A chave eletrônica digital é um circuito de acionamento sem partes mecânicas desenvolvido para controlar o ligamento e desligamento de cargas elétricas com alta precisão e sem repique (debounce). Utilizando a lógica digital de circuitos integrados CMOS ou TTL para comutar transistores, TRIACs ou relés, este projeto é ideal para aplicações em automação residencial, controle industrial e sistemas microcontrolados. Neste artigo, apresentamos o esquema elétrico completo, o funcionamento do circuito e o passo a passo para sua montagem.
Obs. Este artigo é de 1981, mas pode ser montado ainda hoje com facilidade.
Um sequenciador de quatro canais para a comutação de sinais de áudio num sistema estereofônico, assim pode ser resumida nossa chave eletrônica digital.
Utilizando como base a chave eletrônica formada pelo integrado 4016, este circuito comuta em sequência, pela ação sobre um interruptor único, os sinais de entrada para um amplificador de áudio estereofônico.
A cada toque que for dado na chave, uma posição da entrada será comutada. o que equivale dizer que se passa da entrada A para a entrada B. No toque seguinte, passa-se da entrada B para a C e assim por diante.
A maior vantagem deste sistema está na não necessidade de se usar relês já que a “chave eletrônica" formada pelo 4016 pode trabalhar diretamente com os sinais de pequena intensidade que são provenientes de aparelhos tais como sintonizadores, pré-amplificadores, microfones, cápsulas fonográficas, etc.
Conforme mostra a figura 1 esta chave eletrônica é intercalada entre a entrada do amplificador e as saídas das fontes de sinais que normalmente são usadas pelo leitor.
Totalmente de funcionamento independente, esta chave eletrônica não exige qualquer tipo de alteração no equipamento de som, nem nas fontes de sinais, podendo ser colocada ou retirada a qualquer momento de seu circuito.
COMO FUNCIONA
Na figura 2 temos um diagrama de blocos que corresponde à chave eletrônica de 4 posições, e por onde faremos uma análise de seu funcionamento.
O bloco mais importante é justamente o terceiro que corresponde à chave propriamente dita e que tem por base um circuito integrado 4016.
Este circuito integrado, uma "Quad Bilateral Switch”, pode ser considerado um interruptor de estado sólido, ou seja, um interruptor em que o controle de um sinal é feito pela aplicação de níveis lógicos em entradas apropriadas.
Na figura 3 temos o circuito equivalente a,uma destas chaves, onde os terminais Yn correspondem às entradas, os terminais Zn correspondem às saídas, e os terminais En correspondem ao controle da chave.
Veja que os terminais de entrada e saída podem ser trocados, já que não há polaridade para o sinal controlado.
O integrado 4016 é formado por 4 destas chaves o que nos permite então o controle de 4 canais de um circuito. Usando dois circuitos integrados deste tipo podemos então ter 4 canais de controle num sistema estereofônico.
Com relação ao tipo de sinal com que a chave pode trabalhar é importante conhecer esta característica.
Assim, para sinais de áudio, numa resistência de carga de 10 k e de frequência 1 kHz temos uma distorção de 0,31% (sinal senoidal).
A frequência de resposta da chave é de 90 MHz no estado "ON" ou seja, em condução, o que é mais do que suficiente para nos garantir uma perfeita linearidade de resposta na faixa de áudio.
A resistência existente entre os terminais da chave no estado “ ON", ou seja, ligada, tem um valor típico em torno de 600 ohms, o que não significa uma atenuação para os sinais obtidos de fontes comuns.
No estado “OFF" a máxima corrente que circula entre os “contactos" das chaves é da ordem de 200 nA o que não é suficiente para excitar as entradas dos amplificadores comuns.
O que se faz então é ligar cada entrada de sinal numa das chaves correspondentes ao integrado, e todas as saídas unidas, na entrada do amplificador.
Excitando em sequência as chaves por meio de sinais elétricos podemos determinar qual será ligada e que portanto conduzirá o sinal para o amplificador.
A obtenção da sequência é justamente feita pelo segundo bloco.
Este bloco utiliza um circuito integrado 4071 que é formado por 4 portas OR.
Estas portas são ligadas de tal maneira a formar um decodificador que funcionará em conjunto com a etapa anterior. Assim, a etapa de entrada que é a contadora, fornece sinais codificados correspondentes de 1 à 4 que este circuito deve decodificar de modo a acionar em sequência as 4 chaves. (figura 4)
O primeiro bloco do circuito, aqui analisado em último lugar, é que fornece os impulsos em código para comutação do circuito. São usados 2 flip-flops num único integrado 4013 de tal maneira a se obter um contador até 4.
