永遠の課題ＶＸＯ もどる
ＶＸＯとの出逢い
１９６０年代の最後の頃でしょうか６ｍＡＭの真空管式送信機でＱＳＯしていた時、トリオのＴＸ８８Ａを使っていた人が、水晶ソケットに水晶＋並４コイル＋３５０ＰＦのバリコンを直列につないでみると、ＶＦＯみたいに周波数を変えられるよと教えてくれました。当時ＶＦＯといえば外付けの鉄ケースに入ったがっちりしたものというのが常識で、発振周波数の安定したＶＦＯを作るのはなかなか大変なことでした。それが水晶にＬとＣをつなぐだけでＶＦＯの代わりになるというのは大変な情報で、早速実験したのです。誰が考えたのでしょう、動かないものをくすぐって動かすという実にアマチュア的な発想が好きで、以来このＶＸＯという物にのめり込んでしまったのです。６ｍの真空管式ＡＭ送信機に応用したのが最初で、ＨＣ６／Ｕの３倍オーバートーンの水晶で５００ＫＨｚは可変できました。水晶１個で運用していた私にとっては衝撃的な実体験だったのです。その後ＡＭからＳＳＢへとモードが変わり、ＡＭではＱＲＨもさほど気にしなくて良かったものが、ＳＳＢとなるとそうは行きません、ＶＸＯとはいえ気を配ってやらないと、なかなか周波数は安定してくれないのです。前置きが長くなりました。ＶＸＯについては各種の記事があり、私も随分参考にさせていただきました。ここで紹介するのは決してユニークなものではありません。しかし安定したＶＸＯはどうやって作ればいいのかをこの際、一から実験してやろうとこのページを作りました。
VXO回路
可変周波数範囲は？
水晶の個体差があり一概には言えませんが、基本発振周波数の０．１〜０．２％が電波の質を考えた時に許容できる範囲と思います。ＶＸＯからの電波を直接受信した時、一定で綺麗なキャリヤ音ならば良いですが、可変範囲を広くとるとプルプルといった細かな振動を含み、音も少しかすれてきます。可変範囲は０．５％以内と書いてある文献もあり、できるだけ広く取りたいとの気持ちが優先し、私も長い間この値を基準にしていましたがＱＲＨという観点からは問題無くても、電波の品質という観点からは無理があるように思います。ＶＸＯコイルのインダクタンスを増やし、周波数を少しづつ下げながらワッチし「此処までは大丈夫」、「そろそろ危ないな」と判断してみてはどうでしょう。
バッファは必ず付けましょう
実際にあった例ですが、送信時と受信時でＶＸＯの発振周波数が変わる事がありました。回路図の発振部の後にＦＥＴのバッファアンプを付けていたのですが、Ｃ３の値が３０ＰＦ程あり負荷の変動が発振周波数に影響を与えました。Ｃ３の値を１〜５ＰＦほどにすれば良いでしょう。
コイル
コイルの温度特性
コイルは正の温度係数を持ちます。温度が上がればインダクタンスが増えるという意味です。すなわち温度が上がれば周波数が下がるということです。
コイルのインダクタンス
発振周波数によりますが数ＭＨｚ〜１０数ＭＨｚがＶＸＯとして良く使われる周波数です。これにマッチするインダクタンスとしては数ｕＨ〜数１０ｕＨになります。
コイルの巻き数
ＶＸＯに使うコイルは一体何を使えばいいのか？ 製作記事を読むとＦＣＺコイルの１Ｒ９とか固定インダクタが良く使われています。だいたい１０ｕＨ前後のインダクタンスになります。コイルを自作するには１０Ｋ型のボビンが便利です。巻き込む線は０．１ｍｍのウレタン線を使いますが、これは秋葉原のオヤイデ電気で購入できます。巻き数は水晶が１３ＭＨｚ台では４０回、１７ＭＨｚで３０回程になります。水晶とコイルを並列に接続し、ディップメータで測定した時、ほぼ水晶の表示周波数（オーバートーンの場合は原発振周波数）になれば良いでしょう。
ボビンの種類（ベーク、コア入り、１０Ｋ、タイト、トロイダル・・・）
これはかなり重要な項目です。結論からいきますと、コア入りボビンは使わず、タイトボビンにカット＆トライをしながら必要数を巻く。そしてコイルはシールドケースに入れる。と言う事になります。フェライトコアは温度変化の影響を大きく受けますから、発振回路には使わない方がいいのです。しかし「微妙にインダクタンスを変えられる」という魅力があり、私は今でも使っているんですねえ｡
