12 Simple IC 4093 kredsløb og projekter forklaret

Prøv Vores Instrument Til At Fjerne Problemer





4093 er en 14-bens pakke, der indeholder fire positiv-logiske, 2-input NAND Schmitt triggergates som vist i den følgende figur. Det er muligt at betjene de fire NAND-porte separat eller samlet.

De individuelle logiske porte af IC 4093 virker på følgende måde.



Som du kan se har hver port to indgange (A og B) og en udgang. Udgangen ændrer sin tilstand fra maksimalt forsyningsniveau (VDD) til 0V eller omvendt afhængigt af, hvordan indgangsbenene får strøm.

Dette output-svar kan forstås ud fra sandhedstabellen for 4093 NAND-porten, som vist nedenfor.



Indhold

Forståelse af 4093 Sandhedstabel

Fra ovenstående sandhedstabeldetaljer kan vi fortolke portens logiske operationer som forklaret nedenfor:

  • Når begge indgange er lave (0V), bliver udgangen høj eller lig med DC-forsyningsniveauet (VDD).
  • Når indgang A er lav (0V) og indgang B er høj (mellem 3 V og VDD), bliver udgangen høj eller lig med forsyningens DC-niveau (VDD).
  • Når indgang B er lav (0V) og indgang A er høj (mellem 3 V og VDD), bliver udgangen høj eller lig med forsyningens DC-niveau (VDD).
  • Når både input A og B er høje (mellem 3 V og VDD), bliver udgangen lav (0V)

4093 quad NAND Schmitt Triggers overførselskarakteristika er vist i følgende figur. For alle positive forsyningsspændingsniveauer (VDD) udviser overførselskarakteristikken for portene den samme grundlæggende bølgeformstruktur.

  IC 4093 overførselskarakteristika

Forståelse af IC 4093 Schmitt-triggere og hysterese

Et tydeligt træk ved IC 4093 NAND-portene er, at disse alle er Schmitt-triggere. Så hvad er Schmitt-triggere helt præcist?

IC 4093 Schmitt-udløsere er et unikt udvalg af NAND-porte. En af dens mest nyttige funktioner er, hvor hurtigt de reagerer på indgående signaler.

Logiske porte med Schmitt-udløser vil kun aktivere og dreje deres udgange højt eller lavt, når deres logiske inputniveau når et ægte niveau. Dette er kendt som hysterese.

Schmitt-triggerens evne til at skabe hysterese er en afgørende funktion (normalt omkring 2,0 volt ved brug af en 10 V-forsyning).

Lad os tage et hurtigt kig på oscillatorkredsløbet afbildet i fig. A nedenfor for at få en dybere forståelse af hysterese. Figur B sammenligner indgangs- og udgangsbølgeformerne for oscillatorkredsløbet.

  IC 4093 hysteresebølgeform

Hvis du ser på Fig. A, vil du se, at portens ben 1-indgang er forbundet med den positive spændingsskinne, hvorimod pin 2-indgangen er forbundet til forbindelsen mellem kondensatoren (C) og feedbackmodstanden (R).

Kondensatoren forbliver afladet, og portens ind- og udgange er begge på nulspænding (logisk 0), indtil forsyningen DC er tændt til kredsløbet.

Så snart forsyningen DC er tændt til oscillatorkredsløbet, går pin 1 på porten øjeblikkeligt højt, selvom pin 2 forbliver lav.

NAND-portens udgang svinger højt som reaktion på inputsituationen (tjek tiden t0 i fig. B).

Som et resultat begynder modstanden R og kondensatoren C at oplade, indtil den når niveauet af VN. Nu bliver Pin 2 øjeblikkeligt høj, så snart kondensatorens ladning når VN-niveauet.

Nu da begge portens indgange er høje (se tidspunkt t1), svinger portens udgang lavt. Dette tvinger C til at aflade via R, indtil det når VN-niveauet.

Når spændingen på pin #2 falder til VN-niveauet, svinger portens output tilbage til højt. Denne serie af output ON/OFF-cyklus fortsætter, så længe kredsløbet forbliver strømforsynet. Sådan svinger kredsløbet.

