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CI 4093 PORTAS LÓGICAS NAND
2. Tabela da verdade
A tabela verdade de cada uma das portas é: '0'
representa uma baixa tensão, e '1' representa uma alta tensão sendo assim temos: 0 = Low 1 = Hight.
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3. Schmitt Trigger Inputs.
Entradas CMOS típicos têm um único limite. Se a tensão aplicada à entrada é menos de metade da tensão de fonte de alimentação, será considerada como Low ou seja um '0', enquanto que, se a tensão for superior a metade da tensão de fonte de alimentação, que é considerado como Hight ou seja um "1". A entrada de disparo Schmitt tem dois limites diferentes. A melhor maneira de entender como isso funciona é investigar o comportamento de um dispositivo disparador Schmitt em um circuito prático. Você vai testar uma das portas no 4093 da seguinte forma: |
As entradas da porta estão ligadas entre si, isso
elimina em média duas linhas da tabela verdade para que o porta siga a
tabela verdade de uma porta NOT vide tabela ao lado.
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Para evitar o carregamento na saída da porta, um
circuito de interruptor com transistor deve ser usado.
É uma boa prática com circuitos CMOS inserir um capacitor de desacoplamento, 47 µF ou 100 µF, através do fornecimento de energia.
(Isto ajuda a evitar a transferência de picos ao longo dos caminhos de alimentação.)
Nota: Ao simular! Não se esqueça de ligar o pino 14 do CI4093 em +9V e o pino 7 em 0V.
Ao lado temos o circuito de teste na Protoboard.
Para fazer um contato efetivo, os fios devem ser soldados aos terminais do potenciômetro.
Comece com o potenciômetro girado para que Vin, medida pelo voltímetro de maneira que fique próximo de 0 V. A saída da porta NAND Schmitt será alta e o LED será iluminado.
Agora, lentamente aumente Vin, observando a tensão de saída da porta NAND de repente se engatilha em LOW (0), fazendo com que o LED desligue. Este é o primeiro limiar de disparo Schmitt. Continue girando o potenciômetro até Vin chegar perto de 9 V.
Lentamente diminua Vin. Confirme que a saída da porta não se ajuste Hight, quando o primeiro limiar de gatilho de Schmitt é atingido. Em vez disso, você precisa manter girando o potenciômetro até que um novo, menor ponto limite é atingido. Este é o segundo patamar para o disparador de Schmitt.
Repetir a experiência várias vezes: o dispositivo tem dois limites distintos, depende se você começar a ajustar a tensão de 0 V, ou a partir de 9 V. Um dispositivo como este é dito para mostrar histerese. Tipicamente, estes limites encontram-se em 1/3 e 2/3 da tensão de fonte de alimentação, 3V e 6 V com uma fonte de alimentação de 9 V.
É uma boa prática com circuitos CMOS inserir um capacitor de desacoplamento, 47 µF ou 100 µF, através do fornecimento de energia.
(Isto ajuda a evitar a transferência de picos ao longo dos caminhos de alimentação.)
Nota: Ao simular! Não se esqueça de ligar o pino 14 do CI4093 em +9V e o pino 7 em 0V.
Ao lado temos o circuito de teste na Protoboard.
Para fazer um contato efetivo, os fios devem ser soldados aos terminais do potenciômetro.
Comece com o potenciômetro girado para que Vin, medida pelo voltímetro de maneira que fique próximo de 0 V. A saída da porta NAND Schmitt será alta e o LED será iluminado.
Agora, lentamente aumente Vin, observando a tensão de saída da porta NAND de repente se engatilha em LOW (0), fazendo com que o LED desligue. Este é o primeiro limiar de disparo Schmitt. Continue girando o potenciômetro até Vin chegar perto de 9 V.
Lentamente diminua Vin. Confirme que a saída da porta não se ajuste Hight, quando o primeiro limiar de gatilho de Schmitt é atingido. Em vez disso, você precisa manter girando o potenciômetro até que um novo, menor ponto limite é atingido. Este é o segundo patamar para o disparador de Schmitt.
Repetir a experiência várias vezes: o dispositivo tem dois limites distintos, depende se você começar a ajustar a tensão de 0 V, ou a partir de 9 V. Um dispositivo como este é dito para mostrar histerese. Tipicamente, estes limites encontram-se em 1/3 e 2/3 da tensão de fonte de alimentação, 3V e 6 V com uma fonte de alimentação de 9 V.
Traçando um gráfico da tensão de saída contra a
tensão de entrada dá o resultado mostrado no diagrama seguinte:
Uma porta com um único limiar de comutação se
comporta de forma irregular, se o sinal de entrada contém ruídos ou são degradados.
