4093 е 14-пинов пакет, съдържащ четири тригерни гейта с положителна логика, 2 входа NAND Schmitt, както е показано на следващата фигура. Възможно е да управлявате четирите NAND порта отделно или колективно.
Индивидуалните логически порти на IC 4093 работи по следния начин.
Както можете да видите, всяка врата има два входа (A и B) и един изход. Изходът променя състоянието си от максимално ниво на захранване (VDD) на 0V или обратно в зависимост от това как се захранват входните щифтове.
Този изходен отговор може да бъде разбран от таблицата на истината на порта 4093 NAND, както е показано по-долу.
Съдържание
Разбиране на таблицата на истината 4093
От горните подробности за таблицата на истината можем да интерпретираме логическите операции на портата, както е обяснено по-долу:
- Когато и двата входа са ниски (0V), изходът става висок или равен на захранващото DC ниво (VDD).
- Когато вход A е нисък (0V) и вход B е висок (между 3 V и VDD), изходът става висок или равен на захранващото DC ниво (VDD).
- Когато вход B е нисък (0V) и вход A е висок (между 3 V и VDD), изходът става висок или равен на захранващото DC ниво (VDD).
- Когато и двата входа A и B са високи (между 3 V и VDD), изходът става нисък (0V)
Характеристиките на трансфера на 4093 quad NAND Schmitt Trigger са показани на следващата фигура. За всички нива на положително захранващо напрежение (VDD), трансферната характеристика на портите показва същата основна структура на вълната.
Разбиране на IC 4093 Schmitt тригери и хистерезис
Една отличителна черта на IC 4093 NAND гейтовете е, че всички те са тригери на Шмит. И така, какво точно представляват тригерите на Шмит?
Тригерите IC 4093 Schmitt са уникално разнообразие от NAND гейтове. Една от най-полезните му функции е колко бързо реагират на входящите сигнали.
Логическите порти със задействане на Schmitt ще се активират и ще превърнат своите изходи във високо или ниско ниво само след като тяхното входно логическо ниво достигне истинско ниво. Това е известно като хистерезис.
Способността на тригера на Шмит да създава хистерезис е решаваща характеристика (обикновено около 2,0 волта при използване на 10 V захранване).
Нека да разгледаме набързо веригата на осцилатора, изобразена на Фиг. A по-долу, за да придобием по-задълбочено разбиране на хистерезиса. Фигура B сравнява входните и изходните вълнови форми на осцилаторната верига.
Ако погледнете Фиг. A, ще видите, че входът на щифт 1 на портата е свързан към релсата за положително напрежение, докато входът на щифт 2 е прикрепен към съединението на кондензатора (C) и резистора за обратна връзка (R).
Кондензаторът остава разреден и входовете и изходите на гейта са при нулево напрежение (логическа 0), докато захранващият DC не бъде включен към веригата.
Веднага след като захранването с постоянен ток се включи към веригата на осцилатора, щифт 1 на портата незабавно става висок, въпреки че щифт 2 остава нисък.
Изходът на NAND гейта се люлее високо в отговор на входната ситуация (проверете времето t0 на фиг. B).
В резултат на това резисторът R и кондензаторът C започват да се зареждат, докато достигнат нивото на VN. Сега Pin 2 незабавно става висок, веднага щом зарядът на кондензатора достигне нивото на VN.
Сега, тъй като и двата входа на портата са високи (вижте времето t1), изходът на портата се люлее ниско. Това принуждава C да се разрежда през R, докато достигне нивото на VN.
Когато напрежението на щифт № 2 падне до нивото на VN, изходът на гейта се връща обратно към високо ниво. Тази поредица от изходни цикли на ВКЛЮЧВАНЕ/ИЗКЛЮЧВАНЕ продължава, докато веригата остава захранвана. Ето как веригата трепти.
Ако погледнем времевата графика, ще открием, че изходът става нисък само когато входът достигне стойността на Vp, а изходът се люлее високо само когато входът достигне под нивото на VN.
Това се определя от зареждането и разреждането на кондензаторите през времевите интервали t0, t1, t2, t3 и т.н.
От горната дискусия можем да видим, че изходът на тригера на Шмит се превключва само когато входът достигне добре дефинирано ниско ниво VN и високо ниво Vp. Това действие на тригера на Шмит за включване/изключване в отговор на добре дефинирани прагове на входното напрежение се нарича хистерезис.
