用直流继电器可组成分频器或计数器的电路展示及原理说明

       搞过电子电路的人都会知道，不管是用电子管、晶体管或集成块组成电子电路中，双稳态电路是经常使用的一种基本典型的单元电路，用多个双稳态电路可组成分频器或计数器。如用4个双稳态电路串联相接，用频率为f信号脉冲，触发第1个双稳态电路D1，其D1输出信号的频率=f/2（即2分频），用D1的输出触发第2个双稳态电路D2，其D2输出信号的频率=f/4（4分频电路），用D2的输出触发第3个双稳态电路D3，其D3输出信号的其频率=f/8（8分频），用D3的输出触发第4个双稳态电路D4，其D4输出信号的频率=f/16（16分频电路）。

        如分别以D1~D4的输出作输出，该电路就成为二、四、八、十六分频的分频电路。如果用D1~D4的输出（0或1）组成一个数来作数据输出，随触发脉冲f的不断输入，其D1~D4的输出状态将以下面的16种不同状态依次循环变化，见下表：

         D4   D3   D2   D1     10进制数    16进制数

          0       0      0     0           0                    0

          0       0      0     1           1                    1

          0       0      1     0           2                    2

          0       0      1     1           3                    3

          0       1      0     0           4                    4

          0       1      0     1           5                    5

          0       1      1     0           6                    6

          0       1      1     1           7                    7

          1       0      0     0           8                    8

          1       0      0     1           9                    9

          1       0      1     0          10                   A

          1       0      1     1          11                   B

          1       1      0     0          12                   C

          1       1      0     1          13                   D

          1       1      1     0          14                   E

          1       1      1     1          15                   F

        这种用D1~D4的输出作为一组数据输出的电路叫作四位二进制计数器，或叫一位16进制计数器。

用晶体管或用集成块组成的分频器或计数器电路及工作原理，在一般电子线路的书籍中多有介绍，但用继电器组成的计数器，却没看到有人介绍。那么能否用继电器组成分频器或计数器呢，答案是肯定的：能。下面就这个问题进行讲解：

        一般分频器或计数器都是由多个双稳态电路组成的，如果能用继电器组成双稳态电路，就可以利用继电器的双稳态电路组成分频电路或计数器电路。

     一、用继电器组成双稳态电路：

                      图一、继电器组成双稳态电路图

        图一的左侧图是用含双常开常闭触点的按钮与2只继电器及电阻与电容组成的双稳态电路。

电路组成：J0、J1、为JRX-13F型小型直流继电器，工作电压：J0为18V，J1为24V。J0与电解电容C1、电阻R1组成通电与断电皆延时的定时器，通、断延时时间皆≥0.1秒。

       电路动作原理：开机且未按按钮K1时，J0、J1皆处于断电状态，指示灯D熄灭。

       1、按下按钮K1，其K1_1闭合，由于此时J0常开触点处于断开，故使J0不能得电。而J0的常闭触点闭合，使J1得电吸合且自锁。J1的另一常开触点闭合，使灯泡D亮，由于K1_1为断开，故使J0仍然处于断电状态，只要按钮不抬起，这种状态将保持不变：即J1得电吸合，J0处于断开状态。

       2、当K1抬起时，其K1_3闭合，J1的常开触点处于闭合位，故使J0得电，但由于C1的原电压=0且不能突变，它与J0线圈并联，故J0不能立即吸合，只有当C1的电压充电到J0的最小吸合电压时，J0才能吸合。由于此时按钮K1早已复位(K1_2闭合)，故J0的常闭触点断开，不会影响J1的通电吸合。此时电路J1与J0皆处于通电吸合状态。

        3、当再按下K1时，由于J0已吸合，其常闭触点已断开，K1_3触点断开，使J1立即失电而断开，由于K1_1触点闭合，又J0常开触点闭合，使J0仍保持通电状态，此时J1的断开，使灯泡熄灭。只要按钮不抬起，电路始终保持这种状态（即J1断开，J0闭合）。

        4、当按钮K抬起时，由于J1常开触点已断开，而K1_2触点的断开要前于K1_1触点的闭合，故J1仍处于断电状态，而J1常开触点断开，与K1_3触点的断开，使J0断电，由于C1的电压不能突变，使J0不马上断开，要延时一段时间，当C1电压放电下降到低于J0的释放电压时，J0才能断开，此时电路，J0与J1 皆处于断电状态。即开机时的初始状态，如再按按钮将重复以上动作。

        其动作时序图如下：

                 图二、继电器组成的双稳态电路的K1、J0、J1时序波形图

        从时序图二可见，按钮K1每按下2次，其继电器J1将改变一次状态，使灯泡的状态为：亮—灭—亮—灭 ……，从波形上看：J1导通的前沿对应头一个K1闭合的前沿，J1导通的后沿对应后一个K1闭合的前沿，J0导通的前沿滞后于头一个K1闭合的后沿，J0导通的后沿滞后于后一个K1闭合的前沿。

        图一的右侧图也是用J0与J1二只继电器及电阻与电容组成的双稳态电路，不同之处就是增加J2继电器，J2继  电器作用是用自身的2个常开与常闭触点代替左图中的K1按钮的多个触点，使该电路可适用于用一个电平脉冲信号控制J2，使其翻转：当输入信号为高电平（+24V）时,J2线圈电压=0V，故此时J2处于未导通断开状态，相当按钮K1处于抬起位。 当输入信号为低电平（0V）时,J2线圈电压=24V，使J2导通吸合，相当按钮K1处于按下位.

