ＰＬＬ－ＶＣＯ方式の５０ＭＨｚ帯域正弦波発振器の製作
金野茂男
１．はじめに新システムの研究・開発過程で、１０ＭＨｚ以下～５０ＭＨｚ以上までの、正弦波出力で、且つ出力周波数精度が極めて安定しつつ、５０Ωの負荷で数ワット以上の高周波発振装置を準備する必要が出てきた。メーカー品をネット検索すると、数十万円以上である。
いや数十万円では無理かもしれない。そのような費用は出せない。自作することにした。
高周波装置の自作文献を検索し、参考文献（１）を見つけた。
文献の「ＰＬＬ－ＶＣＯ設計・製作」の項で紹介している高周波発振回路の仕様は以下の通りであった。
発振周波数
周波数ステップ
周波数安定度
発振波形
温度範囲
電源電圧
出力電圧

４０ＭＨｚ～６０ＭＨｚのうちの１０ＭＨｚ幅
１０ｋＨｚ
水晶発振器と同程度
正弦波
０℃～５０℃
１２Ｖ～１５Ｖ
４７０Ω負荷で０．４Ｖ～１．２Ｖ

発振周波数帯域は希望帯域全体を満たしてはおらず、かつ、出力電力は低い。が、回路図を見ると、素子などの入れ替えで１０ＭＨ当たりの発振器の回路にもすることができそうであった。それ故、使用帯域ごとに回路を切り替え、次段に高周波増幅器（これも自作する予定である）を接続すれば、一応希望帯域全体を網羅する発振器となるであろうと考え、この回路を製作することとした。が、肝心の参考文献の出版年は１９９２年である。
２０年以上も昔の回路である。使用するべき回路素子などが未だ販売されているのか？
入手できるのであろうか？ と、一抹の不安を持ちながら、製作に着手した。結果、ほぼ仕様通りの高周波発振器を自作することができた。素子などの購入原価は５０００円当たりで済んだ。第一段階は乗り越えた。写真１にその外観を示している。参考文献（１）に掲載されている写真と比較すれば、ほぼ同じ形状で仕上がっているのは確認できる。以下
で本発振器の製作過程などについて報告をする。

