4093 je 14-kolíkový balík obsahujúci štyri pozitívne logické, 2-vstupové NAND Schmitt spúšťacie brány, ako je znázornené na nasledujúcom obrázku. Je možné prevádzkovať štyri brány NAND samostatne alebo spoločne.
Jednotlivé logické brány IC 4093 funguje nasledujúcim spôsobom.
Ako vidíte, každá brána má dva vstupy (A a B) a jeden výstup. Výstup mení svoj stav z maximálnej úrovne napájania (VDD) na 0V alebo naopak v závislosti od toho, ako sú napájané vstupné kolíky.
Túto výstupnú odozvu možno pochopiť z pravdivostnej tabuľky brány 4093 NAND, ako je uvedené nižšie.
Obsah
Pochopenie tabuľky pravdy 4093
Z vyššie uvedených podrobností tabuľky pravdy môžeme interpretovať logické operácie brány, ako je vysvetlené nižšie:
- Keď sú oba vstupy nízke (0 V), výstup sa zmení na vysoký alebo rovný úrovni napájacieho jednosmerného prúdu (VDD).
- Keď je vstup A nízky (0 V) a vstup B vysoký (medzi 3 V a VDD), výstup sa zmení na vysoký alebo rovný úrovni napájacieho jednosmerného prúdu (VDD).
- Keď je vstup B nízky (0 V) a vstup A vysoký (medzi 3 V a VDD), výstup sa zmení na vysoký alebo rovný úrovni napájacieho jednosmerného prúdu (VDD).
- Keď sú oba vstupy A a B vysoké (medzi 3 V a VDD), výstup sa zmení na nízky (0 V)
Prenosové charakteristiky 4093 quad NAND Schmitt Trigger sú znázornené na nasledujúcom obrázku. Pre všetky úrovne kladného napájacieho napätia (VDD) vykazuje prenosová charakteristika brán rovnakú základnú štruktúru tvaru vlny.
Pochopenie IC 4093 Schmitt Triggers and Hysteresis
Jednou z charakteristických čŕt brán IC 4093 NAND je, že sú to všetky Schmittove spúšťače. Čo sú teda Schmittove spúšťače?
Triggery IC 4093 Schmitt sú unikátnou paletou brán NAND. Jednou z jeho najužitočnejších funkcií je, ako rýchlo reagujú na prichádzajúce signály.
Logické hradla so Schmittovým spúšťačom sa aktivujú a otočia svoje výstupy na vysokú alebo nízku úroveň iba vtedy, keď ich vstupná logická úroveň dosiahne skutočnú úroveň. Toto je známe ako hysterézia.
Schopnosť Schmittovej spúšte vytvárať hysterézu je kľúčovou vlastnosťou (zvyčajne okolo 2,0 voltov pri použití 10 V napájania).
Poďme sa rýchlo pozrieť na obvod oscilátora znázornený na obr. A nižšie, aby sme získali hlbšie pochopenie hysterézie. Obrázok B porovnáva vstupné a výstupné tvary vĺn obvodu oscilátora.
Ak sa pozriete na Obr. A, uvidíte, že vstup kolíka 1 hradla je spojený s kladnou napäťovou koľajnicou, zatiaľ čo vstup kolíka 2 je pripojený ku spoju kondenzátora (C) a spätnoväzbového odporu (R).
Kondenzátor zostáva vybitý a vstupy aj výstupy hradla sú na nulovom napätí (logická 0), kým sa do obvodu nezapne napájanie jednosmerným prúdom.
Hneď ako je napájanie jednosmerného prúdu zapnuté do obvodu oscilátora, kolík 1 hradla sa okamžite zvýši, hoci kolík 2 zostane nízky.
Výstup hradla NAND sa v reakcii na vstupnú situáciu kýva vysoko (skontrolujte čas t0 na obr. B).
V dôsledku toho sa rezistor R a kondenzátor C začnú nabíjať, kým nedosiahnu úroveň VN. Teraz sa Pin 2 okamžite zvýši, akonáhle nabitie kondenzátora dosiahne úroveň VN.
Teraz, keďže oba vstupy brány sú vysoké (pozri čas t1), výstup brány je nízky. To núti C vybíjať sa cez R, kým nedosiahne úroveň VN.
