Sequencial multi-uso de bancada (ART411)

O circuito que descrevemos não tem apenas finalidade didática, já que a tecnologia TTL é a base dos circuitos digitais profissionalizantes. O projeto descrito pode também ser usado em aplicações práticas importantes tais como timers de multi-acionamento, automatismos e em efeitos de luz ou controle remoto. Com base em circuitos integrados TTL comuns ele possui recursos para ser usado numa enorme faixa de frequências e cargas. Montado na forma original ele pode servir para experimentos de bancada ou desenvolvimento de projetos em laboratórios industriais ou escolas.

Quando se fala de eletrônica digital num laboratório de desenvolvimento de projetos ou numa escola, a base de tudo ainda é a tecnologia TTL.

Possuindo uma grande quantidade de funções que podem ser obtidas com facilidade a custo baixo e com uma imunidade a ruídos muito maior do que os circuitos integrados CMOS, os circuitos TTL podem servir de base para uma infinidade de projetos.

O que descrevemos neste artigo é um circuito que tanto pode ser empregado com finalidade didática como também ser usado numa bancada para o desenvolvimento de automatismos, timers e outras aplicações semelhantes.

Trata-se de um sequencial de 4 canais TTL, mas que possui uma saída flutuante que pode ser usada para acionamento de diversos tipos de cargas e um clock que pode operar uma enorme faixa de frequências: entre fração de hertz e algumas centenas de quilohertz.

E, se o usuário não quiser utilizar o clock interno, basta comutar esta função por meio de uma chave e passar a empregar um clock externo.

O circuito já inclui fonte de alimentação de 5V, que pode ser aproveitada para alimentar o complemento do projeto numa matriz de contacto e monitoria para as saídas sequenciais.

Como o emprego de circuitos integrados TTL LS o sistema se torna compatível com a lógica de microcomputadores e pode também ser usado no desenvolvimento de projetos de interfaces.

CARACTERÍSTICAS

• Tensão de alimentação: 1100/220 VCA
• Tensão de alimentação dos CIs: 5V x 1A
• Faixa de frequências de operação: 0,01 a 200 000 Hz
• Nível dos sinais de saída: 0V (L0) e 5V (HI) - TTL

COMO FUNCIONA

O clock interno consiste num circuito integrado 555 ligado na configuração astável onde a frequência é dada pelos resistores R1, P1 e R3 além dos capacitores C3 e C4 que podem ser comutados por meio de uma chave.

Com o capacitor menor no circuito obtemos a faixa mais elevada de frequências que no caso chega a algumas dezenas de quilohertz. Para atingir a frequência máxima admitida pelo circuito integrado, este capacitor pode ser reduzido para até 470 pF. O capacitor maior permite que a faixa de frequências muito baixas seja alcançada e o valor máximo recomendado é de 1 000 µF. Com 1 000 µF o oscilador terá um período de aproximadamente 10 minutos.

O sinal do oscilador de clock é levado ao pino 3 de um circuito integrado 7474 que consiste num duplo flip-flop do tipo D.

Estes flip-flops estão ligados em série formando um divisor de frequência por 4.

Evidentemente, como são flip-flops, as saídas obtidas são em binário, necessitando-se de uma decodificação para o acionamento sequencial ou 1 de 4.

Isso é feito com a utilização das 4 portas NAND disponíveis num circuito integrado do tipo 7400.

O sinal sequencial, em que a cada ciclo de clock uma das saídas vai ao nível alto é disponível nos pontos de X1 a X4.

Veja que temos nestes pontos um sinal cujo nível baixo corresponde a 0 V e o nível alto a 5V. A corrente máxima disponível, da ordem de 10 mA, ocorre no nível baixo.

Os sinais das saídas também servem para excitar 4 transistores que têm em seus coletores LEDs indicadores.

A fonte de alimentação de 5 V tem como base um circuito integrado regulador de tensão do tipo 7805 e pode fornecer até 1 ampère.

Nos pontos J1 e J2 temos a disponibilidade de 5V para alimentação de circuitos TTL externos, por exemplo no desenvolvimento de um projeto numa matriz de contactos.

Na figura 1 damos uma sugestão de como o aparelho poderia ser utilizado numa bancada.

Aparelho sendo usado com uma matriz de contatos.

Para as saídas de X1 a X4 podem ser usados bornes comuns com encaixe para pinos banda, o mesmo ocorrendo em relação a J1 e J2.

J1 deve ser vermelho e J2 preto de modo a facilitar a identificação de polaridade. A chave S1 deve ter indicação do capacitor que vai ser colocado no circuito de modo a se saber se a operação está em alta ou baixa frequência.

MONTAGEM

O diagrama completo do aparelho é mostrado na figura 2.

Diagrama completo do seqüencial TTL.

A montagem em placa de circuito impresso é mostrada na figura 3.

Placa de circuito impresso do aparelho.

O circuito integrado 7805 deve ter um bom radiador de calor, principalmente se o aparelho for usado no desenvolvimento de projetos externos, alimentando outros integrados TTL.