右端はφ８のベークボビン。左３つはベークボビンの台部分のみ残して切り取り、そこにφ６のタイトスペーサをはめ込み接着剤で固定してからコイルを巻いたものです。周波数の安定度は良いですが、微妙な周波数調整ができないのが欠点ですね。
コイルの作り方
ここではサトー電気の通販で購入した７Ｋ型のボビン（＠８０ ボビン、中心コア、キャップコア、ケース）を使って１４．７ＭＨｚに使うＶＸＯコイルを作ります。ウレタン線は０．０５ｍｍ（オヤイデ電気）。高周波ワニス（＠１７０ 共立電子）が必要です。ワニスが無い場合は溶けたローソクを垂らしても良いでしょう。
使用部品 末端処理 コイルを巻く
高周波ワニスを塗る ケースに入れる 完成
水晶
特注水晶の購入先
ＣＱ誌にのっているのは川崎電波とアルト電子の２社です。以前は大松と三田でしたがいずれもＣＱ誌からは姿を消しています。１４．７ＭＨｚに限って言えば川崎は＠１７００＋消費税で送料不要。アルトは＠１２００＋消費税＋送料４８０円で、１個注文の場合は大差ありません。しかしアルトの場合、複数個注文しても送料は４８０円一定ですから、その分少し安くなります。また同じ仕様のものをまとめて注文すると割引があります（５個で５％）。いずれも注文後３週間位で届くようです。川崎はＣＱ誌の広告欄に価格が書いてありますが、アルトは書いてありません。電話で身元（住所、名前、電話番号、コール）を明らかにしてこちらの意思を伝え、その後お金が届いてから製作を始めるとのこと。ＦＡＸやメールでは情報が一方的であり購買者の意図が伝わらない為、電話をすることが必須とか。少し面倒な気もしますが、色々とトラブルがあったためこのような手段をとっているのでしょう。受付が始まる９時過ぎに電話をかけるとヒット率が高いようです。昼間は数回かけましたがいつもお話中でした。
水晶のケースはアースする
ＶＸＯ回路を動作させ手を水晶のケースに近づけるとボディエフェクトでＱＲＨを起こしますが、そんな時は水晶のケースにリード線の切れ端を半田付けしてアースに落とせばＱＲＨを防ぐことが出来ます。
バリコン
バリコンの種類（エアバリ、ポリバリ）
エアバリコンで容易に入手できるのはタイトバリコン位でしょう。容量直線型ですが周波数直線にはなりません。下側がやけに広くなり、上側はつまって面白くありません。ＶＸＯ用として使いやすいのはサトー電気で通販しているＦＭ用の２０Ｐ ２連のポリバリコンです。周波数もほぼ直線になります。
エアバリコンの温度特性
エアバリコンは正の温度特性を持ちます。温度が上がればキャパシタンスが増えるという意味です。すなわち温度が上がれば周波数が下がるということです。（ＳＳＢハンドブックより引用）
ポリバリの温度特性
ポリバリは負の温度係数を持つようです。これは私の実験結果から想像したもので、文献からの引用ではありません。ポリバリは極板の間にポリエチレンのシート（比誘電率は約２．１）を挟んだもので、どうもこのポリエチレンが負の温度係数を持つようです。したがって温度が上がればキャパシタンスが下がり、周波数が上がるということです。VXO回路を組んだ場合、コイルが正でポリバリが負なら丁度打ち消しあいそうですが、ポリバリの変化の方が大きく、結果的に周波数は上昇傾向にあります。
発振素子
室温一定なのにどうしてＱＲＨするの？
ＱＲＨの原因には、電圧の変動・振動・周囲温度の変化・負荷の変動などが考えられます。しかしケースの中に入れた１石だけの発振回路でＱＲＨが起こる？ 室内の実験で振動はなし。電圧は安定化された外部電源。負荷は周波数カウンタのみ。室温は０．１度の精度で一定。電圧５Ｖ、電流は３ｍＡ程。回路の中で発熱の影響を直接受けそうなのはＴＲが有力。しかし、たかだか３ｍＡで発熱？ 発熱といえば「手で触って明らかに熱くなった」というのがそれまでの感覚でしたから、なかなか信じられなかったのですが、電源投入後の初期的な周波数変動はTRにありと思います。
発振素子の発熱を押さえてみると（コレクタ電流と周波数ドリフトの関係）
発振素子の２ＳＣ１９０６に流すコレクタ電流を０．５ｍＡと３ｍＡで変えてみます。回路的にはCｰB間の抵抗を１ＭΩと１００ＫΩで交換しました。周波数は１４ＭＨｚ台で可変範囲は２０ＫＨｚ。１０分間の測定ですが３ｍＡの時１６Ｈｚ、０．５ｍＡの時１２Ｈｚとなりました。約６０％ですね。
