4093 представляет собой 14-контактный корпус, содержащий четыре триггера Шмитта И-НЕ с двумя входами и положительной логикой, как показано на следующем рисунке. Можно управлять четырьмя вентилями И-НЕ по отдельности или вместе.
Отдельные логические элементы IC 4093 работает следующим образом.
Как видите, каждый вентиль имеет два входа (A и B) и один выход. Выход меняет свое состояние с максимального уровня питания (VDD) на 0 В или наоборот в зависимости от того, как питаются входные контакты.
Этот выходной отклик можно понять из таблицы истинности логического элемента И-НЕ 4093, как показано ниже.
Содержание
Понимание таблицы истинности 4093
Из приведенных выше деталей таблицы истинности мы можем интерпретировать логические операции ворот, как описано ниже:
- Когда оба входа имеют низкий уровень (0 В), выход становится высоким или равным уровню питания постоянного тока (VDD).
- Когда на входе A низкий уровень (0 В), а на входе B высокий уровень (между 3 В и VDD), выход становится высоким или равным уровню питания постоянного тока (VDD).
- Когда на входе B низкий уровень (0 В), а на входе A высокий уровень (между 3 В и VDD), выход становится высоким или равным уровню питания постоянного тока (VDD).
- Когда оба входа A и B имеют высокий уровень (между 3 В и VDD), выход становится низким (0 В).
Передаточные характеристики четырехъядерного NAND-триггера Шмитта 4093 показаны на следующем рисунке. Для всех уровней положительного напряжения питания (VDD) передаточная характеристика затворов имеет одинаковую базовую структуру сигнала.
Общие сведения о триггерах Шмитта и гистерезисе IC 4093
Одной из отличительных особенностей вентилей И-НЕ IC 4093 является то, что все они являются триггерами Шмитта. Так что же такое триггеры Шмитта?
Триггеры Шмитта IC 4093 представляют собой уникальную разновидность вентилей И-НЕ. Одной из самых полезных функций является то, как быстро они реагируют на входящие сигналы.
Логические вентили с триггером Шмитта активируются и переключают свои выходы в высокий или низкий уровень только после того, как их входной логический уровень достигнет подлинного уровня. Это известно как гистерезис.
Способность триггера Шмитта создавать гистерезис является важной особенностью (обычно около 2,0 вольт при питании 10 В).
Давайте быстро взглянем на схему генератора, изображенную на рис. А ниже, чтобы лучше понять гистерезис. На рисунке B сравниваются формы входного и выходного сигналов схемы генератора.
Если вы посмотрите на рис. A, вы увидите, что вход затвора на контакте 1 подключен к шине положительного напряжения, тогда как вход на контакте 2 подключен к соединению конденсатора (C) и резистора обратной связи (R).
Конденсатор остается разряженным, а входы и выходы затвора находятся под нулевым напряжением (логический 0) до тех пор, пока источник постоянного тока не будет включен в цепь.
Как только питание постоянного тока включается в схему генератора, контакт 1 затвора мгновенно становится высоким, хотя контакт 2 остается низким.
Выход вентиля И-НЕ становится высоким в ответ на входную ситуацию (проверьте время t0 на рис. B).
В результате резистор R и конденсатор С начинают заряжаться до тех пор, пока не достигнет уровня Vн. Теперь вывод 2 мгновенно становится высоким, как только заряд конденсатора достигает уровня VN.
Теперь, поскольку оба входа вентиля имеют высокий уровень (см. время t1), выход вентиля становится низким. Это заставляет C разряжаться через R, пока не достигнет уровня VN.
Когда напряжение на контакте № 2 падает до уровня VN, выход затвора возвращается к высокому уровню. Эта серия выходных циклов ВКЛ/ВЫКЛ продолжается до тех пор, пока цепь остается под напряжением. Вот как колеблется цепь.
Если мы посмотрим на временной график, то обнаружим, что выход становится низким только тогда, когда вход достигает значения Vp, а выход становится высоким только тогда, когда вход становится ниже уровня VN.
Это определяется зарядкой и разрядкой конденсаторов через интервалы времени t0, t1, t2, t3 и т. д.
Из приведенного выше обсуждения мы видим, что выход триггера Шмитта переключается только тогда, когда вход достигает четко определенного низкого уровня VN и высокого уровня Vp. Это действие триггера Шмитта для включения/выключения в ответ на четко определенные пороговые значения входного напряжения называется гистерезисом.
