Il 4093 è un pacchetto a 14 pin contenente quattro trigger gate NAND Schmitt a 2 ingressi a logica positiva, come mostrato nella figura seguente. È possibile azionare le quattro porte NAND separatamente o collettivamente.
Le singole porte logiche del IC 4093 funziona nel modo seguente.
Come puoi vedere ogni cancello ha due ingressi (A e B) e un'uscita. L'uscita cambia il suo stato dal livello di alimentazione massimo (VDD) a 0V o viceversa a seconda di come vengono alimentati i pin di ingresso.
Questa risposta di uscita può essere compresa dalla tabella di verità della porta NAND 4093, come mostrato di seguito.
Contenuti
Comprensione della tabella della verità 4093
Dai dettagli della tabella di verità di cui sopra possiamo interpretare le operazioni logiche della porta come spiegato di seguito:
- Quando entrambi gli ingressi sono bassi (0 V), l'uscita diventa alta o uguale al livello di alimentazione CC (VDD).
- Quando l'ingresso A è basso (0 V) e l'ingresso B è alto (tra 3 V e VDD), l'uscita diventa alta o uguale al livello di alimentazione CC (VDD).
- Quando l'ingresso B è basso (0 V) e l'ingresso A è alto (tra 3 V e VDD), l'uscita diventa alta o uguale al livello di alimentazione CC (VDD).
- Quando entrambi gli ingressi A e B sono alti (tra 3 V e VDD), l'uscita diventa bassa (0 V)
Le caratteristiche di trasferimento del 4093 quad NAND Schmitt Trigger sono mostrate nella figura seguente. Per tutti i livelli di tensione di alimentazione positiva (VDD), la caratteristica di trasferimento dei gate presenta la stessa struttura di base della forma d'onda.
Comprensione dei trigger e dell'isteresi di Schmitt IC 4093
Una caratteristica distintiva delle porte NAND IC 4093 è che questi sono tutti trigger di Schmitt. Quindi cosa sono esattamente i trigger di Schmitt?
I trigger IC 4093 Schmitt sono una varietà unica di porte NAND. Una delle sue caratteristiche più utili è la velocità con cui reagiscono ai segnali in arrivo.
Le porte logiche con trigger Schmitt si attiveranno e gireranno le loro uscite in alto o in basso solo quando il loro livello logico di ingresso raggiunge un livello reale. Questo è noto come isteresi.
La capacità del trigger di Schmitt di creare isteresi è una caratteristica cruciale (normalmente circa 2,0 volt utilizzando un'alimentazione a 10 V).
Diamo una rapida occhiata al circuito dell'oscillatore illustrato nella Fig. A di seguito per ottenere una comprensione più approfondita dell'isteresi. La figura B confronta le forme d'onda di ingresso e di uscita del circuito dell'oscillatore.
Se osservi la Fig. A, vedrai che l'ingresso del pin 1 del gate è collegato alla barra di tensione positiva, mentre l'ingresso del pin 2 è collegato alla giunzione del condensatore (C) e del resistore di feedback (R).
Il condensatore rimane scarico e gli ingressi e le uscite del gate sono entrambi a tensione zero (0 logico) fino a quando l'alimentazione CC non viene inserita nel circuito.
Non appena viene attivata l'alimentazione CC al circuito dell'oscillatore, il pin 1 del gate va istantaneamente alto, sebbene il pin 2 rimanga basso.
L'uscita della porta NAND oscilla in alto in risposta alla situazione di ingresso (controllare il tempo t0 in Fig. B).
Di conseguenza, il resistore R e il condensatore C iniziano a caricarsi fino a raggiungere il livello di VN. Ora, il Pin 2 diventa istantaneamente alto non appena la carica del condensatore raggiunge il livello VN.
Ora, poiché entrambi gli ingressi del cancello sono alti (vedi tempo t1), l'uscita del cancello oscilla in basso. Questo costringe C a scaricarsi tramite R fino a raggiungere il livello VN.
Quando la tensione sul pin n. 2 scende al livello VN, l'uscita del gate torna ad essere alta. Questa serie di cicli di attivazione/disattivazione dell'uscita continua finché il circuito rimane alimentato. Ecco come oscilla il circuito.
