4093 je 14-pinski paket koji sadrži četiri pozitivna logika, 2-ulazna NAND Schmitt okidačka vrata kao što je prikazano na sljedećoj slici. Moguće je upravljati s četiri NAND vrata zasebno ili zajedno.
Pojedinačna logička vrata IC 4093 radi na sljedeći način.
Kao što vidite svaka vrata imaju dva ulaza (A i B) i jedan izlaz. Izlaz mijenja svoje stanje od maksimalne razine napajanja (VDD) do 0V ili obrnuto ovisno o tome kako se ulazni pinovi napajaju.
Ovaj izlazni odgovor može se razumjeti iz tablice istinitosti 4093 NAND vrata, kao što je prikazano u nastavku.
Sadržaj
Razumijevanje tablice istine 4093
Iz gornjih detalja tablice istine možemo protumačiti logičke operacije vrata kao što je objašnjeno u nastavku:
- Kada su oba ulaza niska (0 V), izlaz postaje visok ili jednak razini istosmjerne struje (VDD).
- Kada je ulaz A nizak (0 V), a ulaz B visok (između 3 V i VDD), izlaz postaje visok ili jednak opskrbnoj istosmjernoj razini (VDD).
- Kada je ulaz B nizak (0 V), a ulaz A visok (između 3 V i VDD), izlaz postaje visok ili jednak opskrbnoj istosmjernoj razini (VDD).
- Kada su oba ulaza A i B visoki (između 3 V i VDD), izlaz postaje nizak (0 V)
Karakteristike prijenosa 4093 quad NAND Schmitt Triggera prikazane su na sljedećoj slici. Za sve razine pozitivnog napona napajanja (VDD), prijenosna karakteristika vrata pokazuje istu osnovnu strukturu valnog oblika.
Razumijevanje IC 4093 Schmitt okidača i histereze
Jedna posebna značajka IC 4093 NAND vrata je da su to sve Schmittovi okidači. Dakle, što su točno Schmitt okidači?
IC 4093 Schmitt okidači jedinstvena su varijanta NAND vrata. Jedna od njegovih najkorisnijih značajki je koliko brzo reagiraju na dolazne signale.
Logička vrata sa Schmittovim okidačem će se aktivirati i postaviti svoje izlaze na visoko ili nisko samo kada njihova ulazna logička razina dosegne pravu razinu. Ovo je poznato kao histereza.
Sposobnost Schmittovog okidača da stvori histerezu ključna je značajka (obično oko 2,0 volta korištenjem napajanja od 10 V).
Pogledajmo na brzinu oscilatorski krug prikazan na slici A u nastavku kako bismo dublje razumjeli histerezu. Slika B uspoređuje ulazni i izlazni valni oblik oscilatorskog kruga.
Ako pogledate sliku A, vidjet ćete da je ulaz pina 1 vrata povezan s pozitivnom naponskom tračnicom, dok je ulaz pina 2 spojen na spoj kondenzatora (C) i povratnog otpornika (R).
Kondenzator ostaje ispražnjen, a ulazi i izlazi vrata su na nultom naponu (logička 0) sve dok se napajanje istosmjernom strujom ne uključi u krug.
Čim se napajanje istosmjernom strujom uključi u oscilatorski krug, pin 1 gejta trenutno postaje visok, iako pin 2 ostaje nizak.
Izlaz NAND vrata visoko se njiše kao odgovor na ulaznu situaciju (provjerite vrijeme t0 na slici B).
Kao rezultat, otpornik R i kondenzator C počinju se puniti dok ne dosegnu razinu VN. Pin 2 trenutno postaje visok čim naboj kondenzatora dosegne VN razinu.
Budući da su oba ulaza vrata visoka (vidi vrijeme t1), izlaz vrata je nisko. Ovo prisiljava C da se prazni preko R dok ne dosegne razinu VN.
Kada napon na pinu #2 padne na VN razinu, izlaz vrata se vraća na visoki. Ovaj niz izlaznih ciklusa ON/OFF nastavlja se sve dok je krug pod naponom. Tako strujni krug oscilira.
