O 4093 é um pacote de 14 pinos contendo quatro portas de disparo NAND Schmitt de lógica positiva e 2 entradas, conforme mostrado na figura a seguir. É possível operar as quatro portas NAND separadamente ou coletivamente.
As portas lógicas individuais do IC 4093 funciona da seguinte maneira.
Como você pode ver, cada porta tem duas entradas (A e B) e uma saída. A saída muda seu estado de nível máximo de alimentação (VDD) para 0V ou vice-versa, dependendo de como os pinos de entrada são alimentados.
Essa resposta de saída pode ser compreendida a partir da tabela verdade da porta 4093 NAND, conforme mostrado abaixo.
Conteúdo
Entendendo a Tabela Verdade 4093
A partir dos detalhes da tabela verdade acima, podemos interpretar as operações lógicas da porta conforme explicado abaixo:
- Quando ambas as entradas estão baixas (0V), a saída se torna alta ou igual ao nível DC de alimentação (VDD).
- Quando a entrada A é baixa (0V) e a entrada B é alta (entre 3 V e VDD), a saída se torna alta ou igual ao nível DC de alimentação (VDD).
- Quando a entrada B é baixa (0V) e a entrada A é alta (entre 3 V e VDD), a saída se torna alta ou igual ao nível DC de alimentação (VDD).
- Quando ambas as entradas A e B estão altas (entre 3 V e VDD), a saída fica baixa (0V)
As características de transferência do 4093 quad NAND Schmitt Trigger são mostradas na figura a seguir. Para todos os níveis de tensão de alimentação positiva (VDD), a característica de transferência das portas exibe a mesma estrutura de forma de onda básica.
Entendendo os gatilhos e histerese do IC 4093 Schmitt
Uma característica distinta dos portões IC 4093 NAND é que todos são gatilhos Schmitt. Então, o que exatamente são os gatilhos de Schmitt?
Os triggers IC 4093 Schmitt são uma variedade única de portas NAND. Um de seus recursos mais úteis é a rapidez com que eles reagem aos sinais recebidos.
As portas lógicas com gatilho Schmitt serão ativadas e aumentarão ou diminuirão suas saídas somente quando o nível lógico de entrada atingir um nível genuíno. Isso é conhecido como histerese.
A capacidade do gatilho Schmitt de criar histerese é um recurso crucial (normalmente em torno de 2,0 volts usando uma fonte de 10 V).
Vamos dar uma olhada rápida no circuito oscilador representado na Fig. A abaixo para obter uma compreensão mais profunda da histerese. A Figura B compara as formas de onda de entrada e saída do circuito oscilador.
Se você observar a Fig. A, verá que a entrada do pino 1 do portão está ligada ao trilho de tensão positiva, enquanto a entrada do pino 2 está ligada à junção do capacitor (C) e do resistor de realimentação (R).
O capacitor permanece descarregado e as entradas e saídas da porta estão ambas em tensão zero (lógica 0) até que a alimentação CC seja ligada ao circuito.
Assim que a alimentação DC é ligada ao circuito do oscilador, o pino 1 da porta fica instantaneamente alto, embora o pino 2 permaneça baixo.
A saída da porta NAND oscila alto em resposta à situação de entrada (verifique o tempo t0 na Fig. B).
Como resultado, o resistor R e o capacitor C começam a carregar até atingir o nível de VN. Agora, o pino 2 fica instantaneamente alto assim que a carga do capacitor atinge o nível VN.
Agora, como ambas as entradas do portão são altas (veja o tempo t1), a saída do portão oscila para baixo. Isso força C a descarregar via R até atingir o nível VN.
Quando a tensão no pino 2 cai para o nível VN, a saída do portão volta para alto. Esta série de ciclos de saída ON/OFF continua enquanto o circuito permanecer energizado. É assim que o circuito oscila.
Se olharmos para o gráfico de tempo, descobrimos que a saída fica baixa somente quando a entrada atinge o valor Vp, e a saída oscila alta apenas quando a entrada atinge o nível VN.
Isso é determinado pela carga e descarga dos capacitores através dos intervalos de tempo t0, t1, t2, t3 etc.
Da discussão acima, podemos ver que a saída do gatilho Schmitt muda apenas quando a entrada atinge um VN de baixo nível bem definido e um Vp de alto nível. Esta ação de um gatilho Schmitt para ligar/desligar em resposta a limites de tensão de entrada bem definidos é chamada de histerese.
Uma das principais vantagens do circuito oscilador Schmitt é que ele inicia automaticamente quando o circuito é ligado.
