Frequenz eines TTL Signal im Verhältniss 1:4 / 1:8 / 1:16 oder 1:128 herabzuteilen und auf eine höhere Spannung zu konvertieren. Signalaufbereitung für SPS und Auswerteelektronik.
Der Pegelwandler und Frequenzteiler von Ramser Elektrotechnik ist ein kompaktes Modul zur zuverlässigen Aufbereitung digitaler Signale.
Er ermöglicht die sichere Anpassung von Signalpegeln sowie die Teilung von Frequenzen.
Ideal für den Einsatz zwischen Sensoren, SPS und Auswerteelektronik.
Inhaltsübersicht
- Typische Anwendungen
- Aufgabenstellung
- Lösungskonzept
- Technische Umsetzung
- Frequenzteilung mit CD4040
- Pegelwandlung und Ausgangsstufe
- Schaltplan
- Zusammenbau
Typische Anwendungen
- Signalaufbereitung für kapazitive oder digitale Sensoren
- Frequenzanpassung für Mikrocontroller-Eingänge
- Impulszählung mit reduzierter Taktfrequenz
- Entkopplung von Sensor- und Logikebene
- Vorverarbeitung von Mess- und Triggersignalen
Der Pegelwandler und Frequenzteiler stellt damit ein vielseitiges Hilfsmodul für Entwickler, Techniker und Automationsprojekte dar, bei denen saubere digitale Signale entscheidend sind.
Aufgabenstellung
In vielen Elektronik- und Automationsprojekten entstehen digitale Signale, die:
- zu hohe Frequenzen für nachfolgende Auswerteelektronik besitzen
- nicht kompatible Pegel (z. B. Open-Collector, Sensor-Logik, CMOS) aufweisen
- nicht direkt an Mikrocontroller- oder Steuereingänge von SPSen angeschlossen werden können
Ziel war die Entwicklung eines universellen Moduls, das diese Signale frequenzmäßig reduziert und gleichzeitig sauber auf definierte Pegel wandelt.
Lösungskonzept
Der Pegelwandler und Frequenzteiler kombiniert zwei Funktionen in einem Modul:
- Frequenzteilung über einen binären Zähler (CD4040)
- Saubere Pegelanpassung über Transistor-Ausgangsstufe
Das Modul eignet sich damit ideal zur Signalaufbereitung von Sensoren, Impulsgebern oder digitalen Ausgängen, bevor diese an Mikrocontroller, Zähler oder Logikschaltungen weitergegeben werden.
Technische Umsetzung
Die Versorgung des CD4040 erfolgt mit 5 V DC, welches durch das Sensorsignal gewonnen werden.
Dazu wird Eingangssignal (SOUT) über eine Shottkydiode (BAS40) auf einen Kondensator geführt, welcher für die Spannungsversorgung des CD4040 sorgt.
Das 5V Eingangssignal (SOUT) wird weiters auf den Takteingang des CD4040 binären Zählers zugeführt.
Frequenzteilung mit CD4040
Der CD4040 ist ein 12-stufiger binärer Ripple-Counter.
Mit jedem eingehenden steigenden Taktimpuls erhöht sich der Zählerstand um eins.
Die einzelnen Ausgänge Q1 bis Q12 liefern dabei Eingangsfrequenz, die jeweils durch eine Zweierpotenz geteilt sind:
- Q1 → f / 2
- Q2 → f / 4
- Q3 → f / 8
- Q4 → f / 16
- …
Im nachfolgend gezeigten Schaltplan sind die Zählerausgäng für die Teilung durch 4,8,16,128 herausgeführt, und werden via Lötjumper (:4 / :8 / :16 /:128) auf den nachfolgenden Pegelwandler geführt. Dadurch entsteht eine definierte geteilte Frequenz, die für nachfolgende Elektronik leicht auswertbar ist.
Der Reset-Eingang des CD4040 ist fest auf Masse gelegt, sodass der Zähler im Normalbetrieb kontinuierlich arbeitet.
Pegelwandlung und Ausgangsstufe
Das via Lötjumper ausgewählte Zählersignal steuert über einen Basiswiderstand (R1) einen NPN-Transistor (BC847).
Diese Transistorstufe übernimmt zwei Aufgaben:
- Pegelwandlung auf definierte Ausgangsspannung
- Entkopplung der Logik von der Last
Der Ausgang arbeitet als Open-Collector-ähnlicher Schaltausgang mit Pull-Up-Widerstand (R2).
Dadurch wird das Ausgangssignal flexibel an die jeweilige Versorgungsspannunge angepasst.
Das Ergebnis ist ein sauberes, störarmes Rechtecksignal mit reduzierter Frequenz und klar definiertem Pegel.
Schaltplan
Zusammenbau
Wie immer bei der Bestückung:
Die niedrigsten Bauteile zuerst, danach erst dann die Hohen. Ansonsten ist immer etwas im Weg !
• Schritt 1
Legen Sie alle Bauteile auf und überprüfen Sie sorgfältig, ob alle vollständig vorhanden sind.
TIP: Besonders kleine Bauteile können sich manchmal in der Verpackung oder anderen Bauteilen verstecken.
Durch vorsichtiges Schütteln der Verpackung oder der Bauteile lässt sich das versteckte Bauteil leicht entdecken.
Die Bestückung kann aus der „Bestückungshilfe“ herausgelesen werden:
• Schritt 2
Verlöten Sie R1,R2 (Widerstand: 2,2 kOhm – Beschriftung: 222 oder 2201), C1 (Kapazität: 10 µF – Beschriftung: 106), die Schottkydiode D1 (Type: BAS40-7/BAS40-047 – Beschriftung: 43t,43-,43p,43W,K44), den NPN Transistor T1 (Type: BC847 – Beschriftung: 1F,1FW,1Fs,1Ft,1F-) und den Zählerbaustein IC1 (Type: 74HC4040 – Beschriftung: 74HC4040).
Wählen die den Teilerfaktor für die Ausgangsfrequenz mittels Lötjumper. In diesem Fall ist der Teilerfaktor 128.
Viel Spass beim Löten 🙂
Der Bausatz des Pegelwandler und Frequenzteiler kann in unserem Shop bezogen werden.
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