Projetos com o 4093 (ART534)

As quatro portas NAND do circuito integrado 4093 podem ser configuradas em sua função lógica original como osciladoras, monoestáveis e amplificadores digitais. Essa versatilidade permite o desenvolvimento de milhares de projetos baseados unicamente neste componente. Neste artigo focalizamos 5 circuitos práticos usando o CI CMOS 4093.

O circuito integrado CMOS 4093 é formado por 4 portas NAND disparadoras num invólucro DIL de 14 pinos, com a pinagem mostrada na figura 1.

Pinagem do 4093

Cada uma das portas pode ser usada de forma independente, alimentada com tensões de 3 a 15 V e quando configuradas como oscilador operar em freqüências de até 7 MHz (10 V).

Os circuitos que damos a seguir podem ser modificados à vontade para que seu desempenho seja adequado à aplicação.

Interruptor Noturno

O circuito mostrado na figura 2 ativa uma pequena lâmpada indicadora que passará a piscar quando a iluminação ambiente é reduzida. O ponto de disparo do circuito é determinado por P1 e a freqüência das piscadas é ajustada em P2.

Circuito que acenderá uma lâmpada indicadora quando a iluminação ambiente é reduzida.

O sensor é um foto-transistor comum que, para maior eficiência deve ser montado num tubo e apontado para o local em que se deseja monitorar a luz. Esse sensor não pode receber a luz da própria lâmpada que alimentada para que não ocorram realimentações, capazes de instabilizar o circuito.

Para lâmpadas até 50 mA pode ser usado um BC548 e para lâmpadas de 200 mA a 1 A, deve ser usado um Darlington de potência, como o TIP120, montado num radiador de calor.

O consumo em repouso é muito baixo. O consumo, quando ativado, depende apenas da lâmpada usada. Assim, para alimentação de lâmpadas maiores deve ser usada fonte ou bateria.

Na figura 3 temos uma sugestão de placa de circuito impresso para a montagem do interruptor noturno. No desenho da placa prevemos a utilização do TIP120. Transistores equivalentes podem ter terminais diferentes, exigindo alterações da placa.

Sugestão de placa .

A tensão de alimentação deve ser de acordo com a lâmpada usada, podendo ficar entre 6 e 12 V para as aplicações comuns.

Para ajustar o aparelho, basta cobrir o sensor e atuar sobre P1 para determinar o disparo do circuito. Depois, ajusta-se P2 para a freqüência das piscadas.

Pulsador Luminoso Alternado

O circuito da figura 4 faz com que duas lâmpadas pisquem alternadamente numa freqüência que pode ser ajustada em P1.

Neste circuito, duas lâmpadas piscam alternadamente.

Uma das portas NAND é usada como oscilador, cuja freqüência depende basicamente do valor de C1, enquanto que as demais portas são configuradas como amplificadores digitais e ligadas em paralelo para poder excitar dois transistores complementares.

Para pequenas lâmpadas até 50 mA podem ser usados transistores de baixa potência como os BC548/558. Para lâmpadas de maior corrente devem ser usados os TIP120 e TIP115, montados em radiadores de calor.

A tensão de alimentação do circuito depende da lâmpada usada.

Uma das aplicações possíveis para este circuito é na sinalização de emergência, em triângulos de uso de automotivo ou mesmo na sinalização da saída de veículos. Uma fonte de acordo com a corrente e tensão das lâmpadas deve ser usada.

Na figura 5 temos uma sugestão de placa de circuito impresso para a montagem da versão com transistores de potência.

Sugestão de placa.

Timer Indicador de Barra Móvel de 4 LEDs

Um indicador tipo "bargraph" ou de barra móvel com 4 LEDs pode ser implementado ligando-se as quatro portas NAND do 4093 como comparadores de tensão. O circuito da figura 6 mostra como isso pode ser feito.

Circuito do bargraph.

A rede de resistores de R2 a R5 determina o ponto de disparo de cada LED, podendo os valores desses componentes ser alterados, conforme a aplicação.

Os indicadores são LEDs vermelhos comuns e a tensão de alimentação do circuito é feita com tensões de 6 a 12 V.

Quando o circuito é alimentado, o capacitor C1 começa a carrega-se lentamente de modo que a tensão na entrada do indicador bargraph sobe lentamente, acende os LEDs um a um até que se completa a temporização.