Ako pogledamo vremenski grafikon, otkrit ćemo da izlaz postaje nizak samo kada ulaz dosegne Vp vrijednost, a izlaz se zanjiše visoko samo kada ulaz dosegne ispod razine VN.
To je određeno punjenjem i pražnjenjem kondenzatora kroz vremenske intervale t0, t1, t2, t3 itd.
Iz gornje rasprave možemo vidjeti da se izlaz Schmittovog okidača prebacuje samo kada ulaz dosegne dobro definiranu nisku razinu VN i visoku razinu Vp. Ovo djelovanje Schmittovog okidača za uključivanje/isključivanje kao odgovor na dobro definirane pragove ulaznog napona naziva se histereza.
Jedna od glavnih prednosti Schmittovog oscilatora je to što se automatski pokreće kada se krug uključi.
Napon napajanja kontrolira radnu frekvenciju kruga. To je približno 1,2 MHz za napajanje od 12 volti i pada kako se napajanje smanjuje. C treba imati minimalnu vrijednost od 100 pF, a R ne smije biti niži od 4,7k.
IC 4093 Projekti strujnih krugova
4093 Schmitt trigger IC svestrani je čip koji se može koristiti za konstruiranje mnogih zanimljivih projekata sklopova. Četiri Schmittova okidača unutar jednog čipa 4093 mogu se prilagoditi za mnoge korisne implementacije.
U ovom ćemo članku raspravljati o nekima od njih. Sljedeći popis sadrži imena 12 zanimljivih projekata sklopova IC 4093. Svaki od njih bit će detaljno razmotren u sljedećim paragrafima.
- Jednostavan Piezo Driver
- Automatski krug ulične rasvjete
- Krug protiv štetočina
- Krug sirene velike snage
- Krug mjerača vremena za odgodu isključivanja
- Dodirnite Aktivirani krug prekidača za uključivanje/isključivanje
- Krug senzora za kišu
- Krug detektora laži
- Krug injektora signala
- Pogonski krug fluorescentne cijevi
- Krug bljeskalice fluorescentne cijevi
- Krug bljeskalice aktivirane svjetlom
1) Jednostavan Piezo pokretač
Vrlo jednostavan i učinkovit piezo pokretački krug može se izgraditi korištenjem jednog IC 4093, kao što je prikazano na gornjem dijagramu strujnog kruga.
Jedan od Schmittovih okidačkih vrata N1 je opremljen kao podesivi oscilatorski krug. Izlaz ovog oscilatora je pravokutni val s frekvencijom određenom vrijednošću kondenzatora C1 i podešavanjem potpora P1.
Izlazna frekvencija iz N1 primjenjuje se na vrata N2, N3, N4 koji su spojeni paralelno. Ova paralelna vrata rade kao međuspremnik i stupanj strujnog pojačala. Oni zajedno pomažu povećati trenutni kapacitet izlazne frekvencije.
Pojačana frekvencija primjenjuje se na bazu tranzistora BC547 koji dodatno pojačava frekvenciju za pogon priključene piezo sonde. Piezo sonda sada počinje relativno glasno zujati.
Ako želite još više povećati glasnoću piezoa, možete pokušati dodati 40uH zujalica zavojnica točno preko piezo žica.
2) Automatski krug ulične rasvjete
Još jedna velika upotreba IC 4093 može biti u obliku a jednostavan krug automatskog uličnog svjetla , kao što je prikazano na gornjem dijagramu.
Ovdje su vrata N1 spojena kao komparator. Uspoređuje potencijal koji generira otporna razdjelna mreža koju čine otpor LDR i otpor R1 posude.
U ovoj fazi N1 učinkovito iskorištava svojstvo histereze svog ugrađenog Schmittovog okidača. Osigurava da njegov izlaz mijenja stanje samo kada LDR otpor dosegne određenu ekstremnu razinu.
