4093 er en 14-pinners pakke som inneholder fire positiv-logiske, 2-inngangs NAND Schmitt-utløserporter som vist i følgende figur. Det er mulig å betjene de fire NAND-portene separat eller samlet.
De individuelle logiske portene til IC 4093 fungerer på følgende måte.
Som du kan se har hver port to innganger (A og B) og en utgang. Utgangen endrer tilstand fra maksimalt forsyningsnivå (VDD) til 0V eller omvendt avhengig av hvordan inngangspinnene får strøm.
Denne utgangsresponsen kan forstås fra sannhetstabellen til 4093 NAND-porten, som vist nedenfor.
Innhold
Forstå 4093 sannhetstabell
Fra sannhetstabellen ovenfor kan vi tolke portens logiske operasjoner som forklart nedenfor:
- Når begge inngangene er lave (0V), blir utgangen høy eller lik forsynings-DC-nivået (VDD).
- Når inngang A er lav (0V) og inngang B er høy (mellom 3 V og VDD), blir utgangen høy eller lik forsynings-DC-nivået (VDD).
- Når inngang B er lav (0V) og inngang A er høy (mellom 3 V og VDD), blir utgangen høy eller lik forsynings-DC-nivået (VDD).
- Når både inngangene A og B er høye (mellom 3 V og VDD), blir utgangen lav (0V)
4093 quad NAND Schmitt Triggers overføringsegenskaper er vist i følgende figur. For alle nivåer av positiv forsyningsspenning (VDD) viser overføringskarakteristikken til portene den samme grunnleggende bølgeformstrukturen.
Forstå IC 4093 Schmitt Triggere og hysterese
En distinkt egenskap ved IC 4093 NAND-portene er at disse alle er Schmitt-utløsere. Så hva er egentlig Schmitt-triggere?
IC 4093 Schmitt-utløsere er et unikt utvalg av NAND-porter. En av de mest nyttige funksjonene er hvor raskt de reagerer på innkommende signaler.
Logiske porter med Schmitt-utløser vil aktivere og skru utgangene høyt eller lavt bare når deres logiske inngangsnivå når et ekte nivå. Dette er kjent som hysterese.
Schmitt-triggerens evne til å skape hysterese er en avgjørende funksjon (normalt rundt 2,0 volt ved bruk av en 10 V-forsyning).
La oss ta en rask titt på oscillatorkretsen avbildet i Fig. A nedenfor for å få en dypere forståelse av hysterese. Figur B sammenligner inngangs- og utgangsbølgeformene til oscillatorkretsen.
Hvis du ser på Fig. A, vil du se at portens pinne 1-inngang er koblet til den positive spenningsskinnen, mens pinne 2-inngangen er festet til krysset mellom kondensatoren (C) og tilbakekoblingsmotstanden (R).
Kondensatoren forblir utladet og inngangene og utgangene til porten er begge på null spenning (logisk 0) inntil forsyningen DC slås PÅ til kretsen.
Så snart strømforsyningen er slått PÅ til oscillatorkretsen, blir pin 1 på porten øyeblikkelig høy, selv om pinne 2 forblir lav.
NAND-portens utgang svinger høyt som svar på inngangssituasjonen (sjekk tiden t0 i fig. B).
Som et resultat begynner motstanden R og kondensatoren C å lade til den når nivået til VN. Nå blir Pin 2 øyeblikkelig høy så snart kondensatorens ladning når VN-nivået.
Siden begge portens innganger er høye (se tidspunkt t1), svinger portens utgang lavt. Dette tvinger C til å utlades via R til den når VN-nivået.
Når spenningen på pin #2 faller til VN-nivået, svinger portens utgang tilbake til høy. Denne serien med utgangs PÅ/AV-syklus fortsetter så lenge kretsen forblir strømførende. Slik svinger kretsen.
Hvis vi ser på timing-grafen finner vi at utgangen blir lav bare når inngangen når Vp-verdien, og utgangen svinger høyt bare når inngangen når under VN-nivået.
Dette bestemmes av ladning og utlading av kondensatorene gjennom tidsintervallene t0, t1, t2, t3 osv.
Fra diskusjonen ovenfor kan vi se at utgangen til Schmitt-triggeren veksler bare når inngangen når et veldefinert lavt nivå VN, og et høyt nivå Vp. Denne handlingen til en Schmitt-utløser for å slå PÅ/AV som svar på veldefinerte inngangsspenningsterskler kalles hysterese.
En av hovedfordelene med Schmitt oscillatorkretsen er at den starter automatisk når kretsen slås på.
