Conheça o LM3909 (ART1499)

Um dos problemas da eletrônica atual é a disponibilidade de componentes que possam operar com tensões muito baixa, na faixa de 1,1 a 1,5 V. Nesta categoria incluem-se os circuitos integrados que acionam LEDs ou buzzers em equipamentos alimentados por bateria. Felizmente, nos projetos que envolvam tensões muito baixas de baterias ou fontes alternativas, podemos contar com um circuito integrado muito útil. É justamente dele que trataremos neste artigo, o LM3909.

Para acender um LED vermelho, que é o tipo que necessita tensão mais baixa, da ordem de 1,6 V, temos problemas se usarmos uma única pilha, pois ela fornece apenas 1,5 V e mais ainda, se formos usar uma foto-célula ou fonte de tensão mais baixa ainda.

Isso dificulta o uso dos LEDs em circuitos de baixa tensão,pois precisaremos de uma tensão maior.

Com a finalidade de operar numa faixa muito ampla de tensões de 1,1 V até muito mais com o uso de circuitos redutores, acionando indicadores como LEDs e buzzers, a National Semiconductor, agora empresa do grupo da Texas Instruments (www.ti.com) tem em sua linha de produtos o circuito integrado LM3909 que o componente abordado neste artigo.

O LM3909 consiste num flasher ou pulsador, oscilador ou alarme que opera com tensões muito baixas e um consumo igualmente muito baixa.

Este componente é apresentado em invólucro DIL de 8 pinos, o que facilita extremamente o seu uso em projetos comuns sem a necessidade de recursos especiais de montagem.

Na figura 1 temos a pinagem deste circuito integrado.

 

   Figura 1 – o LM3909
Figura 1 – o LM3909

 

A configuração interna deste circuito integrado é mostrada na figura 2.

 

   Figura 2 – Circuito interno equivalente ao LM3909
Figura 2 – Circuito interno equivalente ao LM3909

 

A configuração interna deste componente é feita de tal maneira a possibilitar combinações de ligações externas de muitas maneiras diferentes, conforme a modalidade de funcionamento desejada.

Na verdade, a disposição dos componentes internos equivalentes é tal que torna o componente muito difícil de ser destruído em testes de circuitos experimentais, o que é muito interessante para o experimentador.

O que o circuito faz é pulsar a tensão de saída através de um sistema que dobra a tensão, de modo a se obter mais de 2 V quando, por exemplo, usamos o circuito para alimentar um LED.

Na figura 3 mostramos o que ocorre no funcionamento deste circuito, quando gera um sinal de muito curta duração o que resulta num consumo extremamente baixo de energia.

 

   Figura 3 – Os pulsos gerados pelo LM3909
Figura 3 – Os pulsos gerados pelo LM3909

 

Alimentando continuamente o LED com uma corrente de 10 mA limitada apena por um resisto, levando em conta que a fornece3 V teremos uma potência contínua de 3 x 10 = 30 mW.

No entanto, se o ciclo ativo for tal que nas piscadas o LED fique aceso por apenas 10 % do tempo, a corrente média será reduzida para apenas 1 mA.

Neste caso, com uma tensão de 3 V, a potência exigida da fonte será de apenas 1 x 3 = 3 mW, ou seja, 10 vezes menos.

Evidentemente, isso fará com que a bateria dure 10 vezes mais.

 

Como Funciona

As explicações que damos a seguir são baseadas no circuito interno equivalente da figura 2.

Com a alimentação de 1,5 V estabelecida no pino 5, a corrente vai fluir pelos resistores de 1k e 6k passando pelo emissor de Q1.

Essa corrente será amplificada por Q2 e levada à base de Q3.

Com a condução de Q3 o transistor Q4 é polarizado no corte e com isso também Q1.

Esta realmente negativa faz com que a corrente de Q1 tenda a diminuir nos resistores de tempo e transistor de potência, até que um ponto de equilíbrio seja alcançado.