Едно от основните предимства на осцилаторната верига на Шмит е, че тя автоматично се стартира при включване на веригата.
Захранващото напрежение контролира работната честота на веригата. Това е приблизително 1,2 MHz за захранване от 12 волта и пада с намаляване на захранването. C трябва да има минимална стойност от 100 pF, а R не трябва да е по-ниска от 4,7k.
IC 4093 Проекти на вериги
Тригерната интегрална схема 4093 Schmitt е универсален чип, който може да се използва за конструиране на много интересни верижни проекти. Четирите тригера на Schmitt, предоставени в един чип 4093, могат да бъдат персонализирани за много полезни реализации.
В тази статия ще обсъдим няколко от тях. Следващият списък предоставя имената на 12 интересни проекта за схеми IC 4093. Всеки един от тях ще бъде обсъден подробно в следващите параграфи.
- Прост пиезо драйвер
- Верига за автоматично улично осветление
- Репелентна верига за вредители
- Верига на високомощна сирена
- Верига на таймера за забавяне на изключване
- Докоснете активирана верига за включване/изключване
- Верига на сензор за дъжд
- Верига на детектор на лъжата
- Верига на инжектор на сигнал
- Верига на драйвера на флуоресцентна тръба
- Флуоресцентна тръба мигаща верига
- Светлинно активирана мигаща верига
1) Прост пиезо драйвер
Много проста и ефективна схема на пиезо драйвер може да се изгради с помощта на единичен IC 4093, както е показано на горната електрическа схема.
Един от задействащите гейтове на Шмит N1 е монтиран като регулируема осцилаторна верига. Изходът на този осцилатор е правоъгълна вълна с честота, определена от стойността на кондензатора C1 и настройката на пот P1.
Изходната честота от N1 се прилага към портите N2, N3, N4, които са свързани паралелно. Тези паралелни порти работят като буфер и токов усилвател. Те заедно помагат за увеличаване на текущия капацитет на изходната честота.
Усилената честота се прилага към основата на транзистора BC547, който допълнително усилва честотата, за да управлява прикрепен пиезо преобразувател. Сега пиезопреобразувателят започва да бръмчи сравнително силно.
Ако искате да увеличите още повече силата на звука на пиезото, можете да опитате да добавите 40uH зумер бобина точно през пиезо проводниците.
2) Верига за автоматично улично осветление
Друга чудесна употреба на IC 4093 може да бъде под формата a проста верига за автоматично улично осветление , както е показано на горната диаграма.
Тук портата N1 е свързана като компаратор. Той сравнява потенциала, генериран от резистивната разделителна мрежа, образувана от съпротивлението на LDR и съпротивлението на пот R1.
В този етап N1 ефективно използва характеристиката на хистерезис на вградения Schmitt тригер. Той гарантира, че неговият изход променя състоянието само когато съпротивлението на LDR достигне определено екстремно ниво.
Как работи
През деня, когато има достатъчно околна светлина върху LDR, съпротивлението му остава ниско. В зависимост от настройката на P1, това ниско съпротивление създава ниска логика на входните щифтове на N1, което кара неговия изход да остане висок.
Това високо ниво се прилага към входовете на буферното стъпало, създадено от паралелното свързване на N2, N3, N4.
Тъй като всички тези порти са монтирани като НЕ порти, изходът е обърнат. Високата логика от N1 се обръща към ниска логика на изхода на портите N2, N3, N4. Тази ниска логика или 0V достига до основата на транзистора T1 на драйвера на релето, така че да остане изключен.
Това от своя страна кара релето да остане изключено, като контактите му лежат върху N/C контактите.
Крушката, която се конфигурира на Н/О контакти на релето остава изключено.
Кога тъмнината се задава в, осветеността на LDR започва да намалява, което води до увеличаване на съпротивлението му. Поради това напрежението на входа на N1 започва да нараства. Характеристиката на хистерезис на порта N1 'изчаква', докато това напрежение стане достатъчно високо, за да накара изхода му да промени състоянието от високо на ниско.
Веднага щом изходът на N1 стане нисък, той се обръща от гейтовете N2, N3, N4, за да създаде висок при техните паралелни изходи.
Това високо включва транзистора и релето, след което свети и LED крушката. По този начин, когато настъпи вечер или мрак, свързаната крушка за улично осветление автоматично се включва.
