Cómo Funciona el 4093 (ART006S)

El 4093 es un integrado CMOS que posee 4 Schmilt triggers ( disparadores ), con una infinidad de aplicaciones prácticas. Cada Schmilt trigger posee dos entradas, lo que lleva también ala operación como compuertas NAND de características especiales. Vea en este artículo algunas de las interesantes aplicaciones de este integrado.

En la figura 1 tenemos el diagrama equivalente de este versátil integrado CMOS y la disposición de los pins, lo que sirve de punto de partida para cualquier proyecto en que se utilice.

 


 

 

Como todo integrado de la familia CMOS se opera con alimentación en la gama de 5 a 15 volts y cada una de las 4 puertas NAND Schmitt trigger pueden usarse de modo independiente.

Comenzamos las explicaciones por el principio de operación del Schmitt trigger cuyo símbolo puede ser el de la figura 2.

 


 

 

 

Lo que caracteriza a un Schmitt trigger es la transición rápida del nivel LO al HI y viceversa, cuando la tensión de entrada pasa por un cierto valor.

El Schmitt trigger presenta lo que denominamos histéresis. Eso significa que el punto en el que ocurre la transición Hl-LO es diferente de! punto en el que ocurre Ia transición LO-Hl.

Se obtiene entonces una curva como la que muestra la figura 3, dando origen al símbolo adoptado para este elemento.

 


 

 

Usamos un Schmitt trigger cuando deseamos una transición rápida de nivel del signo en función de una entrada que proporcione una variación más lenta.

En las interfases de los circuitos lógicos por ejemplo, en que debe conseguirse una onda de características rectangulares perfectas para alcanzar el efecto deseado, conforme muestra la figura 4.

 


 

 

Aplicaciones Prácticas

Un inversor Schmitt-trigger puede lograrse a partir de cada puerta dei 4093 con la conexión que muestra la figura 5.

 


 

 

Obtienes así un circuito que en una transición lenta del nivel LO a HI proporciona una transición mucho más rápida de HI a LO en su salida.

Partiendo de esa configuración podemos obtener los siguientes circuitos de uso general:

 

1. Schmitt trigger para CC

Se utiliza un resistor de polarización de entrada que tipicamente suele ser de 22k, que sirve de carga i 1 para el circuito excitador y determina también la impedancia. (figura 6).

 


 

 

En este circuito una transición lenta del nivel DC de entrada provoca una transición muy rápida de la tensión de salida.

 

2. Conversor senoidal-cuadrado

El circuito que se ve en la figura 7 convierte una senal senoidal de amplitud conveniente en una SENAL rectangular compatible CMOS.

 


 

 

Los resistores R1 y R2, tipicamente de 22k determinan la impedancia de entrada del circuito en tanto que C1 debe tener un valor escogido en función de la frecuencia de la serial senoidal de excitación.

El capacitor debe presentar una reactancia bajo en la frecuencia elegida.

Una aplicación práctica de este circuito es el clock para relojes sincronizados a partir de la red de alimentación. Una senal senoidal de 60 Hz puede convertirse en una sena! rectangular de 60 Hz para Ia posterior división en etapas CMOS.

 

3. Conversor senoidal-rectangular con ajuste de sensibilidad

Con la ayuda de un trimpot puede llevarse la tensión de entrada del Schmitt trigger al umbral de la transición lo que permite operar con seriales de entrada de amplitud pequeña, o bien trabajar la senai de salida, alterando su simetría en función del punto de disparo (figura 8).

 


 

 

El ajuste se hará de manera que en ausencia de serial de entrada el nivel de salida sea HI.

 

4. Multivibrador astable

En el circuito de la figura 9 ya tenemos una aplicación diferente

 


 

 

El multivibrador astable en cuestión tiene una frecuencia que está dada por la constante de tiempo RC. El limite superior de frecuencia está dado por las características del integrado CMOS, alrededor de SMHz.

La frecuencia mínima está dada apenas por la existencia de eventuales fugas en el capacitor usado que, por cierto, debe ser electroIítico.

La serial de salida de este circuito es rectangular.

 

5. Multivibrador disparado

En esta aplicación el multivibrador astable entra en acción solamente en presencia de una senal de entrada. Con el nivel HI en la entrada, el oscilador entra en acción produciendo una senal rectangular de salida (figura 10).

 


 

 

 

Como en el caso anterior, los limites de frecuencia son determinados por las caracteristicas del mismo 4093 y por los componentes externos, sobretodo por la presencia de fugas en C.

La frecuencia puede calcularse con aproximación por la inversa del producto RC.

 

6. Multivibrador astable asimétrico.

Con el empleo de un diodo adicional y de un resistor se puede obtener una configuración como la de la figura 11 en la que la forma dela onda de salida es asimétrica.

 


 

 

La Relación de valores entre R1 y R2 determina el grado de asimetría, y la relación marca /espacio del multivibrador y su frecuencia em conjunto está dada por estos resistores y por C1.

También en este caso Ia forma de la onda que se obtiene en la salida es rectangular, asimétrica, y los limites de frecuencia son determinados por los componentes.

El diodo D1 puede ser de cualquier tipo de uso general, y también de conmutación, para ias frecuencias más elevadas.

 

7. Push-button sin ruido

EI circuito de la figura 12 es ideal para interfases de microcomputadoras o circuitos digitales que tienen problemas de ruidos de contacto.

 


 

 

AI presionar S1, se produce un pulso perfectamente rectangular de duración determinada por C1 .La duración del pulso no depende de la duración dela presión en S, debiendo, apenas ser menor que Ella según muestra la curva de salida por consiguiente puede alterarse C1 en función de la duración deseada pars el pulso de salida.

 

8. Interruptor de toque

Tenemos finalmente en la figura 13 un circuito interruptor de toque bastante sensible.

 

Figura 13
Figura 13

 

El toque del sensor hace que la salida vaya al nivel HI por un tiempo que depende deC1.

Para la operación inversa podemos cambiar de lugar R1 y el sensor, invirtiéndolos.