De 4093 is een 14-pins pakket met vier positief-logische NAND Schmitt-triggerpoorten met 2 ingangen, zoals weergegeven in de volgende afbeelding. Het is mogelijk om de vier NAND-poorten afzonderlijk of gezamenlijk te bedienen.
De individuele logische poorten van de IC 4093 werkt op de volgende manier.
Zoals je kunt zien heeft elke poort twee ingangen (A en B) en één uitgang. De uitgang verandert zijn status van maximaal voedingsniveau (VDD) naar 0V of vice versa, afhankelijk van hoe de ingangspinnen worden gevoed.
Deze outputrespons kan worden begrepen uit de waarheidstabel van de 4093 NAND-poort, zoals hieronder weergegeven.
Inhoud
4093 waarheidstabel begrijpen
Uit de bovenstaande waarheidstabeldetails kunnen we de logische bewerkingen van de poort interpreteren zoals hieronder wordt uitgelegd:
- Wanneer beide ingangen laag zijn (0V), wordt de uitgang hoog of gelijk aan het voedings-DC-niveau (VDD).
- Wanneer ingang A laag is (0V) en ingang B hoog is (tussen 3 V en VDD), wordt de uitgang hoog of gelijk aan het voedings-DC-niveau (VDD).
- Wanneer ingang B laag is (0V) en ingang A hoog is (tussen 3 V en VDD), wordt de uitgang hoog of gelijk aan het voedings-DC-niveau (VDD).
- Wanneer beide ingangen A en B hoog zijn (tussen 3 V en VDD), wordt de uitgang laag (0 V)
De overdrachtskenmerken van de 4093 quad NAND Schmitt Trigger worden weergegeven in de volgende afbeelding. Voor alle niveaus van positieve voedingsspanning (VDD) vertonen de overdrachtskarakteristieken van de poorten dezelfde basisgolfvormstructuur.
IC 4093 Schmitt-triggers en hysterese begrijpen
Een onderscheidend kenmerk van de IC 4093 NAND-poorten is dat dit allemaal Schmitt-triggers zijn. Dus wat zijn Schmitt-triggers precies?
IC 4093 Schmitt-triggers zijn een unieke variëteit aan NAND-poorten. Een van de handigste functies is hoe snel ze reageren op inkomende signalen.
Logische poorten met Schmitt-trigger activeren en zetten hun uitgangen pas hoog of laag als hun logische ingangsniveau een echt niveau bereikt. Dit staat bekend als hysterese.
Het vermogen van de Schmitt-trigger om hysteresis te creëren is een cruciale functie (normaal ongeveer 2,0 volt met een 10 V-voeding).
Laten we snel kijken naar het oscillatorcircuit dat is afgebeeld in Fig. A hieronder om een beter begrip te krijgen van hysterese. Figuur B vergelijkt de ingangs- en uitgangsgolfvormen van het oscillatorcircuit.
Als je naar Fig. A kijkt, zie je dat de ingang van pin 1 van de poort is gekoppeld aan de positieve spanningsrail, terwijl de ingang van pin 2 is bevestigd aan de kruising van de condensator (C) en de feedbackweerstand (R).
De condensator blijft ontladen en de in- en uitgangen van de poort staan beide op nulspanning (logische 0) totdat de voedings-DC naar het circuit wordt ingeschakeld.
Zodra de voeding DC naar het oscillatorcircuit wordt ingeschakeld, gaat pin 1 van de poort onmiddellijk hoog, hoewel pin 2 laag blijft.
De uitgang van de NIET-EN-poort zwaait hoog in reactie op de ingangssituatie (controleer de tijd t0 in figuur B).
Dientengevolge beginnen de weerstand R en condensator C met opladen totdat het niveau VN bereikt. Nu wordt pin 2 onmiddellijk hoog zodra de lading van de condensator het VN-niveau bereikt.
Omdat beide ingangen van de poort hoog zijn (zie tijd t1), zwaait de uitgang van de poort laag. Dit dwingt C om via R te ontladen totdat het het VN-niveau bereikt.
Wanneer de spanning op pin #2 daalt tot het VN-niveau, zwaait de uitgang van de poort terug naar hoog. Deze reeks AAN/UIT-cycli van de uitgangen gaat door zolang het circuit gevoed blijft. Dit is hoe het circuit oscilleert.