Hvis vi ser på timinggrafen, finder vi, at outputtet kun bliver lavt, når inputtet når Vp-værdien, og outputtet svinger kun højt, når inputtet når under VN-niveauet.

Dette bestemmes af op- og afladning af kondensatorerne gennem tidsintervallerne t0, t1, t2, t3 osv.

Fra ovenstående diskussion kan vi se, at outputtet fra Schmitt-triggeren kun skifter, når inputtet når et veldefineret lavt niveau VN og et højt niveau Vp. Denne handling af en Schmitt-trigger til at tænde/slukke som svar på veldefinerede indgangsspændingstærskler kaldes hysterese.

En af de vigtigste fordele ved Schmitt-oscillatorkredsløbet er, at det automatisk starter op, når kredsløbet tændes.

Forsyningsspændingen styrer kredsløbets arbejdsfrekvens. Dette er cirka 1,2 MHz for en 12 volt forsyning og falder, når forsyningen reduceres. C bør have en minimal værdi på 100 pF, og R bør ikke være lavere end 4,7k.

IC 4093 kredsløbsprojekter

4093 Schmitt trigger IC er en alsidig chip, som kan bruges til at konstruere mange interessante kredsløbsprojekter. De fire Schmitt-udløserporte, der findes inde i en enkelt 4093-chip, kan tilpasses til mange nyttige implementeringer.

I denne artikel vil vi diskutere et par af dem. Den følgende liste giver navnene på 12 interessante IC 4093 kredsløbsprojekter. Hver af disse vil blive diskuteret udførligt i de efterfølgende afsnit.

  1. Simpel piezo-driver
  2. Automatisk gadelyskredsløb
  3. Skadedyrsafvisende kredsløb
  4. Højeffekt sirenekredsløb
  5. Forsinkelse OFF Timer kredsløb
  6. Tryk på Aktiveret ON/OFF-kontaktkredsløb
  7. Regnsensorkredsløb
  8. Løgnedetektorkredsløb
  9. Signalinjektorkredsløb
  10. Fluorescerende rør-driverkredsløb
  11. Lysstofrør blinkerkredsløb
  12. Lysaktiveret lampeblinkkredsløb

1) Simpel Piezo Driver

  IC 4093 piezo driver kredsløb

En meget enkel og effektiv piezo driver kredsløb kan bygges ved hjælp af en enkelt IC 4093, som vist i ovenstående kredsløbsdiagram.

En af Schmitt-udløserportene N1 er rigget som et justerbart oscillatorkredsløb. Outputtet fra denne oscillator er firkantbølget med en frekvens bestemt af værdien af ​​kondensatoren C1 og justeringen af ​​potten P1.

Udgangsfrekvensen fra N1 tilføres portene N2, N3, N4, som er parallelforbundne. Disse parallelle porte fungerer som buffer og strømforstærkertrin. Sammen er de med til at øge udgangsfrekvensens aktuelle kapacitet.

Den forstærkede frekvens påføres bunden af ​​BC547-transistoren, som yderligere forstærker frekvensen til at drive en tilsluttet piezo-transducer. Piezo-transduceren begynder nu at summe relativt højt.

Hvis du vil øge piezoens lydstyrke yderligere, kan du prøve at tilføje en 40uH buzzer spole lige på tværs af piezo-trådene.

2) Automatisk gadelyskredsløb

  IC 4093 automatisk gadelys kredsløbsdiagram

En anden stor brug af IC 4093 kan være i formen a simpelt automatisk gadelyskredsløb , som afbildet i ovenstående diagram.

Her er porten N1 tilsluttet som en komparator. Den sammenligner potentialet genereret af det resistive divider-netværk dannet af modstanden af ​​LDR og modstanden af ​​R1-potten.

I denne fase udnytter N1 effektivt hysterese-egenskaben ved dens indbyggede Schmitt-trigger. Den sørger for, at dens output kun ændrer tilstand, når LDR-modstanden når et bestemt ekstremt niveau.

