Este sempre atual artigo que ensina a utilizar o 4001 em diversas aplicações foi publicado em 2010. Trata-se de assunto ideal para ser utilizado em cursos técnicos e de iniciação. Os amadores também podem ter excelentes idéias para os usos possíveis deste componente versátil.
A série CMOS 4000 tem uma grande quantidade de circuitos mas, sem dúvida alguma, um dos que têm maior utilidade é o 4001. Com ele podemos elaborar osciladores, buffers, funções lógicas, temporizadores, geradores de pulsos e muito mais. Neste artigo reunimos uma verdadeira "seleção" de aplicativos com este CI. O leitor deve guardar bem esse artigo pois ele pode ser muito útil para futuros projetos.
O circuito integrado 4001 consiste em 4 portas NOR de duas entradas, capazes de operar com tensões de 3 a 15V. Sua pinagem e circuito equivalente são mostrados na figura 1.
A capacidade de fornecimento e dreno de corrente de suas saídas depende da tensão de alimentação. Assim, com 5 V podemos drenar 0,28 mA e fornecer 0,35 mA enquanto que com 10 V de alimentação podemos drenar 0,9 mA e fornecer01,5 mA.
Isso significa que podemos apenas excitar cargas de baixa corrente a não ser que sejam usadas etapas amplificadoras com transistores ou outros elementos ativos.
Damos a seguir uma série de circuitos simples que utilizam o 4001 como base e que podem servir de blocos para a elaboração de projetos mais complexos.
1. Monoestável
Na figura 2 mostramos um monoestável que utiliza duas das quatro portas disponíveis no 4001.
A duração do pulso gerado na saída quando se aplica um pulso de curta duração na entrada depende do valor do capacitor C. Esse componente pode ter valores na faixa de 1 nF a 100 µF.
2. Monoestável disparado por interruptor
Na figura 3 temos um monoestável que é acionado com o interruptor S1 é pressionado por um instante.
A duração dos pulsos gerados depende do caos capacitores C1 e C2.
Temos então as formas de onda geradas na figura 4, observando-se que são dois os intervalos de temporização obtidos os quais são determinados pelos capacitores.
O diodo pode ser de uso geral e a tensão de alimentação pode ficar entre 3 e 15 V. As outras portas do mesmo CI podem ser usadas com outras finalidades já que são independentes.
3. Monoestável com Disparo Externo
Na figura 5 temos um circuito que dispara a partir de um pulso positivo de curta duração aplicado à sua entrada.
As formas de onda obtidas neste circuito, determinadas pelos capacitores C1 e C2 são mostradas na figura 6.
Observe que a transição das saídas já ocorre no flanco positivo do sinal de entrada.
Valores mínimos sugeridos para C1 e C2 são da ordem de 1 nF.
4. Astável
O circuito mostrado na figura 7 gera um sinal retangular cuja freqüência depende de C1.
Para um capacitor de 1 nF a freqüência gerada será da ordem de 1 kHz mantidos os demais valores dos componentes do diagrama.
Lembramos que a freqüência máxima recomendada para este circuito com uma alimentação de 10 V está em torno de 7 MHz.
Veja que podemos obter saídas em oposição de fase, retirando os sinais das saídas das duas portas.
5. Astável de 500 Hz a 5 kHz
Um oscilador cuja freqüência pode ser ajustada entre 500 Hz e 5 kHz com o uso de um potenciômetro, é mostrado na figura 8.
Outras faixas de freqüência podem ser obtidas com a troca do capacitor C1. Valores maiores implicam em freqüências mais baixas.
O sinal produzido por este oscilador é retangular com amplitude igual à da tensão da fonte de alimentação.
6. Pulsador de 12 V
Na figura 9 mostramos outra aplicação interessante para o circuito integrado 4001.
Este circuito faz com que uma lâmpada pisque produzindo flashes na freqüência de 1 Hz, determinados pelo capacitor C1.
Lâmpadas até 500 mA podem ser controladas com o transistor BD135 e com o uso do TIP31 lâmpadas de potências maiores podem ser usadas.
O transistor de potência deverá ser montado em radiador de calor e a alimentação pode ser feita com tensões de 6 a 12 V conforme a lâmpada.
Uma aplicação interessante para este circuito é em sinalização automotiva.
Observe que o circuito possui uma chave de acionamento de baixo consumo que é usada para controlá-lo sem a necessidade de se atuar diretamente sobre a alimentação.