Одним из основных преимуществ схемы генератора Шмитта является то, что он автоматически запускается при включении схемы.
Напряжение питания управляет рабочей частотой схемы. Это примерно 1,2 МГц для источника питания 12 В и падает при уменьшении напряжения питания. C должен иметь минимальное значение 100 пФ, а R не ниже 4,7 кОм.
IC 4093 Схемные проекты
Микросхема триггера Шмитта 4093 — это универсальная микросхема, которую можно использовать для построения многих интересных схемных проектов. Четыре триггера Шмитта, находящиеся внутри одной микросхемы 4093, можно настроить для многих полезных реализаций.
В этой статье мы обсудим некоторые из них. В следующем списке представлены названия 12 интересных проектов схем IC 4093. Каждый из них будет подробно рассмотрен в последующих параграфах.
- Простой пьезодрайвер
- Автоматическая схема уличного освещения
- Схема отпугивания вредителей
- Цепь сирены высокой мощности
- Цепь таймера задержки выключения
- Сенсорная активируемая цепь переключателя ВКЛ/ВЫКЛ
- Цепь датчика дождя
- Схема детектора лжи
- Цепь сигнальной форсунки
- Схема драйвера люминесцентной лампы
- Цепь мигалки люминесцентной лампы
- Цепь мигающей лампы с активированным светом
1) Простой пьезодрайвер
Очень простой и эффективный схема пьезо драйвера может быть построен с использованием одной микросхемы IC 4093, как показано на приведенной выше принципиальной схеме.
Один из триггерных затворов Шмитта N1 выполнен в виде схемы регулируемого генератора. Выход этого генератора представляет собой прямоугольную волну с частотой, определяемой емкостью конденсатора C1 и настройкой потенциометра P1.
Выходная частота N1 подается на вентили N2, N3, N4, которые соединены параллельно. Эти параллельные вентили работают как буфер и усилитель тока. Вместе они помогают увеличить токовую мощность выходной частоты.
Усиленная частота подается на базу транзистора BC547, который дополнительно усиливает частоту для управления подключенным пьезопреобразователем. Теперь пьезопреобразователь начинает довольно громко жужжать.
Если вы хотите еще больше увеличить громкость пьезоэлемента, попробуйте добавить 40 мкГн. звуковая катушка прямо через пьезопровода.
2) Автоматическая схема уличного освещения
Еще одним отличным применением IC 4093 может быть форма простая автоматическая схема уличного освещения , как показано на приведенной выше схеме.
Здесь вентиль N1 подключен как компаратор. Он сравнивает потенциал, генерируемый сетью резистивных делителей, образованной сопротивлением LDR, и сопротивлением потенциометра R1.
На этом этапе N1 эффективно использует функцию гистерезиса встроенного триггера Шмитта. Он гарантирует, что его выход изменяет состояние только тогда, когда сопротивление LDR достигает определенного экстремального уровня.
Как это работает
В дневное время, когда на LDR достаточно окружающего света, его сопротивление остается низким. В зависимости от настройки P1, это низкое сопротивление создает низкий логический уровень на входных контактах N1, что приводит к тому, что его выход остается высоким.
Этот высокий уровень подается на входы буферного каскада, созданного параллельным соединением N2, N3, N4.
Поскольку все эти вентили настроены как вентили НЕ, выход инвертируется. Высокая логика от N1 инвертируется в низкую логику на выходе вентилей N2, N3, N4. Этот низкий логический уровень или 0 В достигает базы транзистора T1 драйвера реле, так что он остается выключенным.
Это, в свою очередь, приводит к тому, что реле остается выключенным, а его контакты находятся на размыкающих контактах.
Лампочка настраивается на НО контакты реле остается выключенным.
Когда наборы тьмы в освещенность на LDR начинает уменьшаться, что приводит к увеличению его сопротивления. За счет этого начинает расти напряжение на входе N1. Функция гистерезиса затвора N1 «ждет», пока это напряжение не станет достаточно высоким, чтобы заставить его выход изменить состояние с высокого на низкое.
Как только выход N1 становится низким, он инвертируется вентилями N2, N3, N4, чтобы создать высокий уровень на их параллельных выходах.
Этот высокий уровень включает транзистор и реле, после чего также загорается светодиодная лампочка. Таким образом, когда наступает вечер или темнота, прикрепленная уличная лампочка автоматически включается.
