Le 4093 est un boîtier à 14 broches contenant quatre portes de déclenchement Schmitt NAND à 2 entrées à logique positive, comme illustré dans la figure suivante. Il est possible de faire fonctionner les quatre portes NAND séparément ou collectivement.
Les portes logiques individuelles du IC 4093 fonctionne De la manière suivante.
Comme vous pouvez le voir, chaque porte a deux entrées (A et B) et une sortie. La sortie change son état du niveau d'alimentation maximum (VDD) à 0V ou vice versa selon la façon dont les broches d'entrée sont alimentées.
Cette réponse de sortie peut être comprise à partir de la table de vérité de la porte NAND 4093, comme indiqué ci-dessous.
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Comprendre la table de vérité 4093
À partir des détails de la table de vérité ci-dessus, nous pouvons interpréter les opérations logiques de la porte comme expliqué ci-dessous :
- Lorsque les deux entrées sont basses (0 V), la sortie devient haute ou égale au niveau d'alimentation CC (VDD).
- Lorsque l'entrée A est basse (0V) et l'entrée B est haute (entre 3 V et VDD), la sortie devient haute ou égale au niveau CC d'alimentation (VDD).
- Lorsque l'entrée B est basse (0V) et que l'entrée A est haute (entre 3 V et VDD), la sortie devient haute ou égale au niveau CC d'alimentation (VDD).
- Lorsque les deux entrées A et B sont hautes (entre 3 V et VDD), la sortie devient basse (0V)
Les caractéristiques de transfert du 4093 quad NAND Schmitt Trigger sont illustrées dans la figure suivante. Pour tous les niveaux de tension d'alimentation positive (VDD), la caractéristique de transfert des portes présente la même structure de forme d'onde de base.
Comprendre les déclencheurs de Schmitt IC 4093 et l'hystérésis
Une caractéristique distincte des portes IC 4093 NAND est que ce sont tous des déclencheurs de Schmitt. Alors, que sont exactement les déclencheurs de Schmitt ?
Les déclencheurs de Schmitt IC 4093 sont une variété unique de portes NAND. L'une de ses caractéristiques les plus utiles est la rapidité avec laquelle ils réagissent aux signaux entrants.
Les portes logiques avec déclencheur de Schmitt s'activeront et transformeront leurs sorties en haut ou en bas uniquement une fois que leur niveau logique d'entrée aura atteint un niveau réel. C'est ce qu'on appelle l'hystérésis.
La capacité du déclencheur de Schmitt à créer une hystérésis est une caractéristique cruciale (normalement autour de 2,0 volts avec une alimentation de 10 V).
Jetons un coup d'œil au circuit oscillateur représenté sur la figure A ci-dessous pour mieux comprendre l'hystérésis. La figure B compare les formes d'onde d'entrée et de sortie du circuit oscillateur.
Si vous regardez la figure A, vous verrez que l'entrée de la broche 1 de la porte est liée au rail de tension positif, tandis que l'entrée de la broche 2 est attachée à la jonction du condensateur (C) et de la résistance de rétroaction (R).
Le condensateur reste déchargé et les entrées et les sorties de la porte sont toutes les deux à tension nulle (0 logique) jusqu'à ce que l'alimentation DC soit commutée sur le circuit.
Dès que l'alimentation CC est commutée sur le circuit oscillateur, la broche 1 de la porte passe instantanément au niveau haut, bien que la broche 2 reste au niveau bas.
La sortie de la porte NAND oscille vers le haut en réponse à la situation d'entrée (vérifiez le temps t0 sur la figure B).
En conséquence, la résistance R et le condensateur C commencent à se charger jusqu'à ce qu'ils atteignent le niveau de VN. Maintenant, la broche 2 devient instantanément haute dès que la charge du condensateur atteint le niveau VN.
Maintenant, puisque les deux entrées de la porte sont hautes (voir le temps t1), la sortie de la porte oscille vers le bas. Cela oblige C à se décharger via R jusqu'à ce qu'il atteigne le niveau VN.
