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Blocos Construtivos (ART1899)

Ao longo dos anos os leitores que colaboram com nosso site e publicações seus projetos, tem utilizados uma grande quantidade de ideias que são tiradas das nossas publicações, Estas ideias são basicamente os circuitos básicos ou blocos construtivos que, como peças de um jogo de montar, podem ser "arrumadas" de uma forma diferente para resultar em novos aparelhos. Para os leitores que gostam de fazer projetos possuir uma boa quantidade destes blocos ou circuitos básicos e saber como funcionam é fundamental. Neste artigo reunimos alguns blocos novos e outros poucos conhecidos que podem ser usados nos futuros projetos de nossos leitores.

 

Obs. Se bem que este artigo seja de 1999, as ideias básicas de blocos são muito importantes e existem milhares deles no nosso site que podem ser acrescentados ao seu banco. Uma fonte importante desses blocos é a nossa seção Circuitos Simulados que tem blocos que já estão simulados no Multisim e que podem ser usados diretamente neste programa para criar outros circuitos mais complexos. Outra fonte é o Banco de Circuitos em que temos milhares de blocos básicos para projetos.

 

Os circuitos básicos que damos a seguir podem fazer parte de uma infinidade de novos projetos. Os leitores que gostam de criar aparelhos novos podem aproveitar estes "blocos" de muitas formas, modernizando seus projetos e até levando-os a ter novas funções com as quais ainda não estavam familiarizados.

 

USANDO POWER-FETs (MOSFETs)

Os FETs de potência são componentes relativamente novos (1999) e só se tornaram populares com a ampliação de seu uso em fontes chaveadas, principalmente as usadas em computadores.

Hoje os Power-FETs ou FETs de potência são componentes comuns e baratos e podem ser usados numa grande quantidade de projetos.

Um Power-FET pode substituir com vantagens um Darlington comum NPN de potência ou mesmo um transistor comum NPN de potência, excitando cargas de vários ampères.

Assim, conforme mostra a figura 1 podemos excitar um Power-FET diretamente a partir de uma saída TTL ou CMOS controlando correntes de vários ampères (são comuns os Power-FETs de até 10 A) com tensões na faixa de 6 a 300 V ou mais.

 

Figura 1 – Usando um MOSFET de potência
Figura 1 – Usando um MOSFET de potência

 

O resistor de 1 k ohms serve para limitar a corrente na saída do integrado no momento da comutação, já que os Power-FETs apresentam uma elevada capacitância de entrada.

Os Power-FETs precisam de pelo menos 2 V de entrada para poderem ser levados à plena condução, e justamente devido à elevada capacitância de entrada, entre outros fatores, são dispositivos lentos. Então, a velocidade de comutação destes componentes está limitada a algumas centenas de quilohertz.

FETs de potência comuns são os da série lRF, tais como os lRF720, lRF640, etc. que podem ser encontrados em casas especializadas ou mesmo retirados de fontes chaveadas de computadores fora de uso.

Na figura 2 mostramos como a excitação de um Power-FET pode ser feita a partir de um transistor NPN quando este satura. O resistor de 1 k ohms eventualmente deve ser aumentado caso a tensão de comporta do FET não chegue aos 2 V.

 

   Figura 2 – Excitação de MOSFET por transistor
Figura 2 – Excitação de MOSFET por transistor

 

Para excitá-lo quando o transistor está no corte podemos usar o circuito mostrado na figura 3.

 

   Figura 3 – Outra forma de excitação
Figura 3 – Outra forma de excitação

 

Lembramos que, se a carga controlada for indutiva, um diodo de proteção em paralelo deve ser previsto.

Outro ponto importante a ser ressaltado é que operando como comutares, os Power-FETs dissipam potências muito baixas, mas operando no modo linear, com transições lentas do estado de não condução para plena condução, a dissipação é bem maior.

Este fato deve ser considerado ao se dimensionar o dissipador de calor a ser usado.

 

4020/4040/4060

No projeto de timers ou divisores de frequências existem três circuitos integrados CMOS que não são muito conhecidos de muitos leitores.

O que acontece é que o tradicional 555 não pode ser usado em timers de mais de 1 hora sem que a resistência de fuga dos capacitores usados na temporização cause uma influência negativa no seu funcionamento.

O que se faz normalmente é utilizar o 555 numa frequência mais baixa e fazer a divisão de sua frequência com blocos adicionais. Um primeiro bloco que pode ser utilizado e' o circuito integrado CMOS 4020, que pode fazer divisões até 16.384 (2 elevado ao expoente 14) e que tem a pinagem mostrada na figura 4.

 

Figura 4 – O 4020
Figura 4 – O 4020

 

Este circuito tem saídas que correspondem a 2 elevado ao expoente indicado dentro do símbolo.

Por exemplo, na saída correspondente ao pino 4 temos a divisão por 2 elevado ao expoente 6, ou 2x2x2x2x2x2=64.

A frequência máxima de operação deste circuito integrado depende da tensão de alimentação e está em torno de 4 MHz para 12 V.

O terminal de RST (Reset) pode ser usado para zerar a contagem se for levado ao nível alto.

