Frequenzteiler

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EinFrequenzteiler ist eineelektronische Schaltung, die eine Eingangsfrequenz in einem bestimmten ganzzahligen Teilungsverhältnis vermindert. Die Schaltungen dazu werden weitgehenddigitaltechnisch ausgeführt, zum Beispiel mit Zählschaltungen ausbistabilen Kippstufen oder mitRingzählern.

Das Eingangssignal ist dazu eineRechteckspannung, von der eineFlanke ausgewertet wird. Diese muss genügend steil sein; ihre Anstiegs- oder Abfallzeit darf bestimmte Werte nicht überschreiten, die bei den vorzugsweise verwendetenTTL-Bausteinen in der Größenordnung von 50 ns liegen.[1] Andere Signalverläufe (beispielsweise Sinus) müssen über einenSchmitt-Trigger in einen Rechteckverlauf überführt werden. Teilweise ist der Schmitt-Trigger in integrierten Kippstufen bereits enthalten. Die Ausgangssignalform kann symmetrisch oder unsymmetrisch sein.

Frequenzteiler 8:1 aus 3T-Flipflops, die steigende Flanken erfassen

Inhaltsverzeichnis

Funktionsweise

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Asynchroner Frequenzteiler 10:1 aus 4 T-Flipflops; der Übertrags­ausgang Ü kann mit dem Takteingang T einer weiteren Zählstufe für die nächsthöhere Dezimalstelle verbunden werden. Jedes Kippglied reagiert auf fallende Flanke.
Signal-Zeit-Diagramm zu vorstehendem Teiler
Synchroner Frequenzteiler 10:1 ausJK-Flipflops.
Zur Zählerfreigabe wird der Eingang E an „logisch 1“ gelegt; bei angehängten Zählstufen für höherwertige Stellen wird E mit dem Ausgang A der Vorstufe verbunden. Das zu zählende Signal wird an T gelegt und über alle Stufen durchverbunden.
Asynchroner Teiler 6:1 aus JK-Flipflops; unbelegte Eingänge liegen an „logisch 1“

Zum Aufbau einfacher asynchroner Frequenzteiler für rechteckige Signale können flankengesteuerteFlipflops unmittelbar hintereinandergeschaltet werden. Einige Flipflop-Ausführungen ändern zu einer festgelegten (steigenden oder fallenden) Flanke im Eingangssignal bei geeigneter Schaltung ihr Ausgangssignal ins Gegenteil. Nach jeweils zwei dieser Flanken am Eingang entsteht eine gleichgerichtete Flanke am Ausgang, siehe im Signal-Zeit-Diagramm „Q1“ gegenüber „T“; die Frequenz eines anliegenden Taktes wird damit durch 2 geteilt.

Für die Anwendung als Frequenzteiler gibt es spezielle Flipflop-Schaltkreise, die auch alsZähler bezeichnet werden. Das Teilungsverhältnis bevorzugt die Potenzen der 2 oder 10. Auch andere Teilungen sind durch geeignete Beschaltung möglich. Das Schaltbild des Teilers 10:1 enthält einen Teiler 2:1 und einen Teiler 5:1. Der Teiler 6:1 setzt sich aus Teilern 2:1 und 3:1 zusammen. Gleichartige Schaltungen lassen sich in Reihe schalten, beispielsweise für ein Verhältnis 1000:1. Nicht mitgezeichnet, aber stets erforderlich, ist eine Rücksetzleitung, die jedes Speicherglied taktunabhängig in einen definierten Anfangszustand bringen kann.

Man unterscheidet zwischenAsynchronzählern, in denen Verzögerungen durchGatterlaufzeiten entstehen, undSynchronzählern, die schneller und oft aufwändiger sind. Eine weitere Möglichkeit sind sogenannteAutomaten.

Neben elektronischen Methoden zur Frequenzteilung sind auch mechanische, pneumatische und optische Prinzipien anwendbar.

Anwendung

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Digital-elektronische Frequenzteiler sind weit verbreitet. Sie befinden sich beispielsweise inQuarzuhren,Rechnern und derenTaktgeneratoren, in denPLLs vonRundfunk- undFernsehgeräten,elektronischen Orgeln,Schrittmotoren und Messgeräten wieFrequenzzählern,Zeitmessern undSpannungsmessern nach demDual-Slope-Verfahren. Bei bekannter Frequenz, etwa aus einemSchwingquarz, werden Frequenzteiler zuTimern, in denenproportional zum Teilungsverhältnis ausPeriodendauern eine Zeitspanne erzeugt wird.

Messgrenzen

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Standardschaltungen erreichen etwa 100 MHz (108 Hz), die schnellsten Schaltungen können bis etwa 1011 Hz arbeiten. Die Kombination aus sehr schneller Elektronik und Laser heißtFrequenzkamm und erlaubt Messungen bis 1015 Hz.

Einzelnachweise

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  1. Dieter Stoll:Schaltungen der Nachrichtentechnik. Vieweg, 1988, S. 139
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