Lorsque la tension sur la broche n ° 2 chute au niveau VN, la sortie de la porte revient au niveau haut. Cette série de cycles ON/OFF de sortie se poursuit tant que le circuit reste alimenté. C'est ainsi que le circuit oscille.
Si nous regardons le graphique de synchronisation, nous constatons que la sortie ne devient basse que lorsque l'entrée atteint la valeur Vp, et la sortie ne bascule vers le haut qu'une fois que l'entrée atteint le niveau VN.
Ceci est déterminé par la charge et la décharge des condensateurs à travers les intervalles de temps t0, t1, t2, t3 etc.
De la discussion ci-dessus, nous pouvons voir que la sortie du déclencheur de Schmitt ne commute que lorsque l'entrée atteint un niveau bas bien défini VN et un niveau haut Vp. Cette action d'un déclencheur de Schmitt pour allumer/éteindre en réponse à des seuils de tension d'entrée bien définis est appelée hystérésis.
L'un des principaux avantages du circuit oscillateur de Schmitt est qu'il démarre automatiquement lorsque le circuit est sous tension.
La tension d'alimentation contrôle la fréquence de travail du circuit. Ceci est d'environ 1,2 MHz pour une alimentation de 12 volts et diminue à mesure que l'alimentation est réduite. C doit avoir une valeur minimale de 100 pF et R ne doit pas être inférieur à 4,7k.
Projets de circuits IC 4093
Le circuit intégré de déclenchement de Schmitt 4093 est une puce polyvalente qui peut être utilisée pour construire de nombreux projets de circuits intéressants. Les quatre portes de déclenchement de Schmitt fournies à l'intérieur d'une seule puce 4093 peuvent être personnalisées pour de nombreuses implémentations utiles.
Dans cet article, nous aborderons quelques-uns d'entre eux. La liste suivante fournit les noms de 12 projets de circuit IC 4093 intéressants. Chacun d'entre eux sera discuté en détail dans les paragraphes suivants.
- Pilote piézo simple
- Circuit d'éclairage public automatique
- Circuit antiparasitaire
- Circuit de sirène haute puissance
- Circuit de minuterie d'arrêt différé
- Circuit d'interrupteur marche/arrêt activé par le toucher
- Circuit du capteur de pluie
- Circuit détecteur de mensonges
- Circuit d'injecteur de signal
- Circuit pilote de tube fluorescent
- Circuit clignotant à tube fluorescent
- Circuit de clignotant de lampe activé par la lumière
1) Pilote piézo simple
Un très simple et efficace circuit pilote piézo peut être construit à l'aide d'un seul IC 4093, comme indiqué dans le schéma de circuit ci-dessus.
L'une des gâchettes de Schmitt N1 est conçue comme un circuit oscillateur réglable. La sortie de cet oscillateur est une onde carrée avec une fréquence déterminée par la valeur du condensateur C1, et le réglage du pot P1.
La fréquence de sortie de N1 est appliquée aux portes N2, N3, N4 qui sont connectées en parallèle. Ces portes parallèles fonctionnent comme un tampon et un étage d'amplification de courant. Ensemble, ils contribuent à augmenter la capacité actuelle de la fréquence de sortie.
La fréquence amplifiée est appliquée à la base du transistor BC547 qui amplifie davantage la fréquence pour piloter un transducteur piézo attaché. Le transducteur piézo commence maintenant à bourdonner relativement fort.
Si vous voulez augmenter encore plus le volume du piézo, vous pouvez essayer d'ajouter un 40uH bobine de sonnerie juste à travers les fils piézo.
2) Circuit d'éclairage public automatique
Une autre grande utilisation de l'IC 4093 peut être sous la forme d'un circuit d'éclairage public automatique simple , comme illustré dans le schéma ci-dessus.
Ici, la porte N1 est branchée comme un comparateur. Il compare le potentiel généré par le réseau diviseur résistif formé par la résistance du LDR et la résistance du pot R1.
À ce stade, le N1 exploite efficacement la fonction d'hystérésis de son déclencheur Schmitt intégré. Il s'assure que sa sortie ne change d'état que lorsque la résistance LDR atteint un niveau extrême particulier.
