周波数カウンターはディプメーターとともに、自作派ハムには必須のアイテムといえます。カウンターが表示した周波数を基準に作業を進めますので、その精度が高いものが望ましいのは当然ですが、絶対正確でないと困るかというとそうでもありません。私の考えでは、10HZ台までの計数誤差は全く問題ないと思っています。このズレもＳＳＢトランシーバーのキャリアポイントなどを合わせる時の話で、運用周波数等についてもバンドエッジでの運用を除けば、プロの放送局（固定周波数運用）ではありませんので問題にないと私は勝手に思っています。
ご承知のように周波数カウンターの精度は、基準発振の精度で決まります。どうしても正確でないとイヤだと言う方は、基準発振部分にお金をかければこの問題は解決します。
下の写真は、１９９４年１１月に完成した８桁表示の周波数カウンターです。メインのカウンターＩＣ部分にはＩＣＭ７２１６Ｂを使用しています。 ＩＣＭ７２１６Ｂはカウンター専用のＩＣで、カウンターを構成するために必要なすべての機能を内蔵しています。
その昔ＴＴＬの１０進カウンターを多段接続し、やれリセットパルスだ、ストローブパルスだと大騒ぎしていたことを考えると、苦労したことが懐かしくもあり、この分野での技術の進歩に目を見はるばかりです。
この８桁周波数カウンターは、メインカウンター回路基板、前置アンプおよびプリスケーラ回路基板、基準発振回路基板、電源回路基板の４つで構成されています。下の右側の写真でいいますと、左上に前置アンプおよびプリスケーラ回路基板、右上に基準発振回路基板、左下にメインカウンター回路基板、右下に電源回路基板をそれぞれ配置しています。
ここでは、電源回路を除く３つのユニットの回路図とそのプリントパターン図を以下でご紹介します。
使ってみた感じ 使い勝手は、８桁を同時に表示しますので、前項の4・1/2桁カウンターのように、全桁確認のためゲートタイムを切り替える必要がありません。８桁カウンターを使い始めると、少数桁のカウンターを使う気がしなくなります。
ところで、基準発振回路がいかにもお粗末だと感じるかもしれませんが、私はこの部分にお金をかけるのは無駄だと思っています。もし正確な周波数測定が必要な場合は、事前にＪＪＹ（10MHZ標準電波）で基準発振周波数を校正すれば、アマチュア的な使用目的（※10ヘルツ台の誤差は承知の上）では特に問題はないと思っています。
10MHZ基準発振器の交換
ここのところ必要に駆られて、数十年前の自作品の改良作業をしています。前回はSWR計でしたが今回は周波数カウンターとYAESUのFT-817の基準発振の取替作業を行いました。周波数カウンターは1997年12月15日以来、実に26年ぶりの更新です。最近ローカル局とコンタクトした際に、当局の周波数がドリフトしているようだとの指摘を受けました。周波数変動の原因としてはキャリア周波数(15MHZ)か局部発振(6MHZ)のいずれかが変動していると考えられます。周波数カウンターでそれぞれの周波数の変動の様子を確認すると原因が判明すると思います。
ところがここで紹介している自作の周波数カウンターは、計測周波数や安定度を決める10MHZの基準発振が一般的なパーツを使用した簡易的な回路構成になっています。そのようなことから測定結果の計測値および安定度ともその精度は低いといえます。
そのうち基準発振の精度のいいものが入手できれば取り替えたいと思い、過去に10MHZの恒温槽付きの基準発振器をネットオークションで入手しましたが、何分にも発振器自体のサイズが大きく、ここで紹介したカウンターのケースに収まらず、基準発振部を外付けで設置するしか方法はありませんでした。
このようなことから、基準発振部を外部に設置した使いずらい格好になるため、あまり乗り気ではなくそのうちに作業をと考え、放置したままになっていました。そのような時にアマゾンで10MHZの基準発振として使えそうな品物が見つかりました。見つかった基準発振器は下記のような恰好をしています。
販売されている10MHZ恒温槽付き基準発振器※現時点での最安値は1,509円
※各写真上をクリックすると拡大して見ることができます。 恒温槽機能付き10MHZ
基準発振ユニットわたしは2,477円で購入しました現時点では
最低価格は1,509円のものが出ていますウオームアップ時電流0.75A
5分間、通常動作時電流0.3A
さっそく購入した基準発振器を動作させ、自作の８桁カウンターで周波数を計測してみました。測定結果は10.000.030HZと30HZほど高く表示されています。この30HZの偏差は基準発振側の周波数のズレなのか、カウンター側の誤差なのかはっきり分かりません。しかしながら、今回購入した基準発振側のズレは考えられませんので、自作周波数カウンターの10MHZの基準発振を再調整し10.000.000HZと表示されるように調整しました。この状態で数時間放置し周波数の変動の具合を見てみました。