На следующее утро процесс идет в обратном порядке, и лампочка уличного фонаря автоматически выключается.
3) Схема отпугивания вредителей
Если вы хотите построить дешевый, но достаточно эффективный приспособление для отпугивания крыс или грызунов , то эта простая схема может помочь.
Опять же, эта конструкция также включает 4 триггера Шмитта от одного IC 4093.
Конфигурация очень похожа на схему пьезодрайвера, за исключением включения понижающий трансформатор .
Высокочастотный сигнал, который может быть пригоден для отпугивания вредителей, тщательно настраивается с помощью P1.
Эта частота усиливается тремя параллельными затворами и транзистором Q1. Коллектор Q1 можно увидеть сконфигурированным с первичной обмоткой трансформатора на 6 В.
Трансформатор повышает частоту до высокого уровня напряжения 220 В или 117 В в зависимости от спецификации напряжения вторичной обмотки трансформатора.
Это повышенное напряжение подается на пьезопреобразователь для создания высокочастотного шума. Этот шум может сильно беспокоить вредителей, но может быть неслышимым для человека.
Высокочастотный шум в конечном итоге заставляет вредителей покинуть территорию и убежать в какое-нибудь другое спокойное место.
4) Цепь сирены высокой мощности
На рисунке ниже показано, как можно использовать IC 4093 для создания мощного схема сирены . Тон сирены полностью регулируется ручкой потенциометра.
Несмотря на простоту настройки, схема в этом примере действительно способна воспроизводить громкий звук. Это позволяет n-канальный полевой МОП-транзистор, питающий динамики.
Этот конкретный полевой МОП-транзистор имеет сопротивление выходного стока к истоку всего три миллиома и может работать напрямую с использованием логических схем CMOS. Кроме того, его ток стока может достигать 1,7 А при пиковом напряжении сток-исток 40 В.
Можно нагружать полевой МОП-транзистор напрямую громкоговорителем, потому что он практически неразрушим.
Управление схемой так же просто, как установка высокого логического уровня на входе ENABLE (что также может быть реализовано с помощью обычного переключателя вместо цифрового источника).
Затвор N2 колеблется в результате импульсов от триггера Шмитта N1, как только на входе 5 появляется высокий уровень. Выход Gate N2 подается на МОП-транзистор через буферный каскад, построенный вокруг N3. Предустановка P1 позволяет модулировать частоту N2.
5) Таймер задержки выключения с зуммером
IC 4093 также можно использовать для создания полезного, но простого схема таймера задержки выключения , как показано на рисунке выше. При включении питания начинает гудеть пьезоизлучатель, указывая на то, что таймер не установлен.
Таймер устанавливается при кратковременном нажатии кнопки ON.
При нажатии кнопки C3 быстро заряжается и подает высокий логический уровень на вход соответствующего вентиля 4093. Это приводит к тому, что на выходе затвора становится низкий уровень или 0 В. Этот 0 В подается на вход каскада генератора, построенного вокруг затвора N1.
Этот 0 В переводит вход затвора N1 в 0 В через диод D1 и отключает его, так что N1 не может колебаться.
Выход N1 теперь инвертирует входной логический ноль в высокий логический уровень на своем выходе, который подается на параллельные входы N2 и N3.
N2 и N3 еще раз инвертируют этот высокий логический уровень в логический ноль на базе транзистора, так что транзистор и пьезоэлемент остаются выключенными.
После заданной задержки конденсатор С3 полностью разряжается через резистор R3. Это приводит к появлению низкого логического уровня на входе соответствующего вентиля. Выход этого вентиля теперь становится высоким.
За счет этого снимается логический ноль со входа N1. Теперь N1 включен и начинает генерировать высокочастотный выходной сигнал.
Эта частота дополнительно усиливается N2, N3 и транзистором для управления пьезоэлементом. Теперь пьезоэлемент начинает гудеть, показывая, что время задержки ВЫКЛ истекло.
6) Сенсорный переключатель
Следующий дизайн показывает простой сенсорный переключатель с использованием одной микросхемы 4093. Работу схемы можно понять с помощью следующего объяснения.
Как только питание включено из-за конденсатора C1 на входе N1, логика на входе N1 подтягивается к напряжению земли. Это приводит к тому, что контуры обратной связи N1 и N2 замыкаются на этом входе. Это приводит к созданию логики 0 В на выходе N2.