A tensão de alimentação controla a frequência de trabalho do circuito. Isso é aproximadamente 1,2 MHz para uma alimentação de 12 volts e cai conforme a alimentação é reduzida. C deve ter um valor mínimo de 100 pF e R não deve ser inferior a 4,7k.
Projetos do Circuito IC 4093
O 4093 Schmitt trigger IC é um chip versátil que pode ser usado para construir muitos projetos de circuitos interessantes. As quatro portas de disparo Schmitt fornecidas dentro de um único chip 4093 podem ser personalizadas para muitas implementações úteis.
Neste artigo vamos discutir alguns deles. A lista a seguir fornece os nomes de 12 projetos interessantes de circuitos IC 4093. Cada um deles será discutido detalhadamente nos próximos parágrafos.
- Driver Piezo Simples
- Circuito Automático de Iluminação Pública
- Circuito Repelente de Pragas
- Circuito de sirene de alta potência
- Circuito do temporizador de atraso OFF
- Circuito do interruptor ON/OFF ativado por toque
- Circuito Sensor de Chuva
- Circuito Detector de Mentiras
- Circuito Injetor de Sinal
- Circuito de driver de tubo fluorescente
- Circuito de pisca-pisca de tubo fluorescente
- Circuito de pisca-pisca de lâmpada ativado por luz
1) Driver Piezo Simples
Muito simples e eficaz circuito driver piezo pode ser construído usando um único IC 4093, conforme mostrado no diagrama de circuito acima.
Uma das portas de disparo de Schmitt N1 é manipulada como um circuito oscilador ajustável. A saída deste oscilador é onda quadrada com frequência determinada pelo valor do capacitor C1, e o ajuste do potenciômetro P1.
A frequência de saída de N1 é aplicada às portas N2, N3, N4 que estão conectadas em paralelo. Essas portas paralelas funcionam como buffer e estágio amplificador de corrente. Eles juntos ajudam a aumentar a capacidade atual da frequência de saída.
A frequência amplificada é aplicada à base do transistor BC547 que amplifica ainda mais a frequência para acionar um transdutor piezo acoplado. O transdutor piezo agora começa a zumbir relativamente alto.
Se você quiser aumentar ainda mais o volume do piezo, tente adicionar um 40uH bobina de campainha direito através dos fios piezo.
2) Circuito Automático de Iluminação Pública
Outro grande uso do IC 4093 pode ser na forma de um circuito de luz de rua automático simples , conforme ilustrado no diagrama acima.
Aqui, a porta N1 é conectada como um comparador. Compara o potencial gerado pela rede divisora resistiva formada pela resistência do LDR e a resistência do pote R1.
Neste estágio, o N1 explora efetivamente o recurso de histerese de seu gatilho Schmitt embutido. Ele garante que sua saída mude de estado apenas quando a resistência do LDR atingir um nível extremo específico.
Como funciona
Durante o dia, quando há muita luz ambiente no LDR, sua resistência permanece baixa. Dependendo da configuração de P1, essa baixa resistência cria uma lógica baixa nos pinos de entrada de N1, o que faz com que sua saída permaneça alta.
Esta alta é aplicada às entradas do estágio de buffer, criado pela conexão paralela de N2, N3, N4.
Como todas essas portas são manipuladas como portas NOT, a saída é invertida. A lógica alta de N1 é invertida para uma lógica baixa na saída das portas N2, N3, N4. Esta lógica baixa ou 0V atinge a base do transistor de acionamento do relé T1 para que permaneça desligado.
Isso, por sua vez, faz com que o relé permaneça desligado com seus contatos apoiados nos contatos N/C.
A lâmpada sendo configurada no Contatos N/O do relé permanece DESLIGADO.
Quando conjuntos de escuridão in, a iluminação no LDR começa a diminuir, o que faz com que sua resistência aumente. Devido a isso, a tensão na entrada de N1 começa a aumentar. O recurso de histerese da porta N1 'espera' até que essa tensão seja suficientemente alta para fazer com que sua saída mude de estado de alto para baixo.
Assim que a saída de N1 fica baixa, ela é invertida pelas portas N2, N3, N4 para criar uma alta em suas saídas paralelas.
Este alto liga o transistor e o relé e, posteriormente, a lâmpada LED também é iluminada. Desta forma, quando chega a noite ou a escuridão, a lâmpada de rua anexada é ligada automaticamente.
Na manhã seguinte, o processo se inverte e a lâmpada da lâmpada de rua é desligada automaticamente.
