O circuito integrado CMOS 4093 é um dos mais versáteis que conhecemos, chegando até mesmo a ser comparado com o 555 em utilidade. A quantidade de configurações em que ele pode ser usado é muito grande o que leva a possibilidade de uso em uma infinidade de soluções práticas para problemas que não exijam componentes dedicados. Assim, na sequência de circuitos que damos nesse artigo, existem diversas configurações que podem ser aproveitadas (da forma que estão ou modificadas) na solução de problemas pessoais, na indústria, no laboratório de teste e desenvolvimento e em muitos outros casos.
Dizer que um livro poderia ser escrito contendo apenas aplicações para o 4093 não é apenas uma forma exagerada de se atribuir uma enorme gama de utilidades para esse circuito integrado.
O livro realmente existe e foi publicado pelo autor desse artigo nos Estados Unidos. Chama-se CMOS Projects and Experiments e foi publicado pela Newnes (*) e contém 135 projetos práticos usando o circuito integrado 4093.
Para o profissional, a possibilidade de se configurar um circuito de modo que ele possa ser usado para resolver um problema específico, é muito importante e o 4093 oferece essa possibilidade.
A seguir, damos algumas configurações pouco comuns para o 4093.
O 4093
O circuito integrado 4093 é formado por 4 portas NAND disparadoras CMOS com a pinagem mostrada na figura 1.
Cada uma das quatro portas pode ser usada de forma independente.
A característica de histerese dessas portas é o principal destaque desse circuito integrado.
Uma transição lenta dos níveis lógicos de entrada causam uma mudança muito rápida dos níveis lógicos de saída e o limiar para a transição positiva ocorre num ponto diferente do limiar para a transição negativa, conforme mostra a figura 2.
Esse comportamento possibilita a utilização do 4093 em aplicações pouco comuns para os integrados da família lógica CMOS 4XXX, algumas das quais envolvendo sinais analógicos, oscilação e circuitos de tempo.
A tabela abaixo mostra as características elétricas do 4093
Aplicações
Os circuitos que apresentamos a seguir têm suas características dependentes tanto da tensão de alimentação como das tolerâncias dos componentes usados.
Dependendo da aplicação, os valores devem ser alterados numa certa faixa de valores para se chegar ao desempenho esperado.
a) Chave com Retardo
O circuito mostrado na figura 3 pode ser usado para retardar a alimentação de uma carga quando tensão é estabelecida nos seus terminais. O tempo de retardo, que pode ultrapassar 1 hora depende do valor de C1 e do ajuste de P1.
Seu princípio de funcionamento é simples de entender:
Quando a alimentação é estabelecida, C1 se encontra descarregado e, portanto, a tensão aplicada à entrada de CI-1a (ligado como inversor) corresponde ao nível baixo.
Sua saída estará no nível alto e com isso os três inversores que se seguem terão a saída novamente no nível baixo.
Com isso, o transistor Q1 estará polarizado no corte e o relé desativado.
Com o tempo, a carga de C1 aumenta até que a tensão chega a um valor que passe a ser reconhecido como nível alto, comutando CI-1a.
Quando isso ocorrer, sua saída irá para o nível baixo.
Esse nível lógico será aplicado à entrada dos três inversores que se seguem e sua saída comutará para o nível alto.
O resultado é que agora o transistor Q1 será polarizado no sentido de saturar fechando os contatos do relé. A carga ligada ao relé será energizada.
Veja que esse circuito pode funcionar "ao contrário" desligando uma carga, de duas formas.
Uma delas consiste em se usar os contatos NF do relé.
No entanto, a mais recomendada é a troca de posição de P1/R1 com C1, de modo que ao ligar, a temporização comece com o relé comece energizado.
No final, ele desliga. A vantagem é que, ao desligar, o circuito praticamente deixa de consumir energia.
O relé usado deve ter bobina para uma corrente máxima de 50 mA, tensão de acordo com a alimentação e contatos de acordo com a carga controlada.
b) Intermitente Simples
O circuito mostrado na figura 4 aciona uma carga de forma intermitente com um ciclo ativo que se aproxima de 50%.
A frequência do circuito depende tanto do ajuste de P1 como do valor do capacitor C1.
Frequências entre 0,5 e 2 Hz podem ser obtidas com um capacitor de 470 nF.
O valor máximo do capacitor, para uma intermitência muito longa é da ordem de 1 000 uF.
A carga depende do transistor usado. Para um relé com bobina até 50 mA e alimentação na faixa de 6 a 12 V o transistor usado pode ser o BC548 ou qualquer outro de uso geral.
Para acionamento direto de cargas de maior potência como, por exemplo, lâmpadas, relés ou solenoides podem ser usados transistores bipolares NPN de potência como os BD135 (500 mA), TIP31 (2 A) ou mesmo FETs de potência para cargas de vários ampères.
c) Intermitente com Ciclo Ativo Ajustável
Para se conseguir um ciclo ativo diferente de 50% existem diversas configurações possíveis baseadas no 4093.