Keď napätie na kolíku #2 klesne na úroveň VN, výstup brány sa vráti späť na vysokú úroveň. Táto séria cyklov zapínania a vypínania výstupu pokračuje, kým obvod zostáva napájaný. Takto obvod kmitá.
Ak sa pozrieme na časový graf, zistíme, že výstup sa zmení na nízku hodnotu iba vtedy, keď vstup dosiahne hodnotu Vp, a výstup sa zdvihne vysoko iba vtedy, keď vstup dosiahne úroveň VN.
Toto je určené nabíjaním a vybíjaním kondenzátorov v časových intervaloch t0, t1, t2, t3 atď.
Z vyššie uvedenej diskusie môžeme vidieť, že výstup Schmittovho spúšťača sa prepne iba vtedy, keď vstup dosiahne dobre definovanú nízku úroveň VN a vysokú úroveň Vp. Táto činnosť Schmittovho spúšťača na zapnutie/vypnutie v reakcii na dobre definované prahové hodnoty vstupného napätia sa nazýva hysterézia.
Jednou z hlavných výhod obvodu Schmitt oscilátora je, že sa automaticky spustí, keď je obvod zapnutý.
Napájacie napätie riadi pracovnú frekvenciu obvodu. Toto je približne 1,2 MHz pre 12 voltový zdroj a klesá, keď sa zdroj znižuje. C by mal mať minimálnu hodnotu 100 pF a R by nemalo byť nižšie ako 4,7 k.
Projekty obvodov IC 4093
4093 Schmitt trigger IC je všestranný čip, ktorý možno použiť na zostavenie mnohých zaujímavých projektov obvodov. Štyri Schmitt spúšťacie brány umiestnené vo vnútri jedného čipu 4093 môžu byť prispôsobené pre mnoho užitočných implementácií.
V tomto článku sa budeme zaoberať niekoľkými z nich. Nasledujúci zoznam obsahuje názvy 12 zaujímavých projektov obvodov IC 4093. Každý z nich bude podrobne diskutovaný v nasledujúcich odsekoch.
- Jednoduchý piezo ovládač
- Automatický okruh pouličného osvetlenia
- Okruh na odpudzovanie škodcov
- Vysokovýkonný obvod sirény
- Časovač oneskorenia vypnutia
- Dotknite sa Activated ON/OFF Switch Circuit
- Obvod dažďového senzora
- Obvod detektora lži
- Obvod signálneho vstrekovača
- Okruh ovládača žiarivky
- Fluorescenčný trubicový blikací obvod
- Svetlom aktivovaný obvod blikača
1) Jednoduchý piezo ovládač
Veľmi jednoduchý a účinný piezo budiaci obvod môže byť zostavený pomocou jedného IC 4093, ako je znázornené na schéme zapojenia vyššie.
Jedna zo Schmittových spúšťacích brán N1 je upravená ako nastaviteľný oscilačný obvod. Výstup tohto oscilátora je pravouhlý s frekvenciou určenou hodnotou kondenzátora C1 a nastavením potenciometra P1.
Výstupná frekvencia z N1 sa aplikuje na brány N2, N3, N4, ktoré sú zapojené paralelne. Tieto paralelné brány fungujú ako vyrovnávacia pamäť a prúdový zosilňovač. Spoločne pomáhajú zvýšiť aktuálnu kapacitu výstupnej frekvencie.
Zosilnená frekvencia je aplikovaná na základňu tranzistora BC547, ktorý ďalej zosilňuje frekvenciu na riadenie pripojeného piezo meniča. Piezo menič teraz začne pomerne hlasno bzučať.
Ak chcete ešte viac zvýšiť hlasitosť pieza, môžete skúsiť pridať 40uH cievka bzučiaka priamo cez piezo drôty.
2) Okruh automatického pouličného osvetlenia
Ďalšie skvelé využitie IC 4093 môže byť vo forme a jednoduchý okruh automatického pouličného osvetlenia , ako je znázornené na obrázku vyššie.
Tu je brána N1 zapojená ako komparátor. Porovnáva potenciál generovaný odporovou deličovou sieťou tvorenou odporom LDR a odporom potenciometra R1.
V tejto fáze N1 efektívne využíva hysteréznu vlastnosť svojej zabudovanej Schmittovej spúšte. Zabezpečuje, aby jeho výstup zmenil stav iba vtedy, keď odpor LDR dosiahne určitú extrémnu úroveň.
