Este artigo é a continuação do projeto do Aqulino R. Leal o temporizador digital de até 10 horas, Caos não tenha lido a parte 1, acesse: Como construir um temporizador digital de até 10 horas (parte 1) (ART5041)
CI 4511 — um decodificador BCD para sete segmentos
O circuito integrado 4511, da família CMOS, é um decodificador BCD (decimal codificado em binário) para sete segmentos realizando a função de "latch" (trinco, armazenamento, etc.) e de "driver" (excitador, amplificador, etc.) conferindo ao mesmo uma grande versatilidade, ainda mais porque ele está dotado de outras funções desejáveis nestes tipos de circuitos.
O circuito prevê, a bem da verdade, as seguintes funções e/ou características:
• unidade de armazenamento ("latch") de 4 bits;
• decodificação de código BCD para sete segmentos, inclusive com amplificação ("driver") própria;
• teste de segmentos ("lamp test" ou LT) com o que é possível verificar se todos os segmentos do mostrador sob seu controle se encontram em perfeito estado de funcionamento (nesta situação o circuito ativa todas as suas sete saídas — cada uma correspondendo, obviamente, a um segmento do mostrador);
• função "blanking" ou "branco" cujo objetivo é desativar (colocar em "branco") o mostrador em um dado momento ou fazer piscar o conteúdo do mostrador ou, ainda, modular o brilho do mesmo;
• pode ser usado em mostradores de sete segmentos a Leds, incandescentes, fluorescentes, cristal líquido e até mesmo de gás.
O campo de aplicação do 4511 é praticamente ilimitado pois ele pode ser utilizado em qualquer dispositivo que utilize um mostrador o que, convenhamos, em nossos dias e com a atual tecnologia é praticamente uma constante.
A distribuição e função dos terminais do C14511 são mostradas na figura 1, que também apresenta a decodificação utilizada pelo circuito para os dez dígitos decimais. As combinações de entrada não permitidas ao código BCD como, por exemplo, 1010, 1011, etc., são traduzidas na saída da pastilha como "branco" conforme teremos oportunidade de verificar mais adiante. Chamamos a atenção para a codificação dos dígitos decimais 6 e 9: no primeiro, não é utilizado o segmento "a" enquanto a decodificação do segundo não utiliza o segmento "d" como ocorre com outros tipos de decodificadores para sete segmentos (o 9368 é um exemplo).
Como claramente mostra a figura 1, as saídas (a, b, ..., g) são ativas em nível alto, o que sugere a utilização de mostradores a LEDs de configuração catodo comum (os catodos dos LEDs formadores desse tipo de mostrador estão internamente interligados entre si, sendo exteriorizado esse ponto comum que se constitui o "terra" do mostrador); as entradas dos dados binários (BCD) também são ativas em nível alto, o mesmo ocorrendo com a entrada LE ("latch enable" — habilitação de trinco). Já a entrada LT ("lamp test" — teste de segmentos) e a entrada BI ("blanking input" — entrada de branco ou nulo) são sensibilizadas por sinais em nível lógico baixo.
O resumo do comportamento lógico do 4511 é mostrado na tabela 1 onde claramente percebemos que o dispositivo apresenta sete entradas e outras tantas saídas, sendo estas ativas em nível alto como vimos antes. Claramente percebemos que a entrada de maior prioridade é justamente a entrada LT que, se ativa (em nível baixo), provoca o "acendimento total" do mostrador. A entrada B1 apresenta a segunda prioridade e como mostra a segunda linha dessa tabela, ela é responsável pelo "apagamento" do mostrador que passa a apresentar um "branco".
Ainda da análise da tabela funcional do 4511 podemos ver que, para informações de entrada não pertencentes ao código BCD (de 10 a 15), o circuito integrado apresenta um "branco" na saída (todas as saídas inativas) informando ao usuário que a informação de entrada não é condizente com o código BCD.
