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Seleção de Circuitos CMOS (ART1903)

Os circuitos integrados CMOS digitais oferecem uma infinidade de possibilidades de aplicações como blocos básicos para projetos. De fato, funções simples como a de osciladores, divisores de frequência, monoestáveis, excitadores de relés, chaves sem ruídos são alguns exemplos de blocos que podem ser elaborados com os circuitos integrados da série 4000. Neste artigo damos uma seleção de aplicativos para os circuitos desta série.

Lembramos que os circuitos integrados da família 4000 podem ser alimentados com tensões na faixa de 3 a 15 V e que sua velocidade máxima de operação depende desta alimentação.

Assim, uma função típica operará com 3 MHz de velocidade máxima quando alimentada com 5 V e erá esta velocidade aumentada para 6 ou 7 MHz com alimentação de 12 V.

Por outro lado, a corrente que pode ser drenada ou fornecida na saída depende da alimentação e é de 2,25 mA tipicamente para uma alimentação de 10 V. As correntes quiescentes da maioria dos dispositivos desta família está em torno de 0,1 uA.

Alertamos ainda os leitores para não tocarem diretamente nos terminais dos componentes desta família já que eles são sensíveis à descargas estáticas.

Os circuitos fornecidos servem de base para projetos e eventualmente devem ter os valores de resistores e capacitores alterados para se obter o funcionamento desejado conforme a aplicação.

 

 

Dobrador de Tensão

O circuito mostrado na figura 1 pode dobrar uma tensão contínua na faixa de 5 a 15 V podendo ser usado como fonte de polarização, já que a corrente de saída disponível é de alguns microamperes.

Na configuração básica usamos duas portas do 4049 como oscilador e outras 4 como um buffer-amplificador digital. Outras funções CMOS que possam ser ligadas como inversores tais como os 4001 e 4011 podem ser empregada na mesma configuração com a diferença de que teremos apenas duas portas como amplificadores digitais.

Os capacitores são eletrolíticos com tensões de trabalho um pouco maiores do que as usadas na alimentação.

 

 


 

 

 

Teste de Servos

Com a configuração mostrada na figura 2 podemos gerar pulsos intervalados de 20 ms com duração entre 1 e 2 ms servindo para o teste de servos, como os usados em equipamentos de controle remoto e aplicações relacionadas com robótica e mecatrônica.

Eventualmente resistores e capacitores devem ter os seus valores otimizados para se alcançar a faixa exata de tempos necessária aos testes. A alimentação deve ser feita com tensão de 5 V ou conforme o tipo de sinal exigido pelo servo em teste.

 

 


 

 

 

VCO com o 4046

O circuito integrado CMOS 4046 consiste num PLL que contém um VCO interno bastante versátil. No circuito da figura 3 mostramos como este PLL pode ser usado para se obter um oscilador controlado pela tensão aplicada ao pino 9 através de um potenciômetro.

Dependendo da aplicação, esta tensão pode ser fornecida por um circuito externo. O circuito tem duas saídas com sinais de frequências múltiplas e a frequência central é dada pelo valor do capacitor C1.

Este capacitor pode assumir valores entre 200 pF e 470 nF tipicamente.

 


 

 

 

 

Oscilador com o 4047

O oscilador mostrado na figura 4 produz sinais retangulares de suas frequências e complementares. A frequência do sinal gerado depende de R e C segundo a fórmula dada junto ao diagrama.

O limite de frequência gerado está em torno de 7 MHz para uma alimentação com 12 V. O valor mínimo de C recomendado é de 100 pF. A alimentação do circuito pode ser feita com tensões de 3 a 15 V lembrando que ela influi na frequência máxima de oscilação.

 

 


 

 

 

Mixer Digital

Com o circuito mostrado na figura 4 sinais de áudio de dois canais de sistemas de som estéreo são chaveados rapidamente pela frequência do oscilador 4093 de modo a serem misturados.

Os sinais de cada canal aparecem em suas saídas podendo ser aplicados na entrada de amplificador único. A frequência de chaveamento deve ser superior a 50 kHz para que não apareçam ruídos na saída.

Eventualmente um filtro passa baixas deve ser agregado ao circuito para eliminar a componente de chaveamento que possa estar presente nos sinais de saída. Os fios de entrada e saídas de sinais devem ser todos blindados. Os sinais são de pequena intensidade com amplitude que não deve superar a tensão de alimentação do circuito.

 


 

 

 

Seletor de Áudio

A configuração mostrada na figura 6 possibilita a seleção por toque num interruptor de pressão dos sinais de 4 entradas. O sinal selecionado aparece na saída.

O circuito integrado 4052 que consiste num MUX/DEMUX opera na configuração para sinais analógicos com tensão de –5 V no pino 7 o que exige o emprego de fonte simétrica para alimentação.

Os sinais de entrada são de pequena intensidade com amplitude sempre inferior a 5 Vpp. A comutação dos sinais pode também ser feita por meio de lógica.

 

 


 

 

 

Porta AND usando OR

Na figura 7 temos o modo de se usar três portas NOR para se obter uma configuração lógica AND de duas entradas. Esta configuração pode ser útil para o caso de se necessitar da função e não se dispôr de um circuito para a finalidade.

 

 

Porta AND usando NOR.
Porta AND usando NOR.

 

 

 

Porta NOR usando AND

A figura 8 mostra como é simples de se obter uma porta NOR usando uma porta AND e mais alguns elementos passivos externos, no caso diodos e um resistor. Esta configuração pode ser útil no caso de se necessitar da função indicada e apenas tivermos disponíveis portas AND como a de um 4011.

 

 


 

 

 

 

a. Biestável de Toque

O circuito mostrado na figura 10 é uma chave de toque biestável usando duas portas NAND de um 4011. O toque no sensor X1 comuta o circuito que muda de estado permanecendo assim até um novo toque.

A sensibilidade depende dos resistores de 10 M e 15 M que eventualmente podem ser alterados conforme a aplicação. O sensor consiste em duas chapinhas de metal que devem ser tocadas simultaneamente.

 

 

Biestável de toque.
Biestável de toque.

 

 

 

Flip-Flop R-S

Na figura 10 mostramos como obter um flip-flop Set-Reset ou Reset-Set usando duas portas NAND de um circuito integrado 4011. Trata-se de uma configuração útil para uma improvisação ou aproveitamento das portas num projeto.

 

 


 

 

 

Oscilador com Ciclo Ativo Programável

O ciclo ativo do oscilador mostrado na figura 11 pode ser programado pela escolha apropriada dos resistores de 220 k ohms e 22 k ohms. Com os valores indicados temos um ciclo ativo que é de 10%, ou seja, o tempo em que a saída permanece no nível alto é 1/10 do tempo do ciclo total.

Os valores dos resistores podem ser alterados numa ampla faixa de valores para se obter o ciclo ativo desejado. A frequência central de operação do circuito é dada pelo capacitor C1 que pode assumir valores entre 1 nF e 470 nF para aplicações comuns.

 

 


 

 

 

 

Oscilador retangular 4093

Uma das configurações mais versáteis de oscilador usando circuitos CMOS é a mostrada na figura 12 e que faz uso de uma das quatro portas disparadoras de um 4093. A frequência depende de R e C. C tem valores na faixa de 100 pF a 100 uF enquanto que R tem valores a partir de 1 kohms. O sinal tem um ciclo ativo de aproximadamente 50% e a frequência máxima de operação para uma alimentação de 12 V está em torno de 5 MHz.

 


 

 

 

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