Este equilíbrio ocorre quando a tensão no coletor de Q3 for de aproximadamente 0,5 V e a base de Q4 estiver em torno de 1 V e ainda houver uma pequena tensão entre o pino 8 e o terra (0V).

A diferença entre as duas primeiras tensões citadas [é a queda de tensão base-emissor de Q1 e 2/3 da queda de tensão base-emissor de Q4, fixada pelo divisor de tensão de altos valores entre sua base e o emissor.

Veja que a tensão de realimentação negativa é atenuada pelo menos duas vezes pelo divisor formado pelos resistores de 400 Ω.

Levando em conta a existência de um capacitor entre os pinos 2 e 8, sua ação de realimentação no circuito inicialmente é pequena.

No entanto, com a ação de polarização contínua do circuito que leva a uma realimentação inicial maior, o que faz com que ocorra a oscilação.

A forma de onda obtida é mostrada na figura 4.

 

  Figura 4 – Forma de onda na oscilação
Figura 4 – Forma de onda na oscilação

 

Por outro lado, o forma de onda disponível no pino 2, que corresponde ao coletor do transistor de potência, é quase retangular, estendendo-se de aproximadamente 0,1 V na saturação até 0,1 V abaixo da tensão de alimentação.

Os intervalos em que o circuito está ligado (ON) coincidem com os pulsos do, pino 8.

 

Aplicações

A mais simples das aplicações é a que corresponde a um “flasher” ou pulsador que alimenta um LED.

Na figura 5 temos então um circuito que alimenta um LED com tensões na faixa de 1,2 V a 1,5 V.

 

   Figura 5 – Flasher de LED
Figura 5 – Flasher de LED

 

A finalidade do capacitor neste circuito é tanto de prover a temporização como também multiplicara tensão para excitar o LED.

Com um capacitor de 300 µF (330 µF) o LED piscará uma vez por segundo, aproximadamente.

Como o ciclo ativo é muito pequeno, o consumo do circuito é extremamente baixo.

Capacitores de 220 µF a 470 µF podem ser utilizados.

Na figura 6 temos um circuito em que uma lâmpada incandescente do tipo 47 é excitada com uma corrente de pico de 150 mA.

 

   Figura 6 – Circuito com lâmpada
Figura 6 – Circuito com lâmpada

 

A frequência deste circuito é de aproximadamente 1,5 Hz.

Observamos que nestes circuito o ciclo ativo é da ordem de apenas 1% o que significa um consumo da ordem de 50 µA(tip.), garantindo uma enorme autonomia para a pilha usada na alimentação.

Para se modificar o comportamento do LM3909 podem ser utilizadas diversas configurações de componentes externos.

Para obtermos uma freq1uências mais alta, sem reduzir a intensidade dos pulsos de luz num flasher, o que ocorreria com a simples redução do capacitor, temos o circuito da figura 7.

 

   Figura 7 – Aumentando a frequência – pulsador rápido
Figura 7 – Aumentando a frequência – pulsador rápido

 

Um resistor de 1k é necessário para derivar a corrente do divisor de temporização interna e assim alterar a constante de tempo do circuito.

Com esse recurso podemos obter uma frequência de aproximadamente 3 Hz, ou seja, 3 vezes a do circuito básico.

Para um flasher de 6 V usando LED temos o circuito da figura 8.

 

   Figura 8 - flasher de 6 V
Figura 8 - flasher de 6 V

 

O resistor de 3k9 externo faz com que a corrente de carga através do resistor interno de temporização seja reduzida, mantendo assim as características de frequência do sistema, mesmo com uma tensão de alimentação maior.

O resistor em série com o diodo limita os picos de corrente neste componente, protegendo o circuito integrado contra uma eventual sobrecarga.

A frequência de operação deste circuito é da ordem de 1 Hz.