Isso significa que em lugar dessa chave podemos usar sensores de baixo consumo como reed-switches em sistemas de alarmes. Neste caso, basta substituir a lâmpada por um bom oscilador de áudio, uma campainha ou ainda um relé que acione um sistema potente externo de aviso.
7. Temporizador - I
O circuito da figura 10 usa duas das quatro portas do 4001 para acionar um relé de forma temporizada,
O intervalo de tempo obtido depende do capacitor C1 cujo valor pode ficar entre 10 µF e 1 000 µF. Com 10 µF o intervalo de temporização obtido é da ordem de 10 segundos.
Valores muito grandes de capacitores podem tornar o circuito instável, principalmente se eles apresentarem fugas.
O relé é do tipo que tem uma corrente de bobina de no máximo 50 mA e tensão igual a usada na alimentação.
8. Temporizador - II
Na figura 11 mostramos um outro temporizador, este mais simples pois usa apenas uma das quatro portas do circuito integrado 4001.
Este circuito entra em ação quando a alimentação ligada, caso em que ele ativa o relé. Podemos usá-lo como um circuito de acionamento retardado para equipamentos sensíveis a aplicações bruscas da tensão de alimentação.
No final do tempo determinado por R1 e C1, o relé é ativado, energizando a carga externa. Podemos inverter sua ação usando um transistor NPN.
O maior valor para R1 é 1 M ? e para C1 é 2 200 µF caso em que tempos até mais de meia hora podem ser obtidos. Tempos maiores ficam comprometidos principalmente pelas instabilidade causada pelas fugas no capacitor.
Utilizando um Darlington de potência como o TIP115, cargas com correntes até 1 A podem ser controladas diretamente.
9. Oscilador de 1 kHz
O oscilador mostrado na figura 12 gera um tom de 1 kHz que é reproduzido no alto-falante com boa potência.
Para alimentações até 6 V o transistor pode ser o BC558, mas para tensões maiores, dada a potência desenvolvida recomenda-se o BD136 ou TIP32, os quais devem ser montados em radiadores de calor.
A freqüência do circuito pode ser alterada pela troca de valores de R2. Valores entre 100 k e 1 M ? podem ser experimentados. O capacitor C1 também pode ser alterado para que sejam obtidos tons de outras freqüências.
Um tweeter piezoelétrico pode ser usado para se gerar ultrassons na faixa de 18 a 25 kHz com as devidas alterações de R2 e C1.
Na figura 13 damos uma sugestão de etapa de alta potência para se excitar um alto-falante com o 2N3055.
O transistor 2N3055 deve ser montado num bom radiador de calor e o alto-falante deve ter pelo menos 15 cm com 20 W de potência.
10. Sirene Modulada
Uma sirene modulada (intermitente), usando as quatro portas do circuito integrado 4001 é mostrada na figura 14.
A etapa de potência pode usar um único transistor, como no caso do circuito anterior, ou ainda um circuito de maior potência, como o que já mostramos na figura 13.
As freqüências de modulação e de tom podem ser alteradas, modificando-se tanto os resistores como os capacitores correspondentes.
11. Interruptor de Toque ou Alarme de Água
Nossa última aplicação consiste num circuito que dispara quando a resistência do sensor cai para valores abaixo de alguns megohms. Esse valor é determinado pelo resistor R1, no circuito da figura 15.
Quando o circuito é disparado, ele produz um tom intermitente, gerada por um oscilador como o do circuito anterior (figura 14).
Para usar como alarme de água (nível de água ou enchente), o sensor consiste em dois fios com as pontas descascadas, O seu contacto com a água ou umidade faz com que o alarme dispare.
Para usar como sensor de toque, o sensor consiste em duas chapinhas de metal que devem ser tocadas simultaneamente.
Uma possibilidade consiste em se aterrar o negativo da fonte e usar apenas uma chapinha como sensor de toque. Nesse caso, o fio até o sensor não deve ultrapassar 1 metros, para que ruídos captados não provoquem o disparo errático.
Conclusão
O que vimos são apenas algumas das muitas utilidades para esse circuito integrado.
O leitor imaginoso pode criar novos projetos com base tanto neste CI como em seu parceiro de utilidades o 4011 que consiste em 4 portas NAND e que pode praticamente ser usado nas mesmas configurações.
