4093 je 14pinový balíček obsahující čtyři kladné logické, 2vstupové spouštěcí brány NAND Schmitt, jak je znázorněno na následujícím obrázku. Je možné provozovat čtyři brány NAND samostatně nebo společně.
Jednotlivá logická hradla IC 4093 funguje následujícím způsobem.
Jak můžete vidět, každá brána má dva vstupy (A a B) a jeden výstup. Výstup mění svůj stav z maximální úrovně napájení (VDD) na 0V nebo naopak v závislosti na tom, jak jsou napájeny vstupní piny.
Tuto výstupní odezvu lze pochopit z pravdivostní tabulky brány 4093 NAND, jak je uvedeno níže.
Obsah
Pochopení tabulky pravdy 4093
Z podrobností výše uvedené pravdivostní tabulky můžeme interpretovat logické operace brány, jak je vysvětleno níže:
- Když jsou oba vstupy nízké (0 V), výstup se změní na vysokou nebo rovnou napájecí stejnosměrné úrovni (VDD).
- Když je vstup A nízký (0 V) a vstup B vysoký (mezi 3 V a VDD), výstup se změní na vysoký nebo rovný úrovni napájení DC (VDD).
- Když je vstup B nízký (0 V) a vstup A vysoký (mezi 3 V a VDD), výstup se změní na vysoký nebo rovný úrovni napájení DC (VDD).
- Když jsou oba vstupy A a B vysoké (mezi 3 V a VDD), výstup se změní na nízký (0 V)
Přenosové charakteristiky 4093 quad NAND Schmitt Trigger jsou uvedeny na následujícím obrázku. Pro všechny úrovně kladného napájecího napětí (VDD) vykazuje přenosová charakteristika hradel stejnou základní strukturu průběhu.
Pochopení IC 4093 Schmitt Triggers and Hysteresis
Jednou z charakteristických vlastností hradel IC 4093 NAND je, že to jsou všechny Schmittovy spouštěče. Takže co přesně jsou Schmittovy spouštěče?
Spouštěče IC 4093 Schmitt jsou jedinečnou řadou hradel NAND. Jednou z jeho nejužitečnějších vlastností je, jak rychle reagují na příchozí signály.
Logická hradla se Schmittovým spouštěčem se aktivují a přepnou své výstupy na vysokou nebo nízkou úroveň pouze tehdy, když jejich vstupní logická úroveň dosáhne skutečné úrovně. Toto je známé jako hystereze.
Schopnost Schmittova spouště vytvářet hysterezi je klíčovou vlastností (normálně kolem 2,0 voltů při použití 10 V napájení).
Pojďme se rychle podívat na obvod oscilátoru znázorněný na obr. A níže, abychom získali hlubší pochopení hystereze. Obrázek B porovnává vstupní a výstupní průběhy obvodu oscilátoru.
Pokud se podíváte na obr. A, uvidíte, že vstup kolíku 1 hradla je spojen s kladnou napěťovou kolejnicí, zatímco vstup kolíku 2 je připojen ke spoji kondenzátoru (C) a zpětnovazebního odporu (R).
Kondenzátor zůstává vybitý a vstupy a výstupy hradla jsou na nulovém napětí (logická 0), dokud se do obvodu nezapne napájení DC.
Jakmile je napájení stejnosměrného proudu zapnuto do obvodu oscilátoru, kolík 1 hradla se okamžitě zvýší, ačkoli kolík 2 zůstane nízký.
Výstup hradla NAND se v reakci na vstupní situaci vychyluje vysoko (zkontrolujte čas t0 na obr. B).
V důsledku toho se rezistor R a kondenzátor C začnou nabíjet, dokud nedosáhne úrovně VN. Nyní se Pin 2 okamžitě zvýší, jakmile nabití kondenzátoru dosáhne úrovně VN.
Nyní, protože oba vstupy brány jsou vysoké (viz čas t1), výstup brány se houpe nízko. To nutí C vybíjet se přes R, dokud nedosáhne úrovně VN.