Finalmente, a última linha da tabela 1, nos mostra a ação da entrada LE (habilitação de trinco): quando ativada (em nível alto) ela mantém a decodificação do conteúdo interno do circuito independentemente se nova informação de entrada está chegando ou não, mantendo, dessa forma, um valor fixo no mostrador, o qual corresponde à última informação binária presente nas entradas quando LE = 0.
A figura 2 fornece duas ideias de como utilizar o 4511 e ambas as versões preveem a utilização de mostradores a LEDs. Observe que, a cada saída do integrado, se faz necessária uma resistência limitadora de corrente tanto para acionar diretamente o mostrador (ou LED) corno para ativar o transistor cuja finalidade aqui é a de complementar os níveis de saída permitindo a utilização de mostradores a LEDs do tipo anodo comum.
A alimentação do circuito integrado 4511 deve compreender-se entre 5VCC a 15VCC, sendo ela aplicada aos terminais 8 (terra) e 16 (VCC), obedecendo aos atuais e clássicos padrões mecânicos.
CI 4072 — dupla porta OU de quatro entradas
Este é, sem sombra de dúvida, um circuito integrado de funcionamento extremamente simples sendo bastante conhecido pela maioria dos aficionados. Trata-se de uma dupla porta lógica do tipo OR (OU) apresentando cada uma nada menos que' quatro entradas conforme mostra a figura 3, onde também estão identificados os terminais do circuito integrado em questão. A alimentação deve ser aplicada aos pinos 14 (+) e 7 (terra), obedecendo aos padrões "convencionais".
Como é sabido, a principal característica de uma porta OR é fornecer o nível baixo somente quando em todas as suas entradas for aplicado o nível baixo; em caso contrário, a saída do operador lógico assume o nível alto.
CI 4093 — um quádruplo "schmitt trigger" a portas NAND de dupla entrada
Como sabemos, o disparador de Schmitt ("Schmitt trigger") é um tipo de circuito que se caracteriza por apresentar dois níveis distintos de disparo ou de comutação: um no sentido ascendente e outro no sentido descendente da tensão do sinal de entrada, permitindo dessa forma a quadratura de sinais, isto é, a transformação de sinais não digitais, ou não perfeitamente digitais, em sinais digitais ou retangulares.
Esses níveis de tensão ("threshold voltages") que estabelecem os pontos de disparo são usualmente representados por VT+ (tensão ascendente) e VT_ (tensão descendente) e a diferença entre esses valores é o parâmetro conhecido por tensão de histereses ou simplesmente por histereses ("hysteresis voltage") sendo usualmente representado por VH — no caso particular do CI 4093 este valor é da ordem de algumas dezenas de milivolts.
Para melhor entendermos o funcionamento de um disparador de Schmitt recorramos à figura 4, onde estamos considerando como sinal de entrada, do disparo de Schmitt inversor, o sinal analógico é representado na parte superior do par de desenhos enquanto na parte inferior correspondente está a forma de onda do sinal que se espera observar na saída do circuito cuja simbologia usual é também mostrada nessa mesma figura
.
Vamos analisar com um pouco mais de detalhes o primeiro caso. Inicialmente o circuito considera como entrada o nível baixo de modo que ele expõe na saída o seu complemento. O crescimento do valor de tensão desse sinal é ignorado pelo circuito até o momento em que esse valor atinge o valor VT+ quando, a saída do circuito comuta para o nível baixo, assim permanecendo mesmo com o incremento da tensão de entrada.
A partir de certo momento essa tensão de entrada começa a decair chegando a passar, inclusive, pelo nível VT+ sem, no entanto, afetar o comportamento da saída do disparador. O mesmo não acontece quando o sinal atinge o valor VT_: neste ponto o circuito comuta e assim permanece até que a tensão de entrada volte a atingir o nível VT+, repetindo o processo descrito — isto também está claramente exposto no segundo gráfico desta figura.