Comment ça fonctionne
Pendant la journée, lorsqu'il y a suffisamment de lumière ambiante sur le LDR, sa résistance reste faible. Selon le réglage de P1, cette faible résistance crée une logique basse aux broches d'entrée de N1, ce qui fait que sa sortie reste élevée.
Ce haut est appliqué aux entrées de l'étage tampon, créé par la mise en parallèle de N2, N3, N4.
Étant donné que toutes ces portes sont configurées comme des portes NON, la sortie est inversée. La logique haute de N1 est inversée en une logique basse à la sortie des portes N2, N3, N4. Cette logique basse ou 0V atteint la base du transistor pilote de relais T1 de sorte qu'il reste éteint.
Ceci à son tour fait que le relais reste éteint avec ses contacts reposant sur les contacts N/C.
L'ampoule étant configurée au Contacts N/O du relais reste éteint.
Lorsque ensembles d'obscurité dans, l'éclairage sur le LDR commence à diminuer, ce qui entraîne une augmentation de sa résistance. De ce fait, la tension à l'entrée de N1 commence à augmenter. La fonction d'hystérésis de la porte N1 'attend' que cette tension soit suffisamment élevée pour faire passer sa sortie d'état haut à bas.
Dès que la sortie de N1 devient basse, elle est inversée par les portes N2, N3, N4 pour créer un haut à leurs sorties parallèles.
Ce haut allume le transistor et le relais, et par la suite l'ampoule LED est également allumée. De cette façon, lorsque le soir ou l'obscurité s'installe, l'ampoule de réverbère attachée est automatiquement allumée.
Le lendemain matin, le processus s'inverse et l'ampoule du réverbère s'éteint automatiquement.
3) Circuit antiparasitaire
Si vous cherchez à construire un produit bon marché mais raisonnablement efficace dispositif anti-rats ou rongeurs , alors ce circuit simple pourrait aider.
Encore une fois, cette conception également les 4 portes de déclenchement de Schmitt à partir d'un seul IC 4093.
La configuration est assez similaire au circuit de pilote piézo, à l'exception de l'inclusion du transformateur abaisseur .
Le signal haute fréquence qui peut convenir pour éloigner les parasites est soigneusement ajusté à l'aide de P1.
Cette fréquence est amplifiée par les 3 grilles parallèles le long et le transistor Q1. Le collecteur Q1 peut être vu configuré avec un primaire d'un transformateur 6 V.
Le transformateur augmente la fréquence à un niveau de tension élevé de 220 V ou 117 V en fonction de la spécification de tension du secondaire du transformateur.
Cette tension amplifiée est appliquée à travers un transducteur piézo pour générer un bruit aigu. Ce bruit peut être très dérangeant pour les nuisibles mais peut être inaudible pour les humains.
Le bruit à haute fréquence amène finalement les parasites à quitter la zone et à s'enfuir vers un autre endroit paisible.
4) Circuit de sirène haute puissance
La figure ci-dessous montre comment l'IC 4093 peut être appliqué pour construire un puissant circuit sirène . La tonalité de la sirène est entièrement réglable grâce à un potentiomètre.
Malgré sa configuration simple, le circuit de cet exemple est en effet capable de produire un son fort. Le MOSFET à canal n qui alimente les haut-parleurs permet cela.
Ce MOSFET particulier a une résistance de sortie drain à source de seulement trois milliohms et peut être utilisé directement à l'aide de circuits logiques CMOS. De plus, son courant de drain peut atteindre 1,7 A, avec une tension crête drain-source de 40 V.
Il est bon de charger le MOSFET directement avec un haut-parleur car il est essentiellement indestructible.
Le contrôle du circuit est aussi simple que de mettre la logique d'entrée ENABLE à l'état haut (ce qui pourrait également être mis en œuvre via un commutateur ordinaire au lieu d'une source numérique).
La porte N2 oscille en raison des impulsions du déclencheur de Schmitt N1 une fois que l'entrée à la broche 5 est haute. La sortie de la porte N2 est envoyée au MOSFET par l'étage tampon construit autour de N3. Le préréglage P1 permet de moduler la fréquence de N2.
