El 4093 és un paquet de 14 pins que conté quatre portes d'activació NAND Schmitt de lògica positiva i 2 entrades, tal com es mostra a la figura següent. És possible operar les quatre portes NAND per separat o col·lectivament.
Les portes lògiques individuals de la IC 4093 funciona de la següent manera.
Com podeu veure, cada porta té dues entrades (A i B) i una sortida. La sortida canvia el seu estat del nivell de subministrament màxim (VDD) a 0V o viceversa, depenent de com s'alimentin els pins d'entrada.
Aquesta resposta de sortida es pot entendre a la taula de veritat de la porta NAND 4093, tal com es mostra a continuació.
Continguts
Comprensió de la taula de veritat 4093
A partir dels detalls de la taula de veritat anteriors podem interpretar les operacions lògiques de la porta tal com s'explica a continuació:
- Quan les dues entrades són baixes (0 V), la sortida es torna alta o igual al nivell de corrent continu (VDD).
- Quan l'entrada A és baixa (0 V) i l'entrada B és alta (entre 3 V i VDD), la sortida es torna alta o igual al nivell de CC de subministrament (VDD).
- Quan l'entrada B és baixa (0 V) i l'entrada A és alta (entre 3 V i VDD), la sortida es torna alta o igual al nivell de DC de subministrament (VDD).
- Quan les entrades A i B són altes (entre 3 V i VDD), la sortida es torna baixa (0 V)
A la figura següent es mostren les característiques de transferència del 4093 quad NAND Schmitt Trigger. Per a tots els nivells de tensió d'alimentació positiva (VDD), la característica de transferència de les portes presenta la mateixa estructura bàsica de forma d'ona.
Entendre els desencadenants i la histèresi de Schmitt IC 4093
Una característica diferent de les portes NAND IC 4093 és que tots són activadors de Schmitt. Aleshores, què són exactament els desencadenants de Schmitt?
Els disparadors IC 4093 Schmitt són una varietat única de portes NAND. Una de les seves característiques més útils és la rapidesa amb què reaccionen als senyals entrants.
Les portes lògiques amb disparador de Schmitt s'activaran i posaran les seves sortides altes o baixes només quan el seu nivell lògic d'entrada arribi a un nivell genuí. Això es coneix com a histèresi.
La capacitat del disparador Schmitt per crear histèresi és una característica crucial (normalment al voltant de 2,0 volts utilitzant una font de 10 V).
Fem una ullada ràpida al circuit de l'oscil·lador representat a la figura A següent per obtenir una comprensió més profunda de la histèresi. La figura B compara les formes d'ona d'entrada i de sortida del circuit oscil·lador.
Si observeu la figura A, veureu que l'entrada del pin 1 de la porta està vinculada al carril de tensió positiva, mentre que l'entrada del pin 2 està connectada a la unió del condensador (C) i la resistència de retroalimentació (R).
El condensador roman descarregat i les entrades i sortides de la porta estan ambdues a tensió zero (0 lògic) fins que s'encén el subministrament de CC al circuit.
Tan bon punt s'encén el subministrament de corrent continu al circuit de l'oscil·lador, el pin 1 de la porta s'eleva instantàniament, tot i que el pin 2 roman baix.
La sortida de la porta NAND oscil·la altament en resposta a la situació d'entrada (comproveu el temps t0 a la figura B).
Com a resultat, la resistència R i el condensador C comencen a carregar-se fins que assoleix el nivell de VN. Ara, el pin 2 s'eleva a l'instant tan bon punt la càrrega del condensador arriba al nivell VN.
Ara, com que les dues entrades de la porta són altes (vegeu el temps t1), la sortida de la porta oscil·la baixa. Això obliga a C a descarregar per R fins que arriba al nivell VN.
Quan la tensió del pin #2 cau al nivell VN, la sortida de la porta torna a ser alta. Aquesta sèrie de cicles ON/OFF de sortida continua mentre el circuit segueixi alimentat. Així és com oscil·la el circuit.
