周波数カウンターの精度アップ（３）



　　５．　ＧＰＳ校正器（２Ｓタイプ）の作成：


　　ＧＰＳ受信モジュールからのＰＰＳ１秒信号は正確ではあるが、そのままでは扱いにくいので、（計測には倍の時間がかかるが、） Ｄ−ＦＦ（ﾌﾘｯﾌﾟﾌﾛｯﾌﾟ） を通して １秒おきに交互に ２秒信号を出力させ、それぞれ ＴＴＬゲートと マイコンのＩＮＴ割込みに用いることにした。 計測する信号は、３０ＭＨｚくらいまで測定できるように Ｄ−ＦＦを２つ通して １/４分周した。
　　これによって、ゲートで一旦止めるため キャプチャー時間のずれによるふらつきが少なくなって（８桁目のΔ＝±１程度）加算した値の精度が飛躍的に上がり、また、後で補正する必要も無くなった。
　　また、高精度電圧可変型水晶発振器（ＴＣＶＣＸＯ、２０ＭＨｚ）で駆動すると同時に、マイコンからのＰＷＭ信号を平滑して Ｖｃ（コントロール電圧）にフィードバックして自動的に２０．００００００ＭＨｚに調整する、基準発振器としての機能も付け加えた。これはそのまま他の周波数カウンターの校正に用いることができ、マイコン要因の表示のふらつきと無関係なので 便利である。
　　（＊　ＧＰＳ受信モジュール（ＧＭ−３１６）は思ったより高感度で、そのままでも木造一軒家の２階ならば室内から１０数分で衛星を捉えることができた。１/４λ×２のダイポールＡＮＴ（Ｔ字型）を付けると、室内で２〜３分で捉える。）

　　

　　機能１の 周波数測定器は、７４ＨＣ７４（Ｄ−ＦＦ）により ＧＰＳの１秒パルスを１秒間隔ごとの２秒周期の方形波にして、/Ｑ信号を 入力信号ゲートと フィードバック用のゲートに、Ｑ信号を ＰＩＣ１８Ｆ２５５０のＩＮＴ１に それぞれ入れた。ＩＮＴは波形の立ち上がりで反応する。
　　入力信号のゲートＯＮ/ＯＦＦ操作は、タイミング調整用の他のマイコンを特に用意していないので、ＴＴＬゲートと マイコン内のＴＭＲ０のＯＮ/ＯＦＦは 若干ずれ、表示は８桁目がΔ＝±１ほどふらつく。このふらつきは、周期が短く 小さいので、１００回程度の平均化処理（総和して表示桁をずらす）によって急速に収束し、９〜１０桁までは安定的に決定することができる。（前回の連続計測方式は８桁がやっと）　この マイコン要因のふらつきを抑えるためには、わざわざタイミング調整のためだけにＰＩＣ１８Ｆ２５５０などの同じ２０ＭＨｚ発振、１２ＭＨｚ動作のマイコンを１個追加しなければならない。
　　ＧＰＳ信号の精度はもとより、Ｄ−ＦＦで毎回正確に１秒ごとに切られているかが精度（中心値）のポイントとなるが、これは確認のしようが無い。いずれ、ルビジウム周波数カウンターなどをレンタルして、この校正器を校正するしかないと思われる。