No caso do C14093 não temos um circuito de complementação associado ao disparador de Schmitt e sim uma porta lógica do tipo NAND de duas entradas, conforme está indicado na figura 5, que também apresenta a pinagem do circuito integrado em questão. Em uma das entradas aplicamos o sinal que queremos quadrar e na outra, se for o caso, um sinal digital de controle, possibilitando a realização da quadratura ou não do sinal analógico.
No projeto do temporizador este integrado toma parte, tanto fazendo a quadratura de um sinal senoidal como em uma rede de atraso para a linha de "reset" geral do sistema — este circuito é apresentado na figura 6, sendo que sua saída assume o nível alto durante um certo lapso de tempo estabelecido, a priori, pela constante de tempo da rede R1 /C1. É claro que nada impede que o mesmo seja utilizado como uma porta lógica NAND propriamente dita. Convém não esquecer que neste caso os níveis de entrada (disparo) são diferentes dos níveis de entrada da família TTL.
CI 4016 — quádrupla chave analógica/digital
Este circuito integrado é formado por quatro "chaves", ou interruptores, individualmente controláveis por níveis lógicos, permitindo um sem-fim de aplicações. Essas "chaves" são circuitos cujo funcionamento é similar a um interruptor *que deixa passar os sinais em ambos os sentidos quando acionado.
Em verdade, cada 4016 consiste em quatro chaves independentes, construídas com tecnologia MOS canal P e canal N, capazes de controlar tanto sinais digitais como sinais analógicos. A figura 7 identifica os terminais de cada uma dessas chaves do circuito integrado. Chamamos a atenção para o fato de que aqui não é importante a terminologia "entrada" e "saída" já que as chaves são bidirecionais.
Como normalmente ocorre, a tensão de alimentação do circuito integrado é aplicada aos terminais 7 (terra ou Vss) e 14 (positivo da alimentação ou VDD).
Ao colocar nível alto em uma das- entradas de controle a chave opera, ou fecha. O funcionamento de uma dessas chaves eletrônicas é comparado a uma chave convencional. O nível baixo na entrada de controle faz com que o "interruptor" fique aberto. Devemos ter em mente que o "fechamento" de cada uma das chaves eletrônicas do 4016 não é exatamente um "curto" tal qual o conseguido numa chave mecânica. Ela apresenta, isto sim, uma baixa impedância entre o terminal de entrada "e" e o terminal de saída "s" — o valor dessa resistência é da ordem de umas poucas centenas de ohms.
A utilização deste integrado no projeto do temporizador resumiu-se em apenas direcionar alguns sinais de controle para o sistema de acordo com a necessidade do momento.
TIC226B — tiristor bidirecional
O tiristor bidirecional, popularmente conhecido por TRIAC, é um componente de três terminais (figura 8) cuja principal característica é deixar circular corrente em ambos os sentidos pelos terminais Ti e T2 segundo o controle estabelecido na entrada de comando G (comporta ou "gaze").
Grosseiramente podemos dizer que um TRIAC é basicamente uma chave, de elevada potência, sendo comandada através do terminal comporta, semelhantemente ao que acontece com cada chave do CI 4016 vistos acima.
Dentre as famílias mais populares em nosso país, merecem destaque as séries TIC da Texas Instruments; em especial o TIC205, TIC206, TIC215, TIC216, T1C226, TIC236, TIC246, T1C253, TIC263, etc. cujas capacidades de manuseio permanente de corrente são, respectivamente, 2A, 3A, 3A, 6A, 8A, 12A, 16A, 20A, 25A, etc. O sufixo (uma letra) à identificação do componente não pode ser ignorado pois ele fornece um segundo dado extremamente importante: essa letra indica a tensão com a qual o componente pode operar segundo o mostrado na tabela II (notar que nem todos os sufixos são disponíveis em cada tipo/modelo. Os sufixos E e M, por exemplo, só estão disponíveis para as séries TIC253 e TIC263).
