周波数カウンタ本体の回路図（＊１）周波数カウンタ２ 戻る
◆はじめに(2020/8/7)
コロナ禍の第２波が到来し自粛生活が続いています。今年３月からの行動範囲は自宅を中心にした半径数ｋｍの中にあり、パーツを買いに日本橋へも行ってません。古希を迎えた身としては感染すると重症になるリスクが高いため、ＧｏＴｏキャンペーンに踊らされることなく自己防衛の毎日です。しかし家にいる時間が長くなると何か作りたいという気持ちは抑えきれず、部品箱を漁ってみると以前周波数カウンタを作ろうと集めていた部品が見つかりました。当時はプリスケーラ用のＩＣが入手できず製作には至りませんでしたが、今ではネットで調べるとヤフオクや通販で見つけることができました。ならば死蔵部品に光を当ててやるかと、まずは周波数カウンタの原理を理解するため回路図書きから始めました。なお、ここでは相当古い型式の部品を使っていますので、現在市販されている部品で作ろうという方には、参考にはならないことを予めお断りしておきます。
◆参考にした本(2020/8/7)
「高周波回路の設計・製作」という本を１９９６年に秋葉原へ行ったときに買い、当ホームページの製作記事を書くときに何かと参考にしています。周波数カウンタは５ページにわたって解説されていますが、論理回路の記号は動作を理解するには良いものの、実際の製作には向かないので書きなおすことにしました。またブレッドボードを使って部分的に動作を確認すると、参考にした回路図の誤植を見つけたり、アースに落とすピン番号が省略されていることに気付いたりと、いきなり基板を作るのではなく動作を理解する意味でも確認の実験が必要に思います。
周波数カウンタ本体の回路図（＊１）
プリスケーラの回路図（＊１）
主な部品について
◆カウンタ用ＬＳＩ(2020/8/7)
カウンタ用のＬＳＩはＩＣＭ７２１６Ｂ（インターシル社）という型式で、数年前にローカル局から譲っていただいたものですが、寝かしておくのは失礼に当たるので使うことにします。パッケージ内には周波数カウンタの機能が詰まっており、外付けとして広帯域アンプ、ＬＥＤドライバを付ければ周波数カウンタが完成するというものです。
周波数カウンタ用ＬＳＩ ＩＣＭ７２１６Ｂ
◆プリスケーラ用ＩＣの入手(2020/8/7)
カウンタ本体の上限周波数は１０ＭＨｚと低く、測定周波数を広げるためにはプリスケーラが必要になります。参考にした本の回路図には２００ＭＨｚまでと書かれていますが、仕様欄は安全を見込んでか１５０ＭＨｚとなっています。プリスケーラは１／４と１／２５の分周で１／１００にする必要があり、東芝のＴＤ６１０２ＰとＴＣ９１２２Ｐが使われているものの、すでに流通在庫も無くなり諦めていました。しかし、ネットで探すとＴＤ６１０２Ｐは丹青通商にて（２個５００円+送料２５０円）、ＴＣ９１２２Ｐはヤフオク（２個６００円＋送料６３円）で見つけ、注文(落札）してから３日ほどで届きました。
ヤフオクと通販で入手したプリスケーラ用ＩＣ
◆表示部ＬＥＤ(2020/8/7)
４つの表示部が１つにまとまったもので、配線が簡単になるという長所があります。カソードコモン型の秋月で＠２００したもので、これを２個使います。配線としては各表示部のＡ～ＧとＤＰを全て並列接続し、コモン端子を高速切替することで各表示部が個別に光っているように見えるものです。
◆ＴＣＸＯ(2020/8/7)
１．旧回路図で使用したもの
秋月で購入した 超高精度温度補償型水晶発振器 ＶＣＴＣＸＯユニット ＶＭ３９Ｓ５Ｇ（１２．８ＭＨｚ±１ｐｐｍ）という、いかにも信用できそうなものを＠６００で買いました。周波数が微調整できるトリマが付いていますが、出荷時に±１ｐｐｍに調整されているため、ここはいじらない方が良いでしょう。
２．新回路図で使用したもの
発振周波数は１０ＭＨｚですが、トリマが付いてないことから精度は上のものほどではなく、たぶん±２ｐｐｍとか±３ｐｐｍほどでしょう。
試作編
◆全体の構成(2020/8/14)