На следващата сутрин процесът се обръща и крушката на уличната лампа автоматично се изключва.
3) Репелентна верига за вредители
Ако искате да изградите евтин, но сравнително ефективен устройство против плъхове или гризачи , тогава тази проста схема може да помогне.
Отново, този дизайн също и 4-те задействащи врати на Шмит от един IC 4093.
Конфигурацията е доста подобна на веригата на пиезо драйвера, с изключение на включването на понижаващ трансформатор .
Високочестотният сигнал, който може да е подходящ за прогонване на вредители, се настройва внимателно с помощта на P1.
Тази честота се усилва от 3-те паралелни гейта и транзистора Q1. Колекторът Q1 може да се види конфигуриран с първичен трансформатор от 6 V.
Трансформаторът повишава честотата до ниво на високо напрежение от 220 V или 117 V в зависимост от спецификацията на напрежението на вторичния трансформатор.
Това повишено напрежение се прилага през пиезо преобразувател за генериране на висок шум. Този шум може да бъде много обезпокоителен за вредителите, но може да не се чува за хората.
Високочестотният шум в крайна сметка кара вредителите да напуснат района и да избягат на някое друго спокойно място.
4) Верига на сирената с висока мощност
Фигурата по-долу показва как IC 4093 може да се приложи за изграждане на мощен верига на сирена . Тонът на сирената се регулира напълно чрез копче на потенциометъра.
Въпреки простата си настройка, веригата в този пример наистина може да произведе силен звук. n-каналният MOSFET, който захранва високоговорителите, позволява това.
Този конкретен MOSFET има съпротивление на изходния дрейн към източника от само три милиома и може да се управлява директно с помощта на CMOS логически схеми. Освен това неговият дренажен ток може да достигне 1,7 A, с пиково напрежение дрейн-източник от 40 V.
Добре е да заредите MOSFET директно с високоговорител, защото той по същество е неразрушим.
Управлението на веригата е толкова просто, колкото да завъртите входната логика ENABLE високо (което може да се реализира и чрез обикновен ключ вместо цифров източник).
Портал N2 осцилира в резултат на импулсите от тригера на Шмит N1, след като входът на пин 5 е висок. Изходът на Gate N2 се подава към MOSFET чрез буферен етап, изграден около N3. Предварително зададеният P1 позволява честотата на N2 да бъде модулирана.
5) Таймер за отлагане на изключване със зумер
IC 4093 може да се използва и за изграждане на полезен, но прост таймер за закъснение при изключване , както е показано на фигурата по-горе. Когато захранването е включено, пиезо зумерът ще започне да бръмчи, което показва, че таймерът не е зададен.
Таймерът се настройва, когато бутонът се натисне за кратко.
Когато бутонът се натисне, C3 бързо се зарежда и прилага висока логика на входа на свързания 4093 гейт. Това кара изхода на портата да стане нисък или 0 V. Тези 0 V се прилагат към входа на етапа на осцилатора, изграден около порта N1.
Това 0 V дърпа входа на гейта N1 до 0 V чрез диод D1 и го деактивира, така че N1 не може да осцилира.
Изходът на N1 сега инвертира входната логическа нула до логическа висока стойност на изхода си, която се подава към паралелните входове на N2 и N3.
N2 и N3 отново инвертират тази логика високо в логическа нула в основата на транзистора, така че транзисторът и пиезото остават изключени.
След предварително определено забавяне кондензаторът C3 се разрежда напълно през резистора R3. Това води до поява на логическо ниско ниво на входа на свързания гейт. Изходът на тази порта сега става висок.
Поради това се премахва логическата нула от входа на N1. Сега N1 е активиран и започва да генерира високочестотен изход.
Тази честота се усилва допълнително от N2, N3 и транзистора, за да управлява пиезо елемента. Пиезото сега започва да бръмчи, което показва, че времето за закъснение за ИЗКЛЮЧВАНЕ е изтекло.
6) Докоснете Активиран превключвател
Следващият дизайн показва a прост превключвател с докосване използвайки един 4093 IC. Работата на веригата може да бъде разбрана със следното обяснение.
Веднага след като захранването се включи поради кондензатора C1 на входа на N1, логиката на входа на N1 се изтегля към напрежението на земята. Това кара веригите за обратна връзка N1 и N2 да блокират с този вход. Това води до създаването на логика 0 V на изхода на N2.
