O Circuito Integrado CMOS 4093 é um dos mais versáteis da família, podendo ser usado numa infinidade de soluções em que se deseja um oscilador, conformador de sinal, buffer digital, disparador ou mesmo em sua função normal NAND. Assim, explorando as incríveis capacidades do circuito integrado CMOS 4093, fornecemos uma interessante seleção de projetos básicos que podem servir de base para montagens mais sofisticadas. Os circuitos foram aproveitados do livro do autor desse artigo, CMOS Projects and Experiments, publicado nos Estados Unidos e também traduzido para o Russo.
O livro CMOS Projects and Experiments, além de consistir numa excelente introdução à eletrônica digital, por esse motivo recomendado em escolas de países de língua inglesa e até mesmo na Rússia, contém mais de 200 circuitos práticos usando o circuito integrado 4093. Selecionamos alguns desses circuitos para este artigo.
O circuito integrado 4093, como todos devem saber dada a quantidade de projetos que saem com esse componente, consiste em 4 portas NAND disparadoras que podem ser usadas separadamente, e tem a pinagem mostrada na figura 1.
Essas portas podem funcionar com tensões de 3 a 15 V e configuradas na função lógica original, como inversores, amplificadores digitais e osciladores até uns 10 MHz. Damos a seguir uma interessante seleção de circuitos básicos usando esse componente.
Timer de Dupla Ação
A configuração mostrada na figura 2 tem sido bastante solicitada por muitos leitores que precisam de um circuito que liga depois de um intervalo, permanecendo assim por um tempo, para depois desligar, ou ainda tenha um comportamento inverso: desliga depois de um intervalo, para depois ligar passado outro intervalo de tempo.
Os dois intervalos podem ser ajustado numa faixa que chega a perto de 1 hora nos potenciômetros P1 e P2. O modo de funcionamento desse circuito depende do tipo de acionador de carga, que pode ser feito tanto com transistores NPN como PNP, conforme mostra a figura 3.
As constantes de tempo dos dois circuitos de acionamento são dadas por C1/R1 e P1 no primeiro e C2., R2 e P2 no segundo.
As outras duas portas restantes do circuito integrado 4093 são usadas como “buffers” ou amplificadores digitais para acionamento de uma carga externa. No circuito mostrado na figura 2 usamos um LED para indicar o funcionamento, com os valores do resistor em série dependente da tensão de alimentação.
O circuito pode ser alimentado com tensões de 5 a 12 , conforme o relé usado, e o consumo na condição de não acionamento da carga é muito baixo, da ordem de 1 mA ou menos. O circuito começa sua ação no momento em que a fonte de alimentação é ligada.
Para acionamentos sucessivos recomendamos ligar em paralelo com os capacitores de tempo interruptores para que a temporização comece com esses componentes descarregados.
CI-1 – 4093 – Circuito Integrado CMOS
LED1 – LED vermelho comum
R1, R2 – 100 k Ω x 1/8 W – resistor
R3 – 330 Ω a 1 k Ω x 1/8 W – resistor – ver texto
P1, P2 – 1 M Ω x 2,2 M Ω – trimpot ou potenciômetro (lin ou log)
C1, C2 – 10 µF a 1 500 µF x 12 V – capacitor eletrolítico
C3 – 100 µF x 16 V – capacitor eletrolítico
Diversos:
Placa de circuito impresso ou matriz de contacto, circuito de acionamento de relés, fonte de alimentação, fios, solda.
Pisca-Pisca Simples
A configuração mostrada na figura 4 é bastante simples, podendo ser usada para acionar um LED de sinalização no painel de máquina ou ainda alguns dispositivo de alerta. O uso de LEDs de alto-brilho pode ser analisado, devendo ser agregado um transistor excitador para essa finalidade.
Nesta configuração duas das portas do 4093 são usadas num oscilador onde a freqüência depende de R1 e C1. Os valores desses componentes devem ser obtidos experimentalmente conforme a aplicação.
As outras duas portas são usadas como amplificadoras digitais para acionamento de um LED. O valor do resistor ligado em série com o LED depende da tensão de alimentação, observando-se a tabela dada junto ao diagrama. A alimentação pode ser feita com tensões de 5 a 12 V.
Pilhas podem ser usadas como fonte de alimentação para o caso de LEDs comuns, dado o baixo consumo do aparelho.
CI-1 – 4093 – circuito integrado CMOS
LED1 – LED comum de qualquer cor
R1 – 2,2 a 3,3 M Ω x 1/8 W – resistor
Rx – ver texto
C1 – 220 nF a 470 nF – capacitor cerâmico ou poliéster
C2 – 100 µF – capacitor eletrolítico com tensão maior do que a usada na alimentação
Diversos:
Placa de circuito impresso ou matriz de contactos, fonte de alimentação, fios, solda, etc.