Логика 0 В переводит каскад драйвера выходного реле в режим ожидания во время первого включения питания.
Теперь представьте, что к базе транзистора Т1 прикоснулись пальцем. Транзистор немедленно включится, генерируя высокий логический сигнал через C2 и D2 на входе N1.
C2 быстро заряжается и предотвращает любую последующую ошибочную активацию от прикосновения. Это гарантирует, что процедуре не помешает эффект устранения дребезга.
Вышеупомянутый логический высокий уровень немедленно меняет состояние N1/N2 на противоположное, вызывая их фиксацию и создание положительного выхода. С помощью этого положительного выхода включается каскад управления реле и соответствующая нагрузка.
Теперь следующее касание пальца должно привести к тому, что схема вернется в исходное положение. N4 используется для достижения этой функциональности.
Как только схема возвращается в исходное состояние, C3 постоянно заряжается (в течение нескольких секунд), вызывая появление низкого логического уровня на соответствующем входе N3.
Однако другой вход N3 уже поддерживается на низком логическом уровне резистором R2, который заземлен. Теперь N3 находится в идеальном состоянии в режиме ожидания, «готовом» к следующему входящему сенсорному триггеру.
7) Датчик дождя
IC 4093 также может быть идеально настроен для создания цепь датчика дождя с генератором для зуммера.
Для питания схемы можно использовать батарею на 9 В, и из-за чрезвычайно низкого потребления тока она прослужит минимум год. Его необходимо заменить через год, так как тогда ему будет не хватать надежности из-за саморазряда.
В своей простейшей форме устройство состоит из детектора дождя или воды, бистабильного датчика R-S, генератора и управляющего каскада для предупредительного зуммера.
Выброшенный кусок печатной платы размером 40 на 20 мм служит датчиком воды. Проводные соединения можно было использовать для соединения всех дорожек печатной платы. Чтобы предотвратить коррозию гусениц, их можно залужить.
При включении питания бистабильный режим сразу включается через последовательную цепь R1 и C1.
Сопротивление между двумя наборами дорожек на плате датчика действительно очень велико, пока она сухая. Однако сопротивление быстро снижается при обнаружении влаги.
Датчик и резистор R2 соединены последовательно, и вместе они образуют делитель напряжения, зависящий от влажности. Как только вход 1 N2 становится низким, он сбрасывает бистабильный R-S. В результате включается генератор N3, а затвор N4 приводит в действие зуммер.
8) Детектор лжи
Еще одним отличным способом использования вышеописанной схемы может быть детектор лжи.
Для детектора лжи чувствительный элемент заменяется двумя отрезками проволоки с зачищенными и залуженными концами.
Затем допрашиваемому дают крепко держать оголенные провода. Зуммер начинает звучать, если цель лжет. Эта ситуация возникает из-за влаги, образующейся на рукоятке человека из-за нервозности и чувства вины.
Значение R2 определяет чувствительность схемы; здесь могут потребоваться некоторые эксперименты.
Заблокировав переключатель S1 в положении ON, генератор (и, следовательно, зуммер) можно было отключить.
9) Инжектор сигнала
Микросхему 4093 можно эффективно настроить для работы в качестве схемы аудиоинжектора. Это устройство можно использовать для поиска и устранения неисправностей неисправных частей в каскадах аудиосхем.
Если вы когда-либо пытались починить свои собственные звуковые системы, вы, возможно, полностью знакомы с возможностями инжектора сигналов.
Инжектор сигнала, для неспециалиста, представляет собой простой генератор прямоугольных импульсов, созданный для подачи звуковой частоты в тестируемую цепь.
Его можно использовать для обнаружения и идентификации неисправного компонента в цепи. Схема инжектора сигнала также может быть использована для исследования радиочастотных участков приемников AM/FM.
На рисунке выше показано схематическое изображение инжектора сигналов. Секция генератора или генератора прямоугольных импульсов построена вокруг одного затвора (IC1a).
Значения конденсатора C1 и резистора R1/P1 задают частоту генератора, которая может быть около 1 кГц. Регулируя значения P1 и C1 для каскада генератора, можно изменить частотный диапазон схемы.
Схема прямоугольный выход переключает ВКЛ/ВЫКЛ по всей шине питающего напряжения. Для питания схемы можно было использовать напряжения питания от 6 до 15 вольт.