Hvordan det virker

Om dagen, når der er rigeligt omgivende lys på LDR, forbliver dens modstand lav. Afhængigt af indstillingen af ​​P1 skaber denne lave modstand en lav logik ved indgangsbenene på N1, hvilket får dens output til at forblive høj.

Denne høje påføres buffertrinets input, skabt af parallelforbindelsen af ​​N2, N3, N4.

Da alle disse porte er rigget som IKKE porte, bliver outputtet inverteret. Den høje logik fra N1 inverteres til en lav logik ved udgangen af ​​N2, N3, N4 portene. Denne lave logik eller 0V når bunden af ​​relædrivertransistoren T1, så den forbliver slukket.

Dette får igen relæet til at forblive slukket med dets kontakter hvilende på N/C-kontakterne.

Pæren konfigureres ved N/O kontakter på relæet forbliver slukket.

Hvornår mørket sænker sig ind, begynder belysningen på LDR at falde, hvilket får dens modstand til at stige. På grund af dette begynder spændingen ved indgangen til N1 at stige. Hysterese-egenskaben af ​​N1-porten 'venter', indtil denne spænding er tilstrækkelig høj til at få dens output til at skifte tilstand fra høj til lav.

Så snart udgangen af ​​N1 bliver lav, inverteres den af ​​N2, N3, N4 portene for at skabe en høj ved deres parallelle udgange.

Denne høje tænder for transistoren og relæet, og efterfølgende lyser LED-pæren også. På denne måde, når aftenen eller mørket sænker sig, tændes den påsatte gadelyspære automatisk.

Næste morgen vender processen, og gadelygtepæren slukkes automatisk.

3) Skadedyrsafvisende kredsløb

  IC 4093 skadedyrsafvisende kredsløb

Hvis du ønsker at bygge et billigt, men rimeligt effektivt rotte- eller gnaverafvisende anordning , så kan dette simple kredsløb måske hjælpe.

Igen, dette design også de 4 Schmitt-udløserporte fra en enkelt IC 4093.

Konfigurationen ligner meget piezo-driverkredsløbet, bortset fra inklusion af nedtrappende transformer .

Det højfrekvente signal, som kan være egnet til at drive skadedyr væk, justeres nøje med P1.

Denne frekvens forstærkes af de 3 parallelle porte langs og transistoren Q1. Q1 kollektoren kan ses konfigureret med en primær af en 6 V transformer.

Transformatoren øger frekvensen til et højspændingsniveau på 220 V eller 117 V afhængigt af spændingsspecifikationen for transformatorens sekundære.

Denne boostede spænding påføres over en piezo-transducer for at generere en høj støj. Denne støj kan være meget forstyrrende for skadedyrene, men kan være uhørbar for mennesker.

Den højfrekvente støj får i sidste ende skadedyrene til at forlade området og løbe væk til et andet fredeligt sted.

4) High Power Sirene Circuit

Figuren nedenfor viser, hvordan IC 4093 kan anvendes til at bygge en kraftfuld sirene kredsløb . Sirenens tone er fuldt justerbar gennem en potentiometerknap.

  IC 4093 High Power Sirene Circuit

På trods af sin enkle opsætning er kredsløbet i dette eksempel virkelig i stand til at producere en høj lyd. Den n-kanals MOSFET, der driver højttalerne, muliggør dette.

Denne særlige MOSFET har et udgangsdræn til kildemodstand på kun tre milliohm og kan betjenes direkte ved hjælp af CMOS-logiske kredsløb. Ydermere kan dens drænstrøm nå op på 1,7 A, med en maksimal dræn-kildespænding på 40 V.

Det er fint at indlæse MOSFET direkte med en højttaler, fordi den i det væsentlige er uforgængelig.

Styring af kredsløbet er så simpelt som at skrue ENABLE-indgangslogikken højt (hvilket også kunne implementeres gennem en almindelig switch i stedet for en digital kilde).