Pulsador com Ciclo Ativo Ajustável
O circuito mostrado na figura 5 tanto pode ser usado no acionamento de uma lâmpada ou LED de alta potência para sinalização como também em automatismos de ação intermitente em que tanto a frequência como o ciclo ativo devam ser ajustados separadamente.
O circuito consta com um astável elaborado em torno de uma porta NAND do 4093 onde a freqüência depende de C1 e do ajuste de P1.
O sinal desse oscilador retangular é aplicado a um monoestável elaborado em torno de uma segunda porta, o qual é disparado pelo primeiro e com isso determina a duração do pulso. O ajuste do tempo é feito em P2 e depende basicamente do valor de C2.
Tanto C1 como C2 podem ter os seus valores modificados de acordo com a aplicação dada ao circuito. Valores-limite estão em torno de 1 500 µF, o que leva a uma temporização máxima próxima de 1 hora.
Os sinais das duas portas são combinados numa terceira que atua como amplificador digital, excitando um transistor Darlington de potência. Esse transistor alimenta diretamente a carga que tanto pode ser uma lâmpada como outro dispositivo (relé, solenóide, motor ou ainda LED de alto-brilho).
A alimentação depende basicamente do tipo de carga a ser alimentada. O circuito funciona com tensões de 5 a 12 V e seu consumo é muito baixo quando a carga não está acionada.
CI-1 – 4093 – circuito integrado CMOS
Q1 – TIP120 ou equivalente – transistor NPN Darlington de potência
D1 – 1N4148 – diodo de silício de uso geral
P1, P2 – 2,2 M Ω – trimpot ou potenciômetro (lin ou log)
R1, R2 – 100 k Ω x 1/8 W – resistor
R3 – 4,7 k Ω x 1/8 W – resistor
C1, C2 – 220 nF a 1 500 µF – capacitor de poliéster ou eletroítico – conforme o valor
C3 – 100 µF – capacitor eletrolítico – tensão conforme a usada na alimentação.
X1 – Lâmpada até 1 A ou outra carga
Diversos:
Placa de circuito impresso ou matriz de contactos, fonte de alimentação, fios, solda, etc.
Chave Automática de Uso Geral
O circuito apresentado na figura 6 permite ligar e desligar uma carga (através de um relé) em intervalos regulares determinados pelo ajuste de P1. O ciclo ativo é de 50%. Para outros ciclos ativos, temos nessa série circuitos uma configuração apropriada.
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A freqüência também depende de C1 que pode ter seu valor alterado numa ampla faixa, chegando a 1 500 µF quando se obtém um ciclo total de acionamento de perto de 1 hora.
A alimentação depende do relé usado e na condição em que o relé não está acionado o consumo da unidade é muito baixo.
CI-1 – 4093 – circuito integrado CMOS
Q1 – BC548 ou equivalente – transistor NPN de uso geral
D1 – 1N4148 – diodo de silício de uso geral
R1 – 100 k Ω x 1/8 W – resistor
R2 – 2,2 k Ω x 1/8 W – resistor
P1 – 2,2 M Ω – trimpot ou potenciômetro0 (lin ou log)
C1 – 220 nF a 1 500 µF – capacitor de poliéster ou eletrolítico, conforme o valor
C2 – 100 µF – capacitor eletrolítico – tensão conforme a alimentação
K1 – Relé de 6 ou 12 V – bobina de 50 a 100 mA
Diversos:
Placa de circuito impresso ou matriz de contactos, fonte de alimentação, fios, solda, etc.
Gerador de Sinais Complexos ou Pulsos Aleatórios
A combinação de sinais retangulares de diversas freqüências e intensidades pode resultar em sinais de formas de onda bastante complexas. Se os sinais forem de baixas freqüências e mantidos na forma digital com intensidade máxima, poderemos ter nessa combinação a produção de pulsos aleatórios. Essa é justamente a finalidade do circuito apresentado na figura 7.
Nesse circuito, usamos as quatro portas NAND de um 4093 para gerar 4 sinais de freqüências diferentes que podem ser ajustadas através de quatro potenciômetros.
Esses sinais podem ainda ter suas intensidades ajustadas separadamente através de 4 outros potenciômetros. Obtemos assim na saída um sinal complexo cuja forma de onda e intensidade vai depender justamente de todos esses ajustes.
Ligando na saída do circuito um osciloscópio, o leitor poderá observar a forma de onda que está sendo gerada. Podemos dizer que se trata de um gerador de forma de onda bastante econômico para testes de equipamentos numa bancada.
É claro que existe ainda a possibilidade de se usar um segundo 4093 com a combinação de mais outros quatro sinais, caso em que a forma de onda se torna ainda mais complexa.