Když napětí na kolíku č. 2 klesne na úroveň VN, výstup hradla se vrátí zpět na vysokou hodnotu. Tato série výstupních cyklů ON/OFF pokračuje, dokud obvod zůstává napájen. Takto obvod kmitá.
Pokud se podíváme na graf časování, zjistíme, že výstup se změní na nízkou hodnotu pouze tehdy, když vstup dosáhne hodnoty Vp, a výstup se rozhoupe vysoko pouze tehdy, když vstup dosáhne úrovně VN.
To je určeno nabíjením a vybíjením kondenzátorů v časových intervalech t0, t1, t2, t3 atd.
Z výše uvedené diskuse můžeme vidět, že výstup spouště Schmitt se přepne pouze tehdy, když vstup dosáhne dobře definované nízké úrovně VN a vysoké úrovně Vp. Tato akce Schmittova spouště pro zapnutí/vypnutí v reakci na dobře definované prahové hodnoty vstupního napětí se nazývá hystereze.
Jednou z hlavních výhod obvodu Schmitt oscilátoru je, že se automaticky spustí, když je obvod zapnut.
Napájecí napětí řídí pracovní frekvenci obvodu. To je přibližně 1,2 MHz pro napájení 12 V a klesá, když se napájení snižuje. C by měl mít minimální hodnotu 100 pF a R by nemělo být nižší než 4,7k.
Projekty obvodů IC 4093
4093 Schmitt trigger IC je všestranný čip, který lze použít pro konstrukci mnoha zajímavých projektů obvodů. Čtyři Schmittovy spouštěcí brány umístěné uvnitř jediného čipu 4093 lze přizpůsobit pro mnoho užitečných implementací.
V tomto článku se budeme zabývat několika z nich. Následující seznam obsahuje názvy 12 zajímavých projektů obvodů IC 4093. Každý z nich bude podrobně popsán v následujících odstavcích.
- Jednoduchý piezo ovladač
- Automatický obvod pouličního osvětlení
- Okruh odpuzující škůdce
- Vysokovýkonný obvod sirény
- Obvod časovače zpoždění vypnutí
- Dotkněte se Activated ON/OFF Switch Circuit
- Obvod dešťového senzoru
- Obvod detektoru lži
- Obvod signálního vstřikovače
- Okruh ovladače zářivky
- Fluorescenční trubicový zábleskový obvod
- Světlem aktivovaný obvod blikače
1) Jednoduchý piezo ovladač
Velmi jednoduchý a účinný piezoelektrický obvod lze sestavit pomocí jediného IC 4093, jak je znázorněno na výše uvedeném schématu zapojení.
Jedna ze Schmittových spouštěcích bran N1 je upravena jako nastavitelný oscilátorový obvod. Výstup tohoto oscilátoru je obdélníkový s frekvencí určenou hodnotou kondenzátoru C1 a nastavením potenciometru P1.
Výstupní frekvence z N1 je aplikována na brány N2, N3, N4, které jsou zapojeny paralelně. Tyto paralelní brány fungují jako vyrovnávací a proudový zesilovač. Společně pomáhají zvýšit proudovou kapacitu výstupní frekvence.
Zesílený kmitočet je aplikován na bázi tranzistoru BC547, který dále zesiluje kmitočet pro buzení připojeného piezoměniče. Piezoměnič nyní začne poměrně hlasitě bzučet.
Pokud chcete ještě více zvýšit hlasitost pieza, můžete zkusit přidat 40uH cívka bzučáku přímo přes piezo dráty.
2) Automatický okruh pouličního osvětlení
Další skvělé využití IC 4093 může být ve formě a jednoduchý automatický okruh pouličního osvětlení , jak je znázorněno na výše uvedeném diagramu.
Zde je brána N1 zapojena jako komparátor. Porovnává potenciál generovaný sítí odporového děliče tvořeného odporem LDR a odporem potenciometru R1.
