR J. A Hardcastle, conhecendo-se a banda de passante de um filtro podemos recalcular os capacitores para uma banda passante desejada e vale a relação :

C ? / C1 = ( BW1 / BW? )^2

Onde C1 valor inicial do capacitor e C? valor desejado

E BW1 valor inicial da banda passante e BW? Valor desejado da banda passante.

Quanto maior o valor dos capacitores menor será a banda passante, e os capacitores poderão ser alterados para correção ou alteração da curva de resposta.

Gráfico de outro filtro - capacitores de 100 - 22 - 100 pF

Descreveremos em breve outra forma de medir a resposta do filtro, utilizando a placa de som de um PC e um gerador de ruído branco. A visualização da curva é instantânea e muito pratica.