測定結果は予想以上に安定しており、５時間ほど放置後で１〜2HZの変動しか見られませんでした。この変動は基準発振側かカウンター側のズレなのかは分かりませんが、自作カウンター側の基準発振がお粗末ですので、多分カウンター側の基準発振のドリフトと思われます。この測定結果から見ますと、自作カウンターの基準発振がお粗末な割には、そこそこ表示周波数の変動幅が小さく、まんざら捨てたものではないなーという感じでした。
考えてみますと、カウンターの基準発振の10MHZは、1/10,000,000された1HZ(1秒)でカウンターのゲートタイムとして使用されます。このようなことから、10MHZで少々ドリフトしてもその影響は1千万分の１になります。このためドリフトの影響はかなり軽減されると考えられます。
テストは終わりましたので、カウンターの基準発振を今回購入した温度補償付きの基準発振に取替ました。具体的にはカウンターの10MHZの基準発振回路の水晶を外し、水晶が接続されていた2SK241のゲートに今回購入した恒温槽機能付きの10MHZ基準発振回路の出力を0.1μFのコンデンサーを介して接続しました。回路切替が完了したところで、さっそくNO5号機の局発の6MHZのPLL出力を測定してみました。
1KHZ以下の調整をするセンタークリック付ボリュームをセンター位置に合わせて、補正のボリュームを微調整し6.000.000HZになるように合わせて計測を開始しました。この状態で放置し５時間後の表示周波数を確認してみました。
測定結果は+2から-3HZの範囲内で非常にゆっくりとした周波数変動が見られましたが、計測を中断した５時間後の時点では、下記の写真のように-3HZになっていました。観察した時間内では最大値が3HZの変動に収まっていました。NO5号機のPLL回路では1KHZ以下の調整にバリキャップを使用していますので、周波数のドリフト幅が大きいのではないかと心配していましたが、測定結果はなかなか優秀で特に問題になるような数値ではありませんでした。
ということで、問題なく動作することが確認できましたので、今回購入の基準発振器をケース内に納めることにしました。ケース内を見渡してもそのまま設置できる空スペースが見当たりませんので、下記右端写真のように既設の基準発振器の上部に二段ベットのように重ねて設置しました。
※各写真上をクリックすると拡大して見ることができます。 10MHZの水晶を外して0.1μFで
今回購入の基準発振器に接続NO5号機の6MHZのPLL出力を
計測中、5時間後のドリフトは？5時間後のドリフトは-3HZ
思ったより周波数変動が少ない既設の基準発振回路基板の上に
購入した基準発振基盤を設置
基準発振器が正確になったところで、プリスケーラのMB506を使用した測定に使用する基準発振の7.8125MHzを測定し、ピッタリ7.8125MHzになるよう周波数の調整をしました。測定時に使用する基準発振は今回導入した10MHzを使用しますので正確な調整ができると思います。下記の写真は入力0〜15MHz測定モード（※基準発振10MHz）を使用して7.8125MHzの基準発振の測定および調整をしているところです。長時間放置し周波数の変動が十分安定したところで補正トリマを調整して7.8125MHzに周波数を追い込み、その状態で周波数の変動を見たところ、1Hz台がやはり少し変動していました。MB506のプリスケーラ回路は250MHz以上の周波数測定にしか使用しません。そのようなことから、1Hz台の周波数を色々言ってもお門違いです。第一最終下段の表示は100Hz台ですので、それ以下の周波数の読み取りはできません。しかしながら基準発振の7.8125MHzをピッタリ合わせておけば、MB506を使用した周波数測定でも正しい数値が得られるはずです。
取替後の使用感は非常に安定した計測をしているような感じがしました。計測値の信頼性が今一だった自作カウンターが、自信をもって使用できるものになったと思っています。（※過大評価かもしれません？）旧型のカウンターで基準発振の精度があまり良くないとか、秋月の自作カウンターキットで作られた方など、基準発振の安定度が今一つの方は、2,000円くらいの投資で恒温槽機能付きの基準発振にグレードアップができますのでぜひお試しください。
電源回路に問題発生！ （一部内容追加 ２０２５．０８．２８）