5) Minuterie d'arrêt différé avec buzzer
L'IC 4093 peut également être utilisé pour construire un système utile mais simple circuit de temporisation à l'arrêt , comme le montre la figure ci-dessus. Lorsque l'alimentation est allumée, le buzzer piézo commencera à bourdonner indiquant que la minuterie n'est pas réglée.
La minuterie est réglée lorsque le poussoir est enfoncé momentanément.
Lorsque le bouton poussoir est enfoncé, C3 se charge rapidement et applique une logique haute à l'entrée de la porte 4093 associée. Cela fait passer la sortie de la porte au niveau bas ou 0 V. Ce 0 V est appliqué à l'entrée de l'étage oscillateur construit autour de la porte N1.
Ce 0 V tire l'entrée de la porte N1 à 0 V via la diode D1 et la désactive, de sorte que N1 est incapable d'osciller.
La sortie de N1 inverse maintenant le zéro logique d'entrée à un niveau logique haut à sa sortie qui est envoyée aux entrées parallèles de N2 et N3.
N2 et N3 inversent encore ce haut logique en zéro logique à la base du transistor, de sorte que le transistor et le piézo restent éteints.
Après un délai prédéterminé, le condensateur C3 se décharge complètement à travers la résistance R3. Cela provoque l'apparition d'un niveau logique bas à l'entrée de la porte associée. La sortie de cette porte passe maintenant à l'état haut.
De ce fait, le zéro logique de l'entrée de N1 est supprimé. Maintenant, N1 est activé et commence à générer une sortie haute fréquence.
Cette fréquence est encore amplifiée par N2, N3 et le transistor pour piloter l'élément piézo. Le piézo commence maintenant à bourdonner indiquant que le temps de retard OFF s'est écoulé.
6) Commutateur activé par contact
La conception suivante montre un simple interrupteur tactile en utilisant un seul circuit intégré 4093. Le fonctionnement du circuit peut être compris avec l'explication suivante.
Dès que l'alimentation est mise sous tension à cause du condensateur C1 à l'entrée de N1, la logique à l'entrée de N1 est amenée à la tension de masse. Cela provoque le verrouillage des boucles de rétroaction N1 et N2 avec cette entrée. Il en résulte la création d'un 0 V logique en sortie de N2.
La logique 0 V rend l'étage de commande du relais de sortie inactif lors de la première mise sous tension.
Imaginons maintenant que la base du transistor T1 soit touchée avec un doigt. Le transistor déclencherait immédiatement ON, générant un signal logique haut via C2 et D2 à l'entrée de N1.
C2 se charge rapidement et empêche toute activation ultérieure erronée au toucher. Cela garantit que la procédure n'est pas entravée par l'effet anti-rebond.
Le haut logique mentionné ci-dessus inverse immédiatement l'état de N1/N2, les obligeant à se verrouiller et à créer une sortie positive. L'étage de pilotage du relais et la charge associée sont activés par cette sortie positive.
Maintenant, le prochain contact du doigt devrait faire revenir le circuit à sa position d'origine. N4 est utilisé pour réaliser cette fonctionnalité.
Une fois que le circuit revient à son état d'origine, C3 se charge régulièrement (en quelques secondes), provoquant l'apparition d'un niveau logique bas à l'entrée appropriée de N3.
Cependant, l'autre entrée de N3 est déjà maintenue au niveau logique bas par la résistance R2, qui est mise à la masse. N3 est maintenant parfaitement positionné dans un état de veille, 'prêt' pour le prochain déclenchement tactile entrant.
7) Capteur de pluie
L'IC 4093 peut également être parfaitement configuré pour créer un circuit capteur de pluie avec un oscillateur pour le buzzer.
Une pile 9 V peut être utilisée pour alimenter le circuit, et en raison de l'utilisation de courant extrêmement faible, elle survivra pendant un an minimum. Il faut le changer au bout d'un an car il manquera alors de fiabilité à cause de l'autodécharge.