Tilførselsspenningen styrer arbeidsfrekvensen til kretsen. Dette er omtrent 1,2 MHz for en 12 volts forsyning og synker når forsyningen reduseres. C bør ha en minimal verdi på 100 pF, og R bør ikke være lavere enn 4,7k.
IC 4093 kretsprosjekter
4093 Schmitt trigger IC er en allsidig brikke som kan brukes til å konstruere mange interessante kretsprosjekter. De fire Schmitt-utløserportene inne i en enkelt 4093-brikke kan tilpasses for mange nyttige implementeringer.
I denne artikkelen vil vi diskutere noen av dem. Følgende liste gir navnene på 12 interessante IC 4093-kretsprosjekter. Hver av disse vil bli diskutert utførlig i de påfølgende avsnittene.
- Enkel Piezo-driver
- Automatisk gatelyskrets
- Skadedyravvisende krets
- Høyeffekt sirenekrets
- Forsinkelse AV timerkrets
- Trykk på Aktivert PÅ/AV-bryterkrets
- Regnsensorkrets
- Løgndetektorkrets
- Signalinjektorkrets
- Fluorescerende rør-driverkrets
- Lysrørslyskrets
- Lysaktivert lampeblinkkrets
1) Enkel Piezo-driver
En veldig enkel og effektiv piezo driver krets kan bygges med en enkelt IC 4093, som vist i kretsskjemaet ovenfor.
En av Schmitt-utløserportene N1 er rigget som en justerbar oscillatorkrets. Utgangen fra denne oscillatoren er firkantbølge med en frekvens bestemt av verdien til kondensatoren C1, og justeringen av potten P1.
Utgangsfrekvensen fra N1 tilføres portene N2, N3, N4 som er parallellkoblet. Disse parallelle portene fungerer som buffer og strømforsterkertrinn. Sammen bidrar de til å øke strømkapasiteten til utgangsfrekvensen.
Den forsterkede frekvensen påføres basen til BC547-transistoren som ytterligere forsterker frekvensen for å drive en tilkoblet piezo-svinger. Piezo-svingeren begynner nå å summe relativt høyt.
Hvis du vil øke lydstyrken til piezoen ytterligere, kan du prøve å legge til en 40uH summerspole rett over piezo-trådene.
2) Automatisk gatelyskrets
En annen stor bruk av IC 4093 kan være i formen a enkel automatisk gatelyskrets , som vist i diagrammet ovenfor.
Her er porten N1 koblet opp som en komparator. Den sammenligner potensialet generert av det resistive delenettverket dannet av motstanden til LDR og motstanden til R1-potten.
I dette stadiet utnytter N1 effektivt hysterese-funksjonen til den innebygde Schmitt-triggeren. Den sørger for at utgangen endrer tilstand bare når LDR-motstanden når et spesielt ekstremt nivå.
Hvordan det fungerer
På dagtid, når det er rikelig med omgivelseslys på LDR, forblir motstanden lav. Avhengig av innstillingen til P1, skaper denne lave motstanden en lav logikk ved inngangspinnene til N1, noe som gjør at utgangen forblir høy.
Denne høye brukes på inngangene til buffertrinnet, skapt av parallellkoblingen til N2, N3, N4.
Siden alle disse portene er rigget som IKKE porter, blir utgangen invertert. Den høye logikken fra N1 inverteres til en lav logikk ved utgangen til N2, N3, N4 portene. Denne lave logikken eller 0V når basen til relédrivertransistoren T1 slik at den forblir slått AV.
Dette fører igjen til at reléet forblir slått av med kontaktene hvilende på N/C-kontaktene.
Pæren blir konfigurert på N/O-kontakter til reléet forblir slått AV.
Når mørket senker seg i, begynner belysningen på LDR å avta, noe som fører til at motstanden øker. På grunn av dette begynner spenningen ved inngangen til N1 å stige. Hysterese-funksjonen til N1-porten 'venter' til denne spenningen er tilstrekkelig høy til å få utgangen til å endre tilstand fra høy til lav.
Så snart utgangen til N1 blir lav, inverteres den av N2, N3, N4-portene for å skape en høy ved deres parallelle utganger.
Denne høye slår PÅ transistoren og reléet, og deretter lyser også LED-pæren. På denne måten når kvelden eller mørket senker seg, slås den påmonterte gatelyspæren automatisk PÅ.
Neste morgen reverserer prosessen, og gatelampen slås automatisk AV.
