Circuitos digitais, Circuitos integrados, Componentes eletrônicos, Hobby, Projetos

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}^{+} e 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.
Sensor de toque 4093
  • 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.
monoestável 4093

Exemplo de projeto

4 circuitos CMOS 4093
Este projeto é uma combinação de vários circuitos mostrados neste post, montado em uma única placa de circuito impresso.

Lista de componentes:

  • Fios.
  • Placa de circuito impresso.
  • CD4093.
  • Potenciômetro de 10 kΩ.
  • LDR.
  • Capacitor poliéster de 47 nF.
  • Capacitor cerâmico de 100 nF.
  • 2 LEDs de qualquer cor.
  • Capacitor eletrolítico de 220 μF.
  • Resistores: 2 de 220 Ω, 1 de MΩ e 1 de 22 kΩ.
esquemático 4093
O esquemático do projeto, output=saída e pulse input=entrada do pulso. Clique para ampliá-lo.
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About Pedro Ney Stroski

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