写真１

製作したＰＬＬ－ＶＣＯ方式５０ＭＨｚ帯域高周波発振器-1-２．設計・製作
製作した装置の回路図を図１に示している。ほぼ文献（１）の回路図と同じなので、この回路図の説明詳細は参考文献（１）に譲る。また、ＰＬＬ－ＶＣＯ方式の詳細な解説に
つ い て も 、 文 献 （ １ ）、 或 い は そ の 他 に 譲 る 。 が 、 少 し 概 説 を し よ う 。
ＰＬＬはＰｈａｓｅ Ｌｏｋｅｄ Ｌｏｏｐの略語であり、日本語では「位相同期ループ 」。 Ｖ Ｃ Ｏ は Ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｄ Ｏ ｓ ｃ ｉ ｌ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ の 略 語 で
あ り 、 日 本 語 で は 「 電 圧 制 御 発 振 器 」。 高 精 度 ・ 高 安 定 の 水 晶 発 振 器 を 付 加 し た Ｐ Ｌ Ｌ 回路からの発振信号は、ＶＣＯ回路を経由して出力される。と同時に、ＶＣＯ回路からＰＬＬにその信号はフィードバックされ、ＰＬＬ回路で位相比較される。設定周波数からのズレ成分がＶＣＯに出力され、出力信号の周波数は微調整され続ける。出力信号の周波数は常 時 比 較 調 整 さ れ る の で 、そ の 出 力 信 号 の 周 波 数 安 定 度 は 極 め て 高 く な る 。出 力 周 波 数 は 、使用する水晶発振素子の周波数に限定されず、ＰＬＬ－ＶＣＯ方式では、極めて容易に出力周波数を幅広く設定することもできる。
製作を開始するにおいて、まず使用する素子を調達する必要がある。各種抵抗やコンデンサ、３端子レギュレータ７８Ｌ０９，７８Ｌ１２、サムホイールスイッチ等は秋葉原のパーツショップで入手可能であった。が、ＰＬＬ素子のＭＣ１４５１６３Ｐ、コイルのＦ
ＣＺ５０－１０Ｓ、バリキャップの１ＳＶ１６１、ＦＥＴの２ＳＫ２４１ＧＲ、トランジスタの２ＳＣ９４５、２ＳＣ１９０６は現在では全て廃品種となっており、秋葉原のパーツショップで入手することはできなかった。廃品種となり、入手できない素子を、回路図を読み込んで、入手が容易な最近の素子で代替する方法がある。この方法は、回路に十分な知見を有する場合には賢明な方法である。が、そのようにして、製作した装置が動作不調となった時は、代替素子が１個か２個程度ならばどうにか解決はするであろうが、そうでない時には、当分頭を抱えることになろう。フィードバックがかかっている場合の回路においては尚更である。回路図を見ると、２ＳＣ９４５は単に発光ダイオードを点滅させているらしいので、適当な２ＳＣはいくらでもありそうである。別の２ＳＣ型でも問題なく動作し、他の部分の動作に影響を与えないであろう。
が、他の素子の交換を考える前に、どうにかして廃品種を探し出すことにした。近年、
ネ ッ ト 検 索 は 非 常 に 有 能 で あ る 。「 幸 運 ？ に も 」、 廃 品 種 の ネ ッ ト 販 売 先 を 、 そ れ ほ ど 困
難なく探し出し、購入することができた。図１の右側に、購入したネット販売先、価格などを書き込んでいる。希望する素子自体の価格はそれほど高くはなかった。が、送料及び手数料が結構高くついた。しかし、現品を入手することができたので満足ではある。
ＶＣＯ部における高周波の発振には、変形クラップ型発振回路が採用されている。参考文献（１）には、この部分については殆ど解説が行われていない。バリキャップとコイルでＬＣ共振回路を形成している。バリキャップにかかる電圧で、バリキャップの容量Ｃが変 化 し 、 そ の 結 果 、 発 振 周 波 数 ｆ ０が 変 化 を す る 。 実 際 に は 、 近 傍 の コ ン デ ン サ 類 の 容 量
も 寄 与 を し て い る 。が 、共 振 周 波 数 ｆ ０ の 主 た る 変 化 は バ リ キ ャ ッ プ の 容 量 Ｃ に 依 存 す る 。
こ の ｆ ０ の 詳 細 、及 び 変 形 ク ラ ッ プ 型 発 振 回 路 に つ い て は 、こ こ で そ の 詳 細 は 記 述 し な い 。
参考文献（２）が詳しい。それに譲る。
文献（１）には、基板のパターン図、及び実物の写真も掲載されていた。実は、著者は基板パターン作成ソフトＰＣＢＥを使用して、最初、自前で基板パターンを作成した。素子を実装し、動作試験に取りかかった。一応良好に動作するのであるが、時折、不安定な動作を引き起こすこともあった。何故、不安定となるのか？ 少し頭を悩ました。格言を思い出した。高周波回路においては「素子・部品の配置、基板のパターン線の太さ、アース パ タ ー ン の 配 置 等 に ノ ウ ハ ウ が あ る 。」 そ し て 、 素 直 に 、 文 献 （ １ ） に 掲 載 さ れ て いる パ タ ー ン 図 を な ぞ り 、回 路 パ タ ー ン を Ｐ Ｃ Ｂ Ｅ ソ フ ト で 再 作 成 し た 。図 ２ が そ れ で あ る 。
両回路パターンで異なっている点は次の点である。参考文献（１）ではサムホイールスイッチを外付けとし、配線コードで結んでいたが、本回路では、サムホイールスイッチを基板上に配置することとした。この点だけが、相違点である。図２のパターン図で作成した回路は、初回の基板の場合と異なって、不安定動作を起こすことなく、良好な動作を行った。
文献（１）の回路パラメータとの違いは１カ所ある。２ＳＣ１９０６のエミッタ抵抗の値である。文献では、この抵抗値は１ｋΩであったが、この値を小さくすると、動作が良好 と な っ た 。 本 回 路 で は ２ ３ ０ Ω と し た 。 ト ラ ン ジ ス タ の 電 流 増 幅 率 ｈ ｆｅの ば ら つ き に よったのであろうか？