V této fázi N1 efektivně využívá funkci hystereze své zabudované Schmittovy spouště. Zajišťuje, že jeho výstup změní stav pouze tehdy, když odpor LDR dosáhne konkrétní extrémní úrovně.
Jak to funguje
Během dne, kdy je na LDR dostatek okolního světla, zůstává jeho odpor nízký. V závislosti na nastavení P1 tento nízký odpor vytváří nízkou logiku na vstupních pinech N1, což způsobuje, že jeho výstup zůstává vysoký.
Toto vysoké je aplikováno na vstupy vyrovnávacího stupně, vytvořeného paralelním zapojením N2, N3, N4.
Protože všechna tato hradla jsou nastavena jako hradla NOT, výstup je invertovaný. Vysoká logika z N1 je invertována na nízkou logiku na výstupu hradel N2, N3, N4. Tato nízká logika neboli 0 V dosáhne báze budicího tranzistoru relé T1, takže zůstane vypnutý.
To zase způsobí, že relé zůstane vypnuté s kontakty spočívajícími na rozpínacích kontaktech.
Žárovka je konfigurována na Spínací kontakty relé zůstane vypnutý.
Když nastává temnota Osvětlení na LDR začne klesat, což způsobí zvýšení jeho odporu. Díky tomu začne napětí na vstupu N1 stoupat. Funkce hystereze hradla N1 „čeká“, dokud toto napětí nebude dostatečně vysoké, aby způsobilo změnu stavu jeho výstupu z vysokého na nízký.
Jakmile se výstup N1 stane nízkým, je invertován hradly N2, N3, N4, aby se vytvořilo vysoké na jejich paralelních výstupech.
Tato vysoká sepne tranzistor a relé a následně se rozsvítí i LED žárovka. Tímto způsobem, když nastane večer nebo tma, se připojená pouliční žárovka automaticky rozsvítí.
Druhý den ráno se proces obrátí a žárovka pouliční lampy se automaticky vypne.
3) Okruh odpuzující škůdce
Pokud hledáte stavbu levně, ale přiměřeně efektivně zařízení na odpuzování krys nebo hlodavců , pak by tento jednoduchý obvod mohl pomoci.
Opět tento design také 4 Schmitt spouštěcí brány z jednoho IC 4093.
Konfigurace je docela podobná piezoelektrickému obvodu, s výjimkou zahrnutí snižující transformátor .
Vysokofrekvenční signál, který může být vhodný k odhánění škůdců, je pečlivě nastaven pomocí P1.
Tato frekvence je zesílena 3 paralelními hradly podél a tranzistorem Q1. Kolektor Q1 lze vidět nakonfigurovaný s primárem 6V transformátoru.
Transformátor zvýší frekvenci na vysokou úroveň napětí 220 V nebo 117 V v závislosti na napěťové specifikaci sekundárního transformátoru.
Toto zesílené napětí je aplikováno přes piezoměnič pro generování vysokého šumu. Tento hluk může být pro škůdce velmi rušivý, ale pro člověka může být neslyšitelný.
Vysokofrekvenční hluk nakonec způsobí, že škůdci opustí oblast a utečou na nějaké jiné klidné místo.
4) Obvod sirény s vysokým výkonem
Obrázek níže ukazuje, jak lze IC 4093 použít k sestavení výkonného sirénový okruh . Tón sirény je plně nastavitelný pomocí knoflíku potenciometru.
Navzdory jednoduchému nastavení je obvod v tomto příkladu skutečně schopen produkovat hlasitý zvuk. Umožňuje to n-kanálový MOSFET, který napájí reproduktory.
Tento konkrétní MOSFET má výstupní odběr ke zdroji pouze tři miliohmy a mohl by být provozován přímo pomocí logických obvodů CMOS. Kromě toho může jeho odběrový proud dosáhnout 1,7 A se špičkovým napětím zdroje kolektoru 40 V.
Je v pořádku nahrát MOSFET přímo s reproduktorem, protože je v podstatě nezničitelný.