周波数カウンタの基本的な構成で、測定周波数を拡げるための１／１００分周プリスケーラが付いています。
（＊１）
◆動作確認で気づいた点(2020/9/4)
カウンタ本体はブレッドボード（ＢＢ１０２ １６５×５５ｍｍ）を２枚つなぎ、カウンタ用ＬＳＩ、表示部ＬＥＤ、ドライブ用ＴＲなどを挿入し、ジャンパ線で回路を組みました。実際に動作させてみると思っていたのとは違う点がありました。
（左）ブレッドボードにカウンタを組む (右）１０００Ｈｚが「１０．００」と表示される
◆上記３問題点の対策をとる(2020/9/4)
１．カウンタ回路の変更(2020/9/4)
桁表示が正しくなるよう参考になる回路をネットで探してみると、ＪＡ６ＨＩＣ内村さんのＨＰに周波数カウンタの製作記事があり、その回路に変更することで１０００Ｈｚは「１．０００」と正しく表示されました。基準時間信号は１０ＭＨｚのＴＣＸＯに変更しています。
２．分周比を１／１０００に変更する(2020/9/4)
ＭＨｚを１／１０００分周すればｋＨｚになり小数点の位置はそのまま使えるため、ＴＤ６１０２ＰとＴＣ９１２２Ｐの分周比を変更できないか、データシートをダウンロードして読み解いてみました。
分周比 １／１０００ ＝ １／８ × １／１２５
①ＴＤ６１０２Ｐの分周比を１／８に変更する(2020/9/4)
８ピンをグランドに落とせば分周比は１／４、電圧を加えれば１／８になる。
②ＴＣ９１２２Ｐの分周比を１／１２５に変更する(2020/9/4)
１２５は １００＋２０＋４＋１ に分解されるため、下の図から Ａ２、Ｂ１、Ｃ０、Ａ０ をＯＮにすればよいことになります。
３．測定上限周波数を上げる(2020/9/4)
ＴＣ９１２２Ｐのｆｍaｘは１５ＭＨｚであるため、ＴＤ６１０２Ｐ分周比を１／８にすると、１５ＭＨｚ×８＝１２０ＭＨｚ に上げることが出来るはずです。試しに１４４ＭＨｚのトランシーバー出力を測定したところ表示できました。
プリスケーラを通して１４４ＭＨｚを測定
◆広帯域アンプとシュミットトリガ回路(2020/9/18)
広帯域アンプで１０Ｈｚ～１０ＭＨｚの信号を増幅し、その後、シュミットトリガ回路により波形整形して矩形波を作ります。広帯域アンプの入力電圧は１０ＭＨｚにおいて３０ｍＶ以上必要であり、１５ＭＨｚまでは測定可能でした。
正弦波を矩形波に整形 (上の黄色）入力信号 (下の青色）出力信号
１５ＭＨｚまでは測定可能でした。
◆ゲートタイムについて(2020/9/18)
周波数カウンタは計測時間内に通過する測定信号のパルスの数を数えて表示する機能です。測定開始から終了までの時間をゲートタイムと呼び、その時間によって精度が異なります。ＩＣＭ７２１６Ｂはゲートタイムを４種類（０．０１Ｓ、０．１Ｓ、１Ｓ、１０Ｓ）選ぶことができ、０．１Ｓ（秒）で小数点以下２桁、１Ｓで小数点以下３桁まで表示されます。今回の製作では０．１Ｓと１Ｓの２種類が実用的と思われるため、トグルスイッチで選択できるようにしました。
製作編
◆基板とケースの設計(2020/9/11)
基板は ①カウンタ本体 ②プリスケーラ ③ＬＥＤ表示部 の３つに分けます。
カウンタ本体（１２０×８０ｍｍ）
プリスケーラ（５０×４０ｍｍ）
ＬＥＤ表示部（１２０×３３ｍｍ）
ケース（幅１４０×高６０×奥行１１０ｍｍ）
◆基板作成と部品取付(2020/9/18)
主基板は１２０×８０ｍｍ、プリスケーラは５０×４０ｍｍ、ＬＥＤ表示部は１２０×３３ｍｍのガラエポ基板を使います。
◆ケースの自作と収納(2020/9/18)
ケースはアルミ板で自作し、サイズは幅１４０×高さ６０×奥行き１１０ｍｍとし、正面パネルは１．５ｍｍ厚、他は１ｍｍ厚を使いました。ＬＥＤの前にはセピアスモーク色のアクリル板（３ｍｍ厚）を付け、正面から蛍光灯などの光が当たった場合でも表示がくっきり見えるようにしています。
ケース上部を正面から見る
ケースの裏面にはプリスケーラを取り付け
１４４MHｚのトランシーバー出力周波数を測定
カバーを被せて完成です。
＜完了＞
参考文献