Ako to funguje
Počas dňa, keď je na LDR dostatok okolitého svetla, zostáva jeho odpor nízky. V závislosti od nastavenia P1 tento nízky odpor vytvára nízku logiku na vstupných kolíkoch N1, čo spôsobuje, že jeho výstup zostáva vysoký.
Toto vysoké sa aplikuje na vstupy vyrovnávacieho stupňa, vytvoreného paralelným zapojením N2, N3, N4.
Pretože všetky tieto brány sú usporiadané ako brány NOT, výstup je invertovaný. Vysoká logika z N1 je invertovaná na nízku logiku na výstupe hradla N2, N3, N4. Táto nízka logika alebo 0 V dosiahne základňu budiaceho tranzistora relé T1, takže zostane vypnutý.
To zase spôsobí, že relé zostane vypnuté a jeho kontakty spočívajú na kontaktoch N/C.
Žiarovka je konfigurovaná na N/O kontakty relé zostane vypnutý.
Kedy nastáva tma v, osvetlenie na LDR začne klesať, čo spôsobí zvýšenie jeho odporu. V dôsledku toho napätie na vstupe N1 začne stúpať. Funkcia hysterézie hradla N1 „čaká“, kým toto napätie nebude dostatočne vysoké, aby spôsobilo zmenu stavu jeho výstupu z vysokého na nízky.
Akonáhle je výstup N1 nízky, je invertovaný hradlami N2, N3, N4, aby sa vytvoril vysoký na ich paralelných výstupoch.
Táto vysoká zopne tranzistor a relé a následne sa rozsvieti aj LED žiarovka. Týmto spôsobom, keď nastane večer alebo tma, pripojená pouličná žiarovka sa automaticky zapne.
Nasledujúce ráno sa proces obráti a žiarovka pouličnej lampy sa automaticky vypne.
3) Okruh na odpudzovanie škodcov
Ak hľadáte postaviť lacno, ale primerane efektívne zariadenie na odpudzovanie potkanov alebo hlodavcov , potom môže pomôcť tento jednoduchý obvod.
Opäť tento dizajn obsahuje aj 4 Schmittove spúšťacie brány z jedného IC 4093.
Konfigurácia je celkom podobná piezoelektrickému obvodu, s výnimkou zahrnutia zostupný transformátor .
Vysokofrekvenčný signál, ktorý môže byť vhodný na vyhnanie škodcov, je starostlivo upravený pomocou P1.
Táto frekvencia je zosilnená 3 paralelnými hradlami pozdĺž a tranzistorom Q1. Kolektor Q1 je možné vidieť nakonfigurovaný s primárom 6 V transformátora.
Transformátor zvyšuje frekvenciu na úroveň vysokého napätia 220 V alebo 117 V v závislosti od špecifikácie napätia sekundárneho transformátora.
Toto zosilnené napätie sa aplikuje cez piezo prevodník na generovanie vysokého šumu. Tento hluk môže škodcov veľmi rušiť, ale pre ľudí môže byť nepočuteľný.
Vysokofrekvenčný hluk nakoniec spôsobí, že škodcovia opustia oblasť a utečú na iné pokojné miesto.
4) Vysokovýkonný obvod sirény
Obrázok nižšie ukazuje, ako možno použiť IC 4093 na vytvorenie výkonného sirénový okruh . Tón sirény je plne nastaviteľný pomocou gombíka potenciometra.
Napriek jednoduchému nastaveniu je obvod v tomto príklade skutočne schopný produkovať hlasný zvuk. Umožňuje to n-kanálový MOSFET, ktorý napája reproduktory.
Tento konkrétny MOSFET má výstupný odber zdroja len tri miliohmy a mohol by byť prevádzkovaný priamo pomocou logických obvodov CMOS. Okrem toho môže jeho odtokový prúd dosiahnuť 1,7 A so špičkovým napätím odtokového zdroja 40 V.
Je v poriadku nahrať MOSFET priamo s reproduktorom, pretože je v podstate nezničiteľný.
Ovládanie obvodu je také jednoduché ako prepnutie vstupnej logiky ENABLE na vysokú úroveň (čo môže byť implementované aj cez obyčajný prepínač namiesto digitálneho zdroja).