O ajuste de P1 e o valor de C1 determinam a velocidade com que a temporização ocorre. Valores máximos de P1 estão em torno de 100 k ? e para C1, 1 500 µF o que resulta numa temporização de alguns minutos.

Para iniciar uma segunda temporização, deve-se aguardar alguns segundos até que o capacitor C1 se descarregue. O valor de R5 determina a sensibilidade do circuito, devendo ser alterado, se a subida não ocorrer até o final da escala (quatro LEDs acesos).

Na figura 7 temos uma placa de circuito impresso para a montagem desse temporizador.

Sugestão de placa do bargraph.

Dentre as aplicações possíveis para este circuito sugerimos a temporização de jogadas, determinação do tempo de reposta de perguntas em competições escolares.

Uma adaptação que pode ser feita ao circuito é ligar um transistor PNP no último LED, conforme mostra a figura 8, e acionar com ele um relé no final da temporização.

Adaptando o circuito com o BC558 no lugar do LED.

O relé deve ser de 50 mA de corrente de bobina, no máximo, e tensão de acordo com a usada na alimentação.

Uma escala de tempos pode ser agregada a P1, com base nas comparações feitas com a ajuda de um cronômetro comum. O circuito pode ser alimentado por pilhas comuns.

Gerador de Sons/Ultrassons

Sons e ultrassons podem ser gerados com o circuito mostrado na figura 9.

Circuito gerador de sons e/ou ultrassons.

O que temos é um oscilador/amplificador em contrafase que alimenta um transdutor piezoelétrico comum de alta impedância. Alguns desses transdutores, como os usados em tweeters possuem uma resposta de freqüência suficientemente boa para alcançar a faixa dos ultrassons até uns 25 kHz.

Assim, temos duas possibilidades de uso para o aparelho: usando cápsulas piezoelétricos comuns com resposta de freqüência mais baixa, geramos sons. O potenciômetro ou trimpot P1 é então ajustado para se obter o maior rendimento.

Por outro lado, usando um tweeter piezoelétrico, do qual o transformador interno tenha sido retirado e ligado diretamente o transdutor, reduzimos o valor de C1 e geramos ultrassons.

As aplicações para os dois casos são interessantes:

a) sons

* Sistemas de aviso ou alarmes

* Espanta mosquitos

* Gerador de áudio

b) Ultrassons

* Espanta animais (cachorros, etc.)

* Chama-cachorro

* Gerador para experimentos de física

Na figura 10 mostramos uma placa de circuito impresso para implementação desse circuito.

Sugestão de placa de circuito impresso.

Para gerar ultrassons, ligue a alimentação e ajuste P1 até que o som se torne agudo até desaparecer, ou seja, sair do alcance dos nossos ouvidos.

Se tiver um osciloscópio ou freqüencímetro, pode usá-lo para determinar a freqüência das oscilações.

Nervo Teste

O Nervo-teste é um jogo eletrônico tradicional. O jogador deve passar uma argola de metal por um arame tortuoso, sem deixá-la encostar nesse arame. Se isso ocorrer o circuito dispara indicando uma falta. Vence quem conseguir passar a argola até o final do arame ou ainda que cometer menos faltas.

A versão da figura 11, dispara por certo intervalo de tempo um oscilador, que emite um som, sempre que houver um toque da argola no arame (falta).

O circuito do nervo-teste.

O circuito é temporizado, o que quer dizer que independentemente de quão pequeno seja o toque, o som emitido tem sempre a mesma duração. Essa duração depende de C1 e de R1, componentes que podem ser alterados pelo montador.

O transdutor é do tipo cápsula piezoelétrica de alta impedância e a alimentação do circuito pode ser feita por pilhas ou bateria comuns. O consumo é muito baixo, já que ele ocorre praticamente somente quando o som é produzido.

Na figura 12 temos uma sugestão de placa de circuito impresso para a montagem do Nervo-Teste.

Placa do nervo-teste.

A argola e arame tortuosos são feitos com pedaços de fio nú rígido grosso (16 ou 18).

Teste o aparelho, encostando por um instante a argola no arame tortuoso. O aparelho deve emitir som por alguns segundos. Se quiser alterar esse tempo, modifique o valor de C1.