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什么是分频电路?使用555和4017的分频器电路设计原理

IC先生 IC先生 3888 2022-10-20 14:54:55

分频电路是一种重要的电路,在许多电子设备中,例如音响设备、频率合成器等,需要各种不同频率的信号进行协同工作,常用的方法是以稳定度高的晶体振荡器为主振源,通过变换得到各种频率信号,其中,分频器是一种主要变换手段。

分频器是将给定频率除以n的电路,其中n是整数。例如,如果分频器的输入信号频率为FIN 则分频器电路生成的输出频率由下式给出:

FOUT=FIN / n,其中n是整数。

例如,考虑一个除以10的分频器电路,那么这种类型的分频器电路将产生频率为输入频率十分之一的输出信号。

主要类型

根据应用的不同,分频器电路可以为模拟域和数字域。模拟分频电路用于非常高频的应用,一般情况下很少使用。模拟分频器进一步分为再生分频器、参数分频器和谐波注入分频器。

关于数字分频器电路,它们很容易使用现代IC技术实现,并且可以在高达数十千兆赫兹的频率范围内工作。数字分频器再次分为两种类型:静态和动态。静态分频器电路是使用双稳态单元实现的,它是基于晶体管的D触发器

例如,单个D型触发器将产生一个2分频器单元,而使用两个D触发器,可以实现一个4单元分频器。

分频器电路

动态分频器使用电容作为存储元件,并且比静态分频器需要更少的晶体管。

使用555和4017的分频电路

在本示例项目中,小编并没有处理GHz频率和复杂的分频器,而是使用555定时器和CD4017计数器的简单分频器电路。该电路的主要目的是了解分频器的概念并自行构建一个简单的电路。

使用555和CD4017的分频电路的电路图如下图所示:

使用555和CD4017的分频电路的电路图

所需组件包括:

  • 555定时器IC
  • CD4017计数器IC
  • 10KΩ电阻
  • 33KΩ电阻
  • 1KΩ电阻x 2
  • 47KΩ电位器
  • 100nF陶瓷电容器(代码–104)
  • 10µF/16V 电容
  • LEDx2
  • 三路开关(单刀三掷)
  • 连接电线
  • 迷你微型面包板
  • 5V电源

从上面的电路图中可以看出,分频器电路有两个重要部件:555定时器IC和4017计数器IC。

555集成电路

555 IC是最常用的集成电路之一,它是一个简单的定时器IC,具有广泛的应用,如脉冲生成、定时、振荡器等。在本项目中,将使用555定时器作为分频操作的脉冲发生器或时钟发生器。

CD4017集成电路

CD4017是一款十进制计数器IC,可产生10个解码输出,它可以用作计数器或分频器。在本项目中,将使用CD4017 IC作为分频器IC。

电路设计

首先,需要设计具有脉冲生成功能的电路,即555定时器IC。555的VCC和RST引脚,即引脚8和4连接到+5V。引脚2和6短接,引脚2和GND之间连接一个10µF电容。

在引脚7和VCC之间连接一个10KΩ电阻。一个33KΩ电阻和一个47KΩ电位器串联在引脚7和6之间(参见上面电路图)。

一个带限流电阻的LED连接到555的引脚3,一个100nF电容旁路电容连接在引脚5和GND之间。

接下来看看分频器4017 IC的连接,其引脚16 (VDD ) 、8 (VSS ) 和13 (E) 分别连接到+5V、GND和GND,而带限流电阻的LED连接到引脚2 (Q1)。

引脚14是时钟输入引脚,连接到555 IC的引脚3。4017的引脚15为RST脚,接三路开关的输入端。开关的三个输出端连接到引脚4 (Q2)、10 (Q4) 和5 (Q6)。

电路设计图

工作过程

现在将这个电路的工作分为两部分:信号的产生和频率的划分。

信号生成部分由555定时器IC负责,它充当非稳态多谐振荡器。通过改变电位器,可以调整所产生脉冲的频率。该脉冲作为4017 IC的时钟信号的输入。

对于分频部分,RST(引脚15)在这里起着重要作用。在此电路中,可以借助开关将4017的RST引脚连接到Q2、Q4或Q6引脚。

如果RST引脚连接到Q2,那么4017将在时钟输入的每一秒脉冲上复位。因此,对于时钟信号的每两个实例(ON OFF ON OFF),将有一个4017输出实例(ON OFF)。因此,频率除以2。

分频周期图

同样,当RST连接到Q4或Q6时,频率将除以4或6。

主要应用

分频器电路(或分频器)是许多基于通信和音频的系统的组成部分,其中一部分包括:

  • 频率合成器
  • 音响设备
  • 雷达和卫星通信
  • 军事装备
  • 射频设备

总结

简单来说,分频电路是指使输出信号频率为输入信号频率整数分之一的电子电路。对于任何一个n次分频器,在输入信号频率不变的情况下,输出信号频率是FIN / n(n是整数)。

最后需要知道的是,分频器本质上其实是由电容器和电感线圈构成的LC滤波网络,其中电容是作为存储元件。

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