Conheça o 4093 (2ª edição)

Esta é a segunda edição do post. Informações adicionais foram acrescentadas.

O assunto deste post é o 4093, é um circuito integrado bastante simples e útil para construir vários projetos eletrônicos.

Como funciona?

O 4093 é um CMOS, uma família de circuitos integrados que possuem transistores de efeito de campo com uma camada de óxido de silício (em cinza) e outra de polisilício (em branco) na porta (G) do transistor. Abaixo são transistores de efeito de campo MOSFETs em corte transversal.

Dentro do 4093, há 4 portas lógicas NAND com Schmitt Trigger, pode ser alimentado com tensões de 3 a 15 V. Lembrando que VSS é o terra ou GND.

Para ver como funciona a porta lógica NAND, clique no botão abaixo, vai levar a um post sobre circuitos combinacionais.

Circuitos combinacionaisClique aqui

O que é Schmitt Trigger? É um circuito comparador que serve para eliminar ruídos. Quando a entrada fica acima de um determinado valor T, a saída será nível alto M ou “1”, quando ficar abaixo de um certo valor -T, a saída vai ser nível baixo -M ou “0”.

Estes são os símbolos do Schmitt Trigger, de cima é o inversor e de baixo o não-inversor.

Este é o circuito do Schmitt Trigger dentro de um chip, a entrada é ligada à saída da porta NAND. Os Ps são os transistores PMOS e os Ns são NMOS.

Algumas aplicações

É possível montar muitos projetos de circuitos com este chip. Este post mostra alguns exemplos de aplicações.

Gerador de onda quadrada: Este circuito produz uma onda quadrada. Pode colocar um resistor no lugar do potenciômetro, que serve para controlar uma faixa de frequência. Pode mudar os valores do capacitor e do potenciômetro, ou resistor, para obter uma frequência diferente.

Sensor de luz: Basta trocar o resistor por um LDR e tem um oscilador cuja frequência é controlada pela intensidade de luz.

oscilador 4093 — Uma das entradas da porta lógica pode receber um sinal de controle para habilitar ou desabilitar o oscilador. Se a entrada CONTROL no nível digital BAIXO, o circuito para de gerar a onda quadrada. No nível ALTO, continua gerando o sinal. Fonte: datasheet do 4093.

Esta é a equação da frequência para este tipo de oscilador.

$f=\frac{1}{RCln(\frac{V_{T}^{+}(V_{S}-V_{T}^{-})}{V_{T}^{-}(V_{S}-V_{T}^{+})})}$

V_{S}

é o valor da tensão de saída, neste caso tem o mesmo valor que a tensão de alimentação

V_{CC}

V_{T}^{+}

é o limite positivo que gera o nível alto na saída e

V_{T}^{-}

é o limite negativo que produz o nível baixo. A diferença entre

V_{T}^{+}

V_{T}^{-}

é a tensão de histerese

V_{H}

. No datasheet do 4093, estes valores são mostrados e dependem da temperatura e tensão de alimentação.

4093 com PWM — Nesta configuração, a largura de pulso da onda quadrada (*Square Wave*) pode ser controlada pelo potenciômetro P1.

Sensor de toque: Ao tocar no sensor (TouchSensor), pode ser uma parte metálica ou um fio desencapado, um LED ascende.

Monoestável: Quando o interruptor SW1A é fechado, o LED acende. Ao abrir novamente, o LED fica aceso por um tempo. Quanto maiores os valores de C3 e R5, maior será o tempo que o LED ficará aceso.