Kako radi
Tijekom dana, kada ima dovoljno ambijentalnog svjetla na LDR-u, njegov otpor ostaje nizak. Ovisno o postavci P1, ovaj mali otpor stvara nisku logiku na ulaznim pinovima N1, što uzrokuje da njegov izlaz ostane visok.
Ova visoka vrijednost se primjenjuje na ulaze međuspremnika, stvorene paralelnim spajanjem N2, N3, N4.
Budući da su sva ta vrata postavljena kao NE vrata, izlaz je invertiran. Visoka logika iz N1 je invertirana u nisku logiku na izlazu N2, N3, N4 vrata. Ova niska logika ili 0 V doseže bazu tranzistora T1 pogonskog releja tako da ostaje isključen.
To zauzvrat uzrokuje da relej ostane isključen sa svojim kontaktima na N/C kontaktima.
Žarulja se konfigurira na N/O kontakti releja ostaje isključeno.
Kada mrak zalazi u, osvjetljenje na LDR-u počinje se smanjivati, što uzrokuje povećanje njegovog otpora. Zbog toga napon na ulazu N1 počinje rasti. Značajka histereze vrata N1 'čeka' dok ovaj napon ne bude dovoljno visok da uzrokuje promjenu stanja izlaza iz visokog u nisko.
Čim izlaz N1 postane nizak, vrata N2, N3, N4 ga invertiraju kako bi se stvorio visoki na njihovim paralelnim izlazima.
Ova visoka pali tranzistor i relej, a nakon toga svijetli i LED žarulja. Na ovaj način, kada padne večer ili padne mrak, priključena žarulja za uličnu rasvjetu se automatski UKLJUČUJE.
Sljedećeg jutra proces se obrće i žarulja ulične svjetiljke se automatski ISKLJUČUJE.
3) Krug za odbijanje štetočina
Ako želite izgraditi jeftino, ali razumno učinkovito uređaj za tjeranje štakora ili glodavaca , onda bi ovaj jednostavan sklop mogao pomoći.
Opet, ovaj dizajn također uključuje 4 Schmittova okidača iz jednog IC 4093.
Konfiguracija je prilično slična krugu piezo pokretača, osim uključivanja silazni transformator .
Signal visoke frekvencije koji bi mogao biti prikladan za tjeranje štetnika pažljivo se podešava pomoću P1.
Ovu frekvenciju pojačavaju 3 paralelna vrata i tranzistor Q1. Kolektor Q1 može se vidjeti konfiguriran s primarnim transformatorom od 6 V.
Transformator pojačava frekvenciju na visoku naponsku razinu od 220 V ili 117 V, ovisno o specifikaciji napona sekundara transformatora.
Ovaj pojačani napon primjenjuje se preko piezo pretvornika za generiranje buke visokog tona. Ova buka može biti vrlo uznemirujuća za štetočine, ali može biti nečujna za ljude.
Visokofrekventni šum u konačnici uzrokuje da štetnici napuste područje i pobjegnu na neko drugo mirno mjesto.
4) Krug sirene velike snage
Donja slika pokazuje kako se IC 4093 može primijeniti za izgradnju moćnog krug sirene . Ton sirene je potpuno podesiv pomoću gumba potenciometra.
Unatoč jednostavnom postavljanju, krug u ovom primjeru doista može proizvesti glasan zvuk. N-kanalni MOSFET koji napaja zvučnike to omogućuje.
Ovaj konkretni MOSFET ima izlazni otpor prema izvoru od samo tri miliohma i njime se može upravljati izravno pomoću CMOS logičkih sklopova. Nadalje, njegova struja odvoda može doseći 1,7 A, s vršnim naponom odvod-izvor od 40 V.
U redu je učitati MOSFET izravno sa zvučnikom jer je u biti neuništiv.
Upravljanje strujnim krugom jednostavno je poput postavljanja ENABLE ulazne logike na visoko (što se također može implementirati putem običnog prekidača umjesto digitalnog izvora).
Vrata N2 osciliraju kao rezultat impulsa Schmittovog okidača N1 kada je ulaz na pinu 5 visok. Izlaz vrata N2 dovodi se do MOSFET kroz međuspremnik izgrađen oko N3. Unaprijed podešeni P1 omogućuje modulaciju frekvencije N2.