Si mirem el gràfic de temps, trobem que la sortida es torna baixa només quan l'entrada arriba al valor Vp, i la sortida oscil·la alta només quan l'entrada arriba per sota del nivell VN.
Això es determina per la càrrega i descàrrega dels condensadors a través dels intervals de temps t0, t1, t2, t3, etc.
A partir de la discussió anterior, podem veure que la sortida del disparador de Schmitt canvia només quan l'entrada arriba a un nivell baix ben definit VN i un nivell alt Vp. Aquesta acció d'un disparador de Schmitt per activar/desactivar en resposta a llindars de tensió d'entrada ben definits s'anomena histèresi.
Un dels principals avantatges del circuit oscil·lador Schmitt és que s'engega automàticament quan el circuit està encès.
La tensió d'alimentació controla la freqüència de treball del circuit. Això és aproximadament 1,2 MHz per a un subministrament de 12 volts i cau a mesura que es redueix el subministrament. C ha de tenir un valor mínim de 100 pF i R no ha de ser inferior a 4,7 k.
Projectes de circuits IC 4093
El 4093 Schmitt trigger IC és un xip versàtil que es pot utilitzar per construir molts projectes de circuits interessants. Les quatre portes d'activació de Schmitt proporcionades dins d'un sol xip 4093 es poden personalitzar per a moltes implementacions útils.
En aquest article parlarem d'alguns d'ells. La llista següent proporciona els noms de 12 projectes de circuits IC 4093 interessants. Cadascun d'ells es tractarà detalladament en els paràgrafs següents.
- Controlador piezoelèctric senzill
- Circuit automàtic d'enllumenat públic
- Circuit repel·lent de plagues
- Circuit de sirena d'alta potència
- Circuit del temporitzador d'apagat retardat
- Toqueu el circuit d'interruptor ON/OFF activat
- Circuit sensor de pluja
- Circuit detector de mentides
- Circuit injector de senyal
- Circuit conductor del tub fluorescent
- Circuit intermitent de tub fluorescent
- Circuit intermitent de llum activat per llum
1) Controlador piezoelèctric simple
Una manera molt senzilla i eficaç circuit de controlador piezoeléctric es pot construir amb un únic IC 4093, tal com es mostra al diagrama de circuit anterior.
Una de les portes d'activació de Schmitt N1 està equipada com un circuit oscil·lador ajustable. La sortida d'aquest oscil·lador és una ona quadrada amb una freqüència determinada pel valor del condensador C1 i l'ajust del pot P1.
La freqüència de sortida de N1 s'aplica a les portes N2, N3, N4 que estan connectades en paral·lel. Aquestes portes paral·leles funcionen com un tampó i una etapa d'amplificador de corrent. Junts ajuden a augmentar la capacitat actual de la freqüència de sortida.
La freqüència amplificada s'aplica a la base del transistor BC547 que amplifica encara més la freqüència per conduir un transductor piezoelèctric connectat. El transductor piezoelèctric ara comença a sonar relativament fort.
Si voleu augmentar encara més la sonoritat del piezo, podeu provar d'afegir un 40uH bobina del timbre just a través dels cables piezoeléctrics.
2) Circuit automàtic d'enllumenat públic
Un altre gran ús de l'IC 4093 pot ser en la forma a circuit automàtic d'enllumenat públic senzill , tal com es mostra al diagrama anterior.
Aquí, la porta N1 està connectada com un comparador. Compara el potencial generat per la xarxa divisora resistiva formada per la resistència del LDR i la resistència del pot R1.
En aquesta etapa, l'N1 aprofita efectivament la característica d'histèresi del seu disparador Schmitt integrat. Assegura que la seva sortida canvia d'estat només quan la resistència LDR arriba a un nivell extrem determinat.
Com funciona
Durant el dia, quan hi ha molta llum ambiental al LDR, la seva resistència es manté baixa. Depenent de la configuració de P1, aquesta baixa resistència crea una lògica baixa als pins d'entrada de N1, la qual cosa fa que la seva sortida es mantingui alta.