Brána N2 osciluje v dôsledku impulzov zo Schmittovej spúšte N1, keď je vstup na kolíku 5 vysoký. Výstup brány N2 sa privádza do MOSFET cez nárazníkový stupeň vybudovaný okolo N3. Predvoľba P1 umožňuje moduláciu frekvencie N2.
5) Časovač odloženého vypnutia s bzučiakom
IC 4093 môže byť tiež použitý na zostavenie užitočného, ale jednoduchého obvod časovača oneskorenia vypnutia , ako je znázornené na obrázku vyššie. Po zapnutí napájania začne piezo bzučiak bzučať, čo znamená, že časovač nie je nastavený.
Časovač sa nastaví, keď krátko stlačíte tlačidlo ON.
Po stlačení tlačidla sa C3 rýchlo nabíja a aplikuje vysokú logiku na vstupe súvisiaceho hradla 4093. To spôsobí, že výstup hradla klesne na nízku hodnotu alebo 0 V. Toto 0 V sa privedie na vstup stupňa oscilátora postaveného okolo hradla N1.
Toto 0 V pritiahne vstup hradla N1 na 0 V cez diódu D1 a deaktivuje ho, takže N1 nie je schopný oscilovať.
Výstup N1 teraz invertuje vstupnú logickú nulu na logickú vysokú hodnotu na svojom výstupe, ktorý sa privádza na paralelné vstupy N2 a N3.
N2 a N3 opäť invertujú túto logiku high na logickú nulu na báze tranzistora, takže tranzistor a piezo zostanú vypnuté.
Po vopred určenom oneskorení sa kondenzátor C3 úplne vybije cez odpor R3. To spôsobí, že sa na vstupe priradeného hradla objaví logická nízka úroveň. Výstup tejto brány je teraz vysoký.
V dôsledku toho je logická nula zo vstupu N1 odstránená. Teraz je N1 aktivovaný a začína generovať vysokofrekvenčný výstup.
Táto frekvencia je ďalej zosilnená N2, N3 a tranzistorom na pohon piezoelektrického prvku. Piezo teraz začne bzučať, čo znamená, že uplynul čas oneskorenia vypnutia.
6) Dotknite sa položky Activated Switch
Ďalší dizajn ukazuje a jednoduchý dotykový spínač pomocou jediného IC 4093. Fungovanie obvodu možno pochopiť nasledujúcim vysvetlením.
Akonáhle je napájanie zapnuté kvôli kondenzátoru C1 na vstupe N1, logika na vstupe N1 sa pretiahne na zemné napätie. To spôsobí, že slučky spätnej väzby N1 a N2 zapadnú do tohto vstupu. Výsledkom je vytvorenie 0 V logiky na výstupe N2.
Logika 0 V spôsobí, že stupeň ovládača výstupného relé je nečinný počas prvého zapnutia napájania.
Teraz si predstavte, že sa základne tranzistora T1 dotknete prstom. Tranzistor by okamžite spustil ON a generoval vysoký logický signál cez C2 a D2 na vstupe N1.
C2 sa rýchlo nabíja a zabraňuje akejkoľvek následnej chybnej aktivácii dotykom. To zaisťuje, že postup nie je brzdený efektom odrazu.
Vyššie uvedená logická vysoká hodnota okamžite obráti stav N1/N2, čo spôsobí, že sa zablokujú a vytvoria kladný výstup. Týmto kladným výstupom sa zapína reléový budiaci stupeň a súvisiaca záťaž.
Teraz by mal ďalší dotyk prsta spôsobiť, že sa obvod vráti späť do pôvodnej polohy. Na dosiahnutie tejto funkcie sa používa N4.
Akonáhle sa obvod vráti do pôvodného stavu, C3 sa neustále nabíja (v priebehu niekoľkých sekúnd), čo spôsobí, že sa na príslušnom vstupe N3 objaví logická nízka úroveň.
Ďalší vstup N3 je však už udržiavaný na nízkej logickej úrovni rezistorom R2, ktorý je uzemnený. N3 je teraz perfektne umiestnený v pohotovostnom stave, 'pripravený' na ďalšiu prichádzajúcu dotykovú spúšť.
7) Dažďový senzor
IC 4093 môže byť tiež dokonale nakonfigurovaný na vytvorenie a obvod dažďového senzora s oscilátorom pre bzučiak.