Port N2 oscillerer som et resultat af impulserne fra Schmitt-trigger N1, når indgangen på ben 5 er høj. Gate N2's udgang føres til MOSFET gennem buffertrin bygget omkring N3. Forudindstillingen P1 gør det muligt at modulere N2's frekvens.

5) Forsinket OFF-timer med buzzer

  IC 4093 Delay OFF Timer med buzzer kredsløb

IC 4093 kan også bruges til at bygge en nyttig, men enkel forsinkelse OFF timerkredsløb , som vist i ovenstående figur. Når strømmen er tændt, vil piezo-summeren begynde at summe, hvilket indikerer, at timeren ikke er indstillet.

Timeren indstilles, når trykket trykkes på ON kortvarigt.

Når der trykkes på knappen, oplades C3 hurtigt og anvender en høj logik ved indgangen til den tilhørende 4093-gate. Dette får portens udgang til at blive lav eller 0 V. Denne 0 V tilføres indgangen på oscillatortrinnet bygget omkring porten N1.

Denne 0 V trækker N1 gate-indgangen til 0 V via diode D1 og deaktiverer den, således at N1 ikke er i stand til at oscillere.

Udgangen fra N1 inverterer nu inputlogiske nul til en logisk høj ved sin udgang, som føres til de parallelle indgange på N2 og N3.

N2 og N3 inverterer igen denne logik højt til logisk nul ved bunden af ​​transistoren, således at transistoren og piezoen forbliver slukket.

Efter en forudbestemt forsinkelse aflades kondensatoren C3 fuldstændigt gennem R3-modstanden. Dette bevirker, at en logisk lav vises ved indgangen til den tilhørende gate. Udgangen af ​​denne port bliver nu høj.

På grund af dette fjernes det logiske nul fra indgangen til N1. Nu er N1 aktiveret og begynder at generere et højfrekvent output.

Denne frekvens forstærkes yderligere af N2, N3 og transistoren for at drive piezoelementet. Piezoen begynder nu at summe, hvilket indikerer, at forsinkelsen OFF-tiden er udløbet.

6) Tryk på Aktiveret kontakt

Det næste design viser en enkel berøringsaktiveret kontakt ved hjælp af en enkelt 4093 IC. Kredsløbets funktion kan forstås med følgende forklaring.

  IC 4093 Berøringsaktiveret switch-kredsløb

Så snart strømmen er tændt på grund af kondensatoren C1 ved N1's indgang, trækkes logikken ved N1's indgang til jordspænding. Dette får N1- og N2-feedback-sløjferne til at låse op med denne indgang. Dette resulterer i skabelsen af ​​en 0 V logik ved N2's udgang.

0 V-logikken gør, at udgangsrelædrivertrinet er inaktivt under den første strømafbryder ON.

Forestil dig nu, at bunden af ​​transistoren T1 berøres med en finger. Transistoren vil straks udløse ON, hvilket genererer et højt logisk signal via C2 og D2 ved indgangen til N1.

C2 oplades hurtigt og forhindrer enhver efterfølgende fejlaktivering ved berøring. Dette sikrer, at proceduren ikke hæmmes af den udstødende effekt.

Ovennævnte logiske høje vender straks tilstanden af ​​N1/N2, hvilket får dem til at låse og skabe et positivt output. Relædriftstrinnet og den tilhørende belastning tændes af denne positive udgang.

Nu skal den næste fingerkontakt få kredsløbet til at vende tilbage til sin oprindelige position. N4 bruges til at opnå denne funktionalitet.

Når kredsløbet vender tilbage til sin oprindelige status, oplades C3 støt (på få sekunder), hvilket får en logisk lav til at vises ved den relevante indgang på N3.

Den anden indgang på N3 holdes dog allerede logisk lav af modstanden R2, som er jordet. N3 er nu perfekt placeret i standbytilstand, 'klar' til den næste indkommende berøringsudløser.

7) Regnsensor

IC 4093 kan også perfekt konfigureres til at skabe en regnsensorkredsløb med en oscillator til summeren.