5) Timer za odgodu isključivanja sa zujalicom
IC 4093 također se može koristiti za izradu korisnog, ali jednostavnog odgoda OFF timer sklop , kao što je prikazano na gornjoj slici. Kada se napajanje uključi, piezo zujalica će početi zujati što pokazuje da mjerač vremena nije postavljen.
Tajmer se postavlja kada se tipka pritisne na ON trenutno.
Kada se pritisne tipka C3 brzo se puni i primjenjuje visoku logiku na ulaz pridruženih vrata 4093. To uzrokuje da izlaz vrata postane nisko ili 0 V. Ovih 0 V se primjenjuje na ulaz stupnja oscilatora izgrađenog oko vrata N1.
Ovih 0 V povlači ulaz vrata N1 na 0 V preko diode D1 i onemogućuje ga, tako da N1 ne može oscilirati.
Izlaz N1 sada invertira ulaznu logičku nulu u visoku logiku na svom izlazu koji se dovodi na paralelne ulaze N2 i N3.
N2 i N3 opet invertiraju ovu visoku logiku u logičku nulu na bazi tranzistora, tako da tranzistor i piezo ostaju isključeni.
Nakon unaprijed određene odgode, kondenzator C3 se potpuno prazni kroz otpornik R3. To uzrokuje pojavu logičkog niskog nivoa na ulazu pridruženih vrata. Izlaz ovih vrata sada postaje visok.
Zbog toga se uklanja logička nula s ulaza N1. Sada je N1 omogućen i počinje generirati visokofrekventni izlaz.
Ovu frekvenciju dodatno pojačavaju N2, N3 i tranzistor za pokretanje piezo elementa. Piezo sada počinje zujati što pokazuje da je vrijeme odgode ISKLJUČENO isteklo.
6) Dodirnite Aktivirani prekidač
Sljedeći dizajn prikazuje a jednostavan prekidač koji se aktivira dodirom koristeći jedan 4093 IC. Rad sklopa može se razumjeti uz sljedeće objašnjenje.
Čim se napajanje uključi zbog kondenzatora C1 na ulazu N1, logika na ulazu N1 se povlači na napon uzemljenja. To uzrokuje da se povratne petlje N1 i N2 zakvače s ovim ulazom. To rezultira stvaranjem logike od 0 V na izlazu N2.
Logika od 0 V čini stupanj pogonskog izlaznog releja neaktivnim tijekom prvog uključivanja prekidača napajanja.
Sada zamislite da se baza tranzistora T1 dotakne prstom. Tranzistor bi se odmah uključio, generirajući visoki logički signal preko C2 i D2 na ulazu N1.
C2 se brzo puni i sprječava bilo kakvu naknadnu pogrešnu aktivaciju dodirom. Time se osigurava da postupak ne ometa učinak odbijanja.
Gore spomenuta visoka logika odmah preokreće stanje N1/N2, uzrokujući njihovo zaključavanje i stvaranje pozitivnog izlaza. Pogonski stupanj releja i povezano opterećenje uključuju se ovim pozitivnim izlazom.
Sada bi sljedeći kontakt prstom trebao uzrokovati vraćanje kruga u prvobitni položaj. N4 se koristi za postizanje ove funkcionalnosti.
Nakon što se krug vrati u svoj izvorni status, C3 se neprekidno puni (u nekoliko sekundi), uzrokujući pojavu logičke niske razine na odgovarajućem ulazu N3.
Međutim, drugi ulaz N3 već se održava na logičkoj niskoj razini pomoću otpornika R2, koji je uzemljen. N3 je sada savršeno pozicioniran u stanju pripravnosti, 'spreman' za sljedeći dolazni dodirni okidač.
7) Senzor za kišu
IC 4093 također se može savršeno konfigurirati za stvaranje a krug senzora za kišu s oscilatorom za zujalicu.