3) Circuito Repelente de Pragas
Se você está procurando construir um barato, mas razoavelmente eficaz, dispositivo repelente de ratos ou roedores , então este circuito simples pode ajudar.
Novamente, este projeto também as 4 portas de disparo Schmitt de um único IC 4093.
A configuração é bastante semelhante ao circuito driver piezo, exceto a inclusão do transformador abaixador .
O sinal de alta frequência que pode ser adequado para afastar pragas é cuidadosamente ajustado usando P1.
Esta frequência é amplificada pelas 3 portas paralelas e pelo transistor Q1. O coletor Q1 pode ser visto configurado com um primário de um transformador de 6 V.
O transformador aumenta a frequência para um nível de alta tensão de 220 V ou 117 V, dependendo da especificação de tensão do secundário do transformador.
Esta tensão aumentada é aplicada através de um transdutor piezoelétrico para gerar um ruído de alta frequência. Este ruído pode ser muito perturbador para as pragas, mas pode ser inaudível para os humanos.
O ruído de alta frequência faz com que as pragas deixem a área e fujam para algum outro local tranquilo.
4) Circuito de sirene de alta potência
A figura abaixo mostra como o IC 4093 pode ser aplicado para construir um poderoso circuito de sirene . O tom da sirene é totalmente ajustável através de um botão de potenciômetro.
Apesar de sua configuração simples, o circuito neste exemplo é realmente capaz de produzir um som alto. O MOSFET de canal n que alimenta os alto-falantes permite isso.
Este MOSFET em particular tem um dreno de saída para a resistência da fonte de apenas três miliohms e pode ser operado diretamente usando circuitos lógicos CMOS. Além disso, sua corrente de dreno pode chegar a 1,7 A, com um pico de tensão dreno-fonte de 40 V.
Não há problema em carregar o MOSFET diretamente com um alto-falante porque é essencialmente indestrutível.
Controlar o circuito é tão simples quanto aumentar a lógica de entrada ENABLE (que também pode ser implementada através de uma chave comum em vez de uma fonte digital).
A porta N2 oscila como resultado dos pulsos do gatilho Schmitt N1 quando a entrada no pino 5 é alta. A saída do Gate N2 é alimentada ao MOSFET através do estágio de buffer construído em torno de N3. O preset P1 permite que a frequência de N2 seja modulada.
5) Temporizador de atraso OFF com campainha
O IC 4093 também pode ser usado para construir uma ferramenta útil, porém simples. circuito temporizador de atraso OFF , como mostrado na figura acima. Quando a energia é ligada, a campainha piezo começa a tocar indicando que o temporizador não está definido.
O temporizador é definido quando o botão é pressionado em ON momentaneamente.
Quando o botão de pressão é pressionado, C3 carrega rapidamente e aplica uma lógica alta na entrada da porta 4093 associada. Isso faz com que a saída da porta fique baixa ou 0 V. Este 0 V é aplicado à entrada do estágio oscilador construído em torno da porta N1.
Este 0 V puxa a entrada da porta N1 para 0 V via diodo D1 e a desativa, de modo que N1 não consegue oscilar.
A saída de N1 agora inverte o zero lógico de entrada para um nível lógico alto em sua saída, que é alimentado às entradas paralelas de N2 e N3.
N2 e N3 mais uma vez invertem essa lógica em zero lógico na base do transistor, de modo que o transistor e o piezo permaneçam desligados.
Após um atraso predeterminado, o capacitor C3 descarrega totalmente através do resistor R3. Isso faz com que um baixo lógico apareça na entrada da porta associada. A saída desta porta agora fica alta.
Devido a isso, o zero lógico da entrada de N1 é removido. Agora, N1 está habilitado e começa a gerar uma saída de alta frequência.
Esta frequência é ainda amplificada por N2, N3 e o transistor para acionar o elemento piezo. O piezo agora começa a zumbir indicando que o tempo de atraso OFF expirou.
6) Interruptor Ativado por Toque
O próximo desenho mostra um interruptor ativado por toque simples usando um único IC 4093. O funcionamento do circuito pode ser entendido com a seguinte explicação.
Assim que a energia é ligada por causa do capacitor C1 na entrada de N1, a lógica na entrada de N1 é arrastada para a tensão de terra. Isso faz com que os loops de feedback N1 e N2 travem com esta entrada. Isso resulta na criação de uma lógica de 0 V na saída do N2.