-2--3--Sw

BCD-Sw

BCD-Sw

BCD-Sw

D3D

Vdd3LD

28

D1D

5 RA0

12 D0D
11 D0C
10 D0B
9 D0A

D1C
15
D1B
14 D1A
131623

RA1
67Vss
2

FinPDout

1μ
タンタル

1

44.7K

E

33p

C

Ａ点
100K

1K

K
68p

47p

B

0.01μ10p

2SK241GR

10p

FCZ50-10S

T210μ2SC1906
DE
G
33p
100K S230Ω

C

0.01μ0.1μ

電源１５Ｖ

出力

極性のあるタンタルコンらしい

赤色３つのコンデンサは回路図では無極性であるが、実際の回路写真では原因 トランジスタのhfe値のばらつきか？

MC145163P

FCZ50-10S

３２４円

高周波用トランジスタ

１個 ４０円（ネット）イーエレより。

若松に、２ＳＫ２４１Ｙがある。１０５円。

2SK241GR

５個セット ８６４円（ネット）ｓｕｚｕｄｅｓ１０（スズキデザイン）より

2SC1906

１個 ２１円

若松にあり。

2SC945

１個 ６０円（ネット）イーエレより。

可変容量ダイオード（バリキャップ） 1SV161

各１個（ネット）ニック電子に、５０ＭＨｚ、２１ＭＨｚ、１４ＭＨｚ各６個を注文済み。

FCZコイル（ネット）イーエレより。
１個 １９８０円

ＰＬＬ－ＩＣSC1906のＥ抵抗値は参考文献では１ｋΩであったが、２３０Ωとすると具合が良かったので。

FCZ50-10S

T1100K

5p

100K

0.1μ

78L12
OutIn
Gnd

78L09
Out
In
0.1μ
Gnd

1000p

1SV161 A

0.01μ

LED0.1μ
タンタル

33K

100K

B
2SC94510K

Ｔ１のコア調整で、共振周波数を４５ＭＨｚ以下～５５ＭＨｚ以上まで変更可D3CMC145163P
D3B
22
D3A
2110.24MHzOSCout27
D2D20OSCin
19 D2C
26
D2B
30p
18D2A
1724５０ＭＨｚ帯域ＰＬＬ－ＶＣＯの回路図

