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Circuitos de tiempo e intermitentes con el 4093 (ART307S y ART308S)

   El circuito integrado CMOS 4093 es uno de los más versátiles que conocemos, llegando incluso a ser comparado con el 555 en utilidad. La cantidad de configuraciones en que se puede utilizar es muy grande, lo que lleva a la posibilidad de uso en una infinidad de soluciones prácticas para problemas que no requieren componentes dedicados. Así, a raíz de los circuitos que damos en este artículo, existen varias configuraciones que pueden ser aprovechadas (de la forma que están o modificadas) en la solución de problemas personales, en la industria, en el laboratorio de prueba y desarrollo y en muchos otros casos.

   Decir que un libro podría ser escrito conteniendo sólo aplicaciones para el 4093 no es sólo una forma exagerada de asignar una enorme gama de utilidades para ese circuito integrado.

 

   El libro realmente existe y fue publicado por el autor de ese artículo en los Estados Unidos. Se llama CMOS Projects and Experimentos y fue publicado por Newnes y contiene 135 proyectos prácticos usando el circuito integrado 4093.

 

   Para el profesional, la posibilidad de configurar un circuito de modo que pueda ser usado para resolver un problema específico, es muy importante y el 4093 ofrece esa posibilidad.

 

   A continuación, damos algunas configuraciones poco comunes para el 4093.

 

El 4093

   El circuito integrado 4093 está formado por 4 puertos NAND disparadores CMOS con el pinagem mostrado en la figura 1.

 


 

 

   Cada una de las cuatro puertas se puede utilizar de forma independiente.

 

   La característica de histéresis de estas puertas es el principal destaque de este circuito integrado.

 

   Una transición lenta de los niveles lógicos de entrada causan un cambio muy rápido de los niveles lógicos de salida y el umbral para la transición positiva ocurre en un punto diferente del umbral para la transición negativa, como muestra la figura 2.

 


 

 

 

   Este comportamiento posibilita el uso del 4093 en aplicaciones poco comunes para los integrados de la familia lógica CMOS 4XXX, algunas de las cuales involucra señales analógicas, oscilación y circuitos de tiempo.

 

   La siguiente tabla muestra las características eléctricas del 4093:

CaracterísticaCondição (Vdd)ValorCorrente máxima drenada ou fornecida na saída (tip.)5 V
10 V
15 V0,88 mA
2,25 mA
8,8 mATempo de Propagação do sinal (tip.)5 V
10 V
15 V300 ns
120 ns
80 nsCorrente quiescente máxima5 V
10 V
15 V0,25 uA
0,5 uA
1 uAHisterese (tip.)5 V
10 V
15 V1,6 V
2,2 V
2,7 VFaixa de Tensões de alimentação3 V a 15 V 

 

Aplicaciones

 

   Los circuitos que presentamos a continuación tienen sus características dependientes tanto de la tensión de alimentación y de las tolerancias de los componentes usados.

 

   Dependiendo de la aplicación, los valores deben ser cambiados en un cierto rango de valores para llegar al rendimiento esperado.

 

A) Llave con Retardo

 

   El circuito que se muestra en la figura 3 puede utilizarse para retardar la alimentación de una carga cuando se establece la tensión en sus terminales. El tiempo de retardo, que puede sobrepasar 1 hora depende del valor de C1 y del ajuste de P1.

 


 

 

 

   Su principio de funcionamiento es simple de entender:

 

   Cuando se establece la alimentación, C1 se encuentra descargado y, por lo tanto, la tensión aplicada a la entrada de CI-1a (conectado como inversor) corresponde al nivel bajo.

 

   Su salida estará en el nivel alto y con ello los tres inversores siguientes tendrán la salida nuevamente en el nivel bajo.

 

   Con ello, el transistor Q1 estará polarizado en el corte y el relé desactivado.

 

   Con el tiempo, la carga de C1 aumenta hasta que la tensión llega a un valor que pasa a ser reconocido como nivel alto, conmutando CI-1a.

 

   Cuando esto ocurra, su salida irá al nivel bajo.

 

   Este nivel lógico se aplicará a la entrada de los tres variadores siguientes y su salida conmutará al nivel alto.

 

   El resultado es que ahora el transistor Q1 se polarizará en el sentido de saturar cerrando los contactos del relé. La carga conectada al relé se energizará.

 

   En este caso, el circuito puede funcionar "al contrario" apagando una carga de dos formas.

 

   Una de ellas consiste en utilizar los contactos NF del relé.

 

   Sin embargo, la más recomendada es el cambio de posición de P1 / R1 con C1, de modo que al conectar, la temporización comience con el relé comience energizado.

 

   Al final, se apaga. La ventaja es que, al apagar, el circuito prácticamente deja de consumir energía.

 

   El relé utilizado debe tener una bobina para una corriente máxima de 50 mA, tensión de acuerdo con la alimentación y los contactos de acuerdo con la carga controlada.

 

B) Intermitente Simple

 

    El circuito mostrado en la figura 4 acciona una carga de forma intermitente con un ciclo activo que se aproxima al 50%.

 


 

 

    La frecuencia del circuito depende tanto del ajuste de P1 y del valor del condensador C1.

 

    Las frecuencias entre 0,5 y 2 Hz se pueden obtener con un capacitor de 470 nF.

 

    El valor máximo del capacitor, para una intermitencia muy larga es del orden de 1 000 uF.

 

    La carga depende del transistor utilizado. Para un relé con bobina hasta 50 mA y alimentación en el rango de 6 a 12 V el transistor usado puede ser el BC548 o cualquier otro de uso general.