Na napájanie obvodu môže byť použitá 9 V batéria, ktorá vďaka extrémne nízkej spotrebe prúdu vydrží minimálne rok. Po roku ho treba vymeniť, pretože potom nebude spoľahlivý kvôli samovybíjaniu.
Vo svojej najjednoduchšej forme sa zariadenie skladá z detektora dažďa alebo vody, bistabilného R-S, oscilátora a budiaceho stupňa pre varovný bzučiak.
Ako snímač vody slúži vyradený kus dosky plošných spojov s rozmermi 40 x 20 mm. Káblové pripojenia je možné použiť na spojenie všetkých stôp PCB. Aby ste predišli korózii koľajníc, odporúča sa ich pocínovať.
Keď je napájanie zapnuté, bistabilný je okamžite aktivovaný cez sériovú sieť R1 a C1.
Odpor medzi dvoma sadami dráh na PCB snímača je skutočne veľmi vysoký, pokiaľ je suchý. Odpor však rýchlo klesá, keď je detekovaná vlhkosť.
Snímač a rezistor R2 sú zapojené do série a tieto dva spolu vytvárajú delič napätia, ktorý je závislý od vlhkosti. Akonáhle sa vstup 1 N2 zníži, resetuje bistabilný R-S. Oscilátor N3 je v dôsledku toho zapnutý a brána vodiča N4 ovláda bzučiak.
8) Detektor lži
Ďalší skvelý spôsob využitia vyššie uvedeného obvodu môže byť vo forme detektora lži.
V prípade detektora lži je snímací prvok nahradený dvoma kusmi drôtu s odizolovanými a pocínovanými koncami.
Vypočúvanej osobe sa potom dajú holé drôty, ktoré sa majú pevne držať. Bzučiak začne znieť, ak cieľ náhodou klame. Táto situácia je vyvolaná vlhkosťou generovanou na zovretí osoby kvôli nervozite a pocitu viny.
Hodnota R2 určuje citlivosť obvodu; tu môže byť potrebné nejaké experimentovanie.
Uzamknutím spínača S1 ON je možné vypnúť oscilátor (a tým aj bzučiak).
9) Injektor signálu
IC 4093 možno efektívne nakonfigurovať tak, aby fungoval ako obvod audio injektora. Toto zariadenie možno použiť na odstraňovanie chybných častí v stupňoch audio obvodu.
Ak ste sa niekedy pokúšali opraviť svoje vlastné zvukové systémy, možno ste plne oboznámení s možnosťami injektora signálu.
Injektor signálu pre laikov je základný generátor štvorcových vĺn vytvorený na pumpovanie zvukovej frekvencie do testovaného obvodu.
Môže sa použiť na detekciu a identifikáciu chybného komponentu v obvode. Na skúmanie RF sekcií AM/FM prijímačov možno použiť aj obvod injektora signálu.
Obrázok vyššie znázorňuje schematické znázornenie signálneho injektora. Sekcia oscilátora alebo generátora štvorcových vĺn obvodu je štruktúrovaná okolo jediného hradla (IC1a).
Hodnoty kondenzátora C1 a odporu R1/P1 nastavujú frekvenciu oscilátora, ktorá sa môže pohybovať okolo 1 kHz. Úpravou hodnôt P1 a C1 pre stupeň oscilátora je možné zmeniť frekvenčný rozsah obvodu.
Obvodový výstup štvorcových vĺn zapína/vypína po celej koľajnici napájacieho napätia. Na napájanie obvodu je možné použiť napájacie napätie pohybujúce sa od 6 do 15 voltov.
Môžete však použiť aj 9V batériu. Výstup hradla N1 je sériovo prepojený so zvyšnými tromi hradlami IC 4093. Tieto 3 hradla je možné vidieť zapojené paralelne medzi sebou.
S týmto usporiadaním je výstup oscilátora adekvátne vyrovnávaný a zosilnený na úroveň, ktorá môže vhodne napájať obvod, ktorý je testovaný.
Ako používať signálny injektor
Na riešenie problémov s obvodom pomocou injektora sa signál vstrekuje cez komponenty zozadu dopredu. Povedzme, že chcete riešiť problémy s AM rádiom s injektorom. Začnete aplikáciou frekvencie injektora na základňu výstupného tranzistora.