Aquest alt s'aplica a les entrades de l'etapa buffer, creada per la connexió en paral·lel de N2, N3, N4.
Com que totes aquestes portes estan equipades com NO portes, la sortida s'inverteix. La lògica alta de N1 s'inverteix a una lògica baixa a la sortida de les portes N2, N3, N4. Aquesta lògica baixa o 0V arriba a la base del transistor del controlador del relé T1 de manera que roman apagat.
Això, al seu torn, fa que el relé romangui apagat i els seus contactes recolzats en els contactes N/C.
La bombeta s'està configurant al Contactes N/O del relé roman apagat.
Quan es posa la foscor en, la il·luminació del LDR comença a disminuir, la qual cosa fa que la seva resistència augmenti. A causa d'això, la tensió a l'entrada de N1 comença a augmentar. La característica d'histèresi de la porta N1 'espera' fins que aquesta tensió sigui prou alta com per fer que la seva sortida canviï d'estat d'alt a baix.
Tan bon punt la sortida de N1 es torna baixa, les portes N2, N3, N4 l'inverteixen per crear un alt a les seves sortides paral·leles.
Aquesta alta activa el transistor i el relé i, posteriorment, la bombeta LED també s'il·lumina. D'aquesta manera, quan s'aconsegueix la nit o la foscor, la bombeta del carrer adjunta s'encén automàticament.
Al matí següent, el procés s'inverteix i la bombeta del fanal s'apaga automàticament.
3) Circuit repel·lent de plagues
Si esteu buscant construir un barat però raonablement eficaç dispositiu repel·lent de rates o rosegadors , llavors aquest circuit senzill podria ajudar.
Un cop més, aquest disseny també les 4 portes de disparador Schmitt d'un sol IC 4093.
La configuració és bastant semblant al circuit de controlador piezoel·lèrgic, excepte la inclusió del transformador reductor .
El senyal d'alta freqüència que pot ser adequat per allunyar les plagues s'ajusta amb cura mitjançant P1.
Aquesta freqüència s'amplifica amb les 3 portes paral·leles i el transistor Q1. El col·lector Q1 es pot veure configurat amb un primari d'un transformador de 6 V.
El transformador augmenta la freqüència a un nivell d'alt voltatge de 220 V o 117 V depenent de l'especificació de voltatge del secundari del transformador.
Aquesta tensió augmentada s'aplica a través d'un transductor piezoelèctric per generar un soroll agut. Aquest soroll pot ser molt molest per a les plagues, però pot ser inaudible per als humans.
El soroll d'alta freqüència fa que les plagues abandonin la zona i fugin cap a un altre lloc tranquil.
4) Circuit de sirena d'alta potència
La figura següent mostra com es pot aplicar l'IC 4093 per construir un potent circuit de sirena . El to de la sirena és totalment ajustable mitjançant un botó de potenciòmetre.
Malgrat la seva senzilla configuració, el circuit d'aquest exemple és capaç de produir un so fort. El MOSFET de canal n que alimenta els altaveus ho permet.
Aquest MOSFET en particular té un drenatge de sortida a una resistència de font de només tres miliohms i es pot operar directament mitjançant circuits lògics CMOS. A més, el seu corrent de drenatge pot arribar a 1,7 A, amb una tensió màxima de drenatge de 40 V.
Està bé carregar el MOSFET directament amb un altaveu perquè és essencialment indestructible.
Controlar el circuit és tan senzill com activar la lògica d'entrada ENABLE alta (que també es podria implementar mitjançant un interruptor normal en lloc d'una font digital).
La porta N2 oscil·la com a resultat dels polsos del disparador Schmitt N1 un cop l'entrada al pin 5 és alta. La sortida de la porta N2 s'alimenta al MOSFET a través de l'etapa tampó construïda al voltant de N3. El preestablert P1 permet modular la freqüència de N2.