　　機能２の 基準信号発生器は、ＣＣＰ１モジュールよりＰＷＭ信号を出し 平滑して、抵抗分割した電圧に重畳し、ＴＶＸＯ（２０ＭＨｚ）の Ｖｃにフィードバックする。（３．３Ｖ電源から分割電圧をとると、ゲートＯＮ/ＯＦＦ毎に電圧が変動するので、５Ｖからとった）　ＴＶＸＯからの出力は、Ｔ１３ＣＫＩ（１１ｐｉｎ）に入れ、タイマ１でカウントした総和が 20000000（＝20M）より大きいか小さいかで、ＰＷＭ信号のデューティー比を１回の割込みにつき１つだけ増減してコントロールする。 このタイマ１の入力は タイマ０と異なり、周波数の上限が十分高いので、タイマ１のプリスケーラーは１/１で使うことができる。（＊ ＰＩＣ１８では、Ｔ１ＯＳＩ に入れると、ＰＷＭモードと コンペア/キャプチャモードとが両立しないので不可）
　　実際のところ、このＴＶＸＯ（TVXO009907、２０ＭＨｚ、英国製： 購入・ＲＳｺﾝﾎﾟｰﾈﾝﾂ）は、前回に使用した同社の１２．８ＭＨｚ品よりもはるかに温度変動が少なく、恒温槽無しで、 ８桁目が １〜２程度しか変化しなかった。（次項のグラフ　↓）　 ためしに、20000010、19999990 に設定すると、前記のユニバーサル周波数カウンターによる測定で、３０秒以内で それぞれ、20000010、19999990 に収束するのを確認した。この回路の場合、パルス幅 ＰＲ２＝２５５に対し、デューティー比 ＣＣＰＲ１Ｌ＝０〜２５５で振って、自動調整の範囲は 19.999914〜20.000036MHz だった。これから外れると 自動調整はできなくなる。したがって、分解能は １２２/２５６ ＝ ０．４７７（８桁目）で、８桁目を調整するには十分である。


　　●　ソース：


　　ＧＰＳ２Ｓタイプ校正器は、次項の２０ＭＨｚ安定化発振器と、前回作成した ユニバーサル周波数カウンターと共に用いて使用した。

　


　　（追記）　ユニバーサル周波数カウンター（２マイコン方式（PIC18F2550 ×２）、ＴＶＸＯ（２０ＭＨｚ、TVXO009907、±０．９ｐｐｍ）、１/１入力〜１００ＭＨｚ、プリスケーラー（〜１ＧＨｚ、２．４ＧＨｚ（外部）、１２ＧＨｚ（外部））、総和ボタン付（ａｔ．２０ＭＨｚ・８〜１０桁表示）、校正：ｂｙ．ＧＰＳ校正器（上記））の パターン図を追加します。
　　周波数調整ＶＲを ２ｋΩＶＲ（多回転・横型）に変更（５Ｖ： ３３ｋ−２ｋＶＲ−１８ｋΩ）、恒温槽のセメント抵抗２Ｗ２０Ω×３（９Ｖ）とし Ｔ＝約４５℃、ＰＩＣのピン接若干変更。 発振用ＰＩＣ１８Ｆ２５５０の動作ロスはＰＩＣ１８Ｆ１４Ｋ５０よりも大きく、プログラムのタイマー１割り込みの Ｎ＝１８３、ＴＭＲ１Ｈ＝２２９、ＴＭＲ１Ｌ＝３５となった。

　　・　ＧＰＳが衛星を捉えた瞬間にセンター値へ収束を開始する。　・・・・・　１０回平均（Ｎ＝１０）×１０回の平均値の例：　　ＧＰＳ校正器のＴＶＸＯ発振：　２０．０００００１．６７　→　衛星の原子時計：　１９．９９９９９９．９２ ＭＨｚ。（ＧＰＳが衛星を捉えたとき、ＬＣＤの表示が”０”から”１”に変わる。）　ただし ＧＰＳ校正器の出力周波数の個別の数値のふらつきは、１Ｈｚの変動ごとにデューティー比を制御する方式のため、Δ＝±０．５Ｈｚ程度を見ておく。
　　（＊　０．１Ｈｚごとにデューティー比を制御する（Δ＝±０．０５Ｈｚ）には、２０秒間（１０回分）数えた値と 200000000 の比較で増減する。収束時間は１０倍かかる。）

　　


　　　（追記　2021 6）　　ＬＣＤの大型化　（Ｌ１６９２Ｄ１Ｊ２００）：

　　同じ基板のままで　Ｌ１６９２Ｄ１Ｊ２００　に変えるために、　ＶｓｓとＶｄｄのピン逆、　lcd 初期化、および、繰り返し表示の時間的余裕を十分とる（プログラム）、　コントラストＶｌｃは１０ｋ：５００Ωとかなり下側、　バックライトは低めに１００Ωとし１９ｍＡ。　ＴＶＸＯのＶｃは、＋５Ｖを　３３ｋ　−　２ｋポテンショメータ　−　２０ｋ　で分割した。　（全電流：　９Ｖ０．２５Ａ）