Ak tranzistor a ďalšie časti, ktoré nasledujú, fungujú správne, signál bude počuť cez reproduktor. V prípade, že nie je počuteľný žiadny signál, signál injektora sa prenáša smerom k reproduktoru, kým reproduktor nevydá zvuk.
Časť bezprostredne pred týmto bodom by sa dala s najväčšou pravdepodobnosťou považovať za chybnú.
10) Navíjač žiariviek
Obrázok vyššie znázorňuje Invertor fluorescenčného svetla schematický návrh s použitím IC 4093. Obvod môže byť použitý na napájanie žiarivky pomocou dvoch 6 V nabíjateľných batérií alebo 12 V automobilovej batérie.
S niekoľkými malými úpravami je tento obvod prakticky totožný s predchádzajúcim.
Vo svojom existujúcom formáte sa Q1 striedavo prepína zo saturácie a vypínania pomocou vyrovnávacieho výstupu oscilátora.
Primárna časť T1 zažíva stúpajúce a klesajúce magnetické pole v dôsledku prepínania kolektora Q1, ktorý je pripojený k jednej svorke stupňovitého transformátora.
Výsledkom je, že sekundárne vinutie T1 zažije indukciu podstatne väčšieho kolísavého napätia.
Žiarivka prijíma napätie vytvorené v sekundárnom prvku T1, čo spôsobí, že sa rýchlo a bez blikania rozsvieti.
6-wattová žiarivka môže byť napájaná obvodom pomocou 12-voltového zdroja. Pri použití dvoch 6-voltových mokrých akumulátorov spotrebuje obvod iba 500 mA.
Na jedno nabitie je teda možné dosiahnuť niekoľko hodín prevádzky. Lampa bude fungovať podstatne inak ako pri napájaní zo siete 117 V alebo 220 V AC.
Nie je potrebný žiadny štartér ani predhrievač, pretože trubica je napájaná vysokonapäťovými osciláciami. Výstupný tranzistor musí byť pri konštrukcii obvodu inštalovaný na chladiči. Transformátor môže byť pomerne malý s primárnym napätím 220 V alebo 120 V a sekundárnym napätím 12,6 V, 450 mA.
11) Fluorescenčný blikač
Fluorescent Flasher, znázornený na obrázku vyššie, zahŕňa stupne základného obvodu oscilátora 4093 a obvodu ovládača fluorescenčného svetla 4093.
Tento dizajn, pozostávajúci z dvoch oscilátorov a zosilňovača/vyrovnávacej pamäte, by mohol byť implementovaný ako a blikajúce výstražné svetlo pre vozidlá. Ako je možné vidieť, tu je jeden vývod zosilňovacieho/vyrovnávacieho stupňa N3 spojený s výstupom prvého oscilátora (N1).
Druhý oscilátor postavený okolo N2 poskytuje vstup do druhej nohy zosilňovača (N3). Tieto dva oscilátory nezávislé RC siete definujú svoje prevádzkové frekvencie. Pomocou tranzistora Q1 systém generuje frekvenčne modulovaný spínací výstup.
Tento spínací výstup indukuje vysokonapäťový impulz v sekundárnom vinutí transformátora T1. Jeho výstup sa zníži až vtedy, keď sú oba signály dodávané do IC1c vysoké. Toto nízke napätie vypne Q1 a nakoniec začne lampa blikať.
12) Svetlo aktivovaný svetelný blikač
Svetlom spúšťaný fluorescenčný blikač, ako je znázornený vyššie, je inováciou predchádzajúceho obvodu fluorescenčného blikača IC 4093. Doterajší okruh blikačov 4093 bol prekonfigurovaný tak, aby okamžite začal blikať, len čo sa blížiaci motorista rozsvieti pomocou svetlometov na LDR.
LDR, R5, slúži ako svetelný senzor v obvode. Potenciometer R4 nastavuje citlivosť obvodu. Toto musí byť vyladené tak, že keď svetelný lúč zabliká nad LDR zo vzdialenosti 10 až 12 stôp, žiarivka začne blikať.
Potenciometer R1 je navyše nastavený tak, aby sa zabezpečilo, že po odstránení zdroja svetla z LDR sa blikač sám vypne.