 

    Para el accionamiento directo de cargas de mayor potencia como, por ejemplo, lámparas, relés o solenoides se pueden utilizar transistores bipolares NPN de potencia como los BD135 (500 mA), TIP31 (2 A) o incluso FET de potencia para cargas de varios amperios.

 

C) Intermitente con Ciclo Activo Ajustable

 

   Para lograr un ciclo activo distinto del 50% existen diversas configuraciones posibles basadas en el 4093.

 

   Una de ellas, bastante interesante por el enfoque poco común, es la mostrada en la figura 5.

 

 


 

 

 

   La frecuencia básica del circuito se determina mediante el ajuste de P1 y el valor de C1. El capacitor C1 puede tener valores de hasta 1 000 uF, para frecuencias extremadamente bajas, con un período de más de media hora.

 

   El tiempo de duración del pulso negativo generado depende de P2 y también del capacitor C2.

 

   La elección de este componente depende de la aplicación.

 

   La salida tiene la forma de onda mostrada en el diagrama, debiendo ser usado un circuito conductor de acuerdo con la aplicación.

 

   Unidades directas de cargas de potencia o relés según los circuitos anteriormente mostrados sirven perfectamente para esa aplicación.

 

   Se observa, sin embargo, las corrientes máximas que pueden ser suministradas o drenadas por el 4093, y que dependen de la tensión de alimentación.

 

 

D) Intermitente de Potencia con Regulador de Voltaje

 

   Una configuración igualmente fuera de lo común para un intermitente capaz de accionar lámparas u otras cargas, con corrientes de hasta 3A, es la mostrada en la figura 6.

 

     


 

 

 

   El ciclo activo es aproximadamente el 50%, pero vale la idea de agregar el paso con el LM350T al circuito anterior para obtener ciclos activos diferentes.

 

   Lo que hace este circuito es generar una señal cuadrática que controla la tensión de salida del LM350T.

 

   El circuito integrado LM350T consiste en un regulador de tensión ajustable con salida de hasta 3 A, de National Semiconductor (Ahora Texas Instruments).

 

   Cuando el perno C (control) está conectado a tierra, lo que ocurre cuando Q1 está saturado, la tensión de salida es la tensión del zener interno de aproximadamente 1,25 V.

 

   Cuando el pasador del transistor Q1 está en el corte, la tensión en el pasador C del LM350T es dada por el ajuste de P2.

 

   Así, si ajustamos esta tensión a 12 V, la tensión de salida del circuito oscilará entre 1,25 V y 12 V según los niveles lógicos aplicados a la base de Q1.

 

   En este circuito, los niveles lógicos son aplicados por un oscilador que tiene como base un 4093 y cuya frecuencia es determinada por el ajuste de P1.

 

   Una lámpara de 12 V conectada a la salida del circuito parpadeará a una frecuencia determinada por el ajuste de P1.

 

   Una aplicación interesante para este circuito es señalización automotriz.

 

 

E) Intermitente Con Ciclo Activo II

 

   En el circuito de la figura 7 la carga accionada es una lámpara, pero nada impide que sea un relé, un motor, un solenoide u otra carga que deba tener un funcionamiento intermitente.

 


 

 

 

   El ciclo activo está determinado por los ajustes de P1 y P2 y la frecuencia central por el condensador C1.

 

   P1 determina el tiempo de descarga del capacitor y por lo tanto el tiempo en que la salida de CI-1a permanece en el nivel alto. P2 ajusta el tiempo de carga de C1 y, por lo tanto, el tiempo en que la salida permanece en el nivel bajo.

 

   Con CI-1a con la salida en el nivel alto la carga (lámpara) permanece apagada y con la salida en el nivel bajo, encendida.

 

   Esto ocurre porque los convertidores formados por las puertas restantes en paralelo invierte la señal y, por lo tanto, el modo Q1 se excita.

 

   Los transistores equivalentes al TIP120, para mayor capacidad de corriente, o incluso Power MOSFETs se pueden usar.

 

   Entre las aplicaciones posibles para ese circuito podemos citar la señalización alimentada por batería, aplicaciones automotrices o incluso automatización cuando solenoides o motores pueden ser excitados de modo intermitente y con el ciclo activo controlado.

 

 

F) Intermitente con Ciclo Activo III

 

   Una variación del circuito anterior que excita directamente un relé se muestra en la figura 8.

 


 

 

 

   En este circuito, el principio de funcionamiento de la parte osciladora es el mismo del circuito anterior. P1 controla la descarga del capacitor y P2 la carga. La frecuencia central de operación depende de C1.

 

    La carga del circuito es un relé cuya tensión de bobina depende de la alimentación.

 

   Se deben utilizar relés sensibles con corrientes máximas de bobina de unos 50 mA y contactos de acuerdo con la carga que debe controlarse. Reed relés también se pueden utilizar.

 

   Una posibilidad interesante de utilizar este circuito en automatización o como sensor se obtiene con el cambio de una de las ramas que determina la frecuencia (R1 / P1, por ejemplo) por un sensor resistivo.

 

   El sensor puede ser un LDR o un NTC. En este caso tenemos la modulación de una de las características de la señal, duración del pulso o intervalo de acuerdo con la magnitud física que actúa sobre el sensor: luz o temperatura.

 

 

Conclusión

 

   Lo que hemos visto es sólo una pequeña muestra de lo que se puede hacer con el 4093 funcionando como oscilador o incluso circuito de temporización.

 

   Ciertamente, con bases en esas configuraciones los diseñadores pueden crear mucho más y hasta resolver problemas de automatización de forma sencilla con componentes baratos.

 

 

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