発振素子はＴＲかＦＥＴか
ＱＲＨを押さえるため微少電流にて発振させようとすると、コレクタ（ドレイン）に流す電流を制御しやすいという意味からはＴＲの方が使いやすいですね。ＦＥＴには電流を一定に流そうという特性がありますから。
電源
電圧の安定
特に発振部は電圧の安定化が必要です。３端子レギュレータは５０円位で買えますから大いに使いましょう。ただし滅多にはありませんが不良品もありますので、本当に安定して電圧が出ているかは一度確認しましょう。.また入出力にはそれぞれ０．１ｕＦ程度のバイパスコンデンサをつけてアースに落とし異常動作を押さえます。
QRH測定
周波数カウンタの安定化(04/12/03)
私が使っている周波数カウンタの八重洲ＹＣ−５００Ｊは、測定前に２時間以上通電し基準発振器を安定化しておきます。以前はいきなり電源を入れて測定していましたが、後で確認してみると１４ＭＨｚ台を測定している時に、カウンタ自身が通電後９０分で６０Ｈｚ程変動していることがわかったためです。同じシリーズの恒温槽型や温度補償型はもっと精度が良いのでしょうが、私が買った標準型の精度はここまでのようで、その分測定前にしっかり通電しておき、測定器を暖めておいてから計測を開始するようにしました。
測定方法
ＶＸＯ部分はケースに入れ、ボディエフェクトとか風の影響を少なくします。測定は室温変化の少ない日が好ましいです。例えば曇りの日とか、日中よりも夜とか、また冷房や暖房はやめましょう。コイルや水晶、コンデンサ、バリコンなど発振部を半田付けしたり、コアを回した場合は落ち着くまでに時間がかかります。出来れば１日置きたいものです。私は半田付けや測定器への接続など試験準備を終えた状態で１日放置し、熱的・機械的に安定してから測定に入ります。１つデータを取ってから条件を変えてセットし、明くる日会社から帰ってから次の測定に入るという訳で、随分気の長い測定になりますが、結局その方がデータの信頼性が高くなります。室温はデジタルの温度計を使い、ＶＸＯケース内の温度も測定できれば更に良いでしょう。
周波数カウンタの値がそのままパソコンに取り込めれば便利ですが、そうも行きませんので、時計（ストップウオッチ）とにらめっこしながらカウンタの値をレポート用紙など書き込みます。測定開始から１０分位は１分おきに、あとは５分間隔で記録し３０分程計測します。データはエクセルに入力すればグラフ化できますし、方眼紙にプロットするのもよいでしょう。測定条件を出来るだけ書き込み、記録として残すと後々の参考になります。
ＱＲＨはどの程度まで我慢できる
これは私独自の基準ですが１０分で１００Ｈｚ以内に押さえる事を目標にしています。１０分というのは１回のＱＳＯの平均時間です。１００Ｈｚはチューニングをし直さなくても良いと思うＱＲＨの範囲です。
周波数の安定化
機械的にガッチリ作るのは基本です。また発振部分は温度変化を受けやすいため、小型のシールドケースに入れることが出来れば、周囲の急激な温度変化を緩やかに受けることが出来ます。
ポリバリとコイルを断熱してみる
VXO部分をシールドケースに入れる事ができない場合、ポリバリとＶＸＯコイルをスポンジで覆うことで、温度変化の影響を緩やかに受けることができます。実験では断熱により初期変動を１／４〜１／５に押さえることができました。
トラブル対策
ＶＸＯが発振しない時には
発振周波数の関係があるので一概には言えませんが、回路図中のＣ１が大きい場合（例えば１００Ｐ）発振しない事があります。そんな時は３０Ｐ程度に代えてやると発振する事があります。
異常発振の見分けかた
ＶＸＯが異常発振すると受信機で聞けばＶＸＯのＶＣを回すとそこら中でプチプチと信号が入感します。ＲＦプローブをＯＵＴ部に当て、バリコンを回すと針が大きく上下することからも判断出来ます。周波数カウンタを当てても周波数がめまぐるしく変化します。
異常発振対策
雑誌の記事で発表されるＶＸＯの回路には、ほとんどこのＲ１が入っているのであえて言う程の事は無いのですが、１０ｋ〜４７ｋ位の範囲でＬと並列に入れると効果があります。