Als we naar de timinggrafiek kijken, zien we dat de uitvoer alleen laag wordt wanneer de invoer de Vp-waarde bereikt, en de uitvoer alleen hoog wordt als de invoer onder het VN-niveau komt.
Dit wordt bepaald door het laden en ontladen van de condensatoren door de tijdsintervallen t0, t1, t2, t3 etc.
Uit de bovenstaande discussie kunnen we zien dat de uitgang van de Schmitt-trigger alleen schakelt wanneer de ingang een goed gedefinieerd laag niveau VN en een hoog niveau Vp bereikt. Deze actie van een Schmitt-trigger om AAN/UIT te schakelen in reactie op goed gedefinieerde ingangsspanningsdrempels wordt hysterese genoemd.
Een van de belangrijkste voordelen van het Schmitt-oscillatorcircuit is dat het automatisch opstart wanneer het circuit wordt ingeschakeld.
De voedingsspanning regelt de werkfrequentie van het circuit. Dit is ongeveer 1,2 MHz voor een 12 volt voeding en neemt af naarmate de voeding afneemt. C moet een minimale waarde van 100 pF hebben en R mag niet lager zijn dan 4,7k.
IC 4093 Circuitprojecten
Het 4093 Schmitt-trigger-IC is een veelzijdige chip die kan worden gebruikt voor het bouwen van vele interessante circuitprojecten. De vier Schmitt-triggerpoorten in een enkele 4093-chip kunnen worden aangepast voor veel nuttige implementaties.
In dit artikel zullen we er een aantal bespreken. De volgende lijst geeft de namen van 12 interessante IC 4093-circuitprojecten. Elk van deze zal in de volgende paragrafen uitgebreid worden besproken.
- Eenvoudig piëzo-stuurprogramma
- Automatisch straatlantaarncircuit
- Ongediertebestrijdend circuit
- Sirenecircuit met hoog vermogen
- Vertraging UIT Timer Circuit
- Aanraken geactiveerd AAN/UIT-schakelaarcircuit
- Regensensorcircuit
- Leugendetector Circuit
- Signaalinjectorcircuit
- Fluorescentiebuis Driver Circuit
- Fluorescerende buis Flasher Circuit
- Lichtgeactiveerd lampflitsercircuit
1) Eenvoudig piëzo-stuurprogramma
Een zeer eenvoudige en effectieve piëzo-drivercircuit kan worden gebouwd met behulp van een enkele IC 4093, zoals weergegeven in het bovenstaande schakelschema.
Een van de Schmitt-triggerpoorten N1 is opgetuigd als een instelbare oscillatorschakeling. De uitgang van deze oscillator is een blokgolf met een frequentie die wordt bepaald door de waarde van de condensator Cl en de instelling van de pot P1.
De uitgangsfrequentie van N1 wordt toegevoerd aan de poorten N2, N3, N4 die parallel zijn geschakeld. Deze parallelle poorten werken als een buffer- en stroomversterkertrap. Samen helpen ze om de huidige capaciteit van de uitgangsfrequentie te verhogen.
De versterkte frequentie wordt toegepast op de basis van de BC547-transistor, die de frequentie verder versterkt om een aangesloten piëzo-transducer aan te sturen. De piëzo-transducer begint nu relatief luid te zoemen.
Als u de luidheid van de piëzo nog verder wilt verhogen, kunt u proberen een 40uH . toe te voegen zoemerspoel: dwars over de piëzo-draden.
2) Automatisch straatlantaarncircuit
Een ander geweldig gebruik van de IC 4093 kan zijn in de vorm a eenvoudig automatisch straatverlichtingscircuit , zoals weergegeven in het bovenstaande diagram.
Hier is de poort N1 aangesloten als een comparator. Het vergelijkt de potentiaal die wordt gegenereerd door het resistieve delernetwerk gevormd door de weerstand van de LDR en de weerstand van de R1-pot.
In deze fase maakt de N1 effectief gebruik van de hysteresisfunctie van zijn ingebouwde Schmitt-trigger. Het zorgt ervoor dat de uitgang alleen van status verandert wanneer de LDR-weerstand een bepaald extreem niveau bereikt.