Dans sa forme la plus simple, le dispositif comprend un détecteur de pluie ou d'eau, un bistable R-S, un oscillateur et un étage de commande pour le buzzer d'avertissement.
Un morceau de circuit imprimé de 40 x 20 mm mis au rebut sert de capteur d'eau. Des connexions filaires pourraient être utilisées pour joindre toutes les pistes du PCB. Pour éviter que les chenilles ne se corrodent, il peut être conseillé de les étamer.
Lors de la mise sous tension, le bistable est immédiatement activé via le réseau série de R1 et C1.
La résistance entre les deux ensembles de pistes sur le circuit imprimé du capteur est vraiment très élevée tant qu'il est sec. Cependant, la résistance diminue rapidement lorsqu'une humidité est détectée.
Le capteur et la résistance R2 sont connectés en série, et les deux combinés créent un diviseur de tension qui dépend de l'humidité. Dès que l'entrée 1 de N2 devient basse, elle réinitialise la bistable R-S. L'oscillateur N3 est par conséquent activé et la porte de conducteur N4 actionne le buzzer.
8) Détecteur de mensonge
Une autre excellente façon d'utiliser le circuit ci-dessus peut être sous la forme d'un détecteur de mensonge.
Pour un détecteur de mensonge, l'élément sensible est remplacé par deux morceaux de fil dont les extrémités sont dénudées et étamées.
La personne interrogée reçoit ensuite les fils dénudés à tenir fermement. Le buzzer commence à retentir si la cible raconte des mensonges. Cette situation est déclenchée par l'humidité générée sur la prise de la personne à cause de la nervosité et de la culpabilité.
La valeur de R2 détermine la sensibilité du circuit ; une certaine expérimentation peut être nécessaire ici.
En verrouillant l'interrupteur S1 sur ON, l'oscillateur (et donc le buzzer) pourrait être désactivé.
9) Injecteur de signaux
Un circuit intégré 4093 peut être efficacement configuré pour fonctionner comme un circuit d'injection audio. Cet appareil peut être utilisé pour dépanner les pièces défectueuses dans les étages du circuit audio.
Si vous avez déjà tenté de réparer vos propres systèmes audio, vous connaissez peut-être parfaitement les capacités d'un injecteur de signal.
Un injecteur de signal, pour le profane, est un générateur d'onde carrée de base créé pour pomper une fréquence audio dans un circuit testé.
Il peut être utilisé pour détecter et identifier un composant défectueux dans un circuit. Un circuit injecteur de signal peut également être utilisé pour étudier les sections RF des récepteurs AM/FM.
La figure ci-dessus montre une représentation schématique de l'injecteur de signal. La section oscillateur ou générateur d'onde carrée du circuit est structurée autour d'une seule grille (IC1a).
Les valeurs du condensateur C1 et de la résistance R1/P1 fixent la fréquence de l'oscillateur, qui peut être de l'ordre de 1 kHz. En ajustant les valeurs P1 et C1 pour l'étage de l'oscillateur, la gamme de fréquences du circuit pourrait être modifiée.
Le circuit sortie d'onde carrée commute ON/OFF sur l'ensemble du rail de tension d'alimentation. Des tensions d'alimentation variant de 6 à 15 volts pourraient être utilisées pour alimenter le circuit.
Cependant, vous pouvez également utiliser une pile 9V. La sortie de la porte N1 est interconnectée en série avec les trois autres portes de l'IC 4093. Ces 3 portes peuvent être vues connectées en parallèle les unes avec les autres.
Avec cet agencement, la sortie de l'oscillateur est suffisamment tamponnée et amplifiée à un niveau qui peut alimenter de manière appropriée le circuit qui est testé.
Comment utiliser un injecteur de signal
Pour dépanner un circuit à l'aide d'un injecteur, le signal est injecté à travers les composants de l'arrière vers l'avant. Disons que vous voulez dépanner une radio AM avec un injecteur. Vous commencez par appliquer la fréquence de l'injecteur à la base du transistor de sortie.