       对同用继电器组成的多级双稳态串联电路，除第一级双稳态用3个继电器外，以后各级均可用2个继电器组成，故组成N位2进制计数器需用继电器的个数为：2N+1。如组成2位16进制减法计数器（即8位2进制计数器），可用2×8+1=17个继电器组成。

        理解上面双稳态电路，就可以用多个用继电器构成的这样的双稳态电路，组成分频器或或2进制计数器。

           二、用多个继电器双稳态电路组成分频器或计数器

     下图是用9个小型直流继电器组成4位二进制减法计数器

                               图三、有继电器组成的4位二进制减法计数器原理图

       上图三中Z1与J1组成第1级双稳态电路，Z2与J2组成第2级双稳态电路，Z3与J3组成第3级双稳态电路，Z4与J4组成第4级双稳态电路。K1为计数按钮，它直接控制Z0继电器，用Z0的2个常开与常闭触点作为第1级双稳态的控制开关，Z1的一个触点除控制D1指示灯外，同时又与Z1的其它触点作为第2级双稳态的控制开关，Z2的一个触点除控制D2指示灯外，同时又与Z2的其它触点作为第3级双稳态的控制开关，Z3的一个触点除控制D3指示灯外，同时又与Z3的其它触点作为第4级双稳态的控制开关，Z4的常开触点控制D4指示灯。D1~D4指示灯亮表示该机双稳态输出为1，D1~D4指示灯灭表示该机双稳态输出为0。

       下面我们来分析该电路的动作原理，为配合原理说明，现将该电路各级晶体管动作时序波形图展示给大家：

            动作原理：

      1、开机初始化：图中电容C0与一只二极管串联后，与计数按钮K1的触点并联，开机前C1的电压=0，故开机瞬间，虽K1触点处于断开位，但因C1电压不能突变（仍保持=0），使Z0瞬间电压=24V，使其得电吸合，Z0的常开触点闭合，使Z1~Z4依次得电吸合，而J1~J4仍处于失电断开状态。随后通过Z0线圈电阻对C0充电，使C0的电压由0↑，使Z0的电压由24V↓，当Z0的电压下降低于它的最小吸合电压时，Z0由吸合变断开，在此过程中，只有Z0由吸合后又断开，而Z1~Z4仍保持吸合状态，故Z0常闭触点由开变闭后，使J1得电，延时0.1秒使J1吸合，而J2~J4仍处于断电状态，此时的指示灯为：D1、D2、D3、D4皆亮。相当置数=1111。即与K1并联的电容起使计数器置数的初期化作用。

      2、第一次按下K1使Z0吸合，由于此时J1已吸合其常闭触点为断开，与之并联的Z0常闭触点的断开。使Z1失电断开，D1灯灭。Z0与J1的常开触点闭合，使J1仍得电闭合。

   当K1抬起后，Z0断开，J1因Z0与Z1的常开触点断开而失电，延时0.1秒断开，Z1的断开又是第二级双稳态的触发信号由开变闭，使J2得电，延时0.1秒J2吸合，此时J2闭合，J1、J3、J4处于断开状态。指示灯为：D1灭，D2、D3、D4亮。。相当数=1110。

     3、第二次按下K1，Z0吸合—>Z1吸合，由于此时J2已吸合其常闭触点已断开，故Z1常开触点闭合使Z2失电断开，Z3与Z4仍保持吸合不变，Z1与J2常开触点闭合使J2仍得电闭合，Z2失电断开其常闭触点闭合，使J3得电延时，0.1秒后J3吸合。当K1抬起后，Z0断开，但Z1仍吸合，但使J2失电延时0.1秒断开，而J1得电延时0.1秒吸合。此时状态为：J1、J3闭合。J2、J4处于断开状态。指示灯为：D1亮，D2灭、D3与D4亮。。相当数=1101。

      4、第三次按下K1， Z0得电吸合，由于此时J1已吸合其常闭触点为断开，与之并联的Z0常闭触点的断开。使Z1断电，D1灯灭。Z0与J1的常开触点闭合，使J1仍得电闭合。Z2与J2仍保持断电状态。

当K1抬起后，Z0断开，J1因Z0与Z1的常开触点断开而失电，延时0.1秒断开，Z1断开时Z2已断开，对J2无影响，此时：J3闭合，J1、J2、J4仍处于断开状态。指示灯为：D1、D2灭， D3、D4亮。。相当数=1100。

…………

        从第一次按钮起，连续按计数按钮，D1~D4的状态为：1111－1110－1101－……－0001—0000—1111—……，可见该计数电路是4位2进制的减法计数器，又可称为一位16进制减法计数器。

如果Z1～Z4继电器都改用常闭触点去控制D1～D4灯泡，该计数器就可变为4位2进制的加法计数器，即一位16进制加法计数器。见下图：

        用继电器组成的计数器（或分频器），其计数脉冲频率较低（十几Hz以下），适用于低频或超低频脉冲计数或分频。该计数器（或分频器）的最大优点：抗干扰能力特别强，它比由晶体管或集成块、单片机等组成的计数器的抗干扰强的多，可在电磁的干扰极强的场合下可靠工作。

        本文到此结束，谢谢大家！