Ovládání obvodu je stejně jednoduché jako přepnutí vstupní logiky ENABLE na vysokou úroveň (což může být také implementováno pomocí běžného přepínače místo digitálního zdroje).
Hradlo N2 osciluje v důsledku impulsů ze Schmittovy spouště N1, jakmile je vstup na kolíku 5 vysoký. Výstup brány N2 je přiveden do MOSFET přes nárazníkový stupeň postavený kolem N3. Předvolba P1 umožňuje modulaci frekvence N2.
5) Časovač odloženého vypnutí s bzučákem
IC 4093 lze také použít k sestavení užitečného, ale jednoduchého obvod časovače zpoždění vypnutí , jak je znázorněno na obrázku výše. Po zapnutí napájení začne piezo bzučák bzučet, což znamená, že časovač není nastaven.
Časovač se nastaví, když krátce stisknete tlačítko ON.
Po stisknutí tlačítka se C3 rychle nabije a aplikuje vysokou logiku na vstup přidruženého hradla 4093. To způsobí, že výstup hradla klesne na nízkou hodnotu nebo 0 V. Toto 0 V se přivede na vstup stupně oscilátoru postaveného kolem hradla N1.
Toto 0 V přitáhne vstup hradla N1 na 0 V přes diodu D1 a deaktivuje jej, takže N1 není schopen oscilovat.
Výstup N1 nyní invertuje vstupní logickou nulu na logickou vysokou hodnotu na svém výstupu, který je přiváděn na paralelní vstupy N2 a N3.
N2 a N3 opět invertují tuto logiku high na logickou nulu na bázi tranzistoru, takže tranzistor a piezo zůstanou vypnuté.
Po předem určeném zpoždění se kondenzátor C3 plně vybije přes odpor R3. To způsobí, že se na vstupu přidruženého hradla objeví logické minimum. Výstup této brány je nyní vysoký.
Díky tomu je logická nula ze vstupu N1 odstraněna. Nyní je N1 povoleno a začíná generovat vysokofrekvenční výstup.
Tato frekvence je dále zesílena N2, N3 a tranzistorem pro buzení piezoelektrického prvku. Piezo nyní začne bzučet, což znamená, že uplynula doba zpoždění vypnutí.
6) Klepněte na Activated Switch
Další návrh ukazuje a jednoduchý dotykový spínač pomocí jediného IC 4093. Fungování obvodu lze pochopit pomocí následujícího vysvětlení.
Jakmile je napájení zapnuto kvůli kondenzátoru C1 na vstupu N1, logika na vstupu N1 je přetažena na zemní napětí. To způsobí, že zpětnovazební smyčky N1 a N2 se zablokují s tímto vstupem. To má za následek vytvoření logiky 0 V na výstupu N2.
Logika 0 V způsobí, že stupeň ovladače výstupního relé bude nečinný během prvního zapnutí napájení.
Nyní si představte, že se báze tranzistoru T1 dotknete prstem. Tranzistor by okamžitě spustil ON a generoval vysoce logický signál přes C2 a D2 na vstupu N1.
C2 se rychle nabíjí a zabraňuje případné následné chybné aktivaci dotykem. Tím je zajištěno, že postup nebude ztížen efektem odrazu.
Výše zmíněná logická vysoká okamžitě obrátí stav N1/N2, způsobí jejich zablokování a vytvoří kladný výstup. Tímto kladným výstupem se zapíná řídicí stupeň relé a související zátěž.
Nyní by měl další dotyk prstu způsobit, že se obvod vrátí zpět do původní polohy. K dosažení této funkce se používá N4.
Jakmile se obvod vrátí do původního stavu, C3 se neustále nabíjí (během několika sekund), což způsobí, že se na příslušném vstupu N3 objeví logická nízká úroveň.
Druhý vstup N3 je však již udržován na logické nízké úrovni rezistorem R2, který je uzemněn. N3 je nyní perfektně umístěn v pohotovostním stavu, „připraven“ na další příchozí dotykovou spoušť.