Baterija od 9 V može se koristiti za napajanje strujnog kruga, a zbog iznimno male potrošnje struje, preživjet će najmanje godinu dana. Treba ga promijeniti nakon godinu dana jer tada neće biti pouzdan zbog samopražnjenja.
U svom najjednostavnijem obliku, uređaj se sastoji od detektora kiše ili vode, R-S bistabila, oscilatora i pogonskog stupnja za zujalicu upozorenja.
Odbačeni komad pločice veličine 40 x 20 mm služi kao senzor vode. Žičane veze mogu se koristiti za spajanje svih staza PCB-a. Kako biste spriječili korodiranje tračnica, preporučljivo je pokositriti ih.
Kada se napajanje uključi, bistabil se odmah aktivira kroz serijsku mrežu R1 i C1.
Otpor između dva skupa tračnica na tiskanoj ploči senzora stvarno je vrlo visok sve dok je suh. Međutim, otpor se brzo smanjuje kada se otkrije vlaga.
Senzor i otpornik R2 spojeni su u seriju, a njih dvoje zajedno stvaraju razdjelnik napona koji ovisi o vlazi. Čim ulaz 1 od N2 postane nizak, on resetira R-S bistabil. Oscilator N3 je kao rezultat uključen, a pogonska vrata N4 upravljaju zujalicom.
8) Detektor laži
Još jedan sjajan način korištenja gornjeg sklopa može biti u obliku detektora laži.
Za detektor laži, senzorni element zamjenjuje se s dva komada žice s ogoljenim i pokositrenim krajevima.
Osobi koja se ispituje tada se daju gole žice da ih čvrsto drži. Zvučni signal se oglasi ako slučajno meta laže. Ova situacija je izazvana vlagom koja se stvara na stisku osobe zbog nervoze i krivnje.
Vrijednost R2 određuje osjetljivost kruga; ovdje može biti potrebno malo eksperimentiranja.
Zaključavanjem prekidača S1 na ON, oscilator (a time i zujalica) se može isključiti.
9) Injektor signala
4093 IC može se učinkovito konfigurirati da radi kao krug audio injektora. Ovaj uređaj se može koristiti za rješavanje problema s neispravnim dijelovima u stupnjevima audio kruga.
Ako ste ikada pokušali popraviti vlastiti zvučni sustav, možda ste u potpunosti upoznati s mogućnostima injektora signala.
Injektor signala, za laike, osnovni je generator kvadratnog vala stvoren za pumpanje audio frekvencije u krug koji se testira.
Može se koristiti za otkrivanje i prepoznavanje neispravne komponente u krugu. Krug injektora signala također se može koristiti za istraživanje RF sekcija AM/FM prijemnika.
Gornja slika prikazuje shematski prikaz injektora signala. Oscilator ili dio generatora pravokutnog vala struktuiran je oko jednog gejta (IC1a).
Vrijednosti kondenzatora C1 i otpornika R1/P1 određuju frekvenciju oscilatora, koja može biti oko 1 kHz. Podešavanjem vrijednosti P1 i C1 za stupanj oscilatora, frekvencijski raspon kruga se može promijeniti.
Krug je kvadratni izlaz UKLJUČUJE/ISKLJUČUJE na cijeloj tračnici napona napajanja. Za napajanje kruga mogu se koristiti naponi napajanja koji variraju od 6 do 15 volti.
Međutim, također možete koristiti bateriju od 9 V. Izlaz vrata N1 je međusobno povezan serijski s preostala tri vrata IC 4093. Ova 3 vrata se mogu vidjeti međusobno paralelno povezana.
S ovim rasporedom, izlaz oscilatora je odgovarajuće međuspremnik i pojačan do razine koja može prikladno napajati strujni krug koji se ispituje.
Kako koristiti injektor signala
Za rješavanje problema u strujnom krugu pomoću injektora, signal se ubrizgava kroz komponente odostraga prema naprijed. Recimo da želite riješiti problem AM radija s injektorom. Počinjete primjenom frekvencije injektora na bazu izlaznog tranzistora.