　




　　６．　基準発振器、高周波アンプの作成：


　　（１）　ＴＣＶＣＸＯによる安定周波数発振器：


　　これは、前回 ユニバーサル周波数カウンターの発振源として作成したものと同じであるが、２０ＭＨｚのＴＶＸＯ（TVXO009907、英国製（・・・裏側の模様が”ユニオンジャック”？））の温度特性が非常に良いので、ツールとして特に作成した。周波数の 温度に対する安定度は、１０℃の温度差で ８桁目がわずか２ しか変化しないという優れものである。（Δｆ /ΔＴ ＝ −２×１０^-9 ａｔ．４０〜５２℃、 グラフ ↓）
　　温度設定は、一緒に埋め込んだＬＭ３５ＤＺによる数値で４１℃に設定したが、かなり広い範囲でどこでも良く、場合によっては発熱体だけでサーモスタットさえも必要ないと思われる。

　　センター値の校正は、上記の ＧＰＳ校正器（２Ｓタイプ）で測定して行い、横に付けた調整穴から多回転ＶＲを回して 外部からＶｃ（コントロール電圧）を調整した。
　　出力の２０ＭＨｚは、７４ＨＣ７４で分周して １０ＭＨｚ、５ＭＨｚ を、また、２てい倍回路（超高速スイッチングダイオード（1SS196、ｔｒr = 1.6nS）方式）によって ４０ＭＨｚを、それぞれ出力できるようにした。

　　　（（追記）　ＴＶＸＯ回路の１０ｋΩＶＲを ２ｋΩＶＲに変更して 調整しやすくなった　↓　）

　
　　


　　（２）　ＵＨＦ帯 可変発振器：


　　３００ＭＨｚ以上のＵＨＦ帯の信号源として、精度は良くない（５桁くらい）が、周波数可変型の既製のオシレーターで簡単にテスト信号源を作ることができる。　ＰＯＳ−５３５（Mini-Circuits製）は、ＶＣＸＯと同様に 制御用電圧 Ｖ_TUNE を １〜１６Ｖの範囲でかけると、３００Ｍ〜５２５ＭＨｚ（実質、２３６Ｍ〜５６０ＭＨｚ）の広い範囲の ＵＨＦ帯の信号を発生する。（出力：＋８．８ｄＢｍ、出力インピーダンス５０Ω、電源１２Ｖ・２０ｍＡ、　＊ 内部構造は ＴＶＸＯによる原発振を、ＰＬＬ方式によって繰り返し逓倍していると思われ、その分精度は悪くなる）
　　高周波なので、作成にあたっては、アースを十分取り、ＲＦ ＯＵＴ端子は 基板を切り欠き露出させ、極力短くＢＮＣコネクタと結び、それ以外はインダクタを通して供給する。 電源が、約２２Ｖ、１６Ｖ、１２Ｖの３つ要るので注意。
　　周波数を安定させるためには ＶTUNE （ｍａｘ１６Ｖ）を安定させる必要があり、最初 １６Ｖ０．２Ａのトランスでやってみたが、恒温槽のヒーターがＯＮになると ＶTUNE の電圧降下が起り 周波数が大きく変動するので、結局、２４Ｖのアダプターを使用した。



　　プリスケーラーは、ＭＢ５０１（１０Ｍ 〜 １１００ＭＨｚ、１/６４、 ５Ｖ）を使用して、直結しても、−３ｄＢのアッテネーター（π字型： ３００−１８−３００Ω）を付けても、プリスケーラーレンジで問題なくカウントした。 （ｃｆ． １/１ストレートレンジ（プリスケーラー無しの通常のレンジ）では、入力を ＴＴＬ ゲートのスレシホールドレベルに調整して、０ 〜 約１１０ＭＨｚまでになる。）

