Gerador CMOS de 30 Hz a 300 kHz (INS270)

O gerador CMOS que apresentamos se caracteriza não só pela sua ampla faixa de freqüências de operação como pelo fato de ter ciclos ativos selecionáveis, com a utilização de um divisor adicional programável. Este circuito pode ser de grande utilidade não só na bancada de trabalhos digitais como também na reparação em geral, como injetor de sinais e até mesmo como gerador de barras horizontais num televisor (*).

Sinais quadrados (com ciclos ativos de 50%) são utilizados numa grande quantidade de circuitos digitais que exigem esta modalidade para a prova. No entanto, também existem aplicações em que sinais retangulares (com ciclos ativos diferentes de 50%) são usados.

A obtenção de tais sinais exige o emprego de circuitos especiais.

Se você trabalha com os dois tipos de sinais, e precisa de um gerador de prova que os produza, neste artigo descrevemos um circuito relativamente simples que pode ser usado na prova de equipamentos CMOS e até mesmo TTL, com pequenas alterações (buffer de saída), numa faixa bastante ampla de freqüências.

Na verdade, esta faixa de freqüências pode até ser estendida com o uso de mais capacitores em S1.

O circuito pode ser alimentado tanto por pilhas como por uma bateria de 9 V ou fonte de alimentação de até 12 V.

O consumo muito baixo permite que pilhas e baterias, se usadas, tenham grande durabilidade.

Características:

Tensão de alimentação: 3 a 12 V

Consumo (com 6 V): 5 mA (sem carga) -típico

Faixa de freqüências: 30 Hz a 300 kHz

Tipo de sinais: retangulares e quadrados

Ciclos ativos (saída 1): 50%, 33%, 25%, 20%, 16,6%, 14,3%, 12,5% e 11,1%

Ciclos ativos (saída 2): 50%, 66%, 75%, 80%, 83,3%, 85,7%, 87,5% e 88,8%

Número de ciclos ativos: 15

COMO FUNCIONA

Na figura 1 temos um diagrama em blocos que representa este gerador e a partir do qual analisaremos seu princípio de funcionamento.

Figura 1 – Diagrama de blocos do gerador

O primeiro bloco representa um oscilador em torno de uma porta de um Disparador Schmitt com o circuito integrado 4093. Este oscilador tem sua freqüência determinada pelo capacitor selecionado e pelo ajuste do potenciômetro P1.

Este oscilador tem um ciclo ativo de 50%, e suas freqüências são determinadas pelos capacitores selecionados pela chave S1 conforme a tabela 1.

 

Na verdade estas não são as freqüências que obtemos na saída, já que os sinais passam antes pela segunda etapa do circuito, que consiste num divisor programável como conhecido circuito integrado 4017.

Dependendo da posição de S2, os pulsos aplicados na entrada do 4017 são contados e divididos, obtendo-se assim ciclos ativos conforme mostra a figura 2.

Figura 2 – Ciclos ativos resultantes de divisão feita pelo 4017

O que ocorre é que, dependendo da posição desta chave, temos o reset com pulsos diferentes. Se tivermos a contagem até 2, evidentemente temos 50% de ciclo ativo.

No entanto, se a programação for feita para uma contagem ou divisão por 3, teremos a saída 1/3 do tempo no nível alto e 2/3 no nível baixo, o que corresponde a um ciclo ativo de 33%.

Para as 8 posições disponíveis da chave S2 temos então os ciclos ativos mostrados na tabela 2.

 

Os sinais desta saída J1 são enviados aos dois últimos blocos do aparelho.

O primeiro consiste num par de buffers inversores de modo que obtemos na saída J1 o sinal bufferizado com o mesmo nível lógico do pino 3 do 4017, ou seja, a mesma fase.

Já o segundo consiste num simples buffer inversor, de modo que em sua saída (J2) temos o sinal invertido. Esta inversão nos permite obter 7 novos ciclos ativos, já que o oitavo, que seria 50%, não conta.

Estes novos níveis, em função de S2, são mostrados na Tabela 3.

 

Observe que, com a seleção dos ciclos ativos, temos também a divisão da freqüência por valores de 2 a 10.

Com a utilização de capacitores maiores junto a S, podemos obter freqüências bem menores úteis, por exemplo, num projeto de controle de relé. Poderíamos ter um temporizador com ciclos ativos programáveis desta forma.

MONTAGEM

O diagrama completo do aparelho é mostrado na figura 3.

Figura 3 – Diagrama completo do aparelho

Supondo a alimentação por pilhas, damos na figura 4 a disposição dos componentes numa placa de circuito impresso.

Figura 4 – Placa de circuito impresso para a montagem

Se você desejar calibrar a escala de P1 será conveniente que este potenciômetro seja linear.

Os capacitores C1 a C4 podem ser cerâmicos, de poliéster ou styroflex. Já o capacitor C5 é um eletrolítico com uma tensão de trabalho um pouco maior que a usada na alimentação.

Para a saída dos sinais podem ser usados bornes isolados.

Para as chaves seletoras podemos usar o tipo rotativo ou então de teclas, conforme a disponibilidade de cada um. Para os tipos de tecla, deve ser dada preferência aos tipos dependentes, em que ao se pressionar uma a que estiver pressionada volta a sua posição normal.

Todo o conjunto cabe facilmente numa pequena caixa plástica.

Uma opção para um simulador de presença com ciclos ativos programáveis consiste em se usar para C1, C2, C3 e C4 capacitores de 100 nF, 1 µF, 10 µF e 100 µF e aumentar-se P, para 1M Ω.

Para acionamento de relés como carga externa pode ser usado o circuito driver da figura 5.

Figura 5 – Circuito de acionamento de relé

Neste circuito o relé deve ser de acordo com a tensão de alimentação.

Na figura 6 temos um circuito para acionamento de triac.

Figura 6 – Acionamento de Triac

Os tipos TlC226, de 8 A, devem ter sufixo B se a rede for de 110 V e sufixo D se a rede for de 220 V.

Observe a necessidade de um terra comum para o setor de alta e de baixa tensão.

Os triacs devem ser dotados de radiadores de calor nesta aplicação.

PROVA E USO

O ideal para a prova é verificar as freqüências e os ciclos ativos por meio de um osciloscópio.

Se for de duplo traço, os canais A e B podem ser ligados às saídas J1 e J2.

Será conveniente dispor de cabo próprio para aplicação dos sinais, principalmente se levarmos em conta que nas freqüências mais altas capacitâncias e indutâncias parasitas podem causar deformações indesejáveis.

Para usar o gerador, lembramos que as saídas CMOS do 4093 podem fornecer ou drenar correntes de no máximo alguns miliampères, e que a tensão do sinal é praticamente a tensão da fonte.

Se você precisar de um atenuador pode usar um potenciômetro de 4,7 k Ω ou 10 k Ω na configuração tradicional de divisor de tensão.

Se precisar de uma potência maior pode usar um dos buffers transistorizados mostrados na figura 7.

Figura 7 – Buffers de saída

Os transistores de potência devem ser dotados de radiadores de calor.

No caso específico dos transistores MOS de potência, obtemos potências mais elevadas, já que as cargas podem ter impedâncias muito baixas, da ordem de 2 Ω ou menos, conforme o tipo.