A lógica de 0 V torna o estágio do driver do relé de saída ocioso durante o primeiro interruptor de energia.
Agora imagine que a base do transistor T1 é tocada com um dedo. O transistor acionaria imediatamente ON, gerando um sinal lógico alto via C2 e D2 na entrada de N1.
C2 carrega rapidamente e evita qualquer ativação errônea subsequente do toque. Isso garante que o procedimento não seja prejudicado pelo efeito de debouncing.
A lógica acima mencionada reverte imediatamente o estado de N1/N2, fazendo com que eles travem e criem uma saída positiva. O estágio de acionamento do relé e a carga associada são ligados por esta saída positiva.
Agora, o próximo contato do dedo deve fazer com que o circuito volte à sua posição original. N4 é usado para obter essa funcionalidade.
Uma vez que o circuito reverte ao seu estado original, C3 carrega constantemente (em poucos segundos), fazendo com que uma lógica baixa apareça na entrada apropriada de N3.
No entanto, a outra entrada de N3 já é mantida em nível lógico baixo pelo resistor R2, que é aterrado. O N3 agora está perfeitamente posicionado em estado de espera, 'pronto' para o próximo acionador de toque de entrada.
7) Sensor de chuva
O IC 4093 também pode ser perfeitamente configurado para criar um circuito sensor de chuva com um oscilador para a campainha.
Uma bateria de 9 V pode ser usada para alimentar o circuito e, devido ao uso de corrente extremamente baixo, ele sobreviverá por um ano no mínimo. Ele precisa ser trocado após um ano, pois não terá confiabilidade devido à autodescarga.
Na sua forma mais simples, o dispositivo é composto por um detector de chuva ou água, um biestável R-S, um oscilador e um estágio de acionamento para a campainha de alerta.
Um pedaço de placa de circuito descartado de 40 por 20 mm serve como sensor de água. Conexões com fio podem ser usadas para unir todas as trilhas do PCB. Para evitar a corrosão dos trilhos, pode ser aconselhável estanhar.
Quando a energia é ligada, o biestável é imediatamente habilitado através da rede em série de R1 e C1.
A resistência entre os dois conjuntos de trilhas na PCB do sensor é realmente muito alta desde que esteja seca. No entanto, a resistência diminui rapidamente quando uma umidade é detectada.
O sensor e o resistor R2 são conectados em série, e os dois combinados criam um divisor de tensão que depende da umidade. Assim que a entrada 1 de N2 ficar baixa, ela redefine o biestável R-S. Como resultado, o oscilador N3 é ligado e a porta do driver N4 opera a campainha.
8) Detector de Mentiras
Outra ótima maneira de usar o circuito acima pode ser na forma de um detector de mentiras.
Para um detector de mentiras, o elemento sensor é substituído por dois pedaços de fio com as extremidades descascadas e estanhadas.
A pessoa que está sendo questionada recebe então os fios desencapados para segurar firmemente. A campainha começa a soar se o alvo contar mentiras. Essa situação é desencadeada devido à umidade gerada na pegada da pessoa por causa do nervosismo e da culpa.
O valor de R2 determina a sensibilidade do circuito; alguma experimentação pode ser necessária aqui.
Ao travar o interruptor S1 ON, o oscilador (e, portanto, o buzzer) pode ser desligado.
9) Injetor de Sinal
Um IC 4093 pode ser configurado efetivamente para funcionar como um circuito injetor de áudio. Este dispositivo pode ser usado para solucionar problemas de peças defeituosas em estágios de circuitos de áudio.
Se você já tentou consertar seus próprios sistemas de som, pode estar totalmente familiarizado com os recursos de um injetor de sinal.
Um injetor de sinal, para o leigo, é um gerador básico de ondas quadradas criado para bombear uma frequência de áudio em um circuito em teste.
Ele pode ser usado para detectar e identificar um componente defeituoso em um circuito. Um circuito injetor de sinal também pode ser usado para investigar as seções de RF de receptores AM/FM.
A figura acima mostra uma representação esquemática do Injetor de Sinal. A seção do oscilador ou gerador de onda quadrada do circuito é estruturada em torno de uma única porta (IC1a).
Os valores do capacitor C1 e do resistor R1/P1 definem a frequência do oscilador, que pode ser em torno de 1 kHz. Ajustando os valores de P1 e C1 para o estágio do oscilador, a faixa de frequência do circuito pode ser alterada.
O circuito saída de onda quadrada liga/desliga em todo o trilho de tensão de alimentação. Tensões de alimentação variando de 6 a 15 volts podem ser usadas para alimentar o circuito.