　　


　　（３）　ＲＦアンプと レッヘル線の実験：


　　ＵＨＦ発振器を作成したので、この出力を増幅するアンプを作り、周波数カウンター（プリスケーラー・レンジ）と同時につなげながら、レッヘル線の実験をした。

　　�@　ＭＡＲ−８ＡＳＭ（〜１．５ＧＨｚ、出力 Ｐｏ：＋１２．５ｄＢｍ（＝１０^12.5/10 ＝ １７．７ｍＷ）・Ｇ＝２５ｄＢ ａｔ．１ＧＨｚ、電源電流３７ｍＡ）：　Ｒｂ（バイアス抵抗）を電源電圧と合わせるタイプの高周波ＩＣで、実験用の手ごろなレベルの出力を取り出すことができる。Ｒｂの２２０Ωは発熱するので １/２Ｗ使用。 基板は両面ガラスエポキシを用いた（裏面はベタ アース）。

　　レッヘル線には、ｄ ＝φ１．２ｍｍスズメッキ線を、間隔 Ｄ＝５ｃｍで平行に２本張り 長さ 約１ｍとした。バランの巻き線比は １：３（２Ｔ：６Ｔ）として インピーダンス比は １：９となり、線のインピーダンスは ５０Ω×９＝４５０Ω、 Ｄ/ｄ ＝ １０^450/277 ＝ ４２．１７ となる。（平行２線のインピーダンス Ｚ₀ ＝ ２７７ｌｏｇ（Ｄ/ｄ）より）
　　（＊　レッヘル線は、アルミパイプで作っても良い。この場合、巻き線比は １：２くらい。　レッヘル線を１８０度に広げると ダイポールアンテナになる。）
　　コア材には、ＵＨＦ ＴＶ用のメガネコアが無かったので ＦＴ５０−６７ （〜２００ＭＨｚ）を使用したが、伝送可能な周波数は 約４００ＭＨｚまでで、５００ＭＨｚは出力が低すぎて明瞭に測定できなかった。
　　検出用の整流器には、１ＳＳ１５４（ショットキー、ＵＨＦ〜Ｓバンド、ｍａｘ３０ｍＡ６Ｖ）を用いた。
　

　　�A　μＰＣ１６７７Ｃ（１００ＭＨｚ〜１．８ＧＨｚ、出力 Ｐｏ：＋１９ｄＢｍ（＝８０ｍＷ、０．５ＧＨｚで最大出力、入力Ｐｉ：＋３ｄＢｍ（＝２ｍＷ）、電源５Ｖ・７５ｍＡ）：　ＤＩＰ８ｐの足を伸ばして直接ハンダ付けする。 低周波側と高周波側の出力をなるべく均一にするために、出力と電源の間に 適当な 空芯インダクタ（０．３μＨ）を挿入する。（高周波ワニスで固定）
　　ＬＥＤは、定常波の腹で光り、節では光らないようにする。 出力がやや強いので、バランでインピーダンスを低めにし、ダイオード板（ベーク・片面、ダイオード間をカット）の片側を乗せ ＬＥＤを点灯させた。（テスタで ３〜４Ｖ）

　

　　　　　　　§　発振 と 原罪：


　　時間軸の中で、ある物理的なディメンションが周期的に変化する現象を「振動」、それがほかの空間次元に展開されることを「波動」と言います。 「発振」現象が起こるパターンとして、�@ 部品要素レベルの発振、�A システム的発振、そして、�B 物理的な発振（自然の根源的な振動） が挙げられます。

