O circuito integrado CMOS 4093 permite a realização de uma infinidade de projetos. Muitos podem ser usados de forma isolada em aplicações interessantes enquanto que outros podem ser adaptados para fazer parte de projetos mais complexos. Neste artigo damos alguns desses projetos. Eles fazem parte de nosso livro publicado nos Estados Unidos, CMOS Projects and Experiments – Fun with the 4093.
As quatro portas NAND do circuito integrado CMOS 4093 podem ser usadas de forma independente em sua função original lógica ou ainda como amplificadoras ou osciladoras digitais.
Na figura 1 temos a pinagem deste circuito integrado que pode funcionar com tensões de 3 a 15 V.
A frequência máxima de operação do 4093 depende da tensão de alimentação ficando em torno de 7 MHz para 10 V.
Os sinais gerados, quando ele opera na configuração de oscilador, são retangulares com um ciclo ativo de 50%, o qual pode ser modificado através de componentes externos.
1 - Bargraph ou Indicador de Barra Móvel
O circuito mostrado na figura 2, aciona uma barra de 4 LEDs com um sinal de áudio aplicado à sua entrada.
Os resistores em série com os LEDs determinam o seu brilho podendo ser diminuídos se a tensão de alimentação for menor que 9 V.
O capacitor C1 determina a inércia do sistema, ou seja, a velocidade com que ele responde às variações do sinal de áudio de entrada.
O transformador serve para isolar o circuito de áudio do bargraph. Pode ser usado qualquer pequeno transformador de alimentação que tenha um enrolamento primário para a rede de energia (o qual será ligado ao potenciômetro) e um secundário de 3 a 9 V com corrente na faixa de 50 mA a 250 mA.
O potenciômetro serve para ajustar o ponto de funcionamento do indicador de barra móvel em função da intensidade do sinal de entrada.
O trimpot de 100 k Ω serve para ajustar a escala, de modo que todos os LEDs fiquem apagados na ausência de sinal. Na verdade, este trimpot ajusta a extensão da escala.
O circuito pode ser adaptado para operar com 2 4093 e assim acionar até 8 LEDs numa escala. Nesse caso, a rede de resistores de entrada deve ser adaptada.
Para maior número de LEDs, entretanto, a tensão de alimentação deverá estar entre 9 e 12 V.
Na figura 3 damos uma placa de circuito impresso para a montagem desse circuito.
O primário do transformador é ligado à saída do alto-falante do aparelho de som. Rx depende da potência do equipamento de som, conforme a seguinte tabela:
| Potência | Rx |
| até 5 W | 10 Ω x ½ W |
| 5 a 20 W | 22 Ω x ½ W |
| 20 a 50 W | 47 Ω x 1 W |
| 50 a 100 W | 100 Ω x 1 W |
| mais de 100 W | 220 Ω x 1 W |
4093 – Circuito integrado CMOS
LED1 a LED4 – LEDs vermelhos comuns
D1 – 1N4148 – diodo de uso geral
R1, R2 – 47 k Ω x 1/8 W – resistores – amarelo, violeta, vermelho
R3 – 33 k Ω x 1/8 W – resistor – laranja, laranja, vermelho
R4 – 22 k Ω x 1/8 W – resistor – vermelho, vermelho, laranja
R5 a R8 – 1 k Ω x 1/8 W – resistores - marrom, preto, vermelho
Rx – ver texto – resistor conforme a potência do equipamento de som
P1 – 10 k Ω – potenciômetro
P2 – 100 k Ω - trimpot
C1 – 47 nF a 470 nF – capacitor cerâmico ou poliéster
C2 – 100 µF x 12 V – capacitor eletrolítico
T1 – Transformador – ver texto
Diversos:
Placa de circuito impresso, fonte de alimentação, caixa para montagem, fios, solda, etc.
2 - LED ou Relé Ativado por Som
O circuito mostrado na figura 4 faz com que um LED acenda ou um relé feche seus contactos quando som é captado pelo microfone.
Usando um relé, podemos usar o circuito como “vox” ou seja, uma chave que liga um gravador ou outro equipamento em função do som ambiente.
A sensibilidade do circuito é controlada pelo potenciômetro de realimentação.
O microfone usado é do tipo dinâmico de baixa impedância (100 a 600 Ω) e o relé deve ter tensão de bobina de acordo com a tensão de alimentação.
O capacitor C3 serve para evitar repiques do relés, filtrando pequenas oscilações de som as quais não devem atuar sobre o circuito. Seu valor pode ficar entre 10 nF e 1 µF.
O microfone deve ser instalado próximo do circuito. Se for instalado a mais de 1 metros deve ser usado fio blindado para sua conexão.
Na figura 5 temos uma sugestão de placa de circuito impresso para a sua montagem.
Como, na condição de espera, o consumo é muito baixo, podem ser usadas pilhas ou bateria na fonte de alimentação.
Se for usada fonte externa, sua filtragem deve ser excelente para que roncos da rede de energia não provoquem o acionamento aleatório do circuito.