Se osserviamo il grafico dei tempi, scopriamo che l'uscita diventa bassa solo quando l'ingresso raggiunge il valore Vp e l'uscita oscilla in alto solo quando l'ingresso scende al di sotto del livello VN.
Ciò è determinato dalla carica e scarica dei condensatori attraverso gli intervalli di tempo t0, t1, t2, t3 ecc.
Dalla discussione di cui sopra possiamo vedere che l'uscita del trigger di Schmitt cambia solo quando l'ingresso raggiunge un livello VN basso ben definito e un livello Vp alto. Questa azione di un trigger Schmitt per l'attivazione/disattivazione in risposta a soglie di tensione di ingresso ben definite è chiamata isteresi.
Uno dei principali vantaggi del circuito oscillatore Schmitt è che si avvia automaticamente all'accensione del circuito.
La tensione di alimentazione controlla la frequenza di lavoro del circuito. Questo è di circa 1,2 MHz per un'alimentazione a 12 volt e diminuisce quando l'alimentazione viene ridotta. C dovrebbe avere un valore minimo di 100 pF e R non dovrebbe essere inferiore a 4,7k.
IC 4093 Progetti di circuito
L'IC trigger 4093 Schmitt è un chip versatile che può essere utilizzato per costruire molti progetti di circuiti interessanti. I quattro trigger gate di Schmitt forniti all'interno di un singolo chip 4093 possono essere personalizzati per molte utili implementazioni.
In questo articolo ne discuteremo alcuni. L'elenco seguente fornisce i nomi di 12 interessanti progetti di circuiti IC 4093. Ognuno di questi sarà discusso in modo approfondito nei paragrafi successivi.
- Semplice driver piezoelettrico
- Circuito automatico dell'illuminazione stradale
- Circuito repellente per parassiti
- Circuito sirena ad alta potenza
- Circuito timer di spegnimento ritardato
- Toccare Circuito interruttore ON/OFF attivato
- Circuito sensore pioggia
- Circuito rivelatore di bugie
- Circuito dell'iniettore di segnale
- Circuito driver tubo fluorescente
- Circuito lampeggiante a tubo fluorescente
- Circuito lampeggiante della lampada attivato dalla luce
1) Semplice driver piezo
Un molto semplice ed efficace circuito di pilotaggio piezoelettrico può essere costruito utilizzando un unico IC 4093, come mostrato nello schema elettrico sopra.
Uno dei trigger gate di Schmitt N1 è attrezzato come un circuito oscillatore regolabile. L'uscita di questo oscillatore è ad onda quadra con una frequenza determinata dal valore del condensatore C1 e dalla regolazione del potenziometro P1.
La frequenza di uscita da N1 viene applicata alle porte N2, N3, N4 che sono collegate in parallelo. Queste porte parallele funzionano come buffer e stadio amplificatore di corrente. Insieme aiutano ad aumentare la capacità di corrente della frequenza di uscita.
La frequenza amplificata viene applicata alla base del transistor BC547 che amplifica ulteriormente la frequenza per pilotare un trasduttore piezoelettrico collegato. Il trasduttore piezoelettrico ora inizia a ronzare in modo relativamente forte.
Se vuoi aumentare ulteriormente il volume del piezoelettrico, puoi provare ad aggiungere un 40uH bobina del cicalino proprio attraverso i cavi piezoelettrici.
2) Circuito automatico dell'illuminazione stradale
Un altro grande utilizzo dell'IC 4093 può essere nella forma a semplice circuito di illuminazione stradale automatico , come illustrato nel diagramma sopra.
Qui la porta N1 è agganciata come un comparatore. Confronta il potenziale generato dalla rete del divisore resistivo formata dalla resistenza dell'LDR e dalla resistenza del pot R1.
In questa fase l'N1 sfrutta efficacemente la caratteristica di isteresi del suo trigger Schmitt integrato. Si assicura che la sua uscita cambi stato solo quando la resistenza LDR raggiunge un particolare livello estremo.