BCD

0.01μ５０ＭＨｚ帯域

回路図の数値では４０ＭＨｚ～６０ＭＨＺの正弦波を出力する。

ＰＬＬ－ＶＣＯ方式の高周波発振器

図１

図２

片面基板のパターン図

３．調整・特性回路の調整方法は文献（１）の通りである。それを参考にするのも良いが、以下に手順を記述する。調整においては、高周波帯域まで測定可能なオシロスコープと周波数カウンタが使用できるならば、確実である。
（１）ＦＣＺコイルのコアの位置はノーマルとしておくこと。電源を入れる。ＰＬＬに正常 に ロ ッ ク が か か っ て い れ ば 、Ｌ Ｅ Ｄ は 明 る く 点 灯 し 続 け る 。点 滅 が 目 に つ く よ う な 場 合 、或 い は 点 灯 し な い 場 合 に は 、Ｔ １ と Ｔ ２ の コ ア を 少 し 回 し て 、ロ ッ ク が か か る よ う に す る 。
周波数カウンタがあれば、出力をモニターしておくと便利である。ＬＥＤが明るく点灯し続けるようにならないならば、回路製作においてどこかに不良がある。真っ先に、直す必要がある。
（ ２ ） サ ム ホ イ ー ル ス イ ッ チ を 「 ５ ０ ０ ０ （ ＝ ５ ０ ． ０ ０ Ｍ Ｈ ｚ ）」 に 設 定 し 、 出 力 を オ
シ ロ ス コ ー プ で モ ニ タ ー し な が ら 、出 力 電 圧 振 幅 が 最 大 に な る よ う に 、Ｔ ２ の コ ア を 回 す 。
（ ３ ） サ ム ホ イ ー ル ス イ ッ チ を 「 ４ ５ ０ ０ （ ＝ ４ ５ ． ０ ０ Ｍ Ｈ ｚ ）」 に 設 定 し 、 回 路 図 中のＡ点をオシロスコープでモニターしながら、その直流電圧値が約２Ｖとなるように、Ｔ１のコアを回す。
（ ４ ） サ ム ホ イ ー ル ス イ ッ チ を 「 ５ ５ ０ ０ （ ＝ ５ ５ ． ０ ０ Ｍ Ｈ ｚ ）」 に 設 定 し 、 Ａ 点 の 電圧値が４Ｖ～６Ｖ当たりになっていることを確認する。
図３に、完成した回路の特性グラフを示している。グラフを整理整頓していない生グラ
フなので、少し見難いかもしれない。回路には幾つかの調整箇所がある。大雑把の調整ではあるが、４５ＭＨｚ以下～５５ＭＨｚ以上まで良好な出力特性を示している。著者の主眼とする周波数帯域はこの当たりなので、十分な動作特性を示してくれている。
必要に応じて、より微細な調整、或いは、素子パラメータの変更などをすれば、４０ＭＨｚ以下、或いは６０ＫＨｚ以上での発振も可能であろうと考えている。

-4-

図３生書きの特性グラフ-5-４．終わりに製作過程において気がついた点について、列記する。
（１）ネット販売で購入した各素子自体の価格はそれほどではなかったが、手数料及び搬送費が比較的高くついた。それらの経費分を除けば、部品代は５０００円以下である。非常に安価に高周波発振器を準備することができた。
この高周波発振器を今後製作するにしても、生産終了となった部品の調達は次第に困難となろう。使用する部品の代替品を見つける必要がある。規格表などを参考にすれば、バリキャップ、トランジスタ、ＦＥＴ等は見つけられよう。が、ＦＣＺコイルは？ ＦＣＺ
研究所のホームページは生きていた。読んでみると１０年以上も前にＦＣＺコイルの生産を中止したとのこと。が、ＦＣＺコイルの解説文があるので、それを参考にして自前でコイルを巻き上げる方法もある。トライ＆エラーでどうにかなるかもしれない。これらを著者がやるかどうかは未だ決めていない。実は必要な素子は複数個入手していることと、高周波回路に関する知見が未だ未だ未熟でもあることで。
（ ２ ）本 回 路 で は 、発 振 周 波 数 の 設 定 は 主 に バ リ キ ャ ッ プ １ Ｓ Ｖ １ ６ １ の 容 量 変 化 、即 ち 、印加電圧の変化で行われる。従って、より大きな容量のバリキャップを使用すれば、発振周波数をより低周波側に移動させることができよう。逆に、小さな容量のバリキャップを使用すれば、発振周波数をより高周波側に移動させることができよう。希望するようなバリキャップは「ダイオード規格表」で探し出せよう。が、必要であったとしても、個人的に、簡単に入手できるかは定かではない。
（３）特性測定グラフから分かるように、発振出力は、周波数に対して平坦ではなく、ピークを持っている。ＦＣＺコイルのコアを回すことによって、共振ピークを移動させることができる。希望する波長でピークを得ることができよう。
（４）５０ＭＨｚ帯域での発振器の製作に成功した。それを基に、２１ＭＨｚ帯域での発振 器 も 製 作 し た 。一 応 良 好 な 動 作 結 果 が 得 ら れ た 。微 調 整 を し て は い な い が 。付 録 と し て 、
２１ＭＨｚ帯域制限は発振器について追記しておく。
（５）当面必要な周波数帯域は、５０ＭＨｚ帯域と２１ＭＨｚ帯域である。高周波発振器の製作は一応ここで終了することとした。
（６）ＦＣＺコイルは、アマチュアハムバンド帯域に対応して、各種が提供されていた。
本回路は、各帯域に対応したＦＣＺコイルを使用すれば、各帯域での高周波発振器として動作しそうである。