Логиката 0 V прави етапа на драйвера на изходното реле неактивен по време на първото включване на захранването.
Сега си представете, че основата на транзистора Т1 е докосната с пръст. Транзисторът веднага ще се включи, генерирайки висок логически сигнал през C2 и D2 на входа на N1.
C2 зарежда бързо и предотвратява последващо погрешно активиране от допир. Това гарантира, че процедурата няма да бъде възпрепятствана от ефекта на разбиване.
Горепосоченият логически висок незабавно обръща състоянието на N1/N2, карайки ги да блокират и да създадат положителен изход. Етапът на задвижване на релето и свързаният товар се включват от този положителен изход.
Сега следващият контакт с пръст трябва да накара веригата да се върне обратно в първоначалната си позиция. N4 се използва за постигане на тази функционалност.
След като веригата се върне към първоначалното си състояние, C3 стабилно се зарежда (за няколко секунди), което води до поява на логическо ниско ниво на съответния вход на N3.
Въпреки това, другият вход на N3 вече се поддържа на ниско логическо ниво от резистора R2, който е заземен. N3 вече е перфектно позициониран в състояние на готовност, 'готов' за следващото входящо докосване.
7) Сензор за дъжд
IC 4093 може също да бъде идеално конфигуриран за създаване на a верига на сензор за дъжд с осцилатор за зумера.
9 V батерия може да се използва за захранване на веригата и поради изключително ниската консумация на ток, тя ще оцелее минимум една година. Трябва да се смени след една година, тъй като тогава няма да има надеждност поради саморазреждане.
В най-простата си форма устройството се състои от детектор за дъжд или вода, R-S бистабил, осцилатор и задвижващо стъпало за предупредителния зумер.
Изхвърлено парче платка с размери 40 на 20 мм служи като сензор за вода. Кабелните връзки могат да се използват за свързване на всички писти на печатната платка. За да предотвратите корозия на пистите, може да е препоръчително да ги калайдисате.
Когато захранването е включено, бистабилът незабавно се активира чрез последователната мрежа от R1 и C1.
Съпротивлението между двата комплекта писти на печатната платка на сензора е наистина много високо, стига да е суха. Съпротивлението обаче бързо намалява, когато се открие влага.
Сензорът и резисторът R2 са свързани последователно и двете заедно създават делител на напрежение, който е зависим от влагата. Веднага щом входът 1 на N2 стане нисък, той нулира R-S бистабила. В резултат на това осцилатор N3 се включва и драйверът N4 управлява зумера.
8) Детектор на лъжата
Друг чудесен начин за използване на горната схема може да бъде под формата на детектор на лъжата.
За детектор на лъжата чувствителният елемент се заменя с две парчета тел с оголени и калайдисани краища.
След това на разпитваното лице се дават оголени жици, за да ги държи здраво. Зумерът започва да звучи, ако целта излъже. Тази ситуация се задейства поради влагата, генерирана върху хватката на човека поради нервност и вина.
Стойността на R2 определя чувствителността на веригата; тук може да са необходими някои експерименти.
Чрез заключване на превключвателя S1 ON, осцилаторът (и следователно зумерът) може да бъде изключен.
9) Сигнален инжектор
4093 IC може да бъде ефективно конфигуриран да работи като верига на аудио инжектор. Това устройство може да се използва за отстраняване на дефектни части в етапите на аудио веригата.
Ако някога сте се опитвали да поправите вашите собствени звукови системи, може да сте напълно запознати с възможностите на инжектора на сигнал.
Сигналният инжектор за неспециалистите е основен генератор на квадратни вълни, създаден да изпомпва аудио честота в тествана верига.
Може да се използва за откриване и идентифициране на дефектен компонент във верига. Верига на инжектор на сигнал може също да се използва за изследване на RF секциите на AM/FM приемниците.
Фигурата по-горе изобразява схематично представяне на инжектора на сигнала. Генераторът на осцилатора или квадратната вълна на веригата е структуриран около един гейт (IC1a).
Стойностите на кондензатора C1 и резистора R1/P1 задават честотата на осцилатора, която може да бъде около 1 kHz. Чрез регулиране на стойностите на P1 и C1 за етапа на осцилатора, честотният диапазон на веригата може да бъде променен.
На веригата правоъгълен изход превключва ВКЛ./ИЗКЛ. по цялата шина на захранващото напрежение. За захранване на веригата могат да се използват захранващи напрежения, вариращи от 6 до 15 волта.