O consumo do aparelho é muito baixo o que permite que sua alimentação seja feita com pilhas ou mesmo uma bateria comum de 9 V.
Observamos que a freqüência máxima dos osciladores está determinada pela alimentação dos CMOS ficando em torno de 4 MHz para este circuito. Os capacitores vão determinar a faixa de freqüências gerada.
CI-1 – 4093 – circuito integrado CMOS
R1 a R4 – 10 k Ω x 1/8 W – resistores
P1 a P4 – 470 k Ω – potenciômetros
P5 a P8 – 10 k Ω – potenciômetros
C1 a C4 – 22 nF – capacitores – ver texto
C5 a C8 – 10 nF – capacitores de poliéster ou cerâmicos
Diversos:
Placa de circuito impresso ou matriz de contacto, fonte de alimentação, fios, solda, etc.
Foto-Automatismo Biestável
No circuito da figura 8, ao incidir um pulso de luz no LDR o circuito arma com o oscilador entrando em funcionamento. Para desarmar, o circuito deve ser ressetado com um toque em X3.
O leitor pode modificar esse circuito ligando na saída (pino 4) do biestável uma etapa acionadora de relé para ativar um circuito de maior potência externo.
O circuito pode ser usado como um alarme de luz ou em outra finalidade que exija a detecção de pulsos de luz. O ajuste da sensibilidade é feito em P1.
Maior diretividade e sensibilidade podem ser obtidos com a colocação do LDR num tubo com uma lente. O circuito pode ser alimentado por pilhas ou bateria e seu consumo é muito baixo quando o transdutor não está emitindo som.
CI-1 – 4093 – circuito integrado CMOS
LDR – LDR comum
X2 – Transdutor piezoelétrico
X3 – Interruptor de toque ou sensor de toque
P1 – 1 M – trimpot ou potenciômetro
R1 – 10 M x 1/8 W – resistor
R2 – 47 k Ω x 1/8 W – resistor
C1 – 22 nF – capacitor cerâmico ou poliéster
C2 – 100 µF – capacitor eletrolítico – tensão conforme a alimentação
S1 – Interruptor simples
B1 – 6 ou 9 V – pilhas ou bateia
Diversos:
Placa de circuito impresso ou matriz de contacto, conector de bateria ou suporte de pilhas, caixa para montagem, fios, solda, etc.
Outro Timer
O timer mostrado na figura 9 acende uma lâmpada incandescente comum ou LED de alto-brilho com resistor limitador em série, depois de 2 a 200 segundo do acionamento.
O tempo é ajustado em P1 e depende também do valor de C1. O circuito entra em ação ao ser alimentado. Em lugar da lâmpada incandescente pode ser ligado um relé para tornar esse circuito um automatismo de retardo.
Tempos maiores podem ser obtidos com o aumento de C1.
CI-1 – 4093 – circuito integrado CMOS
Q1 – TIP120 – transistor Darlington NPN de potência
P1 – 1 M Ω – trimpot ou potenciômetro
R1 – 10 k Ω x 1/8 W – resistor
R2 – 4,7 k Ω x 1/8 W – resistor
C1 – 100 µF a 220 µF – capacitor eletrolítico
C2 – 100 µF – capacitor eletrolítico – tensão conforme a alimentação
X1 – 6 ou 12 V até 1 A – lâmpada incandescente
Diversos:
Placa de circuito impresso ou matriz de contactos, fonte de alimentação, fios, solda, etc.
Biestável Simples Didático
Além da finalidade didática, o circuito da figura 10 também pode ser em automatismos. O interruptor de pressão S1 pode, neste caso, ser substituído por um sensor tipo reed, micro-switch ou mesmo um interruptor de pêndulo.
O ajuste do ponto de disparo deve ser feito em R1 para se obter o melhor desempenho do circuito.
No caso, o circuito é usado para ticar diretamente uma carga até 1 A. Essa carga pode ser um relé, solenóide, motor ou mesmo um elemento de aquecimento.
O tipo de carga a ser acionada vai determinar a tensão de alimentação do circuito, a qual pode ficar entre 6 e 12 V.
CI-1 – 4093 – circuito integrado CMOS
Q1 – TIP120 – Transistor NPN Darlington de potência
P1 – 47 k Ω – trimpot ou potenciômetro
R1 – 100 k Ω x 1/8 W – resistor
R2 – 2,2 k Ω x 1/8 W – resistor
C1 – 470 nF – capacitor cerâmico ou poliéster
C2 – 100 µF – capacitor eletrolítico – tensão conforme a alimentação.
X1 – Carga até 1 A – ver texto
S1 – Interruptor de pressão NA ou sensor - ver texto
Diversos:
Placa de circuito impresso ou matriz de contactos, fonte de alimentação, fios, solda, etc.