参考文献（ １ ）「 高 周 波 回 路 の 設 計 ・ 製 作 」、 鈴 木 憲 次 、 Ｃ Ｑ 出 版 社 、 １ ９ ９ ２ 年 。
（ ２ ）「 ト ラ ン ジ ス タ 回 路 の 実 用 設 計 」、 渡 辺 明 禎 、 Ｃ Ｑ 出 版 社 、 ２ ０ ０ ５ 年 。
２０１４年１１月末日
付録 ２１ＭＨｚ帯域高周波発振器の製作
５０ＭＨｚ帯域高周波発振器は、大凡仕様通りにできあがった。回路図を見ると、５０ＭＨｚ対応のＦＣＺコイルを、２１ＭＨｚ対応のＦＣＺコイルの変更することで、２１ＭＨｚ帯域での高周波発振器として動作するのではないかと考えた。結果、現時点では、発振周波数帯域幅が少し狭いが、２１ＭＨｚ帯域で正常に動作する発振器も作り上げることができた。付図１が、その回路図である。回路パターンは５０ＭＨｚの時の回路パターンと全く同じである。
Ｔ１，Ｔ２のコイルは、図１ではＦＣＺ５０－１０Ｓ、付図２では、ＦＣＺ２１－１０Ｓとなっている。図１でのＴ２コイルの並列コンデンサは１０ｐ。付図１でのそれは３６ｐとなっている。ＦＣＺコイルのデータシートで指定されている値としただけである。ただ、２ＳＣ１９０６のエミッタ抵抗は付図１では１ｋΩとしている。２３０Ωでは動作が
芳 し く な か っ た か ら で あ る 。今 の と こ ろ 他 の 箇 所 の 変 更 は し て い な い 。が 、バ リ キ ャ ッ プ 、その傍の１０００ｐの値などをトライ＆エラーで変更をしてみるのも良いのかもしれな
い。
-6-

付図１

ＰＬＬ－ＶＣＯ方式２１ＭＨｚ帯域高周波発振器の回路図

２０１４年１２月５日

-7-Sw

BCD

-Sw

BCD

-Sw

BCD

-Sw

BCD

D3D

Vdd

3
LD
28

5

RA0

12 D0D
11 D0C
10 D0B
9 D0A

D1C
15
D1B
14 D1A
13

16

D1DRA167Vss
2FinPDout4

11μ
タンタル4.7K33p

E

Ａ点

100K

1K

K

FCZ21-10S

T1100K

5p

100K

0.1μ

68p

47p

B

0.01μ

78L12
OutIn
Gnd

78L09
Out
In
0.1μ
Gnd

1000p

1SV161 A

0.01μ

LED0.1μ
タンタル

33K

100K

B
2SC94510K

C

基板パターンは全く同じ。

D3C
23
MC145163P
D3B
22
D3A
2110.24MHzOSCout27
D2D
20OSCin19 D2C
26
D2B
30p
18
D2A
17240.01μ２１ＭＨｚ帯域10p

2SK241GR

10p

FCZ21-10S

T210μ2SC1906
DE
G
33p
100K S
230Ω

C

0.01μ

0.1μ

電源１５Ｖ

５０ＭＨｚ帯域の回路とほぼ同じ。当面、ＦＣＺコイルを５０Ｍ用から２１Ｍ用に変更

ＰＬＬ－ＶＣＯ方式の高周波発振器

出力