3) Skadedyravvisende krets
Hvis du ønsker å bygge en billig, men rimelig effektivt rotte- eller gnageravstøtende enhet , så kan denne enkle kretsen hjelpe.
Igjen, denne designen også de 4 Schmitt-utløserportene fra en enkelt IC 4093.
Konfigurasjonen er ganske lik piezo-driverkretsen, bortsett fra inkluderingen av nedtrappingstransformator .
Det høyfrekvente signalet som kan være egnet for å drive vekk skadedyr justeres nøye med P1.
Denne frekvensen forsterkes av de 3 parallelle portene langs og transistoren Q1. Q1-kollektoren kan sees konfigurert med en primær av en 6 V-transformator.
Transformatoren øker frekvensen til et høyt spenningsnivå på 220 V eller 117 V avhengig av spenningsspesifikasjonen til transformatorens sekundære.
Denne forsterkede spenningen påføres over en piezo-transduser for å generere en høy støy. Denne støyen kan være svært forstyrrende for skadedyrene, men kan være uhørbar for mennesker.
Den høyfrekvente støyen får til slutt skadedyrene til å forlate området og løpe bort til et annet fredelig sted.
4) Høyeffekt sirenekrets
Figuren nedenfor viser hvordan IC 4093 kan brukes til å bygge en kraftig sirenekrets . Tonen på sirenen er fullt justerbar gjennom en potensiometerknapp.
Til tross for det enkle oppsettet, er kretsen i dette eksemplet faktisk i stand til å produsere en høy lyd. n-kanals MOSFET som driver høyttalerne gjør dette mulig.
Denne spesielle MOSFET har et utgangsdrain til kildemotstand på bare tre milliohm og kan betjenes direkte ved hjelp av CMOS-logiske kretser. Videre kan dreneringsstrømmen nå 1,7 A, med en topp drain-kildespenning på 40 V.
Det er greit å laste MOSFET direkte med en høyttaler fordi den er i hovedsak uforgjengelig.
Å kontrollere kretsen er like enkelt som å skru ENABLE-inngangslogikken høy (som også kan implementeres gjennom en vanlig bryter i stedet for en digital kilde).
Port N2 oscillerer som et resultat av pulsene fra Schmitt-trigger N1 når inngangen på pinne 5 er høy. Gate N2s utgang mates til MOSFET gjennom buffertrinn bygget rundt N3. Forhåndsinnstillingen P1 gjør at N2s frekvens kan moduleres.
5) Forsinket AV-timer med summer
IC 4093 kan også brukes til å bygge en nyttig, men enkel forsinkelse AV timerkrets , som vist i figuren ovenfor. Når strømmen er slått PÅ, vil piezo-summeren begynne å summe som indikerer at timeren ikke er stilt inn.
Timeren stilles inn når trykket trykkes ON et øyeblikk.
Når trykknappen trykkes, lader C3 raskt og bruker en høy logikk ved inngangen til den tilhørende 4093-porten. Dette fører til at utgangen fra porten blir lav eller 0 V. Denne 0 V tilføres inngangen til oscillatortrinnet bygget rundt port N1.
Denne 0 V trekker N1-portinngangen til 0 V via dioden D1 og deaktiverer den, slik at N1 ikke er i stand til å oscillere.
Utgangen til N1 inverterer nå inngangslogiske null til en logisk høy ved sin utgang som mates til de parallelle inngangene til N2 og N3.
N2 og N3 inverterer nok en gang denne logikken høyt til logisk null ved bunnen av transistoren, slik at transistoren og piezoen forblir slått AV.
Etter en forhåndsbestemt forsinkelse utlades kondensatoren C3 fullstendig gjennom R3-motstanden. Dette fører til at en logisk lav vises ved inngangen til den tilhørende porten. Utgangen til denne porten blir nå høy.
På grunn av dette fjernes den logiske null fra inngangen til N1. Nå er N1 aktivert og begynner å generere en høyfrekvent utgang.
Denne frekvensen forsterkes ytterligere av N2, N3 og transistoren for å drive piezoelementet. Piezoen begynner nå å summe som indikerer at forsinkelsen AV-tiden har utløpt.
6) Trykk på Aktivert bryter
Det neste designet viser en enkel berøringsaktivert bryter ved å bruke en enkelt 4093 IC. Virkningen av kretsen kan forstås med følgende forklaring.
Så snart strømmen slås på på grunn av kondensatoren C1 ved N1s inngang, blir logikken ved N1s inngang dratt til jordspenning. Dette får N1- og N2-tilbakemeldingssløyfene til å låse seg med denne inngangen. Dette resulterer i dannelsen av en 0 V logikk ved N2s utgang.