Come funziona
Durante il giorno, quando c'è molta luce ambientale sull'LDR, la sua resistenza rimane bassa. A seconda dell'impostazione di P1, questa bassa resistenza crea una logica bassa sui pin di ingresso di N1, che fa sì che la sua uscita rimanga alta.
Questo massimo viene applicato agli ingressi dello stadio buffer, creato dalla connessione in parallelo di N2, N3, N4.
Poiché tutte queste porte sono truccate come porte NOT, l'uscita è invertita. La logica alta di N1 è invertita in una logica bassa all'uscita delle porte N2, N3, N4. Questa logica bassa o 0V raggiunge la base del transistor di pilotaggio del relè T1 in modo che rimanga spento.
Questo a sua volta fa sì che il relè rimanga spento con i suoi contatti appoggiati sui contatti N/C.
La lampadina in fase di configurazione al Contatti NA del relè rimane spento.
quando l'oscurità tramonta in, l'illuminazione sull'LDR inizia a diminuire, il che fa aumentare la sua resistenza. A causa di ciò, la tensione all'ingresso di N1 inizia ad aumentare. La caratteristica di isteresi del gate N1 'aspetta' finché questa tensione non è sufficientemente alta da far cambiare stato alla sua uscita da alta a bassa.
Non appena l'uscita di N1 diventa bassa, viene invertita dalle porte N2, N3, N4 per creare un alto alle loro uscite parallele.
Questo alto accende il transistor e il relè, e successivamente si accende anche la lampadina a LED. In questo modo, al calar della sera o dell'oscurità, la lampadina del lampione collegata si accende automaticamente.
La mattina successiva il processo si inverte e la lampadina del lampione si spegne automaticamente.
3) Circuito repellente per parassiti
Se stai cercando di costruire un edificio economico ma ragionevolmente efficace dispositivo repellente per topi o roditori , allora questo semplice circuito potrebbe aiutare.
Anche in questo caso, questo design include anche i 4 trigger gate di Schmitt da un singolo IC 4093.
La configurazione è abbastanza simile al circuito del driver piezo, tranne per l'inclusione del trasformatore riduttore .
Il segnale ad alta frequenza che può essere adatto per allontanare i parassiti viene accuratamente regolato utilizzando P1.
Questa frequenza è amplificata dalle 3 porte parallele lungo e dal transistor Q1. Il collettore Q1 può essere visto configurato con un primario di un trasformatore da 6 V.
Il trasformatore aumenta la frequenza a un livello di alta tensione di 220 V o 117 V a seconda delle specifiche di tensione del secondario del trasformatore.
Questa tensione potenziata viene applicata attraverso un trasduttore piezoelettrico per generare un rumore acuto. Questo rumore può essere molto fastidioso per i parassiti ma può essere impercettibile per gli esseri umani.
Il rumore ad alta frequenza alla fine fa sì che i parassiti lascino l'area e scappino in un altro luogo tranquillo.
4) Circuito sirena ad alta potenza
La figura seguente mostra come l'IC 4093 può essere applicato per costruire un potente circuito della sirena . Il tono della sirena è completamente regolabile tramite una manopola del potenziometro.
Nonostante la sua semplice configurazione, il circuito in questo esempio è effettivamente in grado di produrre un suono forte. Il MOSFET a canale n che alimenta gli altoparlanti lo consente.
Questo particolare MOSFET ha un drain in uscita per generare una resistenza di soli tre milliohm e potrebbe essere azionato direttamente utilizzando circuiti logici CMOS. Inoltre, la sua corrente di drain può raggiungere 1,7 A, con una tensione drain-source di picco di 40 V.
Va bene caricare il MOSFET direttamente con un altoparlante perché è essenzialmente indistruttibile.
Controllare il circuito è semplice come alzare la logica di ingresso ENABLE (che potrebbe essere implementata anche tramite un normale interruttore anziché una sorgente digitale).
Il gate N2 oscilla come risultato degli impulsi del trigger di Schmitt N1 una volta che l'ingresso sul pin 5 è alto. L'uscita del gate N2 viene inviata al MOSFET attraverso uno stadio tampone costruito attorno a N3. Il preset P1 permette di modulare la frequenza di N2.
