Схема делителя частоты: принцип работы и применение в электронике

alexxlabСхем
Что такое делитель частоты. Как работает схема делителя частоты. Какие компоненты используются в делителе частоты. Где применяются делители частоты в электронике. Как собрать простой делитель частоты своими руками.

Содержание

Принцип работы делителя частоты

Делитель частоты — это электронная схема, которая уменьшает частоту входного сигнала в определенное число раз. Основной принцип работы делителя частоты заключается в подсчете входных импульсов и формировании выходного сигнала с меньшей частотой.

Простейший делитель частоты можно реализовать на основе D-триггера, подключив инверсный выход к входу данных. При такой схеме частота на выходе будет в 2 раза меньше входной.

Основные типы делителей частоты:

  • Цифровые делители на основе счетчиков
  • Аналоговые делители на основе фазовой автоподстройки частоты
  • Дробные делители частоты

Компоненты для построения делителя частоты

Для создания простого делителя частоты понадобятся следующие компоненты:


  • Микросхема-счетчик (например, CD4017)
  • Тактовый генератор (например, на базе таймера NE555)
  • Резисторы и конденсаторы для задания частоты
  • Светодиоды для индикации

Ключевым элементом является микросхема-счетчик, которая подсчитывает входные импульсы и формирует выходной сигнал с пониженной частотой.

Схема простого делителя частоты

Рассмотрим схему делителя частоты на основе микросхемы CD4017:

  1. Тактовый генератор на NE555 формирует входные импульсы
  2. Импульсы поступают на вход счетчика CD4017
  3. С выходов CD4017 снимается сигнал с пониженной частотой
  4. Светодиоды индицируют работу схемы

Коэффициент деления определяется подключением выхода сброса счетчика. Например, подключение к выходу Q5 даст деление на 5.

Применение делителей частоты в электронике

Делители частоты широко используются в различных электронных устройствах и системах. Вот некоторые области их применения:

Синтезаторы частот

В синтезаторах частот делители используются для получения требуемых частот из опорного генератора. Это позволяет формировать сетку частот с высокой точностью.


Цифровые схемы

В цифровых схемах делители применяются для синхронизации различных узлов, работающих на разных частотах. Например, для согласования работы процессора и периферийных устройств.

Измерительные приборы

Делители частоты используются в частотомерах, осциллографах и других измерительных приборах для расширения диапазона измеряемых частот.

Преимущества использования делителей частоты

Применение делителей частоты дает ряд важных преимуществ при проектировании электронных устройств:

  • Уменьшение энергопотребления за счет работы на более низких частотах
  • Снижение уровня электромагнитных помех
  • Упрощение разработки высокочастотных схем
  • Повышение стабильности и точности частоты

Эти преимущества делают делители частоты незаменимыми во многих областях электроники.

Методы построения делителей частоты

Существует несколько основных методов реализации делителей частоты:

Цифровые делители

Цифровые делители строятся на основе счетчиков и триггеров. Они просты в реализации и позволяют получить целочисленные коэффициенты деления.


Аналоговые делители

Аналоговые делители используют системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Они сложнее, но позволяют получить дробные коэффициенты деления.

Делители на основе ЦАП/АЦП

В этом методе входной сигнал оцифровывается, обрабатывается цифровым способом и затем преобразуется обратно в аналоговую форму. Такой подход дает большую гибкость.

Расчет параметров делителя частоты

При проектировании делителя частоты необходимо учитывать следующие параметры:

  • Входная и выходная частота
  • Требуемый коэффициент деления
  • Допустимый джиттер выходного сигнала
  • Потребляемая мощность

Расчет параметров позволяет выбрать оптимальную схему и компоненты для конкретного применения.

Программируемые делители частоты

Современные делители частоты часто реализуются в виде программируемых устройств. Это дает ряд преимуществ:

  • Гибкая настройка коэффициента деления
  • Возможность реализации сложных алгоритмов деления
  • Интеграция дополнительных функций (модуляция, фильтрация)
  • Уменьшение размеров устройства

Программируемые делители часто реализуются на базе ПЛИС или специализированных микросхем.



Схемы делителей частоты на микросхеме счетчике CD4040 (К561ИЕ20)

В некоторых схемах бывает нужно получить какую-то определенную частоту от источника более высокой частоты. Это можно сделать делением исходной частоты на некий делитель.

Если этот делитель целое число и не превышает числа 4096, частоту можно разделить при помощи счетчика CD4040 (аналог К561ИЕ20) и диодно-резисторной схемы «Монтажное И».

Микросхема CD4040

На рисунке 1 показана схема счетчика CD4040. Это двоичный счетчик с полным числом 12-ти разрядов. При работе счетчика логические единицы на его выходах появляются по системе двоичного кода, при достижении определенного числа входных импульсов. Максимальным является коэффициент деления, если снимать выходные импульсы с вывода 1, это будет 4096.

Коэффициенты деления присвоенные другим выходам будут равны двухкратному числу, из тех, что возле них подписаны. То есть, если, например, снимать импульсы с вывода 3 (число 16), то коэффициент деления буде 16×2=32.