Hoe het werkt
Overdag, wanneer er voldoende omgevingslicht op de LDR valt, blijft de weerstand laag. Afhankelijk van de instelling van P1 creëert deze lage weerstand een lage logica op de ingangspinnen van N1, waardoor de uitgang hoog blijft.
Deze high wordt toegepast op de ingangen van de buffertrap, gecreëerd door de parallelle aansluiting van N2, N3, N4.
Omdat al deze poorten zijn opgetuigd als NIET-poorten, wordt de uitvoer omgekeerd. De hoge logica van N1 wordt omgekeerd naar een lage logica aan de uitgang van de N2, N3, N4 poorten. Deze lage logica of 0V bereikt de basis van de relaisstuurtransistor T1 zodat deze uitgeschakeld blijft.
Dit zorgt er op zijn beurt voor dat het relais uitgeschakeld blijft terwijl de contacten op de verbreekcontacten rusten.
De lamp wordt geconfigureerd op de Maakcontacten van het relais blijft uitgeschakeld.
Wanneer duisternis zet in in, de verlichting op de LDR begint af te nemen, waardoor de weerstand toeneemt. Hierdoor begint de spanning aan de ingang van N1 te stijgen. De hysteresisfunctie van de N1-poort 'wacht' totdat deze spanning voldoende hoog is om ervoor te zorgen dat de uitgang van hoog naar laag verandert.
Zodra de uitgang van N1 laag wordt, wordt deze geïnverteerd door de N2, N3, N4 poorten om een hoge te creëren op hun parallelle uitgangen.
Deze high schakelt de transistor en het relais AAN en vervolgens gaat ook de LED-lamp branden. Op deze manier wordt bij het invallen van de avond of duisternis automatisch de aangesloten straatlantaarn ingeschakeld.
De volgende ochtend keert het proces om en wordt de lamp van de straatlantaarn automatisch uitgeschakeld.
3) Ongedierteafstotend circuit
Als u op zoek bent naar een goedkope maar toch redelijk effectieve ratten- of knaagdierafweermiddel , dan kan deze eenvoudige schakeling helpen.
Nogmaals, dit ontwerp ook de 4 Schmitt-triggerpoorten uit een enkele IC 4093.
De configuratie lijkt veel op het piëzo-stuurprogramma, behalve de opname van de step-down transformator .
Het hoogfrequente signaal dat geschikt kan zijn voor het verdrijven van ongedierte wordt zorgvuldig afgesteld met P1.
Deze frequentie wordt versterkt door de 3 parallelle poorten langs en de transistor Q1. De Q1-collector is te zien geconfigureerd met een primaire of een 6 V-transformator.
De transformator verhoogt de frequentie tot een hoogspanningsniveau van 220 V of 117 V, afhankelijk van de spanningsspecificatie van de secundaire transformator.
Deze versterkte spanning wordt aangelegd over een piëzo-transducer voor het genereren van een hoge ruis. Dit geluid kan zeer storend zijn voor het ongedierte, maar kan voor de mens onhoorbaar zijn.
Het hoogfrequente geluid zorgt er uiteindelijk voor dat het ongedierte het gebied verlaat en wegrent naar een andere rustige locatie.
4) High Power Sirene Circuit:
Onderstaande figuur laat zien hoe de IC 4093 kan worden toegepast om een krachtige sirene circuit . De toon van de sirene is volledig instelbaar door middel van een potmeterknop.
Ondanks de eenvoudige opzet kan de schakeling in dit voorbeeld wel degelijk een hard geluid produceren. De n-kanaals MOSFET die de luidsprekers aanstuurt, maakt dit mogelijk.
Deze specifieke MOSFET heeft een uitgangsafvoer naar bronweerstand van slechts drie milliohm en kan direct worden bediend met behulp van CMOS-logische circuits. Bovendien kan de afvoerstroom 1,7 A bereiken, met een piekafvoer-bronspanning van 40 V.
Het is prima om de MOSFET rechtstreeks met een luidspreker te laden, omdat deze in wezen onverwoestbaar is.
Het besturen van het circuit is net zo eenvoudig als het hoog zetten van de ENABLE-ingangslogica (wat ook kan worden geïmplementeerd via een gewone schakelaar in plaats van een digitale bron).