  IC 4093 regnsensorkredsløb

Et 9 V batteri kan bruges til at forsyne kredsløbet, og på grund af det ekstremt lave strømforbrug vil det overleve i minimum et år. Det skal skiftes efter et år, da det så vil mangle pålidelighed på grund af selvafladning.

I sin enkleste form består enheden af ​​en regn- eller vanddetektor, en R-S bistabil, en oscillator og et køretrin til advarselssummeren.

Et kasseret 40 x 20 mm stykke printkort fungerer som vandsensor. Kablede forbindelser kan bruges til at forbinde alle spor på printkortet. For at forhindre, at sporene korroderer, kan det være tilrådeligt at fortinne dem.

Når strømmen er tændt, aktiveres det bistabile øjeblikkeligt gennem serienetværket af R1 og C1.

Modstanden mellem de to sæt spor på sensorprintkortet er virkelig meget høj, så længe det er tørt. Modstanden falder dog hurtigt, når der registreres fugt.

Sensoren og modstanden R2 er forbundet i serie, og de to af dem danner tilsammen en spændingsdeler, der er fugtafhængig. Så snart  indgang 1 af N2 bliver lav, nulstiller den RS-bistabilen. Oscillator N3 er som et resultat tændt, og førerport N4 aktiverer summeren.

8) Løgnedetektor

En anden god måde at bruge ovenstående kredsløb på kan være i form af en løgnedetektor.

For en løgnedetektor erstattes følerelementet med to stykker tråd med enderne strippet og fortinnet.

Den person, der bliver afhørt, får derefter de blottede ledninger til at holde godt fast. Buzzeren begynder at lyde, hvis målet tilfældigvis fortæller løgne. Denne situation udløses på grund af den fugt, der genereres på personens greb på grund af nervøsitet og skyldfølelse.

Værdien af ​​R2 bestemmer kredsløbets følsomhed; nogle eksperimenter kan være påkrævet her.

Ved at låse kontakt S1 TIL, kunne oscillatoren (og dermed summeren) slukkes.

9) Signalinjektor

En 4093 IC kan effektivt konfigureres til at fungere som et lydinjektorkredsløb. Denne enhed kan bruges til fejlfinding af defekte dele i lydkredsløbstrin.

Hvis du nogensinde har forsøgt at reparere dine egne lydsystemer, er du måske fuldt ud bekendt med en signalinjektors muligheder.

En signalinjektor, for lægmanden, er en grundlæggende firkantbølgegenerator skabt til at pumpe en lydfrekvens ind i et kredsløb, der testes.

Den kan bruges til at detektere og identificere en defekt komponent i et kredsløb. Et signalinjektorkredsløb kan også bruges til at undersøge RF-sektionerne af AM/FM-modtagere.

  IC 4093 signalinjektorkredsløb

Figuren ovenfor viser en skematisk repræsentation af signalinjektoren. Oscillator- eller firkantbølgegeneratorsektionen af ​​kredsløbet er struktureret omkring en enkelt gate (IC1a).

Værdierne af kondensator C1 og modstand R1/P1 indstiller oscillatorens frekvens, som kan være omkring 1 kHz. Ved at justere P1- og C1-værdierne for oscillatortrinnet kunne kredsløbets frekvensområde ændres.

Kredsløbets firkantbølge output tænder/slukker over hele forsyningsspændingsskinnen. Forsyningsspændinger varierende fra 6 til 15 volt kan bruges til at drive kredsløbet.

Du kan dog også bruge et 9V batteri. Udgangen af ​​gate N1 er forbundet i serie med de resterende tre gates på IC 4093. Disse 3 gates kan ses forbundet parallelt med hinanden.

Med dette arrangement er oscillatorudgangen tilstrækkeligt bufret og forstærket til et niveau, der passende kan forsyne kredsløbet, som testes.

Sådan bruger du en signalinjektor

For at fejlfinde et kredsløb ved hjælp af en injektor, injiceres signalet på tværs af komponenter bagfra og frem. Lad os sige, at du vil fejlfinde en AM-radio med en injektor. Du begynder med at anvende injektorens frekvens til bunden af ​​udgangstransistoren.