Si le transistor et les autres pièces qui le suivent fonctionnent correctement, le signal sera entendu à travers le haut-parleur. Si aucun signal n'est audible, le signal de l'injecteur est transmis vers le haut-parleur jusqu'à ce qu'un son soit produit par le haut-parleur.
La pièce précédant immédiatement ce point pourrait être considérée comme la plus susceptible d'être défectueuse.
10) Conducteur de tube fluorescent
La figure ci-dessus représente le Inverseur de lumière fluorescente conception schématique à l'aide de l'IC 4093. Le circuit peut être utilisé pour alimenter une ampoule fluorescente à l'aide de deux batteries rechargeables de 6 volts ou d'une batterie automobile de 12 volts.
Avec quelques petits ajustements, ce circuit est pratiquement identique au précédent.
Dans son format existant, Q1 est alternativement commuté de la saturation et de la coupure à l'aide de la sortie de l'oscillateur tamponné.
Le primaire de T1 subit un champ magnétique montant et descendant à la suite de la commutation du collecteur de Q1, qui est relié à une borne d'un transformateur élévateur.
En conséquence, l'enroulement secondaire de T1 subit une induction d'une tension fluctuante sensiblement plus grande.
Le tube fluorescent reçoit la tension créée dans le secondaire de T1, ce qui le fait s'allumer rapidement et sans scintillement.
Un tube fluorescent de 6 watts peut être alimenté par le circuit à l'aide d'une alimentation de 12 volts. Lors de l'utilisation de deux batteries humides rechargeables de 6 volts, le circuit ne consomme que 500 mA.
Par conséquent, plusieurs heures de fonctionnement pourraient être obtenues à partir d'une seule charge. La lampe fonctionnera considérablement différemment que lorsqu'elle est alimentée par 117 volts ou 220 V de courant alternatif.
Aucun démarreur ou préchauffeur n'est nécessaire puisque le tube est alimenté par des oscillations à haute tension. Le transistor de sortie doit être installé sur un dissipateur thermique lors de la construction du circuit. Le transformateur peut être assez petit avec un primaire de 220 V ou 120 V et un secondaire de 12,6 volts, 450 mA.
11) Clignotant fluorescent
Le flasheur fluorescent, illustré dans la figure ci-dessus, intègre des étages du circuit oscillateur fondamental 4093 et du circuit pilote de lumière fluorescente 4093.
Cette conception, composée de deux oscillateurs et d'un étage amplificateur/tampon, pourrait être implémentée comme un voyant clignotant pour les véhicules. Comme on peut le voir, ici, un brochage de l'étage amplificateur/tampon N3, se connecte à la sortie du premier oscillateur (N1).
Le deuxième oscillateur construit autour de N2 fournit l'entrée à l'autre branche de l'amplificateur (N3). Les deux réseaux RC indépendants des oscillateurs définissent leurs fréquences de fonctionnement. À l'aide du transistor Q1, le système génère une sortie de commutation modulée en fréquence.
Cette sortie de commutation induit une impulsion haute tension dans l'enroulement secondaire du transformateur T1. Sa sortie ne devient basse que dès que les deux signaux fournis à IC1c sont hauts. Ce bas éteint Q1 et finalement, la lampe commence à clignoter.
12) Clignotant de lampe activé par la lumière
Le clignotant fluorescent déclenché par la lumière, comme illustré ci-dessus, est une mise à niveau du circuit de clignotant fluorescent IC 4093 précédent. L'ancien circuit clignotant 4093 a été reconfiguré pour démarrer instantanément le scintillement dès qu'un automobiliste qui approche illumine le LDR avec ses phares.
Un LDR, R5, sert de capteur de lumière dans le circuit. Le potentiomètre R4 règle la sensibilité du circuit. Cela doit être ajusté de telle sorte que lorsqu'un faisceau lumineux est projeté sur le LDR à une distance de 10 à 12 pieds, la lampe fluorescente commence à clignoter.
De plus, le potentiomètre R1 est ajusté pour s'assurer que lorsque la source lumineuse est retirée du LDR, le clignotant s'éteint tout seul.