Poort N2 oscilleert als gevolg van de pulsen van Schmitt-trigger N1 zodra de ingang op pin 5 hoog is. De uitgang van Gate N2 wordt toegevoerd aan de MOSFET door bufferfase gebouwd rond N3. Met de preset P1 kan de frequentie van N2 worden gemoduleerd.
5) Vertraging UIT-timer met zoemer
De IC 4093 kan ook worden gebruikt om een handig maar eenvoudig vertraging UIT timer circuit , zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding. Wanneer de stroom is ingeschakeld, begint de piëzo-zoemer te zoemen om aan te geven dat de timer niet is ingesteld.
De timer wordt ingesteld wanneer de druk kort op ON wordt gedrukt.
Wanneer de drukknop wordt ingedrukt, laadt C3 snel op en past een hoge logica toe op de ingang van de bijbehorende 4093-poort. Hierdoor wordt de uitgang van de poort laag of 0 V. Deze 0 V wordt toegevoerd aan de ingang van de oscillatortrap die rond poort N1 is gebouwd.
Deze 0 V trekt de N1-poortingang via diode D1 naar 0 V en schakelt deze uit, zodat N1 niet kan oscilleren.
De uitgang van N1 inverteert nu de logische nul van de ingang naar een logisch hoog niveau aan zijn uitgang die wordt toegevoerd aan de parallelle ingangen van N2 en N3.
N2 en N3 keren dit logische hoog weer om naar logisch nul aan de basis van de transistor, zodat de transistor en de piëzo uitgeschakeld blijven.
Na een vooraf bepaalde vertraging ontlaadt de condensator C3 zich volledig via de R3-weerstand. Hierdoor verschijnt er een logisch laag aan de ingang van de bijbehorende poort. De output van deze poort wordt nu hoog.
Hierdoor wordt de logische nul van de ingang van N1 verwijderd. Nu is N1 ingeschakeld en begint het een hoogfrequente output te genereren.
Deze frequentie wordt verder versterkt door N2, N3 en de transistor om het piëzo-element aan te drijven. De piëzo begint nu te zoemen om aan te geven dat de uitgestelde UIT-tijd is verstreken.
6) Raak geactiveerde schakelaar aan
Het volgende ontwerp toont een eenvoudige door aanraking geactiveerde schakelaar met behulp van een enkele 4093 IC. De werking van de schakeling kan worden begrepen met de volgende uitleg.
Zodra de stroom wordt ingeschakeld vanwege de condensator C1 aan de ingang van N1, wordt de logica aan de ingang van N1 naar aardspanning gesleept. Dit zorgt ervoor dat de N1- en N2-feedbacklussen met deze ingang worden vergrendeld. Dit resulteert in het creëren van een 0 V-logica aan de uitgang van N2.
De 0 V-logica zorgt ervoor dat de uitgangsrelaisdriver inactief wordt tijdens de eerste stroomschakelaar.
Stel je nu voor dat de basis van transistor T1 wordt aangeraakt met een vinger. De transistor zou onmiddellijk ON activeren en een hoog logisch signaal genereren via C2 en D2 aan de ingang van N1.
C2 laadt snel op en voorkomt elke volgende foutieve activering door aanraking. Dit zorgt ervoor dat de procedure niet wordt gehinderd door het debouncing-effect.
De bovengenoemde logische high keert onmiddellijk de toestand van N1/N2 om, waardoor ze vergrendelen en een positieve output creëren. De relaisaandrijftrap en de bijbehorende belasting worden door deze positieve uitgang ingeschakeld.
Nu zou het volgende vingercontact ervoor moeten zorgen dat het circuit terugkeert naar zijn oorspronkelijke positie. N4 wordt gebruikt om deze functionaliteit te bereiken.
Zodra het circuit terugkeert naar zijn oorspronkelijke status, laadt C3 gestaag op (in enkele seconden), waardoor een logisch laag niveau verschijnt bij de juiste ingang van N3.
De andere ingang van N3 wordt echter al logisch laag gehouden door de weerstand R2, die geaard is. N3 is nu perfect gepositioneerd in een standby-status, 'klaar' voor de volgende inkomende aanraaktrigger.
7) Regensensor
De IC 4093 kan ook perfect worden geconfigureerd om een regensensor circuit met een oscillator voor de zoemer.