5) Temporitzador d'apagat retardat amb timbre
L'IC 4093 també es pot utilitzar per crear un material útil però senzill retard del circuit del temporitzador d'OFF , tal com es mostra a la figura anterior. Quan s'engega l'alimentació, el timbre piezoelèctric començarà a sonar indicant que el temporitzador no està configurat.
El temporitzador s'estableix quan es prem el botó ON momentàniament.
Quan es prem el polsador, C3 es carrega ràpidament i aplica una lògica alta a l'entrada de la porta 4093 associada. Això fa que la sortida de la porta sigui baixa o 0 V. Aquest 0 V s'aplica a l'entrada de l'etapa d'oscil·lador construïda al voltant de la porta N1.
Aquest 0 V atrau l'entrada de la porta N1 a 0 V mitjançant el díode D1 i la desactiva, de manera que N1 no pot oscil·lar.
La sortida de N1 inverteix ara el zero lògic d'entrada a una lògica alta a la seva sortida que s'alimenta a les entrades paral·leles de N2 i N3.
N2 i N3 tornen a invertir aquesta lògica alta en zero lògic a la base del transistor, de manera que el transistor i el piezoel·loqui romanen apagats.
Després d'un retard predeterminat, el condensador C3 es descarrega completament a través de la resistència R3. Això fa que aparegui una baixa lògica a l'entrada de la porta associada. La sortida d'aquesta porta ara és alta.
A causa d'això, s'elimina el zero lògic de l'entrada de N1. Ara, N1 està habilitat i comença a generar una sortida d'alta freqüència.
Aquesta freqüència s'amplifica encara més per N2, N3 i el transistor per conduir l'element piezoel·lèrgic. Ara el piezoel·loqui comença a sonar indicant que ha transcorregut el temps d'apagada del retard.
6) Toqueu Interruptor activat
El següent disseny mostra a interruptor simple activat per tacte utilitzant un únic IC 4093. El funcionament del circuit es pot entendre amb la següent explicació.
Tan bon punt s'encén l'alimentació a causa del condensador C1 a l'entrada de N1, la lògica a l'entrada de N1 s'arrossega a la tensió de terra. Això fa que els bucles de retroalimentació N1 i N2 s'enganxin amb aquesta entrada. Això dóna lloc a la creació d'una lògica de 0 V a la sortida de N2.
La lògica de 0 V fa que l'etapa del controlador del relé de sortida estigui inactiva durant el primer interruptor d'alimentació ON.
Ara imagineu que la base del transistor T1 es toca amb un dit. El transistor s'activaria immediatament, generant un senyal lògic elevat a través de C2 i D2 a l'entrada de N1.
C2 es carrega ràpidament i evita qualsevol activació errònia posterior des del tacte. Això garanteix que el procediment no es vegi obstaculitzat per l'efecte de rebot.
La lògica alta esmentada anteriorment inverteix immediatament l'estat de N1/N2, fent que es bloquegin i creïn una sortida positiva. L'etapa de conducció del relé i la càrrega associada s'encenen mitjançant aquesta sortida positiva.
Ara, el següent contacte amb el dit hauria de fer que el circuit torni a la seva posició original. N4 s'utilitza per aconseguir aquesta funcionalitat.
Una vegada que el circuit torna al seu estat original, C3 es carrega constantment (en pocs segons), fent que aparegui una baixa lògica a l'entrada adequada de N3.
Tanmateix, l'altra entrada de N3 ja es manté a nivell lògic baix per la resistència R2, que està connectada a terra. L'N3 ara està perfectament situat en un estat d'espera, 'preparat' per al següent disparador tàctil entrant.
7) Sensor de pluja
L'IC 4093 també es pot configurar perfectament per crear un circuit del sensor de pluja amb un oscil·lador per al timbre.
Es pot utilitzar una bateria de 9 V per alimentar el circuit i, a causa de l'ús de corrent extremadament baix, sobreviurà durant un any com a mínim. Cal canviar-lo al cap d'un any, ja que llavors no tindrà fiabilitat a causa de l'autodescàrrega.