Também é preciso observar que em circuitos em que a alimentação seja superior a 3 V, existem momentos em que a polaridade sobre o capacitor eletrolítico inverte.

O componente deve estar apto a suportar estas inversões.

Para alimentar um LED deforma “contínua! Com uma fonte a partir de 1,5 V temos o circuito mostrado na figura 9.

 

   Figura 9 – LED com alimentação continua
Figura 9 – LED com alimentação continua

 

Neste circuito a frequência é elevada ao ponto de não podermos ver as piscadas e com isso ele parece continuamente aceso.

O circuito opera numa frequência de aproximadamente 2 kHz, dada pelo capacitor de 2 µF.

Como o consumo de corrente é de aproximadamente 12 mA, o circuito não é indicado para aplicações em que se deseje autonomia maior para a alimentação.

Observe que a operação em altas frequências exige a utilização de dois resistores externos, normalmente de mesmo valor.

Um deles tem por função fornecer uma derivação para o circuito interno de tempo e se somente ele for usado, a corrente de carga do capacitor passará pelos dois resistores internos de 400 Ω e pelo coletor de Q3.

Desta forma, teremos uma frequência mais baixa com menor ciclo ativo.

Com um único resistor temos também a possibilidade das oscilações pararem antes da bateria estar completamente descarregada.

Com a utilização de um segundo resistor de 68 Ω externos, estes problemas são eliminados.

O circuito da figura 10 é uma configuração em que dois LEDS piscam alternadamente.

 

    Figura 10 – Pisca LED alternado
Figura 10 – Pisca LED alternado

 

Trata-se de um oscilador de relaxação que pode ser alimentado por tensões entre 10 e 15 V.

Com uma tensão de alimentação, a frequência é da ordem de 2,5 Hz.

O capacitor C2 tanto determina a frequência das piscadas como sua intensidade, pois armazena a energia que será fornecida aos LEDs nos momentos em que eles acendem.

Este capacitor carrega-se através de um dos LEDs e depois descarrega-se através do outro, proporcionando o efeito das piscadas alternadas.

Se um dos LEDs for verde e o outro vermelho, dadas as diferenças de tensão de alimentação, o verde deve ser ligado diretamente ao pino 5.

Para operação com alta tensão de uma forma econômica e mais segura do que as que fazem uso de lâmpadas neon temos o circuito da figura 11.

 

Figura 11 – Operação com alta tensão
Figura 11 – Operação com alta tensão

 

Este circuito opera com tensões contínuas na faixa de 85 V a 200 V.

O resistor de 43 k limita a tensão em todos os pontos do circuito a umn máximo de 7 V.

Seu funcionamento é o seguinte: o capacitor de temporização carrega-se através do resistor de 43 k e dois dos dois resistores de 400 Ω internos.

Quando a tensão no capacitor atinge um valor de aproximadamente 5 V, o circuito comuta alimentado o LED que então produz um flash luminoso.

Esse flash corresponde à descarga do capacitor através do LED.

Para alimentar uma carga de maior potência do que os LEDs podemos usar uma etapa transistorizada como a mostrada no circuito da figura 12.

 

  Figura 12 – Usando uma etapa de potência
Figura 12 – Usando uma etapa de potência

 

Neste caso temos uma luz estroboscópica portátil alimentada por uma tensão de apenas 3 V.

O limite de comutação do LM3909 é de 150 mA de modo que para acionar uma carga com corrente maior, um transistor de potência deve ser utilizado.

Observe que o circuito possui um controle de frequência que permite sua operação numa ampla faixa de valores.

Apesar de sua inércia que limitam sua operação as lâmpadas incandescentes podem ser usadas em frequências de até alguns hertz.

Na figura 13 temos um circuito de um flasher de alta potência para aplicações automotivas já que a alimentação deve ser feita com tensões na faixa de 12 a 14 V.