Een 9 V-batterij kan worden gebruikt om het circuit van stroom te voorzien, en vanwege het extreem lage stroomverbruik zal het minimaal een jaar meegaan. Het moet na een jaar worden vervangen, omdat het dan door zelfontlading niet meer betrouwbaar is.
In zijn eenvoudigste vorm bestaat het apparaat uit een regen- of waterdetector, een RS bistabiel, een oscillator en een aandrijftrap voor de waarschuwingszoemer.
Een weggegooid stuk printplaat van 40 bij 20 mm dient als watersensor. Bekabelde verbindingen kunnen worden gebruikt om alle sporen van de PCB met elkaar te verbinden. Om te voorkomen dat de sporen gaan roesten, kan het raadzaam zijn ze te vertinnen.
Wanneer de stroom wordt ingeschakeld, wordt de bistabiele onmiddellijk ingeschakeld via het serienetwerk van R1 en C1.
De weerstand tussen de twee sets sporen op de sensorprint is echt heel hoog zolang het droog is. De weerstand neemt echter snel af wanneer er vocht wordt gedetecteerd.
De sensor en weerstand R2 zijn in serie geschakeld en de twee vormen samen een spanningsdeler die afhankelijk is van vocht. Zodra ingang 1 van N2 laag wordt, wordt de RS-bistabiel gereset. Oscillator N3 wordt als resultaat ingeschakeld en stuurpoort N4 bedient de zoemer.
8) Leugendetector:
Een andere geweldige manier om de bovenstaande schakeling te gebruiken, kan in de vorm van een leugendetector zijn.
Voor een leugendetector wordt het sensorelement vervangen door twee stukken draad waarvan de uiteinden zijn gestript en vertind.
De persoon die wordt ondervraagd, krijgt dan de blote draden om stevig vast te houden. De zoemer begint te klinken als het doelwit toevallig leugens vertelt. Deze situatie wordt veroorzaakt door het vocht dat wordt gegenereerd op de greep van de persoon vanwege nervositeit en schuldgevoel.
De waarde van R2 bepaalt de gevoeligheid van de schakeling; hier kan wat geëxperimenteerd worden.
Door schakelaar S1 op ON te zetten, kon de oscillator (en dus de zoemer) worden uitgeschakeld.
9) Signaalinjector:
Een 4093 IC kan effectief worden geconfigureerd om te werken als een audio-injectorcircuit. Dit apparaat kan worden gebruikt voor het oplossen van defecte onderdelen in audiocircuittrappen.
Als je ooit hebt geprobeerd om je eigen geluidssystemen te repareren, ben je misschien volledig bekend met de mogelijkheden van een signaalinjector.
Een signaalinjector, voor de leek, is een eenvoudige blokgolfgenerator die is gemaakt om een audiofrequentie in een te testen circuit te pompen.
Het kan worden gebruikt om een defect onderdeel in een circuit te detecteren en te identificeren. Een signaalinjectorcircuit kan ook worden gebruikt om de RF-secties van AM/FM-ontvangers te onderzoeken.
De afbeelding hierboven toont een schematische weergave van de signaalinjector. Het oscillator- of blokgolfgeneratorgedeelte van de schakeling is gestructureerd rond een enkele poort (IC1a).
De waarden van condensator C1 en weerstand R1/P1 stellen de frequentie van de oscillator in, die ongeveer 1 kHz kan zijn. Door de P1- en C1-waarden voor de oscillatortrap aan te passen, kon het frequentiebereik van de schakeling worden gewijzigd.
Het circuit blokgolfuitgang schakelt AAN/UIT over de gehele voedingsspanningsrail. Voedingsspanningen variërend van 6 tot 15 volt kunnen worden gebruikt om het circuit van stroom te voorzien.
U kunt echter ook een 9V-batterij gebruiken. De uitgang van poort N1 is in serie geschakeld met de overige drie poorten van de IC 4093. Deze 3 poorten zijn parallel aan elkaar te zien.
Met deze opstelling wordt de output van de oscillator adequaat gebufferd en versterkt tot een niveau dat het circuit dat wordt getest geschikt kan voeden.
Hoe een signaalinjector te gebruiken?
Om problemen met een circuit op te lossen met behulp van een injector, wordt het signaal van achteren naar voren over componenten geïnjecteerd. Stel dat u problemen met een AM-radio met een injector wilt oplossen. U begint met het toepassen van de injectorfrequentie op de basis van de uitgangstransistor.
