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Bargraph econômico (ART101)

Existem aplicações em que um indicador Bargraph (Barra Móvel) com 4 LEDs é necessário. O leitor poderá ter uma versão econômica que não precisa de circuitos integrados especiais como o LM3914 ou o UAA180 empregando a configuração que descrevemos, e que se baseia num simples 4093. As aplicações para o circuito que funciona entre 3 e 15 V são praticamente ilimitadas.


Descrevemos a montagem de um indicador bargraph (barra móvel) com 4 LEDs (mas que pode ser expandido com o uso de mais integrados), que pode ser usado em diversas aplicações como:

   a) Provadores de componentes ou medidores de continuidade.
   b) Medidores de temperatura ou intensidade luminosa.
   c) Monitores de tensão ou de estado de baterias.
   d) Indicadores de nível de sinal (áudio ou RF) como VU-meter, por exemplo.

Na versão exemplificada usamos 4 LEDs, mas se forem empregados dois integrados poderemos ter uma escala de 8 LEDs. A definição ou "janela" de acionamento vai depender dos valores dos componentes usados, e a precisão é dada pela histerese do 4093. O importante do projeto é que a elevada impedância de entrada do circuito integrado 4093 possibilita a utilização de resistores de valores muito elevados no divisor de referência, e com isso uma impedância de entrada muito alta para o circuito indicador.

Os valores sugeridos no texto são para uma utilização normal, podendo o leitor fazer alterações numa ampla faixa conforme as características finais desejadas. Observamos que a tensão de entrada não deve ultrapassar nunca a tensão de alimentação usada para o circuito.


COMO FUNCIONA
O circuito integrado 4093 consiste de 4 portas NAND de 2 entradas que podem ser usadas como inversores. Quando a tensão de entrada de uma das portas (ligada como inversor) atinge o limiar do disparo, a saída vai ao nível baixo, podendo drenar uma corrente de alguns miliampères.
Esta tensão limiar estará num valor intermediário entre a tensão de alimentação e zero volts. Todavia, conforme mostra a figura 1, o 4093 tem uma histerese, o que quer dizer que, mesmo que a tensão caia um pouco logo após o disparo, o circuito retorna não volta à sua condição inicial.



Figura 1 - A histerese do 4093.


No nosso projeto, o que fazemos é ligar uma rede de resistores em série nas entradas das quatro portas do 4093. Desta forma, cada um dos circuitos integrados disparará com uma tensão levemente superior à do anterior, formando um sistema de acionamento escalonado.
O primeiro LED acende portanto com a tensão mais baixa, o segundo com uma tensão um pouco maior, até o último que acende com a tensão mais elevada de entrada. Como o acendimento de um LED não implica que o LED anterior apague, o sistema funciona como um indicador tipo barra móvel. Neste sistema, para a tensão mais alta de entrada todos os LEDs estarão acesos. Os valores dos resistores da rede vão determinar o ponto de acionamento de cada LED. No nosso caso, incluímos ainda um ajuste da escala que é um trimpot no final da rede. Este componente pode eventualmente ser substituído por um resistor fixo. Um ponto importante a ser observado é que não devemos aplicar na entrada do circuito uma tensão maior que a usada na sua alimentação.
  

MONTAGEM
Na figura 2 temos o diagrama completo do indicador de barra móvel.

Figura 2 - Diagrama completo do Bargraph com 4 LEDs. Podem ser ligados mais LEDs, acrescentando-se integrados.


Para uma aplicação simples podemos montar o circuito numa placa de circuito impresso com a disposição de componentes ilustrada na figura 3.

Figura 3 - Placa de circuito impresso para a montagem.


Os LEDs podem ser todos vermelhos ou de qualquer cor, com formatos que dependem da aplicação. O uso de LEDs retangulares torna a montagem visualmente mais interessante. Na montagem é importante observar a polaridade dos LEDs e que sejam todos de mesmo brilho. É comum que num lote de LEDs encontremos diferenças bastante grandes entre os brilhos das unidades. O valor dos resistores em série com esses LEDs podem ser alterados para compensar as diferenças de brilho. No entanto, na média o brilho vai depender da tensão de alimentação sendo sugeridos os valores da seguinte tabela:

Tensão de Alimentação - R5, R6, R7, R8
3 V - 100 ohms
5 V - 330 ohms
6 V - 470 ohms
9 V - 680 ohms
12 V - 1 k ohms
15 V - 1,5 k ohms

PROVA E USO
Para provar, basta ligar o circuito numa fonte de alimentação e aplicar na sua entrada uma tensão crescente por meio de um potenciômetro, conforme verificamos na figura 4.



Figura 4 - Circuito de teste para o bargraph

Com um voltímetro na entrada do circuito é possível ajustar ou estabelecer a tensão de acionamento, e eventualmente recalcular os resistores de R2 a R4 que determinam os pontos de acionamento de cada LED. Na figura 5 temos uma aplicação do circuito como medidor de temperatura usando um diodo comum como sensor.

Figura 5 - Medidor de temperatura usando um diodo comum como sensor.


Para uma resposta numa faixa mais estreita do mesmo circuito podemos agregar um transistor amplificador, como mostra a figura 6.



Figura 6 - Aumentando a sensibilidade do sensor de temperatura.


Na figura 7 temos o uso do circuito num VU-meter que pode ser ligado na saída de qualquer amplificador de áudio comum.

Figura 7 - Usando o circuito como um indicador de nível sonoro (Vu-meter)

O capacitor ligado na entrada determina a inércia do circuito e sua resposta às variações a sons mais graves ou agudos. Para um provador de componentes basta ligar as pontas de prova nos pontos indicados na figura 8.



Figura 8 - Provador de continuidade com indicação de resistência por barra móvel.


A faixa de resistências de continuidade vai depender dos valores dos resistores usados. Outras aplicações para o circuito ficam por conta de cada montador.



LISTA DE MATERIAL


Semicondutores:

CI1 - 4093 - circuito integrado CMOS
LED1 a LED4 - LEDs vermelhos comuns


Resistores: (1/8W, 5%)
R1 - 10 k ohms - marrom, preto, laranja
R2 - 47 k ohms - amarelo, violeta, laranja
R3 - 33 k ohms - laranja, laranja, laranja
R4 - 22 k ohms - vermelho, vermelho, laranja
R5, R6, R7, R8 - 1 k ohms - marrom, preto, vermelho
P1 - 220 k ohms - trimpot


Capacitores:

C1 - 10 a 100 µF - eletrolítico


Diversos:
S1 - Interruptor simples (opcional)
B1 - 6 a 12 V - bateria ou fonte
Placa de circuito impresso, fios, solda, etc.

 

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