と、めでたしめでたしで終わっていましたが、実は電源回路に問題が発生していました。元々の回路は5Vの単一電源しか必要ありません。AC9V電流容量0.3Aくらいの小さなトランスを使い、AC9Vをブリッジ整流させ３端子レギュレータの7805を使い5Vを供給していました。ちなみに5Vの三端子レギュレーターのアース接続端子にダイオード１S1588を入れているのは、電源電圧を0.6Vほどかさ上げするために入れています。これはメインカウンターの最低カウント可能周波数をできるだけ上げるための対策です。今回の基準発振回路を搭載する前の状態で 0〜15MHzの測定レンジ（※メインカウンター部と前置アンプ部動作）と、0〜150MHZおよび0〜250MHzの測定レンジ（※プリスケーラーHD10551動作)の場合の消費電流は実測値で大体110mA程度でした。プリスケーラーのMB506（※メインカウンターとMB506動作）を使用した時の消費電流が180mA程度でした。以上の結果から、旧タイプの状態では0〜1920MHz測定レンジの180mA（0.18A）が最大消費電流で、電流容量が0.3A程度の豆トランスでも全く問題はありませんでした。
ところが今回の10MHzの基準発振を搭載することにより、通常動作時での基準発振部の消費電流がメーカー公表値で300mA、ウオームアップ時の消費電流が750mAも流れます。通常動作時ではカウンター部の電流と基準発振部の合計480mA流れます。この状態では少しのオーバーですが、ウオームアップ時にはカウンター側の消費電流と合わせて900mA近くの電流が流れ、トランスの容量を大幅に超過します。
実際に動作させてLED表示を見ていますと、ウオームアップ終了までは表示が暗く、明らかに電圧降下を起しているのが見て取れました。また通常運転に入った状態でも少し時間が経つと、過負荷でトランスの温度上昇が始まり、明らかに電源回路の強化が必要なことが分かりました。
10MHz基準発振回路には7〜13Vの電源電圧と電流容量は最低でも1Aは必要になります。この辺を考慮しますと通常のトランスを使用した回路ではトランスの形状が大きくなり、現状のケース内に納めることが出来そうにありません。そこで考えたのがスイッチング方式の電源を使うことでした。
具体的には電源電圧5V、電流容量2Aのスイッチング電源を使用することにしました。ジャンク箱を探すとアイオーデータ製5V2Aのスイッチング電源がころがっていました。黒い長方形のケースに入った物で、入力側が2極のAC100Vプラグになっています。プラスチックの外箱を外して中身だけを抜き出しました。あとは7〜13Vの電源ですが、5Vの入力を28V位まで昇圧できるユニットがアマゾンで売られていました。
この2つの電源ユニットを組み合わせて、プリスケーラも含めてカウンター回路に使う5Vの単一電源と、10MHz基準発振回路に使う10V（※基準発振回路基板に電源電圧7〜13Vと印刷されていましたので中間の１0Vに設定しました）の単一電源をそれぞれ準備しました。この2つのユニットの接続と設置状態は下記の画像でご確認ください。
※各写真上をクリックすると拡大して見ることができます。 元々の電源ユニット0.3Aの
小型トランスを使用していた。5Vのスイッチング電源と
昇圧器の組み合わせ5Vを入力すると28Vまでの
電圧アップができるようです5Vのスイッチング電源の
出力に昇圧回路を接続
参考までに5V 2Aのスイッチング電源と昇圧ユニットがアマゾンンで売られていますので下記でリンクしておきます。
※入力が2〜24Vになっていますが実際は入力5V以上の電圧では動作しないようです。
リチューム電池(1セル3.7V)を入力して5V出力や9V出力、12V出力とする使い方もできると思います。
”ついでに” FT-817の基準発振器も取替
ついでにYAESUのFT-817に搭載されている基準発振22.625MHZを高安定度のTCXOに取り替えました。これは今回の周波数変動の確認のためにFT-817でモニターして確認しようと考えたためです。そのためにはモニターする受信機の周波数が安定していないと比較ができません。この交換については以前からやりたいと考えていましたが、当時は9,000円位していましたので二の足を踏んでいました。ところが昨年12月にアマゾンで確認したところ1,600円位で互換品が出ていました。純正品との価格差があまりにも大きく果たして使い物になるのかと考えましたが、値段が1,600円位ですのでダメもとで購入してみました。
パーツの交換は非常に簡単でハンダ付け等の作業の必要はなく、既設の基準発振器ユニットを手で引き抜き、新しいユニットを手で差込むだけで作業が完了しました。交換の際に、もともとのユニットはプリント基盤に3Pと4Pの貫通穴が空けてあり、パーツ取付面が上側になっていました。今回購入のものにはこの穴が空いておらず、下の写真のようにプリント基盤面が上になるような取付しかできませんでした。
この向きでいいのか心配しましたが、パーツ取付面が上になるような取付ができませんので、とりあえず写真のような向きで取付をしました。大丈夫かなと心配しながら電源を入れて動作させましたところ、何の問題もなく動作しました。交換作業が完了後さっそくFT-817を動作させ1時間ほどエージングさせた後10MHZのJJYの信号を受信して周波数のズレを確認してみました。