Можете обаче да използвате и 9V батерия. Изходът на порта N1 е свързан последователно с останалите три порта на IC 4093. Тези 3 порта могат да се видят свързани паралелно един с друг.
При тази подредба изходът на осцилатора е адекватно буфериран и усилен до ниво, което може подходящо да захранва веригата, която се тества.
Как да използвате инжектор на сигнал
За отстраняване на неизправности във верига с помощта на инжектор, сигналът се инжектира през компонентите отзад напред. Да приемем, че искате да отстраните неизправност на AM радио с инжектор. Започвате с прилагане на честотата на инжектора към основата на изходния транзистор.
Ако транзисторът и другите части, които го следват, работят правилно, сигналът ще се чуе през високоговорителя. В случай че не се чува сигнал, сигналът на инжектора се пренася напред към високоговорителя, докато не се издаде звук от високоговорителя.
Частта непосредствено преди тази точка може да се приеме, че е най-вероятно дефектна.
10) Драйвер за флуоресцентна тръба
Фигурата по-горе изобразява Инвертор на флуоресцентна светлина схематичен дизайн с помощта на IC 4093. Веригата може да се използва за захранване на флуоресцентна крушка с помощта на две акумулаторни батерии от 6 волта или 12-волтова автомобилна батерия.
С няколко малки корекции, тази схема е практически идентична с предишната.
В съществуващия си формат Q1 се превключва последователно от насищане и прекъсване, като се използва изходът на буферирания осцилатор.
Първичната част на T1 изпитва нарастващо и спадащо магнитно поле в резултат на превключването на колектора на Q1, което е свързано към един терминал на повишаващ трансформатор.
В резултат на това вторичната намотка на T1 изпитва индукция на значително по-голямо променливо напрежение.
Флуоресцентната тръба получава напрежението, създадено във вторичната обмотка на T1, което я кара да светне незабавно и без трептене.
6-ватова флуоресцентна тръба може да се задвижва от веригата, използвайки 12-волтово захранване. Когато се използват две 6-волтови акумулаторни мокри батерии, веригата консумира само 500 mA.
Поради това могат да се постигнат няколко часа работа с едно зареждане. Лампата ще работи значително по-различно, отколкото когато се захранва от 117 волта или 220 V AC мрежа.
Не е необходим стартер или подгревател, тъй като тръбата се захранва с високоволтови трептения. Изходният транзистор трябва да бъде инсталиран на радиатор, докато се конструира веригата. Трансформаторът може да бъде доста малък с 220V или 120V първично и 12,6-волтово, 450 mA вторично.
11) Флуоресцентна лампа
Флуоресцентният мигач, изобразен на фигурата по-горе, включва етапи както от основната 4093 осцилаторна верига, така и от 4093 веригата на драйвера на флуоресцентна светлина.
Този дизайн, състоящ се от два осцилатора и усилвател/буферен етап, може да се реализира като мигаща предупредителна светлина за превозни средства. Както може да се види, тук един извод на усилвателя/буфера N3 се свързва с изхода на първия осцилатор (N1).
Вторият осцилатор, изграден около N2, осигурява входа към другия крак на усилвателя (N3). Двете независими от осцилатора RC мрежи определят техните работни честоти. С помощта на транзистор Q1 системата генерира честотно модулиран превключващ изход.
Този превключващ изход индуцира импулс с високо напрежение във вторичната намотка на трансформатор Т1. Неговият изход става нисък само когато и двата сигнала, подадени към IC1c, са високи. Това ниско ниво изключва Q1 и в крайна сметка лампата започва да мига.
12) Светлинно активирана мигаща лампа
Задействаната от светлина флуоресцентна светкавица, както е показано по-горе, е надстройка на предишната схема на флуоресцентна мигачка IC 4093. Предишната схема на светкавицата 4093 е преконфигурирана така, че незабавно да започне да мига веднага щом приближаващ шофьор освети LDR с фаровете си.
LDR, R5, служи като светлинен сензор във веригата. Потенциометър R4 регулира чувствителността на веригата. Това трябва да бъде променено така, че когато светлинен лъч мига над LDR от разстояние от 10 до 12 фута, флуоресцентната лампа започва да мига.
Освен това, потенциометър R1 се регулира, за да се гарантира, че когато източникът на светлина бъде премахнат от LDR, светкавицата се изключва сама.