A divisão máxima deste circuito integrado é de 16 384.

Um outro componente bastante útil é o 4040, da mesma família, o qual faz divisões até 4096 e tem a pinagem mostrada na figura 5.

 

Figura 5 – O 4040
Figura 5 – O 4040

 

 

Os expoentes de 2 para se obter a divisão estão indicados na parte interna do diagrama. Da mesma forma que no caso anterior, a entrada de RST (Reset) quando levada ao nível alto (pino 11) zera a contagem ou divisão.

Finalmente, temos um outro circuito integrado da mesma família que inclui o próprio oscilador. Trata-se do 4060 que tem a pinagem mostrada na figura 6, e que faz a divisão por até 16 384.

 

Figura 6 - O 4060
Figura 6 - O 4060

 

O resistor de 47 k ohms e o capacitor determinam a frequência de operação.

Para utilização de um cristal até perto de 4 MHz temos o circuito da parte inferior onde o trimmer serve para ajustar o ponto de funcionamento.

As saídas destes circuitos podem excitar diretamente os blocos de potência com os FETs de potência.

 

567

Este circuito integrado resulta num bloco de projeto de grande utilidade, que é mostrado na figura 7.

 

Figura 7 – Bloco com o 567
Figura 7 – Bloco com o 567

 

A configuração ilustrada nesta figura pode ser ajustada pelo trimpot para reconhecer um sinal de uma determinada frequência até 500 kHz.

Isso significa que podemos usá-lo como um decodificador para os canais de um sistema de controle remoto ou ainda um reconhecedor de tom que pode ser enviado via linha telefônica ou gravado numa fita ou CD.

Com os valores mostrados no circuito da figura 7, os tons reconhecidos estão na faixa de áudio. A saída do 567 permanece no nível alto, só indo ao nível baixo quando o tom para o qual o circuito é ajustado for reconhecido.

Os capacitores C3 e C4 funcionam como filtros e têm valores entre 10 e 100 nF, tipicamente.

A sensibilidade do 567 exige que o sinal de entrada tenha pelo menos uns 50 mV de amplitude.

 

LM317

No projeto de fontes de alimentação o bloco mostrado na figura 8 é muito útil, pois pode fornecer correntes de até 3 A para o caso do LM35OT.

 

Figura 8 – Bloco regulador com o LM317 ou LM350
Figura 8 – Bloco regulador com o LM317 ou LM350

 

A tensão de entrada deve ser pelo menos uns 3 V maior que a tensão de saída, e a tensão de saída máxima está em torno de 35 V.

O circuito integrado deve ser dotado de radiador de calor.

A grande vantagem no uso deste bloco nos projetos de fontes está na sua estabilidade boa regulagem e ainda proteção em caso de curto-circuito.

 

ADCO804

O circuito integrado ADC0804 da National Semiconductor é um componente versátil quando sede seja enviar para as entradas paralelas de um computador dados obtidos de um transdutor resistivo ou ainda uma tensão analógica.

Na figura 9 temos a pinagem deste componente.

 

 

   Figura 9 – O ADC08404
Figura 9 – O ADC08404

 

 

Este circuito integrado consiste num conversor A/D de 8 bits com características que possibilitam sua ligação direta no barramento de dados de um microcomputador.

Em funcionamento, o circuito procura por um endereço da porta l/O para armazenar as informações, o que faz com que ele necessite de lógica de interfaceamento.

A tensão analógica de entrada pode variar entre 0 e 5 V com uma fonte simples de 5 V e com uma tensão de referência de 2,5 V aplicada ao pino 9.

Pode-se aplicar tensões de referência inferiores a 2,5 V ao pino 9 de modo a se obter outras faixas de resolução.

Pela ligação do pino 7 a uma tensão diferente de 0 V (terra), a faixa de tensões de entrada não começa em 0 V, mas num valor mais alto, por exemplo, entre 0,5 e 3,5 V.

Este circuito integrado não necessita de ajuste de zero.

O transdutor representado é do tipo resistivo que funciona como um divisor de tensão aplicando uma tensão na faixa de 0 a 5 V, a qual é convertida em saída digital para aquisição de dados de um microcomputador.

 

LM3914

Este componente consiste num Indicador de Barra Móvel (Bargraph) ou ponto móvel (Dot Display) capaz de excitar 10 LEDs diretamente com a necessidade de poucos componentes externos. Na figura 10 temos um diagrama típico de aplicação onde os dois trimpots ajustam a faixa de tensões que provocará o acionamento dos LEDs.

 

Figura 10 – Circuito para o LM3914
Figura 10 – Circuito para o LM3914

 

O circuito indicado aciona a escala com uma faixa de tensões de entrada tipicamente entre 0 e 1,2 V.

A escolha do modo de operação (ponto móvel ou barra móvel) é feita pelo pino 9. Para operação no modo barra móvel, o pino 9 é ligado diretamente ao pino 3. Para operação no modo ponto móvel, o pino 9 é deixado sem conexão.

Uma característica importante destes circuitos integrados é que eles podem ser "cascateados" de modo a excitar 20, 30 ou mais LEDs.