7) Dešťový senzor
IC 4093 lze také perfektně nakonfigurovat pro vytvoření a obvod dešťového senzoru s oscilátorem pro bzučák.
K napájení obvodu lze použít 9V baterii, která díky extrémně nízké spotřebě proudu vydrží minimálně rok. Po roce je potřeba jej vyměnit, protože pak nebude spolehlivý kvůli samovybíjení.
Ve své nejjednodušší podobě se zařízení skládá z detektoru deště nebo vody, bistabilního R-S, oscilátoru a budícího stupně pro varovný bzučák.
Jako vodní senzor slouží vyřazený kus obvodové desky 40 x 20 mm. Kabelové připojení lze použít ke spojení všech stop desky plošných spojů. Aby se zabránilo korozi kolejí, může být vhodné je pocínovat.
Po zapnutí napájení je bistabilní zařízení okamžitě aktivováno prostřednictvím sériové sítě R1 a C1.
Odpor mezi dvěma sadami drah na desce plošných spojů snímače je opravdu velmi vysoký, pokud je suchá. Odpor však rychle klesá, když je detekována vlhkost.
Snímač a rezistor R2 jsou zapojeny do série a jejich kombinace vytváří dělič napětí, který je závislý na vlhkosti. Jakmile vstup 1 N2 klesne na nízkou hodnotu, resetuje bistabilní R-S. Oscilátor N3 je v důsledku toho zapnutý a brána řidiče N4 ovládá bzučák.
8) Detektor lži
Další skvělý způsob použití výše uvedeného obvodu může být ve formě detektoru lži.
U detektoru lži je snímací prvek nahrazen dvěma kusy drátu s odizolovanými a pocínovanými konci.
Vyslýchané osobě se pak dají holé dráty, které pevně drží. Bzučák začne znít, pokud cíl náhodou lže. Tato situace je vyvolána vlhkostí generovanou na úchopu osoby kvůli nervozitě a pocitu viny.
Hodnota R2 určuje citlivost obvodu; zde může být zapotřebí určité experimentování.
Zablokováním spínače S1 ON lze oscilátor (a tím i bzučák) vypnout.
9) Signální injektor
IC 4093 lze efektivně nakonfigurovat tak, aby fungoval jako obvod audio injektoru. Toto zařízení lze použít pro odstraňování závad na součástech audio obvodů.
Pokud jste se někdy pokoušeli opravit své vlastní zvukové systémy, možná jste plně obeznámeni se schopnostmi signálního injektoru.
Signální injektor je pro laika základní generátor obdélníkových vln vytvořený k pumpování zvukové frekvence do testovaného obvodu.
Může být použit k detekci a identifikaci vadné součásti v obvodu. Obvod signálního injektoru lze také použít k prozkoumání RF sekcí AM/FM přijímačů.
Obrázek výše znázorňuje schematické znázornění signálního injektoru. Sekce oscilátoru nebo generátoru obdélníkových vln obvodu je strukturována kolem jediného hradla (IC1a).
Hodnoty kondenzátoru C1 a rezistoru R1/P1 nastavují kmitočet oscilátoru, který se může pohybovat kolem 1 kHz. Úpravou hodnot P1 a C1 pro stupeň oscilátoru lze změnit frekvenční rozsah obvodu.
Okruh je obdélníkový výstup zapíná/vypíná po celé napájecí napěťové liště. K napájení obvodu lze použít napájecí napětí pohybující se od 6 do 15 voltů.
Můžete však použít i 9V baterii. Výstup hradla N1 je sériově propojen se zbývajícími třemi hradly IC 4093. Tyto 3 hradla lze vidět zapojené paralelně k sobě.
S tímto uspořádáním je výstup oscilátoru přiměřeně vyrovnán a zesílen na úroveň, která může vhodně napájet obvod, který je testován.
Jak používat signální injektor
Při odstraňování problémů v obvodu pomocí injektoru je signál injektován přes komponenty zezadu dopředu. Řekněme, že chcete vyřešit problém s AM rádiem s injektorem. Začnete aplikací frekvence injektoru na bázi výstupního tranzistoru.