Рис. 1. Схема счетчика CD4040 (К561ИЕ20).

Таким образом, если ничего не добавлять, и просто снимать импульсы с выходов счетчика, мы можем получить коэффициенты деления 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096.

Но, на практике чаще требуется какой-то определенный коэффициент деления. Например, чтобы от источника частоты 50 Гц получить частоту 1 Гц, нужно сделать деление на 50.

В этом случае можно собрать схему, которая будет обнулять счетчик, каждый раз, как только он насчитает 50 входных импульсов. Пример такой схемы показан на рисунке 2.

Рассмотрим как она работает. Начальной исходной точкой является нулевое состояние счетчика. При этом, на всех его выходах установлены логические нули, и все диоды VD1-VD3 открыты, притягивая обнуляющий вход счетчика «R» к логическому нулю.

Затем пошел счет входных импульсов, и вот что происходит, через каждые два входных импульса появляется единица на выходе «2», через каждые 16 входных импульсов появляется единица на выходе «16», а через каждые 32 импульса появляется единица на выходе «32».

Рис. 2. Схема делителя частоты на 50, собрано на CD4040 (К561ИЕ20).

Чтобы счетчик обнулился нам нужно чтобы все диоды оказались открытыми, тогда напряжение логической единицы поступит на вход «R» счетчика через резистор R1. Но, такое может возникнуть только тогда, когда будут логические единицы на выходах «2», «16» и «32».

А первый раз с момента обнуления счетчика это произойдет при поступлении на вход счетчика числа импульсов, равного 2+16+32=50. Таким образом, счетчик обнулится через 50 импульсов.

И если снимать выходные импульсы с самого старшего из этих выходов, то есть с выхода «32», то частота импульсов на этом выходе будет в 50 раз меньше входной, то есть, если на входе 50 Гц, — на выходе «32» теперь будет 1 Гц.

Схема делителя на 2000

На рисунке 3 показана схема делителя на 2000, для получения частоты 500 Гц от входной частоты 1 МГц.

Рис. 3. Схема делителя частоты на 2000, микросхема CD4040 (К561ИЕ20).

Чтобы правильно и быстро рассчитать точки подключения диодов, можно пользоваться весьма простым способом. Вот, например, здесь нужен коэффициент деления 2000.

Берем число 2000 и ищем на выход счетчика с наиболее близким к нему, но меньшим числом, — это 1024. Делаем вычитание 2000-1024=976. Теперь ищем ближайшее меньшее к 976, это 512. Получается, 976-512=464.

Далее ищем ближайшее меньшее к 464, это 256, получается 464-256=208. Потом ищем ближайшее меньшее к 208, -128. Получается 208-128=80. Теперь ближайшее меньшее к 80, — это 64, получается 80-64=16.

Ну и остается выход 16, теперь 16-16=0. Таким образом, 2000-1024-512-256-128-64-16=0. Значит, для получения коэффициента деления 2000 диоды нужно катодами цеплять к выходам «1024», «512», «256», «128», «64» и «16». Что, собственно, и показано на схеме на рисунке 3.

Схема для получения 160 Гц из 500 кГц

На рисунке 4 показана схема делителя частоты, чтобы из входной частоты 500 кГц получить выходную 160 Гц. Коэффициент деления в данном случае требуется 500000/160 = 3125.

Рис. 4. Схема делителя частоты, чтобы из входной частоты 500 кГц получить выходную 160 Гц.

Соответственно, делаем расчет: 3125-2048-1024-32-16-4-1 =0 Таким образом, катоды диодов цепляем на выходы «2048», «1024», «32», «16», «4» и «1». В результате, на самом старшем из используемых выходов частота будет в 3125 раз меньше входной.

Особенность такого делителя частоты, что форма импульсов на его выходе не симметричная, — отрицательный перепад всегда больше положительного.

Например, на рис. 1 они соотносятся как 32/18. Поэтому, такой способ можно применять только там, где важна именно частота, а не скважность.

Андреев С. РК-03-2020.

ООО Радиокомп — Главная

Производственная компания

ООО Радиокомп

Многопрофильное предприятие, успешно работающее на рынке разработок, производства и испытаний радиоэлектронной продукции для наземных, авиационных и космических применений. В 2021м году мы отметили 20-летие своей деятельности. Однако опыт коллектива не ограничивается этим сроком, поскольку многие сотрудники работают в области ВЧ/СВЧ радиотехники и радиоэлектроники в течение многих десятилетий

РК-НО-400-0,55/0,80
Трехдецибельный направленный ответвитель

РКУ20Р
Широкополосный малошумящий усилитель РК-МШУ-20 предназначен для усиления сигналов в полосе частот 0,1…20 ГГц

1508ПЛ8Т
Отладочная плата для микросхемы ЦВС РК-ОП-ЦВС-1508ПЛ8Т



Направления деятельности

Разработка

Разработка устройств ВЧ/СВЧ диапазона с учетом индивидуальных конструктивно-технических требований заказчика