5) Timer di spegnimento ritardato con Buzzer
L'IC 4093 può essere utilizzato anche per costruire un oggetto utile ma semplice circuito timer di spegnimento ritardato , come mostrato nella figura sopra. Quando si accende l'alimentazione, il cicalino piezoelettrico inizierà a ronzare indicando che il timer non è impostato.
Il timer viene impostato quando si preme momentaneamente il pulsante ON.
Alla pressione del pulsante C3 si carica velocemente e applica una logica alta all'ingresso del gate 4093 associato. Ciò fa sì che l'uscita del gate diventi bassa o 0 V. Questo 0 V viene applicato all'ingresso dello stadio oscillatore costruito attorno al gate N1.
Questo 0 V porta l'ingresso del gate N1 a 0 V tramite il diodo D1 e lo disabilita, in modo tale che N1 non sia in grado di oscillare.
L'uscita di N1 inverte ora lo zero logico di ingresso in una logica alta alla sua uscita che viene alimentata agli ingressi paralleli di N2 e N3.
N2 e N3 invertono ancora una volta questa logica alta in zero logico alla base del transistor, in modo che il transistor e il piezoelettrico rimangano spenti.
Dopo un predeterminato ritardo il condensatore C3 si scarica completamente attraverso il resistore R3. Questo fa apparire un logico basso all'ingresso della porta associata. L'uscita di questo gate ora diventa alta.
A causa di ciò, lo zero logico dall'ingresso di N1 viene rimosso. Ora, N1 è abilitato e inizia a generare un'uscita ad alta frequenza.
Questa frequenza è ulteriormente amplificata da N2, N3 e dal transistor per pilotare l'elemento piezoelettrico. Il piezo ora inizia a ronzare indicando che il tempo di ritardo OFF è scaduto.
6) Toccare Interruttore attivato
Il disegno successivo mostra a interruttore attivato dal tocco semplice utilizzando un singolo 4093 IC. Il funzionamento del circuito può essere compreso con la seguente spiegazione.
Non appena l'alimentazione viene attivata a causa del condensatore C1 all'ingresso di N1, la logica all'ingresso di N1 viene trascinata alla tensione di massa. Ciò fa sì che i circuiti di feedback N1 e N2 si colleghino a questo ingresso. Ciò si traduce nella creazione di una logica 0 V all'uscita di N2.
La logica 0 V rende inattivo lo stadio del driver del relè di uscita durante la prima accensione.
Ora immagina che la base del transistor T1 venga toccata con un dito. Il transistor si attiverebbe immediatamente, generando un segnale logico alto tramite C2 e D2 all'ingresso di N1.
C2 si carica velocemente e previene qualsiasi successiva errata attivazione al tocco. Ciò garantisce che la procedura non sia ostacolata dall'effetto antirimbalzo.
L'alto logico sopra menzionato inverte immediatamente lo stato di N1/N2, facendoli bloccare e creare un'uscita positiva. La fase di pilotaggio del relè e il relativo carico vengono attivati da questa uscita positiva.
Ora, il successivo contatto con il dito dovrebbe far tornare il circuito alla sua posizione originale. N4 viene utilizzato per ottenere questa funzionalità.
Una volta che il circuito ritorna al suo stato originale, C3 si carica costantemente (in pochi secondi), facendo apparire un minimo logico all'ingresso appropriato di N3.
Tuttavia, l'altro ingresso di N3 è già mantenuto a livello logico basso dal resistore R2, che è collegato a massa. N3 è ora perfettamente posizionato in uno stato di attesa, 'pronto' per il prossimo trigger touch in arrivo.
7) Sensore pioggia
L'IC 4093 può anche essere perfettamente configurato per creare a circuito sensore pioggia con un oscillatore per il cicalino.
Una batteria da 9 V può essere utilizzata per alimentare il circuito e, a causa dell'utilizzo di corrente estremamente basso, sopravviverà per un minimo di un anno. Deve essere cambiato dopo un anno poiché poi mancherà di affidabilità a causa dell'autoscarica.