Se a tensão de entrada está perto do limite, é provável que a saída oscile entre 0 e 1, ou podem estar em algum lugar no meio.
Com uma porta de disparo Schmitt, isto é impossível. A saída é 0 ou 1 e não pode ser intermediário. Dispositivos de Schmitt são frequentemente usados para sinais de entradas 'limpos' ou seja: sem ruídos, transmitindo uma sequência arrumada de 0 e 1. Isto é o que os dispositivos de gatilho Schmitt são, para as outras partes do circuito.
Um bônus útil de ação do disparador Schmitt é que você pode fazer um Astável, usando um resistor e um capacitor e um único dispositivo de disparo de inversão Schmitt, ou seja, uma porta NOT, porta NOR ou NAND.
Schmitt Astável, gatilho NAND, serão descritos em uma seção mais adiante.
Se a tensão de entrada está perto do limite, é provável que a saída oscile entre 0 e 1, ou podem estar em algum lugar no meio.
Com uma porta de disparo Schmitt, isto é impossível. A saída é 0 ou 1 e não pode ser intermediário. Dispositivos de Schmitt são frequentemente usados para sinais de entradas 'limpos' ou seja: sem ruídos, transmitindo uma sequência arrumada de 0 e 1. Isto é o que os dispositivos de gatilho Schmitt são, para as outras partes do circuito.
Um bônus útil de ação do disparador Schmitt é que você pode fazer um Astável, usando um resistor e um capacitor e um único dispositivo de disparo de inversão Schmitt, ou seja, uma porta NOT, porta NOR ou NAND.
Schmitt Astável, gatilho NAND, serão descritos em uma seção mais adiante.
Circuito montado na Protoboard:
5. Trabalhando com as combinações
de tabela verdade para confirmar que este circuito obedece a tabela verdade
para NAND. NAND.
Uma propriedade importante das portas NAND é que elas podem ser ligadas para desempenhar as funções de outras portas lógicas. De fato, qualquer função lógica pode ser implementada, usando apenas portas NAND. Isso funciona com as portas NAND Schmitt, tão bem, como com as portas NAND convencionais:
Se você tiver
criado um sistema que contém um circuito de portas NAND O circuito integrado 4093, pode ser
conveniente e de baixo custo para implementar outras funções lógicas usando suas
portas NAND Trigger, reduzindo o número de peças. Como um exemplo, abaixo temos o layout na placa protótipo para uma porta OR construído com as portas
NAND do CI 4093:
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Dica para aprimorar os estudos:
Trabalhe com as combinações da tabela verdade para confirmar que este circuito obedece a tabela verdade para OR.
Modifique o circuito para fazer uma porta NOR.
Trabalhe com as combinações da tabela verdade para confirmar que este circuito obedece a tabela verdade para OR.
Modifique o circuito para fazer uma porta NOR.
Exercite-se com a
tabela verdade para este circuito.
Quando você fizer isso, você vai descobrir que o circuito não dá a tabela verdade para uma porta NAND de 3-entradas.
Ao contrário de portas AND e OR, portas NAND não podem ser ligadas em cascata dessa maneira, porém é possível fazer uma porta NAND de 3 entradas com portas NAND de 2 entradas, mas o circuito requer uma porta adicional veja:
Quando você fizer isso, você vai descobrir que o circuito não dá a tabela verdade para uma porta NAND de 3-entradas.
Ao contrário de portas AND e OR, portas NAND não podem ser ligadas em cascata dessa maneira, porém é possível fazer uma porta NAND de 3 entradas com portas NAND de 2 entradas, mas o circuito requer uma porta adicional veja:
A tabela verdade para este circuito é:
7. Portas NAND Biastável A aplicação útil de portas NAND é fazer um SET / RESET bi astável, com trava, ou flip-flop. Este circuito funciona igualmente bem com portas NAND Schmitt Trigger: Mais uma vez, observe que você deve ter um divisor de tensão, interruptor / (resistor) nas entradas para as portas NAND. Com uma trava de porta NAND, as entradas são realizadas BAIXO / ALTO e pulsado. Isso significa que você precisa de resistores pull-up. Compare este circuito com um SET / RESET bi astável com trava, construída com as portas NAND convencionais. Para evitar carregar as saídas do trinco, interruptor transistor / indicadores LED são usados. É um erro comum, conectar LEDs diretamente nas saídas deve sempre usar um resistor limitador de corrente, neste circuito abaixo são usados dois resistores de 680Ω, um para cada Led, tendo em vista que o circuito estará sendo alimentado com 9v e as suas saídas no mínimo estarão com 6v iniciais, como já explicado anteriormente. |
Mesmo com
resistores limitadores de corrente ligados em série com os LEDs, este circuito
pode não funcionar, porque os LEDs tomam muita corrente das saídas, (Ouptuts)
do Gate de modo que as tensões de saída são puxados para baixo e pode
não contar como ALTO quando ela deveria ser elevada. Isso acontece também ao conectar os LEDs sem resistores limitadores além do que poderão queimar-se devido uma alta corrente circulando nas saídas sendo assim o circuito não pode
funcionar também, por isso muito cuidado com o manuseio e cálculos nos circuitos.
