周波数カウンター / デジタルダイアルの製作

以前アイ・テックの50MHzSSBトランシーバーキットを改造して作った24MHzトランシーバーですがKD1JV局が開発して今はHendricks QRP Kits 可販売している自作機の周波数表示にぴったりのデジタルカウンターを紹介します。

ホームページは　www.qrpkits.com　です。（USD29.00)

小数点はMHｚ、モードを切り替えて小数点はｋHzになります。

私は厚めのアクリル板で挟んでケース代わりにしました

以下はQRP Kitsのホームページにあった説明書の一部の日本語訳です参考までに自己責任でお使いください。

 

周波数カウンター／　デジタルダイアル　Ver. B　組立説明書

設計：KD1JV　（Melt Solder）配布：Hendricks QRP Kits

デジタルダイヤルは、主にシングルバンドQRP無線機にデジタル周波数表示を追加する簡単な手段として使用することを目的としています。 プログラム可能なIFオフセット機能により、カウンターはVFO周波数を測定できますが、実際の動作周波数でも表示できます。デジタルダイヤルは、汎用周波数カウンターとしても使用できます。 また、IFフィルタで使用される水晶の整合を互いに10 Hz以内にすることができる特別な「水晶整合」モードも含まれています。

仕様

・      周波数範囲：100 kHz　から45 MHz

・      分解能：100 Hz表示、50Hz内部分解能

・      更新レート：200ミリ秒

・      入力レベル：50 mV pp から100ｍV pp最低、2 V pp max。 （感度は周波数によって異なります）

・      入力インピーダンス：1MΩ

・      ディスプレイ、4桁LED

・      電源電圧：最低8 V、最大14 V

・      電源電流：37ｍA；典型値

・      サイズ：幅2.1in、高さ1.1in、奥行き0.5in (53.3mm x 27.9 x 12.7mm)

 

組み立て

 表面実装部品を最初に取り付けます。これらはすべてボードの裏側にあります。 SMT部品を使用して何かを組み立てるのが初めての場合は、マニュアルの最後にある付録「SMT部品を使用した組み立て」を参照してください。　

 ここの写真を使用して、部品の取り付け場所を見つけろ手助けにしてください。　よく見るには、PDFビューアで拡大鏡を使ってズームインしてください。

 緑のバリコンは裏でも表でも取り付け可能です。

部品配置図です。

注：はんだ付け時にQ1とQ2のリードを横に押さないでください。内部の接続が損傷する可能性があります。 正しい向きにするため、U1の傾斜した端に注意してください。 部品番号も図のように同じ向きになります。 D1パッケージの白い線に注意してください。これは上の図のD1の輪郭の上の線に向いています。

  組立順のこの順で行うことをお勧めします。

√	色	位置	マーキング	タイプ	数量
	橙	Q1	6T N	J-FET	1
	緑	Q2	３C f	NPN	1
	青	C1－C6	無し・灰	0.1μF	6
	橙	C7	無し・灰	22pF	1
		R2, R5-R12	222	2.2kΩ	8
		R1	105	1MΩ	1
		R3	104	100kΩ	1
		R4	102	1kΩ	1
		L1	無し・黒	4.7μH	1
	―	D1	S2 49	ダイオード	1
	―	U1	74HC4017	カウンター	1
	―	U2	Tiny2313	MPU	1
	―	U3	8C3M	5Vレギュレータ	1

表側部品配置

表示器

ディスプレイは最初に所定の位置にはんだ付けします。すべてをはんだ付けする前に少し手直しを必要なことがあります。　ピンは本体に対して90°の角度で曲げる必要があります。　ただし二本だけは左の写真のように曲げずに残しておきます。　ディスプレイ上の部品番号（LTC-4627）の文字は、S1, X1, C9の方を向いている側にあります。

 リード線を折り曲げたら、ピンがボード上のパッドの端を超えないように、リード線の長さの約半分を切り取ります。

 直角に曲げられていない2本のディスプレイのリード線は、上の配置図に示すようにボードの2つの穴に入ります。　これにより、ディスプレイがボード上で曲がってしまうことがなくなります。 ただし、ピンを所定の位置に半田付けする前に、ピンが基板と平行で、ディスプレイの角が基板に対して平らになっていることを確認してください。 ディスプレイが所定の位置に半田付けされたら、残りの4つのスルーホール部品に進みます。

 

C9	緑色のトリマー
C8	47μF/ 16V	＋極は長いリード
X1	10.00MHz	水晶振動子
S1	タクトSW

 カウンターの組み立てはこれで完了です。 自身で出来栄えを再度点検して、あなたが作り損なったのを見逃したかもしれないはんだ付け部分を探す最後の時です。 チップ抵抗とコンデンサの両端をよく見てください。