0 V-logikken gjør at utgangsrelédrivertrinnet er inaktivt under den første strømbryteren PÅ.
Tenk deg nå at bunnen av transistoren T1 berøres med en finger. Transistoren vil umiddelbart trigge PÅ, og generere et høyt logisk signal via C2 og D2 ved inngangen til N1.
C2 lader raskt og forhindrer etterfølgende feilaktivering ved berøring. Dette sikrer at prosedyren ikke blir hemmet av den avstøtende effekten.
Den ovennevnte logiske høyen reverserer umiddelbart tilstanden til N1/N2, og får dem til å låse seg og skape en positiv utgang. Relédrivtrinnet og tilhørende last slås PÅ av denne positive utgangen.
Nå skal neste fingerkontakt føre til at kretsen går tilbake til sin opprinnelige posisjon. N4 brukes for å oppnå denne funksjonaliteten.
Når kretsen går tilbake til sin opprinnelige status, lader C3 jevnt (i løpet av få sekunder), noe som forårsaker at en logisk lav vises ved den aktuelle inngangen til N3.
Imidlertid er den andre inngangen til N3 allerede holdt på logisk lav av motstanden R2, som er jordet. N3 er nå perfekt posisjonert i standby-tilstand, 'klar' for neste innkommende berøringsutløser.
7) Regnsensor
IC 4093 kan også perfekt konfigureres for å lage en regnsensorkrets med en oscillator for summeren.
Et 9 V-batteri kan brukes til å drive kretsen, og på grunn av det ekstremt lave strømforbruket vil det overleve i minimum ett år. Den må skiftes etter et år siden den da vil mangle pålitelighet på grunn av selvutladning.
I sin enkleste form består enheten av en regn- eller vanndetektor, en RS-bistabil, en oscillator og et kjøretrinn for advarselssummeren.
Et kassert 40 x 20 mm kretskort fungerer som vannsensor. Kablede tilkoblinger kan brukes til å koble sammen alle spor på PCB. For å forhindre at sporene korroderer, kan det være lurt å fortinne dem.
Når strømmen slås på, aktiveres den bistabile umiddelbart gjennom serienettverket til R1 og C1.
Motstanden mellom de to settene med spor på sensorens PCB er veldig høy så lenge den er tørr. Imidlertid avtar motstanden raskt når det oppdages fuktighet.
Sensoren og motstanden R2 er koblet i serie, og de to kombinert skaper en spenningsdeler som er fuktavhengig. Så snart inngang 1 til N2 blir lav, tilbakestiller den den bistabile RS-en. Oscillator N3 er som et resultat slått på, og førerport N4 betjener summeren.
8) Løgnedetektor
En annen flott måte å bruke kretsen ovenfor kan være i form av en løgndetektor.
For en løgndetektor erstattes sensorelementet med to stykker tråd med endene strippet og fortinnet.
Den som blir avhørt får deretter de nakne ledningene for å holde godt fast. Summeren begynner å høres hvis målet tilfeldigvis forteller løgner. Denne situasjonen utløses på grunn av fuktigheten som genereres på personens grep på grunn av nervøsitet og skyldfølelse.
Verdien av R2 bestemmer kretsens følsomhet; litt eksperimentering kan være nødvendig her.
Ved å låse bryteren S1 PÅ, kunne oscillatoren (og dermed summeren) slås av.
9) Signalinjektor
En 4093 IC kan effektivt konfigureres til å fungere som en lydinjektorkrets. Denne enheten kan brukes til å feilsøke defekte deler i lydkretsstadier.
Hvis du noen gang har forsøkt å fikse dine egne lydsystemer, er du kanskje fullt kjent med egenskapene til en signalinjektor.
En signalinjektor, for lekmannen, er en grunnleggende firkantbølgegenerator laget for å pumpe en lydfrekvens inn i en krets som testes.
Den kan brukes til å oppdage og identifisere en defekt komponent i en krets. En signalinjektorkrets kan også brukes til å undersøke RF-seksjonene til AM/FM-mottakere.
Figuren ovenfor viser en skjematisk representasjon av signalinjektoren. Oscillatoren eller firkantbølgegeneratordelen av kretsen er strukturert rundt en enkelt port (IC1a).
Verdiene til kondensator C1 og motstand R1/P1 setter frekvensen til oscillatoren, som kan være rundt 1 kHz. Ved å justere P1- og C1-verdiene for oscillatortrinnet, kunne kretsens frekvensområde endres.