Na aplicação indicada na figura 10 se pode acrescentar outros componentes como, por exemplo, capacitores na entrada, de modo a resultar numa certa inércia de acionamento, caso em que se opere com sinais de áudio.

O LM3914 possui limitação de corrente interna para os LEDs de modo que o uso de resistores em série com este componente é dispensado.

 

PONTE H

Um circuito de grande utilidade em projetos de robótica, modelismo, controles remotos e automação industrial é o drive-H ou ponte H de excitação de motores ou solenóides.

Este circuito, em sua versão básica para correntes de até 1 ampère, e mostrado na figura 11.

 

   Figura 11 - Ponte H para motores
Figura 11 - Ponte H para motores

 

O que este circuito faz é aplicar num motor ou outra carga, correntes que podem inverter de sentido dependendo do nível lógico de controle na entrada.

Assim, com a entrada no nível baixo, a saída do primeiro 4093 vai ao nível alto e com isso conduz o BD135 do lado esquerdo da ponte.

Ao mesmo tempo. o segundo 4093 tem sua saída indo para o nível baixo e conduz o BD136 do lado direito da ponte. O resultado é que a corrente circula da esquerda para a direita pela carga da figura 11.

Quando o nível lógico da entrada se inverte, conduz o BD136 do lado esquerdo da ponte e o BD135 do lado direito.

Nestas condições, a corrente flui pela carga da direita para a esquerda.

Para um motor isso significa a rotação nos dois sentidos a partir do comando lógico.

Com os transistores indicados, correntes da ordem de 500 mA podem ser controladas com facilidade Para correntes maiores podem ser usados Darlingtons de potência como os da série TIP.

Esses transistores deverão ser montados em radiadores de calor compatíveis com a intensidade da corrente que vai ser controlada.

Para ligar e desligar o motor atua-se diretamente sobre a alimentação (+Vcc), utilizando-se um relé ou outro de circuito controle com Power-FET. SCR ou outro transistor de potencia, conforme a aplicação.

Uma versão interessante, agora que os FETs de potência se tornaram mais comuns e que permite controlar o sentido da corrente circulando por um motor (M), é a mostrada na figura 12.

 

Figura 12 – Versão com MOSFETs de potência
Figura 12 – Versão com MOSFETs de potência

 

A lógica de controle no caso é CMOS, mas também podemos usar TTL.

Veja que a vantagem deste circuito está no fato de que a saída lógica não é carregada, pois temos apenas o resistor de 47 k ohms a considerar e que correntes muito intensas podem ser controladas com facilidade normalmente mais limitadas pelo Darlington de potência do que pelo Power FET. No caso, cargas de até 1 A podem ser controladas sem problemas.

O principio de funcionamento deste circuito é o mesmo do que foi mostrado na figura 11.

 

CONTROLE DE MOTOR DE PASSO

A possibilidade de controlar dispositivos mecânicos a partir do PC tem sido bastante explorada pelos novos projetistas, principalmente os interessados em automação industrial, doméstica, robótica e mecatrônica.

Um bloco simples para o controle de um motor de passo a partir de circuitos lógicos comuns (TTL ou CMOS) ou de microprocessadores, microcontroladores e do próprio PC, é o mostrado na figura 13.

 

  Figura 13 – Controle de motor de passo
Figura 13 – Controle de motor de passo

 

Neste circuito, é a combinação do estado de condução dos transistores ou a sequência de impulsos aplicados que determinam a posição para a qual o motor vai, ou o sentido e velocidade de rotação. O usuário deste bloco num projeto deve ter a tabela de posições do motor em função dos pulsos aplicados às diversas fases para poder fazer uso correto do circuito.

Com transistores BD135 ou equivalentes da mesma série, montados em radiadores de calor, podemos ter um controle confortável de correntes até 500 mA.

Para correntes maiores sugerimos o uso de Darlingtons ou até mesmo de Power-FETs.

 

AMPLIFICADOR PARA SENSOR ÓTICO

Usando um fotodiodo ou outro foto-sensor semicondutor como um foto-transistor, um dos problemas que os projetistas podem encontrar é a escolha de um bom amplificador para excitar uma entrada TTL ou ainda um PLL como o 567.

O circuito da figura 14 utiliza um amplificador operacional de alto ganho e como sensor um fotodiodo que pode receber radiação modulada.

 

Figura 14 – Amplificador para sensor óptico
Figura 14 – Amplificador para sensor óptico

 

O capacitor C1 deve ter seu valor escolhido para rejeitar baixas frequências como, por exemplo, as que podem vir de fontes próximas de luz (lâmpadas fluorescentes) e que poderiam interferir no funcionamento do sistema.

O ganho é dado pelo resistor R1.

Quanto maior for este resistor, maior será o ganho do circuito.

Veja que a fonte de alimentação não precisa ser simétrica e que tensões de 5 a 15 V podem ser usadas, o que torna o bloco compatível tanto com lógica TTL como CMOS.

Amplificadores operacionais equivalentes e até mesmo com FETs de entrada, tais como o CA3140 podem ser usados nesta aplicação.

 

 

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N° do componente 

(Como usar este quadro de busca)

 

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