 

   Figura 13 – Flasher automotivo
Figura 13 – Flasher automotivo

 

A corrente máxima de carga (lâmpada) depende do transistor e neste caso é da ordem de 600 mA e a frequência das piscadas com os valores dos componentes usados é da ordem de 1 Hz.

O transistor pode ser o BD135 ou ainda o TIP31.

Na figura14 damos o modo de se adaptar o circuito em substituição a um pisca-pisca convencional de carro, tanto para o caso de veículos com positivo à massa como negativo.

 

   Figura 14 - Utilizando como pisca-pisca automotivo
Figura 14 - Utilizando como pisca-pisca automotivo

 

O capacitor de valor elevado, 3 300 µF tem diversas funções neste circuito além da temporização.

Ele também torna o circuito imune a transientes da fonte de alimentação e limita a corrente para o circuito integrado.

O circuito integrado utilizado recebe uma alimentação de 7 V.

A quantidade de energia armazenada no capacitor é usada para comutar o transistor de potência.

Na figura 15 temos um simples provador de continuidade que funciona com uma única pilha.

 

   Figura 15 – Provador de continuidade de 1 pilha
Figura 15 – Provador de continuidade de 1 pilha

 

O alto-falante usado ou mesmo uma cápsula de baixa impedância de fone de ouvido tem de 12 a 16 Ω de impedância.

Veja que não é necessário transformador de saída para este circuito.

O provador em questão detecta continuidade até 100 Ω.

Como a escala de resistências de prova é estreita, pequenas diferenças de resistência como curto circuito (0 Ω) ou baixa resistência (5 Ω) podem ser diferenciadas.

Podemos usar este provador em aplicações automotivas onde, por exemplo, um curto no primário da bobina de ignição pode ser detectado, o que não ocorre com provadores comuns.

Na figura 16 temos um detector de umidade ou vazamento que se caracteriza pelo baixíssima corrente de repouso, da ordem de 100 µA e pela não necessidade de conexão à rede de energia.

 

   Figura 16 – Detector de umidade ou vazamento
Figura 16 – Detector de umidade ou vazamento

 

Quando uma corrente de apenas 0,25 µA circula pelo sensor devido à umidade, o transistor Qa comuta e com isso o multivibrador formado por este transistor e Qb entra em ação produzindo uma frequência da ordem de 1 Hz.

Este sinal é aplicado ao LM3900 modulando o tom que é reproduzido no alto-falante.

O tipo de sensor depende da aplicação, podendo ser um de tecido com um pouco de sal entre duas telas de arame para vazamento, ou chuva ou ainda dois fios desencapados para enchente ou água.

Na figura 17 temos um circuito oscilador para prática de telegrafia que, na verdade, consiste num telégrafo experimental de duas vias.

 

   Figura 17 – Telégrafo experimental
Figura 17 – Telégrafo experimental

 

A distância entre as estações pode chegar a um máximo de 70 metros, podendo ser usado fio comum ou mesmo fio fino do tipo telefônico.

Os alto-falante podem ser tipos pequenos de 8 Ω e o manipulador de construção caseira como descritos nos diversos telégrafos publicados no site do autor.

Finalmente, na figura 18 temos a utilização de dois LM3909 numa sirene modulada.

 

   Figura 18 – Sirene modulada
Figura 18 – Sirene modulada

 

O primeiro LM3909 é ligado a um pequeno alto-falante de 25 Ω sendo responsável pela produção do tom principal.

Este circuito é modulado pelo segundo LM3909 a uma razão de 1 Hz.

A frequência de modulação é determinada pelo capacitor de 400 µF e o tom determinado pelo capacitor de 1 µF.

A alimentação é feita com uma única pilha de qualquer tamanho.

 

Outros Projetos

Na nossa seção Banco de Circuitos temos muitos outros projetos utilizando o circuito integrado LM3909.

Digite LM3909 na busca da homepage do site e você encontrará dezenas de outras aplicações deste importante componente.

 


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