Ako tranzistor i ostali dijelovi koji ga prate rade ispravno, signal će se čuti kroz zvučnik. U slučaju da se signal ne čuje, signal injektora se prenosi naprijed prema zvučniku sve dok zvučnik ne proizvede zvuk.
Za dio koji neposredno prethodi ovoj točki može se pretpostaviti da je najvjerojatnije neispravan.
10) Pokretač fluorescentne cijevi
Gornja slika prikazuje Inverter fluorescentnog svjetla shematski dizajn pomoću IC 4093. Krug se može koristiti za napajanje fluorescentne žarulje pomoću dvije punjive baterije od 6 volti ili automobilske baterije od 12 volti.
Uz nekoliko malih prilagodbi, ovaj sklop je praktički identičan prethodnom.
U svom postojećem formatu, Q1 se naizmjenično prebacuje sa zasićenja i prekida pomoću puferiranog izlaza oscilatora.
Primar od T1 doživljava rastuće i padajuće magnetsko polje kao rezultat preklapanja kolektora Q1, koji je povezan s jednim terminalom pojačanog transformatora.
Kao rezultat toga, sekundarni namot T1 doživljava indukciju znatno većeg fluktuirajućeg napona.
Fluorescentna cijev prima napon stvoren u sekundaru T1, što uzrokuje da svijetli brzo i bez treperenja.
Fluorescentna cijev od 6 W može se pokretati krugom pomoću napajanja od 12 V. Kada se koriste dvije mokre punjive baterije od 6 volti, krug troši samo 500 mA.
Stoga se može postići nekoliko sati rada s jednim punjenjem. Svjetiljka će raditi znatno drugačije nego kada se napaja iz mreže od 117 volti ili 220 V.
Nije potreban starter ili predgrijač jer se cijev napaja visokonaponskim oscilacijama. Izlazni tranzistor mora biti instaliran na rashladnom tijelu tijekom konstruiranja kruga. Transformator može biti prilično malen s primarnim naponom od 220 V ili 120 V i sekundarom od 12,6 V, 450 mA.
11) Fluorescentna svjetiljka
Fluorescentni bljeskalica, prikazana na gornjoj slici, uključuje stupnjeve iz osnovnog 4093 oscilatora i 4093 pokretačkog kruga fluorescentnog svjetla.
Ovaj dizajn, koji se sastoji od dva oscilatora i stupnja pojačala/spremnika, mogao bi se implementirati kao bljeskajuće svjetlo upozorenja za vozila. Kao što se može vidjeti, ovdje se jedan pinout pojačala/spremnika stupnja N3 povezuje s izlazom prvog oscilatora (N1).
Drugi oscilator izgrađen oko N2 daje ulaz u drugi krak pojačala (N3). Dvije RC mreže neovisne o oscilatorima definiraju svoje radne frekvencije. Uz pomoć tranzistora Q1, sustav generira frekvencijski modulirani sklopni izlaz.
Ovaj sklopni izlaz inducira visokonaponski impuls u sekundarnom namotu transformatora T1. Njegov izlaz postaje nizak čim su oba signala dostavljena IC1c visoka. Ovaj niski isključuje Q1 i na kraju, lampica počinje bljeskati.
12) Žaruljica koja se aktivira svjetlom
Fluorescentni bljeskalica aktivirana svjetlom kao što je gore prikazano je nadogradnja prethodnog kruga fluorescentnih bljeskalica IC 4093. Prethodni krug bljeskalice 4093 rekonfiguriran je tako da odmah počne treperiti čim vozač koji se približava svojim prednjim svjetlima osvijetli LDR.
LDR, R5, služi kao svjetlosni senzor u krugu. Potenciometar R4 podešava osjetljivost kruga. Ovo se mora prilagoditi tako da kada snop svjetla bljesne preko LDR-a s udaljenosti od 10 do 12 stopa, fluorescentna svjetiljka počne bljeskati.
Dodatno, potenciometar R1 je podešen kako bi se osiguralo da se bljeskalica sama isključi kada se izvor svjetla ukloni iz LDR-a.