En la seva forma més senzilla, el dispositiu consta d'un detector de pluja o aigua, un RS biestable, un oscil·lador i una etapa de conducció per al timbre d'avís.
Una placa de circuit descartada de 40 per 20 mm serveix com a sensor d'aigua. Les connexions per cable es podrien utilitzar per unir totes les pistes del PCB. Per evitar la corrosió de les vies, pot ser aconsellable estanyar-les.
Quan s'encén l'alimentació, el biestable s'habilita immediatament a través de la xarxa en sèrie de R1 i C1.
La resistència entre els dos conjunts de pistes de la PCB del sensor és realment molt alta sempre que estigui sec. Tanmateix, la resistència disminueix ràpidament quan es detecta humitat.
El sensor i la resistència R2 estan connectats en sèrie, i tots dos combinats creen un divisor de tensió que depèn de la humitat. Tan bon punt l'entrada 1 de N2 es torna baixa, restableix el biestable R-S. Com a resultat, l'oscil·lador N3 s'activa i la porta del conductor N4 opera el timbre.
8) Detector de mentides
Una altra gran manera d'utilitzar el circuit anterior pot ser en forma de detector de mentides.
Per a un detector de mentides, l'element sensor es substitueix per dos trossos de filferro amb els extrems pelats i estanyats.
Aleshores, a la persona interrogada se li donen els cables nus per subjectar-los amb força. El timbre comença a sonar si l'objectiu diu mentides. Aquesta situació es desencadena per la humitat que es genera a l'agafada de la persona per nerviosisme i culpa.
El valor de R2 determina la sensibilitat del circuit; aquí pot ser necessària una mica d'experimentació.
En bloquejar l'interruptor S1 ON, es podria apagar l'oscil·lador (i, per tant, el timbre).
9) Injector de senyal
Un IC 4093 es pot configurar eficaçment per funcionar com un circuit d'injecció d'àudio. Aquest dispositiu es pot utilitzar per solucionar problemes de peces defectuoses en les etapes del circuit d'àudio.
Si alguna vegada heu intentat arreglar els vostres propis sistemes de so, és possible que estigueu totalment familiaritzat amb les capacitats d'un injector de senyal.
Un injector de senyal, per a persones profanes, és un generador bàsic d'ones quadrades creat per bombejar una freqüència d'àudio en un circuit en prova.
Es pot utilitzar per detectar i identificar un component defectuós en un circuit. També es pot utilitzar un circuit injector de senyal per investigar les seccions de RF dels receptors AM/FM.
La figura anterior mostra una representació esquemàtica de l'injector de senyal. La secció d'oscil·lador o generador d'ona quadrada del circuit s'estructura al voltant d'una porta única (IC1a).
Els valors del condensador C1 i la resistència R1/P1 estableixen la freqüència de l'oscil·lador, que pot estar al voltant d'1 kHz. Ajustant els valors P1 i C1 de l'etapa de l'oscil·lador, es podria canviar el rang de freqüència del circuit.
El circuit sortida d'ona quadrada s'encén/apaga a tot el carril de tensió d'alimentació. Es podrien utilitzar tensions d'alimentació que varien entre 6 i 15 volts per alimentar el circuit.
Tanmateix, també podeu utilitzar una bateria de 9 V. La sortida de la porta N1 està interconnectada en sèrie amb les tres portes restants de l'IC 4093. Aquestes 3 portes es poden veure connectades en paral·lel entre si.
Amb aquesta disposició, la sortida de l'oscil·lador s'amortitza adequadament i s'amplifica a un nivell que pugui alimentar adequadament el circuit que s'està provant.
Com utilitzar un injector de senyal
Per solucionar problemes d'un circuit mitjançant un injector, el senyal s'injecta a través dels components d'esquena a davant. Suposem que voleu solucionar problemes d'una ràdio AM amb un injector. Comenceu aplicant la freqüència de l'injector a la base del transistor de sortida.
