Existem aplicações em que os sinais retangulares com ciclos ativos de 50% (ondas quadradas) não servem e que por isso é preciso dispor de algum tipo de recurso para modificar estas características. O circuito que apresentamos permite selecionar 1 entre 8 ciclos ativos possíveis e ajustar a frequência num potenciômetro. Uma chave adicional permite selecionar também a faixa de frequência do circuito. As aplicações ficam por conta dos leitores e das sugestões que daremos.
Um multivibrador astável usando um 555 não tem um ciclo ativo exatamente de 50%, conforme mostra a figura 1 pois o tempo no nível alto é dado pela carga do capacitor através de dois resistores (Ra+Rb) e o tempo no nível baixo é dado pela descarga por Rb.
Assim, por menor que seja Rb em relação a Ra não conseguimos "zerar" este componente e com isso o ciclo ativo deixa de ser exatamente 50%. Por outro lado, um circuito como o da figura 2 em que usamos um 4093 tem um ciclo ativo de 50% pois os tempos no nível alto e no nível baixo são dados pela carga e descarga do capacitor através do resistor.
Podemos alterar os ciclos ativos desses dois tipos de osciladores com o uso de diodos que mudam o percurso da corrente de carga e descarga do capacitor de modo que possamos usar resistores diferentes para o processo, conforme mostra a figura 3.
O que propomos neste artigo é algo diferente: usar um oscilador comum para excitar um contador 4017 que será programado de tal forma a modificar o ciclo ativo de acordo com a divisão de frequência feita.
Escolhendo a frequência apropriada do oscilador e o valor do quociente da divisão podemos ter sinais com frequências e ciclos ativos de acordo com a finalidade desejada.
Em que tipo de aplicações podemos usar este circuito?
Com modificações que vão desde o uso de uma programação fixa para o ciclo ativo até a eliminação do inversor na saída, podemos ter as seguintes possíveis utilidades para o circuito básico apresentado:
* Sistema de sinalização em que o oscilador excita uma lâmpada que dará pulsos de curta duração, com maior economia de energia.
* Fontes chaveadas em que a tensão de saída pode ser determinada pela duração do ciclo ativo.
* Temporizadores em que o tempo de acionamento (duração do pulso) pode ser programado de acordo com o intervalo de acionamento (intervalo entre pulsos).
* Controles de potência em que a potência aplicada a uma carga por meio de triac ou SCR depende do tempo de condução e portanto do ciclo ativo.
Evidentemente, como levar avante cada projeto depende do leitor. A configuração básica do oscilador com ciclo ativo selecionável é dada a seguir.
COMO FUNCIONA
O oscilador que fornece o sinal para o circuito é elaborado em torno de uma das quatro portas disparadoras de um 4093. O capacitor que determina a faixa de tempo é selecionável por meio de S1. Evidentemente, dependendo da aplicação pode-se usar um capacitor fixo.
Na verdade, os valores indicados não são os limites admitidos. Valores na faixa de 200 pF a 1 000 uF podem ser usados.
O ajuste fino da frequência é feito pelo potenciômetro P1. Também neste caso, dependendo da aplicação podemos usar um resistor fixo.
O que podemos dizer é que, com uma alimentação de 12 volts o 4093 deve oscilar em frequências de até aproximadamente 4 MHz.
Uma porta adicional do 4093 é usada para funcionar como buffer excitando diretamente e entrada de clock que é o pino 14 do 4017.
O circuito 4017 consiste num contador/divisor por 10, em que temos uma saída de 10 no nível alto a cada pulso de entrada.
Realimentando a última saída usada a entrada de reset temos a contagem até valores menores. Por exemplo, se ligarmos a oitava saída ao Reset teremos a contagem até 7.
Uma característica importante do circuito quando fazemos esta contagem menor é que o ciclo ativo do sinal de entrada fica alterada e é isso exatamente que desejamos.
Assim, ao mesmo tempo que dividimos a frequência, alteramos de modo perfeitamente previsível o ciclo ativo do sinal.
No nosso caso temos então as seguintes possibilidades selecionáveis pela chave S2.