Kretsens firkantbølgeutgang slår PÅ/AV over hele forsyningsspenningsskinnen. Forsyningsspenninger som varierer fra 6 til 15 volt kan brukes til å drive kretsen.
Du kan imidlertid også bruke et 9V batteri. Utgangen til port N1 er koblet sammen i serie med de resterende tre portene til IC 4093. Disse 3 portene kan sees koblet parallelt med hverandre.
Med dette arrangementet blir oscillatorutgangen tilstrekkelig bufret og forsterket til et nivå som på passende måte kan mate kretsen som testes.
Hvordan bruke en signalinjektor
For å feilsøke en krets ved hjelp av en injektor, injiseres signalet over komponenter fra baksiden til forsiden. La oss si at du vil feilsøke en AM-radio med en injektor. Du begynner med å bruke injektorens frekvens til bunnen av utgangstransistoren.
Hvis transistoren og de andre delene som følger den fungerer som de skal, vil signalet høres gjennom høyttaleren. I tilfelle det ikke høres noe signal, føres injektorsignalet videre mot høyttaleren inntil en lyd produseres av høyttaleren.
Delen umiddelbart før dette punktet kan antas mest sannsynlig å være feil.
10) Lysrørsdriver
Figuren ovenfor viser Fluorescerende lys-inverter skjematisk design ved bruk av IC 4093. Kretsen kan brukes til å drive en fluorescerende pære ved bruk av to 6 volts oppladbare batterier eller et 12-volts bilbatteri.
Med noen få små justeringer er denne kretsen praktisk talt identisk med den forrige.
I det eksisterende formatet byttes Q1 vekselvis fra metning og avskjæring ved å bruke den bufrede oscillatorutgangen.
Primæren til T1 opplever et stigende og fallende magnetfelt som et resultat av kollektorsvitsjen til Q1, som er koblet til en terminal på en opptrappingstransformator.
Som et resultat opplever sekundærviklingen til T1 en induksjon av en vesentlig større fluktuerende spenning.
Lysrøret mottar spenningen som skapes i T1s sekundære, som får det til å lyse opp raskt og uten å flimre.
Et 6 watts lysrør kan drives av kretsen ved hjelp av en 12-volts forsyning. Ved bruk av to 6 volts oppladbare våte batterier, bruker kretsen kun 500 mA.
Derfor kan flere timers drift oppnås fra en enkelt lading. Lampen vil fungere betydelig annerledes enn når den drives av 117 volt eller 220V vekselstrøm.
Ingen starter eller forvarmer er nødvendig siden røret er energisert med høyspentsvingninger. Utgangstransistoren må installeres på en kjøleribbe mens kretsen konstrueres. Transformatoren kan være ganske liten med en 220V eller 120V primær og en 12,6 volt, 450 mA sekundær.
11) Fluorescerende blinklys
Fluorescerende Flasher, avbildet i figuren ovenfor, inneholder trinn fra både den grunnleggende 4093 oscillatorkretsen og 4093 fluorescerende lysdriverkretsen.
Denne designen, bestående av to oscillatorer og et forsterker/buffertrinn, kan implementeres som en blinkende varsellampe for kjøretøy. Som man kan se, kobles her en pinout på forsterker-/buffertrinnet N3 med utgangen til den første oscillatoren (N1).
Den andre oscillatoren bygget rundt N2 gir inngangen til forsterkerens andre ben (N3). De to oscillatorens uavhengige RC-nettverk definerer deres driftsfrekvenser. Ved hjelp av transistoren Q1 genererer systemet en frekvensmodulert svitsjeutgang.
Denne svitsjeutgangen induserer en høyspenningspuls i sekundærviklingen til transformator T1. Utgangen blir bare lav så snart begge signalene som leveres til IC1c er høye. Denne lave slår av Q1 og til slutt begynner lampen å blinke.
12) Lysaktivert lampeblink
Den lysutløste fluorescerende blinklyset som vist ovenfor er en oppgradering til den forrige IC 4093 fluorescerende blinklyskretsen. Den forrige 4093 blinkerkretsen har blitt rekonfigurert til å begynne å flimre umiddelbart så snart en nærgående bilist lyser opp LDR med hodelyktene.
En LDR, R5, fungerer som lyssensor i kretsen. Potensiometer R4 justerer kretsens følsomhet. Dette må justeres slik at når en lysstråle blinker over LDR fra en avstand på 10 til 12 fot, begynner lysrøret å blinke.
I tillegg er potensiometer R1 justert for å sikre at når lyskilden fjernes fra LDR, slår blinklyset seg av av seg selv.