As saídas Q são conectadas às entradas D de modo a dividir por 2 em cada flip-flop os pulsos de entrada, obtendo-se assim a contagem até 4 desejada.
A alimentação do circuito vem de uma única bateria de 9 V que no caso terá grande durabilidade em função do baixo consumo da unidade: da ordem de poucos miliampères.
Como se trata de montagem em que sinais de áudio de baixa intensidade e alta impedância são trabalhados o máximo de cuidado deve ser tomado com a blindagem dos fios. Em especial devem ser blindados os cabos de entrada e saída dos sinais de áudio.
OS COMPONENTES
Veja que todos os componentes desta montagem são basicamente circuitos integrados, isto é, não são usados nem capacitores e nem resistores. Como, entretanto, cada circuito integrado possui 14 pontos de ligação e estes muito próximos, a única técnica recomendada para a montagem é a que faz uso de placa de circuito impresso.
Os leitores menos seguros podem evitar problemas de queima dos integrados pelo excesso de calor usando soquetes DIL de 14 pinos para eles (figura 5).
Os jaques de entrada e de saída devem ser do tipo que melhor se adapte ao seu equipamento de som. Sugerimos para as entradas, jaques do tipo RCA fêmea, e para a saída pode ser usado um jaque do mesmo tipo ou então um cabo de 1 m com um plugue RCA.
A caixa para montagem deve ser preferivelmente metálica com o polo negativo da bateria ligado à mesma, fornecendo assim a blindagem que impedirá a captação de zumbidos.
MONTAGEM
Para as soldagens deve ser usado um ferro de pequena potência com ponta fina.
O máximo de cuidado deve ser tomado com as soldagens para que espalhamentos de solda não curtocircuitem os terminais dos integrados. Se isso acontecer, a "ponte" pode ser removida com um palito comum.
Na figura 6 temos então o circuito completo da chave eletrônica digital.
Na figura 7 temos a nossa sugestão para placa de circuito impresso em tamanho natural.
Se o leitor tiver habilidade, pode redesenhar a placa em dupla face, reduzindo assim o número de jumpers.
Para a montagem são as seguintes as nossas sugestões:
a) Depois de terminar a placa de circuito impresso confira bem as tiras de cobre, verificando se não existem interrupções ou pontos de contatos indesejáveis. As interrupções podem ser corrigidas com um pouco de solda, e os contatos indesejáveis eliminados pelo corte fundo no local com uma lâmina afiada.
b) Solde em primeiro lugar os circuitos integrados, observando sua posição que é dada pela marca que identifica o pino 1. Seja cuidadoso e rápido na soldagem dos terminais dos circuitos integrados.
c) Solde os jumpers que devem ser curtos e diretos. Use pedaços de fio rígido com ou sem capa para os jumpers.
d) Complete a montagem com a fixação dos interruptores na caixa, e os jaques. Uma sugestão consiste em se fazer o interruptor remoto, podendo ser usado no caso até mais de 5 metros de cabo. Este cabo não precisa ser blindado.
A soldagem dos jaques à placa deve ser feita com fio blindado e a malha deste fio deve ser soldada à caixa.
e) Solde o conector da bateria observando a sua polaridade.
Terminada a montagem, confira todas as ligações. Estando tudo certo o leitor pode fazer uma prova de funcionamento.
PROVA E USO
Para provar o aparelho ligue-o na forma mostrada na figura 8.
Se o leitor dispuser de um gerador de áudio, pode ligar este aparelho nas entradas para fazer seu teste.
Ligue o amplificador à médio volume e acione a chave até que a entrada desejada seja reproduzida no amplificador. Experimente todas as entradas para verificar se funcionam corretamente.
Importante: o circuito só opera com sinais de pequena intensidade já que a corrente em cada chave é limitada. Não ligue, portanto, na entrada do circuito a saída de amplificadores ou outras fontes de potências, pois pode ocorrer a queima do integrado.
LISTA DE MATERIAL
C1-1 - 4013 - Dual D Flip-Flop - C-MOS
CI-2 - 4071 - Quad 2 input or gate - C-MOS
CI-3, CI-4 - 4016 – Quad Bilateral Switches - CMOS
S1 - Chave de 1 polo x 2 posições
S2 - Interruptor simples
B1 - Bateria de 9 V
J1 a J10 - Jaques RCA comuns
Diversos: placa de circuito impresso, suporte para os integrados, para
montagem, etc.