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Circuito protótipo na placa Protoboard:
Quando a fonte de alimentação é ligada, em
primeiro lugar, você não pode prever se a trava está On ou Off, você terá que definir ou redefinir, operar os
interruptores um de cada vez para ver o circuito em ação.
Quando o circuito estiver definido, o que acontece se você pressionar novamente o botão SET? Se você pressionar ambos os switches, ambos os LEDs serão ON. Isto resulta da tabela verdade para uma porta NAND individual. Você não será capaz de liberar os dois interruptores em simultaneamente, de modo que a trava vai virar de uma forma ou de outra, quando você deixar de pressionar o switch (a chave) O comportamento do circuito pode ser resumido na forma de tabela verdade ao lado: |
8. Schmitt NAND Astável.
É fácil de construir um astável usando uma das portas NAND Schmitt com gatilho existente no interior do 4093. Veja o circuito abaixo: Os componentes
de tempo são o resistor de 1 MΩ e o capacitor de 1 μF.
Abaixo temos o circuito na placa protótipo (Protoboard): Testando este circuito você poderá notar que o LED é iluminado por mais
tempo quando a energia é aplicada pela primeira vez.
Para entender o porquê, veja o gráfico ao lado: |
Este é um tipo diferente de tabela verdade em que a
sequência de eventos é gravada. Na primeira linha, nenhum interruptor é premido
e o biastável está no seu estado de reposição.
Na segunda e na terceira linhas o interruptor SET é pressionado e depois libertado. O biastável é forçado em seu estado SET e permanece definido quando o interruptor é liberado. Operar o interruptor RESET coloca o biastável no seu estado de RESET, quarta linha. Quando o interruptor RESET é liberado, o biastavel permanece em seu estado RESET, quinta linha. As duas últimas linhas mostram o que acontece se as duas chaves forem pressionadas. Isto é conhecido como um estado anulado porque a fase seguinte a sequência não pode ser prevista. As portas NAND não são danificados por pressionarmos ambas as chaves ao mesmo tempo. No entanto, uma vez que nada de útil acontece, os circuitos que usam SET / RESET bi estáveis são projetados para evitar o estado não permitido. Gráfico demonstrando o desencadear das tensões de entrada e saída Astável
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Inicialmente, o capacitor está vazio e deve cobrar
0-6 V para chegar ao primeiro limiar de disparo Schmitt. Quando isto é
atingido, a saída da porta NAND fica em BAIXA (0) e o capacitor inicia a
descarga. Quando o segundo limite é atingido, de 3 V, com uma fonte de
alimentação de 9 V, a saída da porta NAND fica em ALTA (1) mais uma vez. Desta
vez, o capacitor já está parcialmente carregado e a duração do segundo pulso
corresponde à tomada de tempo para carregar a partir de 3 V a 6 V.
Os tempos de alta e baixa da saída de pulso Astável, corresponde cada um, a um tempo de metade de carga, 0.69RC. O período da forma de onda de pulso é 0.69RC e a frequência dos pulsos é dada por:
Os tempos de alta e baixa da saída de pulso Astável, corresponde cada um, a um tempo de metade de carga, 0.69RC. O período da forma de onda de pulso é 0.69RC e a frequência dos pulsos é dada por:
Esta é uma ótima maneira de fazer um Astável de
baixo custo e simples, para testar um circuito na sua bancada, mas não é um Astável confiável quando se necessita de
uma frequência exata.
Com os valores dos componentes, o LED deve piscar em cerca de 10 Hz.
Use o osciloscópio para investigar as formas de onda no pino 3 do 4093, a saída
do Astável é no pino 2, onde você poderá observar o capacitor carregar e descarregar.
Jairo Piran da Silva
Técnico em Mecatrônica
Website: www.jp-mecatron.weebly.com
Jairo Piran da Silva
Técnico em Mecatrônica
Website: www.jp-mecatron.weebly.com