試験と校正

 電源を接続してください、試験には9V電池を使います。

電源が投入されると、表示は4つの文字“８“と4つの小数点で数秒間点灯します。　 [8.8.8.8]これは表示テストです。

表示テストが終了すると、カウンターはkHz単位で周波数カウンターモードになります。　高インピーダンス入力による余分な信号を拾う結果、ランダムな数字表示がちらつくことがあります。 　[SIG IN]端子配線を短くすると、表示はすべてゼロになり治まります。 　[000.0]のときクリックしてモード切り替え表示がMHzの[00.00]表示に変更されたことを確認します。　Modeスイッチを1秒間クリックすると電源は切れ、プログラムは閉じ、表示は消えます。　もう一度クリックすると表示がオンに戻ります。

 トラブルシューティング：

 この基板でもうまくいかないことがよくあります。　最初にもしうまく動かない場合、ほとんどの場合の問題は部品のはんだ付けにあり、その可能性は99.999％です。　したがって、これはあなたが最初に疑う必要があるものです。　そのほかの.001％は取り付け位置間違いです。

校正

カウンターの正確な測定には前もって校正する必要があります。これはボードの前面にある緑色のトリマーで調整します。正確な周波数源がキャリブレーションに利用できない場合は、調整範囲内（出荷時設定から45度回転）の中心にトリマキャップを合わせると、それがほぼ正しい値に近くなります。

 校正には正確な信号源が必要で、測定範囲内できるだけ高い周波数（45MHz）で行って下さい。　市販のリグでも可能です。 信頼性の高い方法は、ダミー負荷の両端に抵抗分割器を使用することです。たとえば、100 Kを1 Kの抵抗と直列に接続することです。カウンター入力は、1 K抵抗と100 Kの間でダミー負荷の上部に接続します。

操作

周波数カウンターとして：

初めてデジタルダイヤルに電源が投入されると、周波数カウンターモードで起動します。カウンターは最大45 MHzまでカウントでき、表示桁数は4桁しかないため、「表示シフト」機能が使用できます。

電源を入れると、kHzと100 Hzの桁が表示されます。これは、3桁目の右側にある小数点によって示されます。　最上位桁は100 kHzを示し、最下位桁は100 Hz、つまり0.1 kHzを示します。

 MHz桁を表示するには、モードスイッチをクリックします。

 小数点は2桁目の右側になるように左1桁目に移動します。 表示は、最上位桁に10MHz台、最下位桁は10 kHzになります。

 スリープモード

 カウンターを使用していないときの消費電流を減らすために、スリープモード機能があります。　これにより表示が消え、MPUの消費電力を下げます。　入力回路とカウンターはまだ電力を供給されているので、電流はわずか約15mAに減少します。

 デジタルダイヤルとして使う

 ほとんどの無線機では、リグの動作周波数を示すためにIFオフセットをカウンターにプログラムする必要があります。これは、IF周波数が例えば4.91520 MHzなどのように数MHzの細かい数字のついた周波数であることが多いためです。 もしIF周波数が9.000000 MHzのような小数部分がない場合は、動作周波数のkHz部分の読み取りだけであれば、実際にオフセットをプログラムする必要はありません。

 動作周波数を得るためのVFO周波数とIF周波数の組み合わせは3つあります：

1.  VFO + IF = 運用周波数
2. VFO ⁻ IF = 運用周波数
3.  IF - VFO = 運用周波数

 ＃１、＃２の場合、ＶＦＯ周波数が高くなるにつれて運用周波数が高くなります。 ＃3の場合、VFO周波数が低くなるほど運用周波数が高くなります。　これら3つのケースはすべてカウンターで処理できますが、正しいミキシング方法をカウンターにプログラムするためには、VFOとIFミキシングのどの組み合わせを使用するかを知っておく必要があります。

IFオフセットのプログラミング

 最初にやるべきことは、カウンターをあなたのBFO発信器に接続することです。　一部のリグでは、これはBFOミキサーとは別の発信回路になります。 （2N2xxリグビルダーなど）多くのQRPリグでは、BFO発信回路はIC SA612が含まれます。　独立したオシレータの場合は、BFOがBFO発信回路に信号を供給する位置にカウンターへの信号入力を接続します。 　IC SA612を使用するリグの場合は、SA612 (またはNE602, SA602) の7番ピンに付属の4.7pFコンデンサを直列に使用してカウンターにつながるケーブルと接続します。　この小さなコンデンサは発振器の負荷を減らして周波数をそれほどシフトしないようにしたり、あるいは発振器の動作を停止させる可能性を減少させます。