Si el transistor i les altres parts que el segueixen funcionen correctament, el senyal s'escoltarà a través de l'altaveu. En cas que no s'escolti cap senyal, el senyal de l'injector es trasllada cap a l'altaveu fins que l'altaveu produeix un so.
Es podria suposar que la part immediatament anterior a aquest punt és més probable que sigui defectuosa.
10) Controlador de tubs fluorescents
La figura de dalt representa el Inversor de llum fluorescent disseny esquemàtic amb l'IC 4093. El circuit es pot utilitzar per alimentar una bombeta fluorescent amb dues bateries recarregables de 6 volts o una bateria d'automòbil de 12 volts.
Amb uns petits ajustos, aquest circuit és pràcticament idèntic a l'anterior.
En el seu format existent, Q1 es canvia alternativament de saturació i tall mitjançant la sortida de l'oscil·lador amortiguat.
El primari de T1 experimenta un camp magnètic ascendent i descendent com a resultat de la commutació del col·lector de Q1, que està connectat a un terminal d'un transformador augmentador.
Com a resultat, el bobinatge secundari de T1 experimenta una inducció d'una tensió fluctuant substancialment més gran.
El tub fluorescent rep el voltatge creat al secundari de T1, que fa que s'il·lumini ràpidament i sense parpellejar.
Un tub fluorescent de 6 watts pot ser conduït pel circuit mitjançant una font de 12 volts. Quan s'utilitzen dues bateries humides recarregables de 6 volts, el circuit consumeix només 500 mA.
Per tant, es podrien aconseguir diverses hores de funcionament amb una única càrrega. La làmpada funcionarà de manera considerablement diferent que quan s'alimenta amb 117 volts o 220 V de corrent alterna.
No es requereix cap arrancador ni preescalfador, ja que el tub s'activa amb oscil·lacions d'alta tensió. El transistor de sortida s'ha d'instal·lar en un dissipador de calor mentre es construeix el circuit. El transformador pot ser bastant petit amb un primari de 220 V o 120 V i un secundari de 12,6 volts i 450 mA.
11) Intermitent fluorescent
El intermitent fluorescent, que es mostra a la figura anterior, incorpora etapes tant del circuit d'oscil·lador fonamental 4093 com del circuit de controlador de llum fluorescent 4093.
Aquest disseny, format per dos oscil·ladors i una etapa amplificador/tampó, es podria implementar com a llum d'advertència intermitent per a vehicles. Com es pot veure, aquí, un pinout de l'etapa amplificador/tampó N3, es connecta amb la sortida del primer oscil·lador (N1).
El segon oscil·lador construït al voltant de N2 proporciona l'entrada a l'altra pota de l'amplificador (N3). Les xarxes RC independents dels dos oscil·ladors defineixen les seves freqüències de funcionament. Amb l'ajuda del transistor Q1, el sistema genera una sortida de commutació modulada per freqüència.
Aquesta sortida de commutació indueix un pols d'alta tensió al bobinatge secundari del transformador T1. La seva sortida només es torna baixa tan bon punt els dos senyals subministrats a IC1c són alts. Aquesta baixa tanca Q1 i, finalment, el llum comença a parpellejar.
12) Intermitent de llum activat
El intermitent fluorescent activat per llum, tal com es mostra a dalt, és una actualització del circuit intermitent fluorescent IC 4093 anterior. L'anterior circuit intermitent 4093 s'ha reconfigurat per començar a parpellejar instantàniament tan bon punt un motorista que s'acosta il·lumina el LDR amb els seus fars.
Un LDR, R5, serveix com a sensor de llum al circuit. El potenciòmetre R4 ajusta la sensibilitat del circuit. Això s'ha d'ajustar de manera que quan un feix de llum s'encén sobre el LDR des d'una distància de 10 a 12 peus, el llum fluorescent comenci a parpellejar.
A més, el potenciòmetre R1 s'ajusta per assegurar-se que quan s'elimina la font de llum del LDR, l'intermitent s'apaga per si mateix.
