Chaves que controlam sinais analógicos a partir de comandos digitais, totalmente de estado sólido, podem ser utilizadas numa infinidade de projetos. Os três componentes que descrevemos neste artigo são muito versáteis, fáceis de obter e podem ser usados numa ampla gama de aplicações, mas para isso é preciso conhecer seu princípio de funcionamento e suas características. A finalidade deste artigo, que o leitor deve guardar com carinho para consulta, é justamente esta.
Descrevemos neste artigo três circuitos integrados CMOS que contém multiplexadores e demultiplexadores com as seguintes características:
4051 - um multiplexador/demultiplexador de 8 canais
4052 - dois multiplexadores/demultiplexadores de 4 canais
4053 - três multiplexadores/demultiplexadores de 2 canais
Os invólucros destes três componentes são mostrados na figura 1.
Conforme o fabricante, estes componentes podem ter algumas letras iniciais que o identificam, como por exemplo "MC" para a Motorola que os apresenta como MC14051, MC14052, MC14053, ou ainda "CD" para a National e SD para a SID Microeletrônica.
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
Vamos supor que tenhamos um multiplexador/demultiplexador de 4 canais, conforme representado na figura 2.
Como este circuito funciona nos dois sentidos, será interessante separar os modos de operação.
Assim, quando ele está funcionando como um multiplexador, temos 4 entradas e uma saída. Temos também entradas de controle digital, conforme mostra a figura 3.
Nas entradas podemos sinais analógicos de baixa intensidade como por exemplo de um pré-amplificador de áudio.
Os níveis digitais aplicados nas entradas de controle vao determinar qual será a entrada que vai ser conectada à saída.
Por exemplo, se a entrada de controle for 011, o que em binário indica "3" os sinais da terceira entrada passarão para a saída encontrando um percurso de baixa resistência.
As demais entradas estarão desligadas.
Para uma resistência de carga da ordem de 10 k?, a resistência apresentada pelas chaves ligadas, ou seja, pela conexão da entrada selecionada com a saída será da ordem de 120 ?.
Esta resistência varia tanto com a resistência de carga como com a tensão de alimentação.
Na operação inversa, temos uma entrada e quatro saídas, conforme mostra a figura 4.
Os níveis lógicos aplicados nas entradas de controle (A,B e C) vão determinar para qual saída vai ser enviado o sinal presente na entrada. Em outras palavras, o circuito funciona como um "distribuidor" de sinais.
Dentre as aplicações possíveis para este circuito podemos indicar um mixer-digital em que um sequencial muito rápido, operando em torno de 100 kHz seria usado para selecionar as entradas que apareceriam na saída em amostragens, conforme mostra a figura 5.
Um circuito de duas entradas e uma saída também poderia ser usado para a multiplexação dos sinais de áudio de um amplificador estéreo para que eles fossem aplicados num transmissor de FM.
Inversamente, pode-se usar os componentes como demultiplexadores (DEMUX) para dirigir sinais de uma fonte a amplificadores determinados num sistema de som.
CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS
Para operar com sinais digitais os circuitos analisados precisam de fonte simétrica.
A tensão de alimentação pode variar entre +5 e +15V para fonte não simétrica e deve ficar na faixa de -5 a +5V para operação com sinais analógicos.
Temos então as seguintes características a destacar:
* Os sinais digitais podem ficar na faixa de 3 a 15V e os analógicos podem ter até 15Vpp.
* A resistência ON das chaves para 15Vpp de sinal de entrada e 15V de alimentação é da ordem de 80 ? (tip).
* A resistência das chaves na condição OFF é extremamente elevada significando uma corrente máxima de fuga de apenas 10 pA com uma tensão de alimentação de 10V.
* As chaves utilizadas são casadas, apresentando uma diferença máxima de 5 ? num mesmo circuito integrado.
* A corrente quiescente do circuito é muito baixa, da ordem de 1 uW com uma tensão de alimentação de 10V.
* Os circuitos integrados possuem decodificadores binários "on chip" o que dispensa o uso de circuitos externos para esta finalidade.
Na tabela a seguir temos as principais características elétricas:
Resistência ON (5V,10k)...............270 ? (tip)
Faixa de tensões de operação: 0 a 15V digital / -7,5 à +7,5V analógico
Faixa de tensões de sinal de entrada: 15 Vpp
Dissipação máxima......................700 mW
Frequência de resposta máxima..........40 MHz
CIRCUITOS EQUIVALENTES
Na figura 6 temos o diagrama de blocos equivalente ao 4041, observando-se que este possui uma entrada/saída e 8 saídas/entradas. Os terminais de programação são 4.
Quando todas as entradas de programação estão no nível baixo, nenhuma entrada é conectada à saída.
Na figura 7 temos o diagrama de blocos correspondente ao 4052.
Conforme podemos ver, as entradas de controle servem para determinar que saída (ou entrada) vai ser conectada a uma das quatro entradas (ou saídas) de cada MUX/DEMUX.
Veja então que estas chaves não são independentes, isto é, não podemos ligar a saída de um à entrada sua entrada 3 e ao mesmo a saída do outro à entrada 2.
Para o circuito integrado 4053 temos o diagrama de blocos mostrado na figura 8.
Observe que, neste caso também, temos o controle de programação ou seleção comum à todas às entradas/saídas que devem ter o mesmo endereçamento.
A tabela verdade que relaciona as entradas e saídas com a programação é dada a seguir.