Uma possibilidade interessante para o projeto consiste em se associar mais de um 4017 de modo a modificar ainda mais os ciclos obtidos.
Uma terceira porta do 4093 é aproveitada para se obter um inversor de modo a termos ciclos ativos complementares dos indicados. Assim, na posição da chave em que ela está em 4 podemos obter ciclos ativos de 20% e também de 80% nesta porta inversora.
O circuito é CMOS é pode ser alimentado com tensões de 3 a 15 volts.
MONTAGEM
Na figura 4 temos o diagrama completo do circuito básico que, evidentemente, dependendo da aplicação pode fazer parte de outro equipamento.
Se o leitor quiser uma montagem independente em placa de circuito impresso a disposição dos componentes é mostrada na figura 5.
Para maior segurança e facilidade de troca os circuitos integrados podem ser montados em soquetes DIL. Lembramos que nas frequências mais altas é importante tomar cuidado com a disposição dos componentes para que não ocorram instabilidades de funcionamento.
Os capacitores podem ser cerâmicos ou de poliéster e o resistor é de 1/8W. O potenciômetro ou trimpot é opcional, devendo para o caso de potenciômetro sua ligação ser feita com fios curtos se a frequência de operação estiver acima de 1 MHz.
As chaves podem ser do tipo rotativo, e no caso de S2 pode até ser aproveitada de algum equipamento antigo. Os antigos estabilizadores manuais de voltagem usados em televisores usavam estas chaves e quem sabe, com sorte, o leitor pode encontrar um para retirar a chave (se bem que seu tamanho relativamente grande afete um pouco a compacidade do projeto).
Outra possibilidade para se eliminar o uso de S2 consiste em se usar uma barra de micro-switches que podem então ser acionadas com a ponta de uma caneta, conforme mostra a figura 6.
Neste caso, evidentemente, o leitor deve antes obter a barra de chavinhas e alterar o desenho da placa de circuito impresso para fazer sua montagem junto ao CI-2.
PROVA E USO
Se o leitor tiver um osciloscópio será fácil verificar o funcionamento do circuito e até medir o ciclo ativo dos sinais gerados, assim como sua frequência.
Com um osciloscópio de duplo traço ou canal é possível comparar os sinais da saída do oscilador com o 4093 e do próprio circuito, conforme mostra a figura 7.
Os leitores que trabalham com projetos digitais podem até usar este circuito como um oscilador de prova com ciclos ativos selecionáveis para testes de equipamentos.
SUGESTÃO DE PROJETO
Na figura 8 mostramos uma aplicação final com base neste projeto em que temos uma lâmpada de sinalização que produz pulsos de curta duração (11,1% de ciclo ativo) de modo a se obter uma condição de baixo consumo.
O circuito é alimentado pela rede de energia e pode controlar lâmpadas comuns de saída de portas de garagem ou ainda em locais de obras de até uns 200 watts sem maiores problemas. O circuito pode funcionar tanto na rede de 110 V como 220 V bastando para isso usar o transformador e o SCR apropriados.
Para lâmpadas acima de 40 watts o SCR deve ser dotado de um radiador de calor. Observamos que este circuito está diretamente ligado à rede de energia e por isso devem ser tomados cuidados especiais com os isolamentos e seu alojamento numa caixa fechada.
LISTA DE MATERIAL
Semicondutores:
CI-1 - 4093 - circuito integrado CMOS
CI-2 - 4017 - circuito integrado CMOS
Resistores: (1/8W, 5%)
R1 - 10 k?
P1 - 1 M? - trimpot ou potenciômetro
Capacitores:
C1 - 1 nF - cerâmico ou poliéster
C2 - 100 nF - cerâmico ou poliéster
C3 - 1 uF - poliéster ou eletrolítico
Diversos:
S1 - Chave de 1 pólo x 3 posições rotativa
S2 - Chave de 1 pólo x 8 posições rotativa ou dip-switch - ver texto
Placa de circuito impresso, soquetes para os integrados, botões para as chaves, fios, solda, etc.