No entanto, você também pode usar uma bateria de 9V. A saída da porta N1 está interligada em série com as restantes três portas do IC 4093. Estas 3 portas podem ser vistas ligadas em paralelo entre si.
Com este arranjo, a saída do oscilador é adequadamente armazenada em buffer e amplificada para um nível que possa alimentar adequadamente o circuito que está sendo testado.
Como usar um injetor de sinal
Para solucionar problemas de um circuito usando um injetor, o sinal é injetado nos componentes de trás para frente. Digamos que você queira solucionar um rádio AM com um injetor. Você começa aplicando a frequência do injetor à base do transistor de saída.
Se o transistor e as outras partes que o seguem estiverem funcionando corretamente, o sinal será ouvido pelo alto-falante. Caso nenhum sinal seja audível, o sinal do injetor é transportado para o alto-falante até que um som seja produzido pelo alto-falante.
A parte imediatamente anterior a este ponto pode ser considerada mais provavelmente defeituosa.
10) Driver do tubo fluorescente
A figura acima representa o Inversor de luz fluorescente projeto esquemático usando o IC 4093. O circuito pode ser usado para alimentar uma lâmpada fluorescente usando duas baterias recarregáveis de 6 volts ou uma bateria automotiva de 12 volts.
Com alguns pequenos ajustes, este circuito é praticamente idêntico ao anterior.
Em seu formato existente, Q1 é alternadamente comutado de saturação e corte usando a saída do oscilador com buffer.
O primário de T1 experimenta um campo magnético ascendente e descendente como resultado da comutação do coletor de Q1, que está ligado a um terminal de um transformador elevador.
Como resultado, o enrolamento secundário de T1 experimenta uma indução de uma tensão flutuante substancialmente maior.
O tubo fluorescente recebe a tensão criada no secundário de T1, o que faz com que ele acenda prontamente e sem piscar.
Um tubo fluorescente de 6 watts pode ser acionado pelo circuito usando uma fonte de 12 volts. Ao empregar duas baterias úmidas recarregáveis de 6 volts, o circuito consome apenas 500 mA.
Portanto, várias horas de operação podem ser alcançadas com um único carregamento. A lâmpada funcionará de forma consideravelmente diferente do que quando alimentada por 117 volts ou 220 V de rede CA.
Nenhum starter ou pré-aquecedor é necessário, pois o tubo é energizado com oscilações de alta tensão. O transistor de saída deve ser instalado em um dissipador de calor durante a construção do circuito. O transformador pode ser bem pequeno com um primário de 220 V ou 120 V e um secundário de 12,6 volts e 450 mA.
11) Pisca Fluorescente
O Flasher Fluorescente, representado na figura acima, incorpora estágios do circuito oscilador fundamental 4093 e do circuito driver de luz fluorescente 4093.
Este projeto, composto por dois osciladores e um estágio amplificador/buffer, pode ser implementado como um luz de aviso piscando para veículos. Como pode ser visto, aqui, uma pinagem do estágio amplificador/buffer N3 se conecta com a saída do primeiro oscilador (N1).
O segundo oscilador construído em torno de N2 fornece a entrada para a outra perna do amplificador (N3). As duas redes RC independentes dos osciladores definem suas frequências de operação. Com a ajuda do transistor Q1, o sistema gera uma saída de comutação modulada em frequência.
Esta saída de comutação induz um pulso de alta tensão no enrolamento secundário do transformador T1. Sua saída só se torna baixa assim que ambos os sinais fornecidos ao IC1c estiverem altos. Esta baixa desliga Q1 e, eventualmente, a lâmpada começa a piscar.
12) Pisca de Lâmpada Ativada por Luz
O pisca-pisca fluorescente acionado por luz, como mostrado acima, é uma atualização do circuito de pisca-pisca fluorescente IC 4093 anterior. O circuito de pisca-pisca anterior 4093 foi reconfigurado para começar a piscar instantaneamente assim que um motorista que se aproxima ilumina o LDR com seus faróis.
Um LDR, R5, serve como sensor de luz no circuito. O potenciômetro R4 ajusta a sensibilidade do circuito. Isso deve ser ajustado de tal forma que quando um feixe de luz é lançado sobre o LDR a uma distância de 10 a 12 pés, a lâmpada fluorescente começa a piscar.
Além disso, o potenciômetro R1 é ajustado para garantir que quando a fonte de luz for removida do LDR, o pisca-pisca se desligue sozinho.