Hvis transistoren og de andre dele, der følger efter den, fungerer korrekt, vil signalet blive hørt gennem højttaleren. Hvis der ikke kan høres noget signal, føres injektorsignalet frem mod højttaleren, indtil der frembringes en lyd af højttaleren.

Den del, der går umiddelbart forud for dette punkt, kunne med stor sandsynlighed antages at være defekt.

10) Lysstofrørsdriver

  IC 4093 lysstofrør-driverkredsløb

Figuren ovenfor viser Fluorescerende lys inverter skematisk design ved hjælp af IC 4093. Kredsløbet kan bruges til at forsyne en fluorescerende pære ved hjælp af to 6 volt genopladelige batterier eller et 12 volt bilbatteri.

Med et par små justeringer er dette kredsløb praktisk talt identisk med det forrige.

I dets eksisterende format skiftes Q1 fra mætning og cut-off ved hjælp af bufferet oscillatorudgang.

Den primære af T1 oplever et stigende og faldende magnetfelt som et resultat af kollektorkoblingen af ​​Q1, som er forbundet med en terminal på en step-up transformer.

Som et resultat heraf oplever den sekundære vikling af T1 en induktion af en væsentligt større fluktuerende spænding.

Lysstofrøret modtager den spænding, der skabes i T1's sekundære, hvilket får det til at lyse prompte og uden at flimre.

Et 6 watt lysstofrør kan drives af kredsløbet ved hjælp af en 12-volts forsyning. Når der anvendes to 6 volt genopladelige våde batterier, forbruger kredsløbet kun 500 mA.

Derfor kan der opnås flere timers drift fra en enkelt opladning. Lampen vil fungere betydeligt anderledes, end når den drives af 117 volt eller 220V vekselstrøm.

Der kræves ingen starter eller forvarmer, da røret strømforsynes med højspændingsoscillationer. Udgangstransistoren skal installeres på en heatsink, mens kredsløbet konstrueres. Transformatoren kan være ret lille med en 220V eller 120V primær og en 12,6 volt, 450 mA sekundær.

11) Fluorescerende blinklys

  IC 4093 Fluorescerende Flasher Circuit

Fluorescerende Flasher, afbildet i figuren ovenfor, inkorporerer trin fra både det grundlæggende 4093 oscillatorkredsløb og 4093 fluorescerende lys-driverkredsløbet.

Dette design, der består af to oscillatorer og et forstærker/buffertrin, kunne implementeres som en blinkende advarselslampe til køretøjer. Som det kan ses, forbindes her en pinout på forstærker/buffertrinnet N3 med udgangen af ​​den første oscillator (N1).

Den anden oscillator bygget op omkring N2 giver input til forstærkerens andet ben (N3). De to oscillatorer uafhængige RC-netværk definerer deres driftsfrekvenser. Ved hjælp af transistor Q1 genererer systemet en frekvensmoduleret koblingsudgang.

Denne koblingsudgang inducerer en højspændingsimpuls i sekundærviklingen af ​​transformator T1. Dens output bliver kun lav, så snart begge signaler, der leveres til IC1c, er høje. Denne lave slukker for Q1, og til sidst begynder lampen at blinke.

12) Lysaktiveret lampeblink

  IC 4093 lysaktiveret lampeblinkkreds

Den lysudløste fluorescerende flasher som vist ovenfor er en opgradering til det tidligere IC 4093 fluorescerende flasher-kredsløb. Det tidligere 4093 blinkerkredsløb er blevet omkonfigureret til øjeblikkeligt at begynde at flimre, så snart en nærgående bilist oplyser LDR med sine forlygter.

En LDR, R5, fungerer som lyssensor i kredsløbet. Potentiometer R4 justerer kredsløbets følsomhed. Dette skal justeres således, at lysstofrøret begynder at blinke, når en lysstråle blinker over LDR fra en afstand på 10 til 12 fod.

Derudover er potentiometer R1 justeret for at sikre, at blinkeren slukker af sig selv, når lyskilden fjernes fra LDR.