CI-1 – CA3140 – amplificador operacional – circuito integrado
CI-2 – 4093 – circuito integrado CMOS
Q1 – BC548 ou equivalente – transistor NPN de uso geral
D1 – 1N4148 – diodo de uso geral
LED1 – LED vermelho comum
R1 – 100 k Ω x 1/8 W – resistor – marrom, preto, amarelo
R2 – 1 M Ω x 1/8 W – resistor – marrom, preto, verde
R3 – 1 k Ω x 1/8 W – resistor – marrom, preto, vermelho
P1 – 4,7 M Ω – potenciômetro
C1 – 10 nF – capacitor cerâmico ou poliéster
C2 – ver texto – 10 nF a 1 µF
C3 – 100 µF x 12 V – capacitor eletrolítico
S1 – Interruptor simples
MIC – microfone dinâmico de 100 a 600 Ω
B1 – 6 a 12 V – pilhas ou bateria
Diversos:
Placa de circuito impresso, suporte para pilhas ou conector de bateria, caixa para montagem, fios, solda, etc.
3 - “Flasher” para Lâmpada com Ciclo Ativo Programável
O circuito da figura 6 faz uma lâmpada incandescente piscar numa velocidade determinada pelo ajuste de P1.
O ciclo ativo, ou tempo que dura a piscada é determinado pelo resistor R2. Para piscadas muito curtas, o resistor pode ter valores entre 10 k Ω e 100 k Ω. Para piscadas mais longas seu valor estará entre 220 k Ω e 2,2 M Ω.
A freqüência das piscadas é ajustada em P1.
O transistor de potência depende da lâmpada usada. Para lâmpadas até 1 A recomendamos usar um TIP 31 montado num bom radiador de calor.
Na figura 7 damos uma sugestão de placa de circuito impresso para implementar este sinalizador.
Uma aplicação interessante é em sistemas de sinalização automotivo, onde diversas lâmpadas de 200 mA podem ser ligadas em paralelo.
CI-1 – 4093 – circuito integrado CMOS
Q1 – TIP31 – transistor NPN de potência
D1, D2 – 1N4148 ou equivalentes – diodos de uso geral
R1 – 100 k Ω x 1/8 W – resistor – marrom, preto, amarelo
R2 – 100 k Ω a 2,2 M Ω x 1/8 W – resistor – ver texto – determina o ciclo ativo
R3 – 1 k Ω x 1/8 W – resistor – marrom, preto, vermelho
P1 – 2, M Ω – potenciômetro
C1 – 220 nF a 470 nF – capacitor cerâmico ou poliéster
C2 – 220 µF x 16 V – capacitor eletrolítico
X1 – 6 ou 12 V até 1 A – lâmpada incandescente
Diversos:
Placa de circuito impresso, radiador de calor para o transistor, caixa para montagem, fios, solda, etc.
4 - Pequeno Órgão Eletrônico
Na figura 8 temos um órgão eletrônico de brinquedo que pode tanto servir para divertir as crianças como base para um trabalho de ciências em escolas.
A principal característica deste circuito é op efeito de vibrato que faz a nota produzida variar rapidamente, com um som bastante interessante que pode até ajudar a obter algumas músicas simples.
Neste circuito, uma primeira porta do 4093 (CI-1a ) produz a modulação de baixa freqüência ou efeito de vibrato, ajustado pelo potenciômetro P1. Esse é o potenciômetro de “velocidade do efeito”.
A profundidade da modulação, ou variação do som é ajustada no potenciômetro P2 de “profundidade” enquanto que os ajustes das notas individuais é feito no conjunto de trimpots que vai de P3 a Pn.
O número “n” de potenciômetros não pode ser muito grande, pois fica difícil fazer seu ajuste. recomendamos que o órgão tenha apenas uma oitava.
O sistema de teclado sugerido é por ponta de prova. Uma ponta toca em áreas de metal ou cobreadas de uma placa que correspondem às notas musicais.
O transdutor usado é do tipo piezoelétrico para maior economia. No entanto, pode ser agregado um pequeno amplificador que excite um alto-falante, caso em que se obtém maior volume.
Na figura 9 temos uma sugestão de placa de circuito impresso para a montagem do órgão.
O conjunto cabe numa pequena caixa de madeira ou plástico com o teclado e controles na sua parte superior.
A alimentação pode ser feita com pilhas ou fonte. A fonte deve ter boa filtragem para que não ocorram roncos na reprodução.
Para usar é só ajustar o efeito e tocar nas teclas com a ponta de prova. Dois circuitos semelhantes a esse podem ser usados para se obter um órgão polifônico, ou seja, em que duas teclas podem ser tocadas ao mesmo tempo.
CI-1 – 4093 – circuito integrado CMOS
P1 – 2,2 M Ω – potenciômetro
P2 – 100 k Ω – potenciômetro
P3 a Pn – trimpots de 1 M Ω – ver texto
R1 – 100 k Ω x 1/8 W – resistor – marrom, preto, amarelo
R2, R3 – 47 k Ω x 1/8 W – resistores – amarelo, violeta, laranja
R4 – 10 k Ω x 1/8 W – resistor – marrom, preto, laranja
C1 – 220 nF z 470 nF – capacitor cerâmico ou poliéster
C2 – 100 nF a 470 nF – capacitor cerâmico ou poliéster
C3 – 220 nF – capacitor cerâmico ou poliéster
C4 – 100 µF x 12 V – capacitor eletrolítico
S1 – Interruptor simples
X1 – Transdutor piezoelétrico
B1 – 6 V – 4 pilhas pequenas ou fonte
P – Ponta de prova
Diversos:
Suporte de pilhas, teclado, caixa para montagem, botões para os potenciômetros, placa de circuito impresso, fios, solda, etc.
Obs: o livro CMOS Projects and Experiments de Newton C. Braga (Newnes 1999) pode ser adquirido através da Amazon (www.amazon.com).