Uma campainha eletrônica digital fornece recursos que campainhas comuns não têm. Podemos, por exemplo, identificar os toques de diferentes origens pela sua tonalidade, o que pode ser interessante se ela for também usada como dispositivo de chamada. A campainha digital proposta fornece 7 tons diferentes, com efeito inconfundível, sendo projetada a base de integrados C-MOS, de fácil aquisição no mercado especializado.
Podemos dividir o circuito em 3 partes para efeito de análise, e desta análise chegaremos facilmente às suas aplicações práticas: controlador, gerador de tom e comutador com estágio de saída.
Cada um destes circuitos será analisado separadamente, já que a análise do circuito como um todo está relacionada à transferência de sinal de um bloco a outro e a sua interação. (figura 1)
O circuito do controlador é formado pelos Cls 1 e 3, T1, C1, C2, R1, R2, R8, R9, R3 e R4. O Cl-1 e componentes periféricos formam o sistema de "clock" que controla a velocidade em que cada nota é comutada no alto-falante. Trata-se de um multivibrador astável em que R3, R4 e C2 são responsáveis pela frequência de operação.
Seu funcionamento é baseado no tempo de carga e descarga do capacitor C2, cuja tensão nas armaduras é responsável pela comutação dos comparadores internos do Cl-1, um 555, os quais setam e ressetam um flip-flop interno ligado a um inversor de potência. Na saída deste integrado são obtidos pulsos retangulares.
T1, R8 e R9 formam um inversor cuja função é habilitar o multivibrador "clock" de modo que, quando no ponto D houver nível lógico 0, no pino 4 de Cl-1 haverá nível lógico1 (transistor cortado). Nível lógico 1 no pino 4 do 555 habilita o Cl a oscilar.
Cl-3 é um 4024, um contador binário de 7 estágios, que tem por função contar os pulsos gerados por Cl-1 e enviá-los em um byte de 3 bits ao Cl-5 (bloco comutador).
O quarto bit deste contador (Q4) controla o Cl-1. Se esse bit for um 1, o Cl não funciona (desabilitado), em vista de T1. Caso seja 0, o Cl-4 é habilitado e ele gera um trem de pulsos.
C1, R1 e R2 formam uma rede diferenciadora, cuja função é gerar um único pulso com o fechamento da chave CH1. Mesmo que esta fique pressionada, um único pulso aparece no ponto E do circuito. A finalidade deste dispositivo é o acionamento temporizado da campainha, ou seja, fixar um tempo para que ela funcione e volte ao repouso. Este tempo é justamente o intervalo de acionamento das 7 notas.
Podemos com isso passar ao funcionamento do bloco inteiro:
Ao ser acionada CH1, o pulso da rede diferenciadora reseta Cl-3, levando todas as suas saídas a zero e, consequentemente, habilitando Cl-1, que começa a gerar pulsos. Os pulsos são contados por Cl-3, cujo limite de contagem é transmitido à etapa seguinte (Cl-5). Ao ser atingido o oitavo pulso, o pino 6 (ponto D) passa ao nível lógico 1, saturando T1 e desabilitando Cl-1, que para de oscilar. Percebe-se então que a temporização mencionada anteriormente vem de um loop de realimentação entre CI-3 e CI-1, o qual é quebrado com o pulso gerado por CH1, vindo a se restabelecer no oitavo pulso de clock. Para R3 = 1k, R4 = 10k e C2 = 20/1F, temos uma cadência mínima de 13,8 ms e máxima de 0,29s. A temporização mínima é de 97ms e a máxima de 2,03s. A tabela da figura 2 mostra, em síntese, o que foi explicado.
Analisemos agora o bloco gerador de tom. Ele é composto por um multivibrador astável e um divisor de frequência. O multivibrador astável é, na verdade, um circuito cuja função é gerar um tom fundamental, e cujos demais tons são conseguidos a partir de submúltiplos desta frequência.
Ele é formado por R5, R6, R7, C3 e CI-2. Sua configuração é semelhante à do gerador de clock, porém com uma diferença: a frequência de operação é maior.
A frequência do tom fundamental varia entre 4,3kHz e 102,13kHz.