Nella sua forma più semplice, il dispositivo comprende un rilevatore di pioggia o acqua, un bistabile R-S, un oscillatore e uno stadio di pilotaggio per il cicalino di avvertimento.
Un pezzo di circuito scartato di 40 x 20 mm funge da sensore dell'acqua. Le connessioni cablate possono essere utilizzate per unire tutte le tracce del PCB. Per evitare che i binari si corrodano, può essere consigliabile stagnarli.
All'accensione il bistabile viene immediatamente abilitato attraverso la rete in serie di R1 e C1.
La resistenza tra i due set di tracce sul PCB del sensore è davvero molto alta fintanto che è asciutto. Tuttavia, la resistenza diminuisce rapidamente quando viene rilevata un'umidità.
Il sensore e il resistore R2 sono collegati in serie e insieme creano un divisore di tensione che dipende dall'umidità. Non appena l'ingresso 1 di N2 diventa basso, reimposta l'RS bistabile. Di conseguenza l'oscillatore N3 è acceso e la porta conducente N4 aziona il cicalino.
8) Rilevatore di bugie
Un altro ottimo modo per utilizzare il circuito di cui sopra può essere sotto forma di un rilevatore di bugie.
Per un rilevatore di bugie, l'elemento sensibile viene sostituito con due pezzi di filo con le estremità spellate e stagnate.
Alla persona interrogata vengono quindi dati i fili scoperti per tenersi saldamente. Il cicalino inizia a suonare se il bersaglio dice bugie. Questa situazione è innescata dall'umidità generata sulla presa della persona a causa del nervosismo e del senso di colpa.
Il valore di R2 determina la sensibilità del circuito; potrebbe essere necessaria una certa sperimentazione qui.
Bloccando l'interruttore S1 su ON, l'oscillatore (e quindi il buzzer) potrebbe essere spento.
9) Iniettore di segnale
Un IC 4093 può essere configurato in modo efficace per funzionare come un circuito iniettore audio. Questo dispositivo può essere utilizzato per la risoluzione dei problemi di parti difettose negli stadi del circuito audio.
Se hai mai tentato di riparare i tuoi sistemi audio, potresti avere piena familiarità con le capacità di un iniettore di segnale.
Un iniettore di segnale, per i profani, è un generatore di onde quadre di base creato per pompare una frequenza audio in un circuito in prova.
Può essere utilizzato per rilevare e identificare un componente difettoso in un circuito. Un circuito iniettore di segnale può essere utilizzato anche per studiare le sezioni RF dei ricevitori AM/FM.
La figura sopra mostra una rappresentazione schematica dell'iniettore di segnale. La sezione del circuito oscillatore o generatore di onde quadre è strutturata attorno ad un'unica porta (IC1a).
I valori del condensatore C1 e del resistore R1/P1 impostano la frequenza dell'oscillatore, che può essere di circa 1 kHz. Regolando i valori P1 e C1 per lo stadio oscillatore, è possibile modificare la gamma di frequenza del circuito.
Il circuito uscita ad onda quadra commuta ON/OFF su tutta la linea di alimentazione. Per alimentare il circuito possono essere utilizzate tensioni di alimentazione variabili da 6 a 15 volt.
Tuttavia, puoi anche utilizzare una batteria da 9V. L'uscita della porta N1 è interconnessa in serie con le restanti tre porte dell'IC 4093. Queste 3 porte possono essere viste collegate in parallelo tra loro.
Con questa disposizione, l'uscita dell'oscillatore viene adeguatamente tamponata e amplificata ad un livello tale da poter alimentare opportunamente il circuito in prova.
Come utilizzare un iniettore di segnale
Per risolvere un circuito utilizzando un iniettore, il segnale viene iniettato attraverso i componenti da dietro a davanti. Supponiamo che tu voglia risolvere una radio AM con un iniettore. Si inizia applicando la frequenza dell'iniettore alla base del transistor di uscita.
