Mạch chia tần số là mạch sẽ chia tần số của tín hiệu ngõ vào cho n (n là một số nguyên bất kỳ), có nghĩa là nếu chúng ta đưa vào mạch một tín hiệu có tần số là f thì tần số ngõ ra của mạch sẽ được chia cho n (f/n). Mạch chia tần số rất hữu ích trong các ứng dụng tương tự cũng như kỹ thuật số. Trong bài viết này chúng ta sẽ tìm hiểu cách xây dựng một mạch đơn giản dùng để chia tần số cho 2 hoặc 4.

Trong mạch này, chúng ta sẽ sử dụng mạch dao động đa hài phi ổn bằng cách sử dụng IC định thời 555 để tạo ra tín hiệu ngõ vào có tần số là f. Tiếp theo đó trong giai đoạn thứ hai, chúng ta sử dụng IC đếm thập phân 4017 để chia tần số tín hiệu ngõ vào này cho f/2 hoặc f/4. Tần số ngõ vào có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng một biến trở và tần số ngõ ra có thể được chuyển đổi giữa f/2 và f/4 bằng thông qua công tắc SPDT.

Linh kiện sử dụng

Sơ đồ mạch

Hình 1: Sơ đồ nguyên lý mạch chia tần số

Trong mạch chia tần số này, tôi sử dụng IC định thời 555 để tạo ra xung vuông có tần số là f. Như các bạn đã thấy ở hình 1, tôi đã kết nối một điện trở 10k giữa nguồn Vcc và chân thứ 7 của IC 555. Sau đó, tôi mắc nối tiếp điện trở 47k và biến trở 50k giữa chân 7 và 6. Chân 2 và chân 6 được nối tắt với nhau. Chân dương của tụ điện 4,7uF được kết nối với chân 2 hoặc 6 của IC 555, chân còn lại được nối với đất. Chân 1 được nối với đất. Chân 4 và chân 8 được kết nối trực tiếp với nguồn VCC. Chân xuất tín hiệu ra (chân số 3) của bộ định thời 555 này được kết nối với đèn LED màu đỏ thông qua điện trở hạn dòng có giá trị 330Ω, chân này cũng được kết nối với chân xung đồng hồ của IC đếm 4017. Đèn LED màu đỏ sẽ cho biết tần số của xung vuông được tạo ra bởi IC 555.

IC đếm 4017 có nhiệm vụ chia tần số của tín hiệu từ ngõ ra chân số 3 của IC 555 cho 2 hoặc 4. Công tắc SPDT được sử dụng để chọn tần số được chia. LED màu xanh lá được kết nối với chân 2 của IC 4017 thông qua một điện trở 220Ω, cho biết tần số được chia. Có nghĩa là LED màu đỏ sẽ nhấp nháy với tần số f và LED màu xanh lá sẽ nhấp nháy với tần số f/2 hoặc f/4 tùy thuộc vào vị trí của công tắc SPDT. IC 7805 được sử dụng để ổn định điện áp. Cuối cùng, chúng ta cần kết nối Pin 9V để cấp nguồn cho mạch hoạt động.

Hoạt động của mạch

Hoạt động của mạch chia tần số này rất đơn giản. Ở đây tôi đã thiết kế một mạch dao động đa hài phi ổn dựa vào IC 555 để tạo ra tín hiệu đầu vào và tần số của tín hiệu được điều chỉnh bằng cách sử dụng một biến trở.

Khi kết nối mạch với nguồn cung cấp thì mạch dao động đa hài phi ổn tạo ra một tần số có thể dễ dàng nhìn thấy bằng đèn LED màu đỏ nhấp nháy. Tín hiệu này được đưa vào chân xung clock của IC đếm 4017 dưới dạng xung vuông tuần hoàn.

Trong trường hợp tần số chia cho 2 (f/2), thì ngõ ra Q2 phải được nối với chân 15 MR (Master Reset) của IC đếm bằng cách sử dụng công tắc SPDT để IC đếm tự reset và bắt đầu lại từ đầu (Q0). Khi có xung đồng hồ thứ nhất thì ngõ ra Q1 sẽ lên mức cao và ngõ ra Q2 sẽ lên cao khi có xung đồng hồ thứ hai, đồng thời mức cao này sẽ reset IC đếm và làm cho ngõ ra Q0 lên mức cao. Đối với xung clock thứ ba, Q1 sẽ cao trở lại và đèn LED sẽ phát sáng. Như vậy, cứ hai xung clock đưa vào, LED màu xanh sẽ ở mức cao một lần, tức là tần số của xung được chia cho 2. Dạng sóng của xung vuông ở ngõ ra cuối cùng của IC đếm như hình 2.

Hình 2: Dạng sóng của tín hiệu vào và ra khi tần số được chia 2

Trong trường hợp tần số chia cho 4 (f/4), tôi đã đưa ngõ ra Q4 đến chân reset (15) của IC đếm bằng cách sử dụng công tắc SPDT để IC 4017 được reset trong xung thứ tư, do đó LED màu xanh sẽ sáng một lần trong khi bốn xung. Ban đầu, Q0 sẽ ở mức cao, đó là trạng thái mặc định của IC, sau đó đối với xung clock đầu tiên ngõ ra Q1 sẽ ở mức cao và LED màu xanh sẽ phát sáng. Đối với xung clock thứ hai và thứ ba, đầu ra Q2 và Q3 sẽ ở mức cao tương ứng. Đến xung thứ tư, Q4 lên mức cao và IC đếm bị reset vì chân này được kết nối với chân 15 của IC 4017 (Q0 lên cao). Đối với xung đồng hồ thứ năm, ngõ ra Q1 sẽ cao trở lại và đèn LED sẽ phát sáng. Như vậy, cứ bốn xung đồng hồ đưa vào, LED màu xanh sẽ sáng một lần, đó là cách mạch chia tần số cho 4 (f/4).

Hình 3: Dạng sóng của tín hiệu vào và ra khi tần số được chia 4

Các ứng dụng

Mạch chia tần số là một phần không thể thiếu của nhiều hệ thống truyền thông và âm thanh như:

• Bộ tổng hợp tần số
• Thiết bị âm thanh
• Thông tin liên lạc qua vệ tinh và radar
• Thiết bị quân sự
• Thiết bị RF