Однако вы также можете использовать батарею 9 В. Выход вентиля N1 соединен последовательно с остальными тремя вентилями IC 4093. Эти 3 вентиля можно увидеть соединенными параллельно друг другу.
При таком расположении выходной сигнал генератора адекватно буферизуется и усиливается до уровня, который может подходящим образом питать тестируемую схему.
Как использовать инжектор сигналов
Для устранения неполадок в цепи с помощью инжектора сигнал подается на компоненты сзади вперед. Допустим, вы хотите устранить неполадки в AM-радио с инжектором. Вы начинаете с подачи частоты инжектора на базу выходного транзистора.
Если транзистор и другие детали, следующие за ним, исправны, сигнал будет слышен через динамик. В случае, если сигнал не слышен, сигнал инжектора передается вперед к динамику до тех пор, пока динамик не воспроизведет звук.
Деталь, непосредственно предшествующая этому пункту, может считаться неисправной.
10) Драйвер люминесцентной лампы
На рисунке выше изображен Инвертор люминесцентного света схематический дизайн с использованием IC 4093. Схема может использоваться для питания люминесцентной лампы от двух аккумуляторных батарей на 6 вольт или автомобильной батареи на 12 вольт.
С небольшими изменениями эта схема практически идентична предыдущей.
В существующем формате Q1 попеременно переключается с насыщения на отсечку с помощью буферизованного выхода генератора.
Первичная обмотка T1 испытывает возрастающее и падающее магнитное поле в результате переключения коллектора транзистора Q1, который подключен к одному из выводов повышающего трансформатора.
В результате вторичная обмотка Т1 испытывает индукцию значительно большего пульсирующего напряжения.
Люминесцентная лампа получает напряжение, создаваемое во вторичной обмотке T1, что заставляет ее загораться быстро и без мерцания.
6-ваттная люминесцентная лампа может питаться от схемы, использующей 12-вольтовый источник питания. При использовании двух 6-вольтовых перезаряжаемых жидких аккумуляторов схема потребляет всего 500 мА.
Таким образом, от одной зарядки может быть достигнуто несколько часов работы. Лампа будет работать значительно иначе, чем при питании от сети переменного тока 117 вольт или 220 вольт.
Стартер или подогреватель не требуются, так как трубка питается высоковольтными колебаниями. При построении схемы выходной транзистор необходимо установить на радиатор. Трансформатор может быть довольно маленьким с первичным напряжением 220 В или 120 В и вторичным напряжением 12,6 В, 450 мА.
11) Флуоресцентная вспышка
Флуоресцентная вспышка, показанная на рисунке выше, включает в себя каскады как основной схемы генератора 4093, так и схемы драйвера флуоресцентного света 4093.
Эта конструкция, состоящая из двух генераторов и каскада усилителя/буфера, может быть реализована как мигающий предупреждающий свет для транспортных средств. Как видно, здесь одна из выводов каскада усилителя/буфера N3 соединяется с выходом первого генератора (N1).
Второй генератор, построенный вокруг N2, обеспечивает вход для другой ветви усилителя (N3). Две независимые RC-цепи осцилляторов определяют свои рабочие частоты. С помощью транзистора Q1 система формирует частотно-модулированный импульсный выход.
Этот переключающий выход индуцирует высоковольтный импульс во вторичной обмотке трансформатора Т1. Его выход становится низким только тогда, когда оба сигнала, подаваемые на IC1c, становятся высокими. Этот низкий уровень отключает Q1, и, в конце концов, лампа начинает мигать.
12) Мигающая лампа с активированным светом
Флуоресцентная вспышка, активируемая светом, как показано выше, представляет собой модернизацию предыдущей схемы флуоресцентной вспышки IC 4093. Предыдущая схема мигалки 4093 была перенастроена, чтобы мгновенно начинать мигать, как только приближающийся автомобилист освещает LDR своими фарами.
LDR, R5, служит датчиком освещенности в цепи. Потенциометр R4 регулирует чувствительность схемы. Это должно быть настроено таким образом, чтобы при попадании луча света на LDR с расстояния от 10 до 12 футов люминесцентная лампа начинала мигать.
Кроме того, потенциометр R1 настраивается таким образом, чтобы при удалении источника света из LDR мигалка отключалась сама по себе.