Uma delas, bastante interessante pela abordagem pouco comum, é a mostrada na figura 5.
A frequência básica do circuito é determinada pelo ajuste de P1 e pelo valor de C1. O capacitor C1 pode ter valores de até 1 000 uF, para frequências extremamente baixas, com um período de mais de meia hora.
O tempo de duração do pulso negativo gerado depende de P2 e também do capacitor C2.
A escolha desse componente depende da aplicação.
A saída tem a forma de onda mostrada no diagrama, devendo ser usado um circuito excitador de acordo com a aplicação.
Drives diretos de cargas de potência ou relés conforme os circuitos anteriormente mostrados servem perfeitamente para essa aplicação.
Observe-se, entretanto, as correntes máximas que podem ser fornecidas ou drenadas pelo 4093, e que dependem da tensão de alimentação.
d) Intermitente de Potência com Regulador de Tensão
Uma configuração igualmente fora do comum para um intermitente capaz de acionar lâmpadas ou outras cargas, com correntes de até 3A, é a mostrada na figura 6.
O ciclo ativo é aproximadamente 50%, mas vale a ideia de se agregar a etapa com o LM350T ao circuito anterior de modo a se obter ciclos ativos diferentes.
O que esse circuito faz é gerar um sinal quadrado que controla a tensão de saída do LM350T.
O circuito integrado LM350T consiste num regulador de tensão ajustável com saída de até 3 A, da National Semiconductor.
Quando o pino C (controle) está aterrado, o que ocorre quando Q1 está saturado, a tensão de saída é a tensão do zener interno de aproximadamente 1,25 V.
Quando o pino o transistor Q1 está no corte, a tensão no pino C do LM350T é dada pelo ajuste de P2.
Assim, se ajustarmos essa tensão para 12 V, a tensão de saída do circuito oscilará entre 1,25 V e 12 V conforme os níveis lógicos aplicados à base de Q1.
Ora, nesse circuito, os níveis lógicos são aplicados por um oscilador que tem por base um 4093 e cuja frequência é determinada pelo ajuste de P1.
Uma lâmpada de 12 V ligada à saída do circuito piscará numa frequência determinada pelo ajuste de P1.
Uma aplicação interessante para esse circuito é sinalização automotiva.
e) Intermitente Com Ciclo Ativo II
No circuito da figura 7 a carga acionada é uma lâmpada, mas nada impede que seja um relé, um motor, um solenoide ou outra carga que deva ter um funcionamento intermitente.
O ciclo ativo é determinado pelos ajustes de P1 e P2 e a frequência central pelo capacitor C1.
P1 determina o tempo de descarga do capacitor e portanto o tempo em que a saída de CI-1a permanece no nível alto. P2 ajusta o tempo de carga de C1 e, portanto, o tempo em que a saída permanece no nível baixo.
Com CI-1a tendo a saída no nível alto a carga (lâmpada) permanece apagada e com a saída no nível baixo, acesa.
Isso ocorre porque os inversores formados pelas portas restantes em paralelo invertem o sinal e, portanto, o modo como Q1 é excitado.
Transistores equivalentes ao TIP120, para maior capacidade de corrente, ou mesmo Power MOSFETs podem ser usados.
Dentre as aplicações possíveis para esse circuito podemos citar a sinalização alimentada por bateria, aplicações automotivas ou mesmo automação quando solenoides ou motores podem ser excitados de modo intermitente e com o ciclo ativo controlado.
f) Intermitente com Ciclo Ativo III
Uma variação do circuito anterior que excita diretamente um relé é mostrada na figura 8.
Nesse circuito, o princípio de funcionamento da parte osciladora é o mesmo do circuito anterior. P1 controla a descarga do capacitor e P2 a carga. A frequência central de operação depende de C1.
A carga do circuito é um relé cuja tensão de bobina depende da alimentação.
Devem ser usados relés sensíveis com correntes máximas de bobina de uns 50 mA e contatos de acordo com a carga que deve ser controlada. Reed relés também podem ser usados.
Uma possibilidade interessante de uso desse circuito em automação ou como sensor é obtida com a troca de um dos ramos que determina a frequência (R1/P1, por exemplo) por um sensor resistivo.
O sensor pode ser um LDR ou um NTC. Nesse caso temos a modulação de uma das características do sinal, duração do pulso ou intervalo de acordo com a grandeza física que atua sobre o sensor: luz ou temperatura.
Conclusão
O que vimos é apenas uma pequena amostra do que pode ser feito com o 4093 funcionando como oscilador ou mesmo circuito de temporização.
Certamente, com bases nessas configurações os projetistas podem criar muito mais e até resolver problemas de automação de forma simples com componentes baratos.
Dica de leitura