Als de transistor en de andere onderdelen die erop volgen goed werken, zal het signaal via de luidspreker te horen zijn. Als er geen signaal hoorbaar is, wordt het injectorsignaal naar de luidspreker geleid totdat een geluid door de luidspreker wordt geproduceerd.
Het onderdeel dat onmiddellijk aan dit punt voorafgaat, kan worden aangenomen dat het waarschijnlijk defect is.
10) Fluorescentiebuisstuurprogramma:
De afbeelding hierboven toont de Fluorescerende lichtomvormers schematisch ontwerp met behulp van de IC 4093. De schakeling kan worden gebruikt om een fluorescerende lamp van stroom te voorzien met twee oplaadbare 6 volt-batterijen of een 12-volt auto-accu.
Met een paar kleine aanpassingen is deze schakeling praktisch identiek aan de vorige.
In het bestaande formaat wordt Q1 afwisselend geschakeld van verzadiging en cut-off met behulp van de gebufferde oscillatoruitgang.
De primaire van T1 ervaart een stijgend en dalend magnetisch veld als gevolg van de collectorschakeling van Q1, die is gekoppeld aan één klem van een step-up transformator.
Hierdoor ondervindt de secundaire wikkeling van T1 een inductie van een aanzienlijk grotere fluctuerende spanning.
De tl-buis ontvangt de spanning die in de secundaire T1 wordt gecreëerd, waardoor deze snel en zonder flikkering oplicht.
Een TL-buis van 6 watt kan door het circuit worden aangedreven met een 12 volt-voeding. Bij gebruik van twee 6 volt oplaadbare natte batterijen verbruikt de schakeling slechts 500 mA.
Daarom konden meerdere bedrijfsuren worden bereikt met één keer opladen. De lamp zal aanzienlijk anders werken dan wanneer hij wordt gevoed door 117 volt of 220V wisselstroom.
Er is geen starter of voorverwarmer nodig omdat de buis wordt bekrachtigd met hoogspanningsoscillaties. De uitgangstransistor moet tijdens het bouwen van het circuit op een koellichaam worden geïnstalleerd. De transformator kan vrij klein zijn met een 220V of 120V primair en een 12,6 volt, 450 mA secundair.
11) Fluorescerende flitser
De fluorescerende flitser, weergegeven in de bovenstaande afbeelding, bevat trappen van zowel het fundamentele 4093-oscillatorcircuit als het 4093-fluorescentielichtstuurcircuit.
Dit ontwerp, bestaande uit twee oscillatoren en een versterker/buffertrap, zou kunnen worden geïmplementeerd als een knipperend waarschuwingslampje voor voertuigen. Zoals te zien is, is hier een pinout van de versterker/buffertrap N3 verbonden met de uitgang van de eerste oscillator (N1).
De tweede oscillator die rond N2 is gebouwd, levert de invoer naar het andere been van de versterker (N3). De twee oscillatoren onafhankelijke RC-netwerken bepalen hun werkfrequenties. Met behulp van transistor Q1 genereert het systeem een frequentiegemoduleerde schakeluitgang.
Deze schakeluitgang wekt een hoogspanningspuls op in de secundaire wikkeling van transformator T1. Zijn output wordt pas laag zodra beide signalen die aan IC1c worden geleverd hoog zijn. Dit laag schakelt Q1 uit en uiteindelijk begint de lamp te knipperen.
12) Lichtgeactiveerde lampflitser
De door licht geactiveerde fluorescerende flitser, zoals hierboven weergegeven, is een upgrade van het vorige IC 4093 fluorescerende flitsercircuit. Het vorige 4093-knipperlichtcircuit is opnieuw geconfigureerd om onmiddellijk te flikkeren zodra een naderende automobilist de LDR verlicht met zijn koplampen.
Een LDR, R5, dient als lichtsensor in het circuit. Potentiometer R4 past de gevoeligheid van het circuit aan. Dit moet zo worden aangepast dat wanneer een lichtstraal over de LDR flitst vanaf een afstand van 10 tot 12 voet, de fluorescentielamp begint te knipperen.
Bovendien is potentiometer R1 aangepast om ervoor te zorgen dat wanneer de lichtbron van de LDR wordt verwijderd, de flitser vanzelf uitschakelt.
