分頻電路是一種重要的電路，在許多電子設(shè)備中，例如音響設(shè)備、頻率合成器等，需要各種不同頻率的信號(hào)進(jìn)行協(xié)同工作，常用的方法是以穩(wěn)定度高的晶體振蕩器為主振源，通過變換得到各種頻率信號(hào)，其中，分頻器是一種主要變換手段。

分頻器是將給定頻率除以n的電路，其中n是整數(shù)。例如，如果分頻器的輸入信號(hào)頻率為FIN ，則分頻器電路生成的輸出頻率由下式給出:

FOUT=FIN / n，其中n是整數(shù)。

例如，考慮一個(gè)除以10的分頻器電路，那么這種類型的分頻器電路將產(chǎn)生頻率為輸入頻率十分之一的輸出信號(hào)。

主要類型

根據(jù)應(yīng)用的不同，分頻器電路可以為模擬域和數(shù)字域。模擬分頻電路用于非常高頻的應(yīng)用，一般情況下很少使用。模擬分頻器進(jìn)一步分為再生分頻器、參數(shù)分頻器和諧波注入分頻器。

關(guān)于數(shù)字分頻器電路，它們很容易使用現(xiàn)代IC技術(shù)實(shí)現(xiàn)，并且可以在高達(dá)數(shù)十千兆赫茲的頻率范圍內(nèi)工作。數(shù)字分頻器再次分為兩種類型：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)。靜態(tài)分頻器電路是使用雙穩(wěn)態(tài)單元實(shí)現(xiàn)的，它是基于晶體管的D觸發(fā)器。

例如，單個(gè)D型觸發(fā)器將產(chǎn)生一個(gè)2分頻器單元，而使用兩個(gè)D觸發(fā)器，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)4單元分頻器。

動(dòng)態(tài)分頻器使用電容作為存儲(chǔ)元件，并且比靜態(tài)分頻器需要更少的晶體管。

使用555和4017的分頻電路

在本示例項(xiàng)目中，小編并沒有處理GHz頻率和復(fù)雜的分頻器，而是使用555定時(shí)器和CD4017計(jì)數(shù)器的簡(jiǎn)單分頻器電路。該電路的主要目的是了解分頻器的概念并自行構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的電路。

使用555和CD4017的分頻電路的電路圖如下圖所示：

所需組件包括：

555定時(shí)器IC

CD4017計(jì)數(shù)器IC

10KΩ電阻

33KΩ電阻

1KΩ電阻x 2

47KΩ電位器

100nF陶瓷電容器(代碼–104)

10μF/16V 電容

LEDx2

三路開關(guān)(單刀三擲)

連接電線

迷你微型面包板

5V電源

從上面的電路圖中可以看出，分頻器電路有兩個(gè)重要部件：555定時(shí)器IC和4017計(jì)數(shù)器IC。

555集成電路

555 IC是最常用的集成電路之一，它是一個(gè)簡(jiǎn)單的定時(shí)器IC，具有廣泛的應(yīng)用，如脈沖生成、定時(shí)、振蕩器等。在本項(xiàng)目中，將使用555定時(shí)器作為分頻操作的脈沖發(fā)生器或時(shí)鐘發(fā)生器。

CD4017集成電路

CD4017是一款十進(jìn)制計(jì)數(shù)器IC，可產(chǎn)生10個(gè)解碼輸出，它可以用作計(jì)數(shù)器或分頻器。在本項(xiàng)目中，將使用CD4017 IC作為分頻器IC。

電路設(shè)計(jì)

首先，需要設(shè)計(jì)具有脈沖生成功能的電路，即555定時(shí)器IC。555的VCC和RST引腳，即引腳8和4連接到+5V。引腳2和6短接，引腳2和GND之間連接一個(gè)10μF電容。

在引腳7和VCC之間連接一個(gè)10KΩ電阻。一個(gè)33KΩ電阻和一個(gè)47KΩ電位器串聯(lián)在引腳7和6之間(參見上面電路圖)。

一個(gè)帶限流電阻的LED連接到555的引腳3，一個(gè)100nF電容旁路電容連接在引腳5和GND之間。

接下來看看分頻器4017 IC的連接，其引腳16 (VDD ) 、8 (VSS ) 和13 (E) 分別連接到+5V、GND和GND，而帶限流電阻的LED連接到引腳2 (Q1)。

引腳14是時(shí)鐘輸入引腳，連接到555 IC的引腳3。4017的引腳15為RST腳，接三路開關(guān)的輸入端。開關(guān)的三個(gè)輸出端連接到引腳4 (Q2)、10 (Q4) 和5 (Q6)。

工作過程

現(xiàn)在將這個(gè)電路的工作分為兩部分：信號(hào)的產(chǎn)生和頻率的劃分。

信號(hào)生成部分由555定時(shí)器IC負(fù)責(zé)，它充當(dāng)非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。通過改變電位器，可以調(diào)整所產(chǎn)生脈沖的頻率。該脈沖作為4017 IC的時(shí)鐘信號(hào)的輸入。

對(duì)于分頻部分，RST(引腳15)在這里起著重要作用。在此電路中，可以借助開關(guān)將4017的RST引腳連接到Q2、Q4或Q6引腳。

如果RST引腳連接到Q2，那么4017將在時(shí)鐘輸入的每一秒脈沖上復(fù)位。因此，對(duì)于時(shí)鐘信號(hào)的每?jī)蓚€(gè)實(shí)例(ON OFF ON OFF)，將有一個(gè)4017輸出實(shí)例(ON OFF)。因此，頻率除以2。

同樣，當(dāng)RST連接到Q4或Q6時(shí)，頻率將除以4或6。

主要應(yīng)用

分頻器電路(或分頻器)是許多基于通信和音頻的系統(tǒng)的組成部分，其中一部分包括：

頻率合成器

音響設(shè)備

雷達(dá)和衛(wèi)星通信

軍事裝備

射頻設(shè)備

總結(jié)

簡(jiǎn)單來說，分頻電路是指使輸出信號(hào)頻率為輸入信號(hào)頻率整數(shù)分之一的電子電路。對(duì)于任何一個(gè)n次分頻器，在輸入信號(hào)頻率不變的情況下，輸出信號(hào)頻率是FIN / n(n是整數(shù))。

最后需要知道的是，分頻器本質(zhì)上其實(shí)是由電容器和電感線圈構(gòu)成的LC濾波網(wǎng)絡(luò)，其中電容是作為存儲(chǔ)元件。