ここでわたしが行っている具体的な確認方法を紹介しますと、最初に標準電波を受信します。この場合の標準電波は5MHz、10MHz、15MHzのうち、もっとも強く受信できるものを選択します。受信モードはSSBモードにした方が判断がしやすくなります。モードはUSBでもLSBでもかまいません。LSB設定でチェックした場合は、確認後USBに切替再度ズレを確認します。
この場合受信したJJYの信号が弱いと数ヘルツ台の周波数のビート音が確認できません。しっかりしたアンテナを接続し、できれば9+位の信号強度があれば数ヘルツ台のズレのビート音が確認できると思います。強いJJYの信号を受信した状態で音量ボリュームをどんどん上げていくと、周波数のズレの分だけビート音が出ます。数HZのズレ場合はポロポロポロというような音がスピーカーから聞こえます。もし周波数を可変して合わせるような場合は、このポロポロ音の間隔が広くなるように周波数を調整します。周波数が合うとポロポロ音の間隔が広くなり最後はブーという音（ゼロビート音）になり周波数が合ったことが分かります。
この時ブーというゼロビート音になっていれば受信機としては受信周波数にズレはないということになります。ポロポロというような音が出ている場合は、受信機としては数Hzのズレがあるということになります。どれくらいズレているかは、ダイアルで周波数を動かすとかが確認できると思います。わたしの持っているFT-817では最下段の周波数可変は10Hz台ですので、残念ながら10Hz以下のズレの確認することができません。
この方法では受信機としてトータル的に周波数が合っているかの確認をするもので、もしズレている場合は、受信周波数構成に影響する個別のユニットを確認しズレを修正することになります。蛇足ですが、わたしはSSB送信機のキャリア周波数合わせの際にも、この方法を使っています。受信機のアンテナ線を送信機のSSBジェネレーター付近に近づけてSSBのシグナルを受信します。この時受信機の周波数はキャリアの周波数に合わせます。わたしの5号機の場合はUSBの15.000MHZになります。
送信機の場合はマイクがあるためピヨピヨピヨというようなハウリング音になります。周波数がピッタリ合った時にはピーという連続音になります。もちろんこの方法では受信機の精度が問題になります。一般的な受信機を使用しますと、その受信機の周波数精度で調整されることは言うまでもないことです。
以上のような測定方法で測定した結果10MHzJJYと比較して聞いた感じで0.5HZ程度のズレが出ていました。周波数調整トリマがあるようですが、下手にいじくるとかえっておかしくなる可能性があるため、特に調整はしませんでした。この程度の周波のズレですとアマチュア的には全く問題ないズレです。格安の1,600円の基準発振ですが、結構いい線いっていました。9,000円位する純正品と1,600円位のバッタもん（失礼！互換品）と果たしてどれほどの精度差がでるか興味があるところですが、案外ほとんど変わらないかもしれません。
標準実装品と互換TCXOの周波数変動を実際に測定された方のブログが見つかりました。標準実装品はTCXOではありませんので、結構周波数が変動しているようです。実測結果では30分間の観測で15Hzほど変動があったようです。一方互換品のTCXOはやはり周波数の変動はほとんど見られず、値段の割には安定度に問題はなくやはり交換するメリットはあるようです。
※各写真上をクリックすると拡大して見ることができます。 基準発振器は左下の部分
既設分は引き抜いて取外し済基準発振器取付部拡大 左側4P
右側3Pの接続ピンが立っている交換する新しい基準発振器
右側に4Pの受け口が見えている3pと4pのピンに向きを合わせて
基準発振器を差込んで交換完了
YAESUのトランシーバーのFT-817/857/897をお持ちの方で基準発振のアップグレードをされていない方、わずか1,600円位の投資ですので、この機会に取り替えを検討されたら如何でしょうか。ちなみに金額は税込み、送料およびコンビニ払いの振込料は無料でした。ということで自作トランシーバーの周波数のドリフト問題は、基準発振器を取替えたFT-817と、同じく基準発振を取替えた周波数カウンターでそれぞれ計測して再調整をしました。少し長めに周波数のドリフトもチェックしましたが、見た限りでは大きな周波数ドリフトはありませんでした。
そのうち周波数のドリフトを指摘したローカル局に聞いてもらい、周波数のズレやドリフトがあるかのリポートをもらう予定です。一応精度がアップしたと思われる測定器類（※受信機も立派な測定器です）でチェックしていますので多分問題ないと思っています。
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