 これで、カウンターはディスプレイにBFO周波数を表示します。　カウンターがすべてゼロを表示しているなら、十分な信号強度が得られていないかも知れません、その場合、より大きいカップリングコンデンサを使わなければならないかも知れません。

 IFオフセットプログラムモードに入る

 オフセットプログラムモードに入るには、カウンターボードの裏側にある「OFFSET SW」と表示されている2つのパッドを一時的にショートさせます。　これは一度だけしか行う必要がないので、短いワイヤの切れ端でパッド間をショートすることができます。

 「OFFSET SW」とマークされた2つのパッドが互いに短絡されると、ディスプレイは

「LO--」を示すように変わります

次に、カウンター前面のモードスイッチを使って適切なIFオフセットモードを選択します。スイッチをクリックするたびに、次のモードに進みます。ディスプレイには、これらの選択内容が次のように表示されます。

 〔LO-A〕  VFO + IF = 運用周波数

〔LO-b〕  VFO － IF = 運用周波数

〔LO-c〕　IF － VFO = 運用周波数

〔LO-o〕  メモリからのオフセットをクリアする。

 適切な選択が行われたら、モードスイッチを1秒間長押しします。 クリアオフセットが選択された場合、カウンターは周波数カウンターモードになります。　 「A」を選択した場合は（IF + VFO）、周波数の読みは2倍になります。　 他の2つのモードのうちの1つが選択された場合、周波数の読みはゼロになります。 BFOトリマーを調整した場合は、ここでリセットしてください。 これでBFOからカウンターを外してVFOに接続できます。

 カウンターをVFOに接続する：

 カウンターはレシーバーミキサーを駆動するのと同じポイントに接続する必要があります。 VFOがバッファされていない場合は、付属の4.7pコンデンサを、信号源でカウンターに向かうケーブルと直列に使用してみてください。 このカウンターを使用するのに十分な信号レベルがある場合、コンデンサを繋ぐことで接続ケーブルの負荷の影響を減らすことができます。 VFOの周波数と出力レベルによっては、カウンターを安定して読み取るために、より大きな値のカップリングコンデンサを使用する必要があります。

カウンター基板の取り付け

 

上図のドリル図面を印刷して切り取り、取り付け穴の位置を確認したり、切り欠き穴決めたり、位置を替えて最終的な位置決めに使うことができます。 ディスプレイの穴をあけるのは少し難しくなる可能性があります。 私が見つけた最も簡単な方法はDremal社のカッティングホイールを使うことです。 これを行う間、眼の保護具と防塵マスクの使用をお勧めします。 カウンターボードが小さいので、既存のリグに追加する場合、それをマウントするのに十分なフロントパネルスペースがない可能性があります。 1つの選択肢はそれをリグのふたに取り付けることです。 もう1つは、カウンター用の小さな箱を作り、それをリグのふたに取り付けることです。 可能であれば、ディスプレイの前に赤いフィルタを取り付けます。 これは、一枚の赤い透明フィルム、またはLEDディスプレイフィルター用に作られた赤いプラスチックです。 これは古いLEDクロックラジオなどから回収することができます。 赤いフィルタを使用すると、完成したプロジェクトの見栄えがよくなるだけでなく、表示の見やすさも向上します。

パーツリスト

位置	値	部品名	数量	表示	参考・色
C1-C6	0.1μF	0805 X7R 10%	6		青
C7	22pF	0805 NPO 5%	1		橙
C8	47μF/16V	アルミ電解	1
C9	30pF	トリマー	1
R1	1MΩ	0805 5%	1	105	黄
R2	2.2kΩ	0805 5%	1	222
R3	100kΩ	0805 5%	1	104
R4	1kΩ	0805 5%	1	102
R5 – R12	2.2kΩ	0805 5%	8	222
L1	2.7μH	1206	1	インダクタ―	黒
U1	74HC4017	SO-16	1	/10カウンター
U2	Tiny2313-10	SO-20	1	MPU	Atmel
U3	L78L05UAC	SOT-89	1	+5Vレギュレタ
Q1	MMBF310	SOT-23	1	JFET
Q2	MMBT5179	SOT-23	1	NPN 900MHz
D1	SS-12	SMT	1	1A ショットキー
S1	TACT SW	6mm
X1	10.000MHz	HU-49U	1	水晶
DISPLAY	4桁 LED	LTC-4627	1
PCB	回路基板
4.7ｐ	セラミック	信号入力のカップリングコンデンサ

 

回路図

 

回路図

 

以上

参考になれば幸いです。