Se il transistor e le altre parti che seguono funzionano correttamente, il segnale verrà ascoltato attraverso l'altoparlante. Nel caso in cui non sia udibile alcun segnale, il segnale dell'iniettore viene portato avanti verso l'altoparlante fino a quando non viene prodotto un suono dall'altoparlante.
La parte immediatamente precedente a questo punto può essere considerata molto probabilmente difettosa.
10) Driver per tubi fluorescenti
La figura sopra raffigura il Inverter a luce fluorescente disegno schematico utilizzando l'IC 4093. Il circuito può essere utilizzato per alimentare una lampadina fluorescente utilizzando due batterie ricaricabili da 6 volt o una batteria per autoveicoli da 12 volt.
Con alcuni piccoli accorgimenti, questo circuito è praticamente identico al precedente.
Nel suo formato esistente, Q1 viene alternativamente commutato da saturazione e cut-off utilizzando l'uscita dell'oscillatore bufferizzato.
Il primario di T1 subisce un campo magnetico crescente e decrescente come risultato della commutazione del collettore di Q1, che è collegato a un terminale di un trasformatore step-up.
Di conseguenza, l'avvolgimento secondario di T1 subisce un'induzione di una tensione fluttuante sostanzialmente maggiore.
Il tubo fluorescente riceve la tensione creata nel secondario di T1, che lo fa illuminare prontamente e senza sfarfallio.
Un tubo fluorescente da 6 watt può essere azionato dal circuito utilizzando un'alimentazione a 12 volt. Quando si utilizzano due batterie umide ricaricabili da 6 volt, il circuito consuma solo 500 mA.
Pertanto è possibile ottenere diverse ore di funzionamento con una singola ricarica. La lampada funzionerà in modo notevolmente diverso rispetto a quando è alimentata da 117 volt o 220 V di rete CA.
Non è necessario alcun avviatore o preriscaldatore poiché il tubo è eccitato con oscillazioni ad alta tensione. Il transistor di uscita deve essere installato su un dissipatore di calore durante la costruzione del circuito. Il trasformatore può essere piuttosto piccolo con un primario da 220 V o 120 V e un secondario da 12,6 volt, 450 mA.
11) Lampeggiatore fluorescente
Il lampeggiatore fluorescente, illustrato nella figura sopra, incorpora gli stadi sia del circuito dell'oscillatore 4093 fondamentale che del circuito del driver della luce fluorescente 4093.
Questo progetto, costituito da due oscillatori e uno stadio amplificatore/buffer, potrebbe essere implementato come a spia lampeggiante per veicoli. Come si può vedere, qui, una piedinatura dello stadio amplificatore/buffer N3, si collega all'uscita del primo oscillatore (N1).
Il secondo oscillatore costruito attorno a N2 fornisce l'ingresso all'altra gamba dell'amplificatore (N3). Le due reti RC indipendenti dagli oscillatori definiscono le loro frequenze operative. Con l'aiuto del transistor Q1, il sistema genera un'uscita di commutazione a modulazione di frequenza.
Questa uscita di commutazione genera un impulso di alta tensione nell'avvolgimento secondario del trasformatore T1. La sua uscita diventa bassa non appena entrambi i segnali forniti a IC1c sono alti. Questo basso spegne Q1 e alla fine la spia inizia a lampeggiare.
12) Lampeggiatore della lampada attivato dalla luce
Il lampeggiatore fluorescente attivato dalla luce, come mostrato sopra, è un aggiornamento del precedente circuito lampeggiatore fluorescente IC 4093. Il precedente circuito lampeggiatore 4093 è stato riconfigurato per iniziare immediatamente a lampeggiare non appena un automobilista in avvicinamento illumina l'LDR con i suoi fari.
Un LDR, R5, funge da sensore di luce nel circuito. Il potenziometro R4 regola la sensibilità del circuito. Questo deve essere ottimizzato in modo tale che quando un raggio di luce viene proiettato sull'LDR da una distanza compresa tra 10 e 12 piedi, la lampada fluorescente inizia a lampeggiare.
Inoltre, il potenziometro R1 è regolato per garantire che quando la sorgente luminosa viene rimossa dall'LDR, il lampeggiatore si spenga da solo.