Observa-se então que parte do tom fundamental está fora da faixa audível (20Hz a 20kHz), o que pode gerar uma dúvida: como será possível obter sons audíveis?
A resposta está no divisor de frequência formado por outro 4024, agora na configuração citada. Cada saída tem um "peso", o qual é um valor que divide a frequência fundamental, gerando então um tom que possui frequência submúltipla do tom fundamental.
Exemplo: tomando a saída Q4 (pino 5) de CI-4, que tem um peso 24 = 16, o que significa que a cada 16 pulsos de entrada temos um de saída, a frequência será do tom fundamental sobre 16. Para o valor máximo de 102,13MHz, teremos uma saída de 6,38kHz, que está dentro da faixa audível.
Percebe-se, entretanto, que Q1 e Q2 (21 e 22) ainda resultam em tons acima do audível. Mas, sendo R5 um trimpot, pode-se ajustar o tom fundamental para que os submúltiplos estejam dentro da faixa audível. A tabela da figura 3 mostra os valores de frequência para um ajuste médio de um tom fundamental.
Temos, finalmente, o bloco comutador e de potência. Até o momento vimos que os tons submúltiplos estão disponíveis nas saídas Q1, Q2, Q3 até Q7. Para termos 7 tons regressivos (do agudo para o grave) temos de selecionar estas saídas numa sequência tal que haja a desejada regressão. Isso é feito pelo multiplex analógico 4051 (CI-5). Este circuito funciona como uma chave de 1 polo x 8 posições, onde o posicionamento é feito digitalmente através de byte de 3 bits (octal). O posicionamento ou seleção do canal transferido é feito mediante o valor do byte endereçador, gerado pelo circuito controlado.
A cada novo byte, a chave encontra uma nova posição, ou um novo canal é habilitado, ligando a saída do divisor de frequência à saída do MUX (pino 3 de CI-5).
Como o byte seguinte tem o valor incrementado de 1, a chave seleciona saídas consecutivas, as quais estão ligadas sequencialmente, indo do peso menor (21) ao peso maior (27), numa regressão de tons. Na figura 4 temos uma tabela que mostra o modo de comutação do MUX 4051. Observe que o byte 000 não é usado. Isso é para que, quando o controlador estiver em loop fechado, não haja emissão de tom algum. O transistor T2 mais R11 e R10 formam um buffer não inversor cuja função é fazer a excitação do alto-falante.
A fonte é opcional, pois o circuito também pode ser alimentado por bateria. Porém, para o uso contínuo, o melhor mesmo é o uso de fonte. Ela é formada por T3, Z1 e R12 na configuração de regulador série.
MODIFICAÇÕES
Para quem não acha interessante o modo de geração de tons, pode-se tentar as seguintes modificações:
1. Para obter tons modulados por algum submúltiplo do tom fundamental, ligar o ponto B num dos pinos de saída de CI-4.
2. Para repetição das 7 notas, ligar o ponto D ao pino 5 de CI-3 para repetir duas vezes e pino 4 para 4 vezes. No pino 3 teremos 8 repetições.
Para repetição contínua, basta interromper a ligação do ponto D.
MONTAGEM
Temos na figura 5 o diagrama completo da campainha. Na figura 6 é dada a placa de circuito impresso, devendo ser observados os cuidados normais na montagem, como por exemplo o posicionamento dos circuitos integrados.
PROVA E USO
Depois de montar o aparelho, faça uma inspeção geral, atentando para possíveis soldas frias, maus contatos e inversão de componentes. Estando tudo em ordem, ligue a alimentação. Inicialmente deve haver emissão de algum som que logo para.
Pressione CH1. Deve haver a emir são de 7 tons decrescentes. Se a emissão for muito rápida, ajuste R4. Se o tom for muito agudo, ajuste R5.
Caso não haja operação do circuito segundo o esperado, temos a seguinte sequência de procedimentos sugeridos:
— Se não houver emissão de som, verifique a fonte. — Se não houver comutação, verifique CI-1, CI-3, C2, R3 e R4.
— Se não houver início de tons ao pressionar CH1, verifique Cl, R1 e R2.
— Se não houver a parada de emissão, verifique T1, R8 e R9.