　　�@ は、アナログやデジタルの 各種の発振回路があり、たとえば、ＴＴＬ ＩＣの ＮＯＴゲートを奇数個つなげてリング状の回路にしただけのものでも、他に回路定数の要素（Ｌ、Ｃ、Ｒ、水晶など）を入れなくても 数Ｍ〜１０数ＭＨｚ程度で勝手に発振します。
　　�A の、システム的な発振は、たとえば、上記の基準信号発生器（５． 機能２）の プログラムソフトを含む フィードバック系で、帰還の条件（＜、 ＞）を逆にした場合、次第に発散して条件アウトになります。また、サーモスタットＩＣの /ＯＵＴ端子を正論理（/Ｏ → Ｏ）にすれば同様に温度は上限・下限のどちらかに発散します。 ＰＬＬ回路などの電子回路や メカニカルな機構などを含む すべてのフィードバック系でこのような現象が起こります。

　　　　

　　そして、このフィードバックによる発振・振動は、論理学の「不完全性定理」とまったく同じことを表しています。（→　５． コンピューターと神 ）
　　逆位相で帰還した場合は収束（負帰還）、同位相で帰還した場合は発散（正帰還）します。正帰還の量がある閾値を超えると発振します。 これは いずれも、増幅機構（アンプ）が「代入可」である場合に限ります。代数学の基本的な数学定数として、「虚数単位　ｉ 」が現れます。 囲碁やチェスのような”代入不可”なものはいくらその動きが複雑であっても「不完全性」は現れません。
　　トランジスターやオペアンプなどの能動部品には、入力端子があって、出力の一部を入力に入れることができます。この 帰還の プラス/マイナスと 帰還量が、システム全体の「収束」か「発散」かを決定します。

　　さて、人のたましいは、単純な入出力端子をもつアンプ、ということはできませんが、「代入可」であるかぎり それは類似したシステムであることが類推されます。
　　視覚や聴覚といった五感や、時には いわゆる”第六感（霊的な感覚）”という”センサ”から入力して、行動、言葉などの”意思表示”という出力を出します。自分の出した出力を、自分自身に（肯定的であれ、否定的であれ、）再入力することもできます。
　　”犯罪者”の多くは、自分の人生に対し”負の判断”を行なう者で、自分を否定的に見て、その否定的な情報を さらに自分自身にインプットするのです。（→　（１）　犯罪者の矯正、　６．偽り者と原罪 ）
　　アダムとエバから全人類に入った「原罪」は、このフィードバック系（創造時本来のシステム）が一部おかしくなった結果だと思われます。


　　「原罪」とは、人が（神でないにもかかわらず）”「神」の立場をとって、物事の善悪を規定する性質”、と定義されます。 本当の神が人となられたのは イエス様ですが、（イエス様による贖い（あがない）抜きで）人が”神”になろうとすることは、原罪そのものです。
　　芸術作品が作者の性質を反映するように、被造物は 創造主のご性質を反映しています。 神様は、（もちろん、物質的な意味ではありませんが、）「光」、「エネルギー」、「復活」の復元力、そして「永遠のいのち」 です。 量子力学より、光量子や他の質量をもつ粒子は、すべてエネルギーであり、それに相当する振動数を持っています。
　　これに対し、神様と異なる、”別の振動源”があると、それは本来の神様のご意思と相反するので、干渉して、滅ぼされます。

　　人類の歴史は、罪にまみれた”大いなる犯罪の歴史”であるということができます。 歴史には、聖書の預言にあるとおり、�@ （カオスのような）自己相似性と、�A 周期性 があります。 ちょうど、古典音楽の”フーガ”のように、１つのテーマとなるモチーフが 繰り返されて発展するようです。 そして、歴史の要所要所で、神様は介入され、「救い」と 「さばき」をなしてこられました。
　　この「善悪の知識の木の実」は、「終末」のとき（もう、間近です！）に、「反キリスト」による全世界の支配、という形でクライマックスに達し、主の「再臨」のときに この世への さばきがなされ、同時に、クリスチャンの救いが行われます。（→　善悪の知識の木と いのちの木）

　　そして、「救い」は、キリスト・イエス様にのみ あります。


　　　　「もしあなたがたが、野生種であるオリーブの木から切り取られ、もとの性質に反して、栽培されたオリーブの木につがれたのであれば、・・・・　」（ローマ１１：２４）



　　　　　

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