Segundo o exposto, o TRIAC 2268 é capaz de manipular continuamente valores de corrente (ca ou cc) de 8A/200V; aliás, este é o TRIAC recomendado na lista de material do temporizador, mas que pode ser substituído por um outro similar, de maior ou me-nor potência, sem qualquer restrição.
BC238/548 — transistor NPN
Estes transistores são similares entre si sendo utilizados no projeto do temporizador como meros chaveadores, ou seja, operam nas regiões extremas: corte ou saturação, de modo que podem ser tranquilamente substituídos por qualquer outro tipo equivalente sem maiores consequências. Ambos são transistores NPN, de baixa potência (300mW para o BC238 e 500mW para o BC548) e de aplicação geral, sendo amplamente conhecidos e extremamente populares razão pela qual não entraremos em maiores detalhes. Sempre que possível a escolha deve recair no BC548.
BC557 — transistor PNP
Assim como no caso anterior, este transistor é de baixa potência apresentando características praticamente iguais aos anteriores e encontrando aplicação onde esses dois também encontram — no projeto ele foi empregado como mero chaveador nos limites de corte e de saturação.
FND560 — mostrador digital de 7 segmentos a LEDs
Como mostrador foi utilizado um da já consagrada, e popular série FND de catodo comum em virtude do decodificador para sete segmentos adotado no projeto.
Este mostrador é internamente constituído por 8 diodos fotoemissores (leds) cujos catodos estão interligados entre si dando a formação elétrica apresentada na figura 9. Esses diodos eletroluminescentes estão geometricamente distribuídos, dando formação a uma estrutura capaz de representar qualquer dígito decimal (0 a 9) e algumas poucas letras.
A identificação dos terminais (pinagem) do FND560 é a mostrada na figura 10 onde claramente percebemos a existência de dois pinos para o terra, ou seja, para o catodo comum. Isto facilita o "lay out" de uma eventual placa de circuito impresso.
OUTROS COMPONENTES
O circuito do temporizador também se utiliza de outros componentes e materiais que, por serem tão populares, não merecem um destaque isolado. Alguns deles nem serão aqui anunciados. É o caso, entre outros, dos resistores pois todos sabem o que são, para que servem, quais são as suas principais características, etc.
De qualquer forma não podemos deixar de falar sobre o relé que em nosso projeto é o elemento principal de comutação da carga sob controle do temporizador. O modelo utilizado no protótipo foi o RU110012, mas que pode ser substituído por um outro semelhante (Metaltex por exemplo) que apresente características semelhantes e/ou compatíveis com a aplicação. É importante, porém, que a tensão nominal da bobina seja de 12VCC e que apresente urna resistência não inferior a 1502.
A capacidade de corrente do(s) contato(s) deve atender com folga a demanda de corrente solicitada pela carga (utilizar, no mínimo, o fator 2). O modelo utilizado no protótipo apresenta uma potência nominal de comutação de 1.320VA segundo o fabricante, com uma intensidade de corrente máxima pelo seu único contato reversível de 6A que, seguramente, atende à maioria das aplicações "domésticas".
Outro componente que merece destaque é o transformador. Sempre que possível utilizar os de melhor qualidade (aquecem menos, são mais confiáveis, apresentam melhor rendimento, etc.). Como o consumo do circuito é relativamente baixo, é possível utilizar um transformador capaz de entregar 12V sob 300mA, no mínimo, em seu 'secundário. A tenção do primário desse transformador deve estar de acordo com a tensão da rede elétrica local.
CONCLUSÃO
Com esta publicação damos por encerrada a descrição dos componentes e materiais utilizados no projeto do temporizados. No próximo mês será apresentado o circuito (diagrama esquemático) desse temporizador bem como a descrição do funcionamento do circuito como um todo.
Bibliografia
revista Eletrônica Total 17 de 1990.