Pokud tranzistor a další součásti, které následují, fungují správně, bude signál slyšet přes reproduktor. V případě, že není slyšet žádný signál, je signál injektoru přenášen směrem k reproduktoru, dokud reproduktor nevydá zvuk.
Část bezprostředně předcházející tomuto bodu lze s největší pravděpodobností předpokládat, že je vadná.
10) Ovladač zářivek
Obrázek výše znázorňuje Invertor fluorescenčního světla schematický návrh pomocí IC 4093. Obvod lze použít k napájení zářivky pomocí dvou 6V dobíjecích baterií nebo 12V automobilové baterie.
S pár drobnými úpravami je tento obvod prakticky shodný s předchozím.
Ve svém stávajícím formátu se Q1 střídavě přepíná ze saturace a oříznutí pomocí vyrovnávacího výstupu oscilátoru.
Primární část T1 zažívá rostoucí a klesající magnetické pole v důsledku spínání kolektoru Q1, který je připojen k jedné svorce zvyšovacího transformátoru.
V důsledku toho sekundární vinutí T1 zažívá indukci podstatně většího kolísavého napětí.
Zářivka přijímá napětí vytvořené v sekundáru T1, což způsobí, že se rychle a bez blikání rozsvítí.
6wattová zářivka může být napájena obvodem pomocí 12voltového zdroje. Při použití dvou 6V dobíjecích mokrých baterií spotřebuje obvod pouhých 500 mA.
Na jedno nabití tak lze dosáhnout několika hodin provozu. Lampa bude fungovat podstatně jinak než při napájení ze sítě 117 V nebo 220 V AC.
Není potřeba žádný startér ani předehřívač, protože trubice je napájena vysokonapěťovými oscilacemi. Výstupní tranzistor musí být při konstrukci obvodu instalován na chladič. Transformátor může být docela malý s 220V nebo 120V primárem a 12,6V, 450mA sekundárem.
11) Fluorescenční blikač
Fluorescent Flasher, znázorněný na obrázku výše, obsahuje stupně jak ze základního obvodu oscilátoru 4093, tak z obvodu budiče fluorescenčního světla 4093.
Tento návrh, sestávající ze dvou oscilátorů a zesilovacího/vyrovnávacího stupně, by mohl být implementován jako a blikající výstražné světlo pro vozidla. Jak je vidět, zde je jeden vývod stupně zesilovače/vyrovnávací paměti N3 spojen s výstupem prvního oscilátoru (N1).
Druhý oscilátor postavený kolem N2 poskytuje vstup do druhé nohy zesilovače (N3). Tyto dva oscilátory nezávislé RC sítě definují své pracovní frekvence. Pomocí tranzistoru Q1 systém generuje frekvenčně modulovaný spínací výstup.
Tento spínací výstup indukuje vysokonapěťový impuls v sekundárním vinutí transformátoru T1. Jeho výstup se sníží pouze tehdy, když jsou oba signály přiváděné do IC1c vysoké. Toto nízké napětí vypne Q1 a nakonec začne blikat lampa.
12) Světlem aktivovaný světelný blikač
Světlem spouštěný fluorescenční blikač, jak je znázorněn výše, je upgradem předchozího obvodu fluorescenčního blikače IC 4093. Předchozí obvod blikače 4093 byl překonfigurován tak, aby okamžitě začal blikat, jakmile přijíždějící motorista osvětlí LDR svými světlomety.
LDR, R5, slouží jako světelný senzor v obvodu. Potenciometr R4 nastavuje citlivost obvodu. Toto musí být upraveno tak, aby při záblesku světelného paprsku nad LDR ze vzdálenosti 10 až 12 stop začala blikat zářivka.
Potenciometr R1 je navíc nastaven tak, aby zajistil, že když se světelný zdroj vyjme z LDR, blikač se sám vypne.