Os demais circuitos integrados, para maior segurança devem ser montados em soquetes DIL.

Os resistores são de 1/8 W ou maiores e os capacitores eletrolíticos, exceto C1 são todos para 6V ou mais. C1 deve ter uma tensão mínima de trabalho de 16 V.

O potenciômetro P1 é comum linear ou log e pode inclui o interruptor geral em série com a alimentação do primário do transformador.

O transformador tem enrolamento primário conforme a rede de energia e secundário de 9+9V com 1 ampère. Se for usado um transformador com corrente menor de secundário a corrente de saída ficará limitada ao novo valor.

Os transistores admitem equivalentes e os LEDs podem ser vermelhos ou de outra cor.

Os diodos retificadores também admitem equivalentes e tanto Rx como o LED 5 são opcionais servindo para indicar que o aparelho se encontra ligado. Rx é de 1k x 1/4W.

PROVA E USO

Para testar o aparelho, basta ligar sua alimentação e colocar S1 na posição que corresponda ao capacitor de maior valor (C4). S2 deve estar na posição que conecta o CI-3 ao CI-2, ou seja, com o clock interno.

Ajustando-se P1 devemos obter um corrimento dos LEDs de forma sequencial.

Para acionar circuitos externos de maior potência, que não sejam entradas TTL temos diversas opções.

Na figura 4 temos o caso de disparo de SCRs para um sistema sequencial de lâmpadas de até 40 0W na rede de 110V.

O SCR deve ser sufixo B se a rede for de 110 V e sufixo D se a rede for de 220 V.

Disparo TTL de um SCR.

Além de um bom radiador de calor para o SCR o leitor deve observar que temos uma ligação comum do catodo do SCR a um dos pólos da rede de energia e do ponto de 0V do circuito TTL.

Esta ligação é fundamental para se obter o funcionamento do sistema, pois corresponde ao retorno do sinal de disparo da comporta do SCR.

Para disparar um Triac precisamos de uma corrente maior que pode ser obtida com o acréscimo de um transistor, conforme mostra o circuito da figura 5.

Disparo de TRIAC pelas saídas TTL.

O Triac indicado pode controlar cargas de até 800W na rede de 110V. O sufixo deve ser B se a rede for de 110 V e D se a rede for de 220V.

Este componente deve ser dotado de um bom radiador de calor, principalmente se operar com cargas de potências elevadas. Observe também que, neste caso, temos um ponto comum para o terra do circuito digital e para a rede de energia, sem o qual não há retorno para a corrente de disparo e ele não funciona.

Para o disparo de cargas de corrente contínua pode ser utilizado o circuito da figura 6 que tem por base um transistor Darlington NPN de potência. A corrente máxima da carga vai depender do transistor usado.

Disparo de carga DC com transistor de potência Darlington.

Para um TIP120, por exemplo, essa corrente pode ser de até 3 ampères. O transistor também deve ser dotado de um bom radiador de calor.

Se a carga for indutiva como, por exemplo, um motor, um solenóide ou um relé, precisamos ligar um diodo em paralelo. O 1N4002 ou equivalentes de maior tensão servem perfeitamente para esta finalidade.

Veja que, utilizando um transistor NPN temos o acionamento da carga com a saída do sequenciador no nível alto. Podemos inverter este acionamento com o emprego de um transistor PNP, mas ele deve ser ligado da forma indicada na figura 7.

Disparo no nível baixo.

Existem diversos equivalentes PNP Darlington do TIP120 que podem ser usados neste circuito.

PROBLEMAS DE RETORNO

Muitos leitores não entendem como ligando um ponto comum ao circuito de alta tensão e de baixa tensão como, por exemplo, neste projeto para o acionamento de Triacs e SCRs, não se provoca a queima dos delicados componentes TTL e transistores.

O que ocorre pode ser facilmente entendido pela figura abaixo.

 

Sentido comum para as duas correntes.

 

Uma corrente só pode circular se houver um percurso completo para ela, ou seja, um fio de ida e outro de volta.

Assim, conforme mostra a figura acima, para a baixa tensão temos um circuito completo de ida e volta provocando o disparo do SCR ou Triac. Por outro lado, a corrente conduzida pelo SCR ou Triac também tem seu percurso completo.

No entanto, se a corrente do circuito de alta tensão "tentar" entrar no ponto comum do circuito de baixa tensão, ela não encontra percurso, ou seja, há apenas um caminho, sem retorno.

Isso significa que ela não circular. Em outras palavras, a corrente do circuito de baixa tensão não passa para o de alta e vice-versa, porque só existe um ponto comum aos dois circuitos.

Veja, entretanto que, se por algum problema o transformador usado na alimentação do circuito de baixa tensão não tiver um isolamento perfeito, a corrente pode passar para a rede e assim haverá percurso para a alta tensão. O resultado pode ser desastroso com a queima total dos componentes.

É por este motivo, que em circuitos deste tipo, de modo algum podem ser usadas fontes sem transformador. O transformador é o elemento de isolamento que permite esta modalidade de funcionamento de maneira segura.