Automação Industrial de Processos e Manufatura

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Experimentos de Cincias com o CI 4093

O circuito integrado 4093 um dos mais versteis que a famlia CMOS pode fornecer. Suas quatro portas NAND

disparadoras podem ser usadas de forma independente como osciladores, amplificadores digitais, monoestveis ouainda comparadores de tenso.

O circuito integrado CMOS 4093 formado por 4 portas NAND disparadoras em um nvlucro DIL de 14 pinos, com apinagem mostrada na figura 1.

Cada uma das portas pode ser usada de forma independente, alimentada com tenses de 3 a 15 V e quandoconfiguradas como oscilador operar em freqncias de at 7 MHz (10 V).

Os sinais de sada deste circuito correspondem a dois nveis lgicos: baixo (0 V) e alto (tenso de alimentao). A

corrente fornecida/drenada de 2,25 mA com alimentao de 10 V, o que significa a possibilidade de excitarmosdiretamente pequenos transdutores, LEDs ou etapas de potncia com transistores.

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Os projetos que descrevemos a seguir podem ser utilizados em demonstraes em sala de aula, para implementao

de projetos de pesquisa ou como simples curiosidades para os que desejam aprender mais sobre eletrnica ecircuitos.

Oscilador controlado pela Chama de um fsforo

O oscilador ilustrado na figura 2 tem sua freqncia controlada pela condutividade da chama de um fsforo, vela ououtro objeto que pegue fogo.

Com este circuito podemos demonstrar que a chama, que corresponde ao quarto estado da matria (plasma), condutora de eletricidade. Isso leva possibilidade de empregar circuitos como este como detectores de incndio,

chama-piloto de sistemas de aquecimento e em outras aplicaes onde fogo precise ser detectado.

No circuito, o capacitor C1 determina a freqncia do oscilador juntamente com Rx que a resistncia apresentadapela chama. Os valores so calculados de modo que a elevadssima resistncia (da ordem de vrias dezenas de

megohms) de uma chama seja suficiente para gerar um tom de udio.

O sinal gerado amplificado digitalmente pela segunda porta do circuito e depois aplicado a um transdutor

piezoeltrico que o reproduz. Deve ser usado obrigatoriamente esse tipo de transdutor, ou ainda uma etapaamplificadora para alto-falante como exibe a figura 3.


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O circuito pode ser alimentado por tenses de 6 a 9 V, provenientes de pilha ou bateria. Na verso com transdutor oconsumo muito baixo.

A figura 4 apresenta a placa de circuito impresso para a montagem desse circuito.

Uma outra possibilidade, com finalidade mais didtica, seria fazer a montagem numa matriz de contatos, veja a figura5.

O sensor de chama para formar Rx consiste de dois fios descascados, conforme mostra a mesma figura. A chama

deve envolver os dois fios separados ao mesmo tempo, isso para que a corrente passe atravs dela.


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Para usar, ligue o circuito e acenda um fsforo colocando sua chama no sensor. Deve ser produzido um som notransdutor.

Semicondutores:CI1 4093 circuito integrado CMOS

Resistor:Rx sensor ver texto

Capacitores:

C1 100 pF ou 120 pF cermicoC2 100 F x 12 V eletroltico

Diversos:

B1 6 ou 9 V pilhas ou bateriaX1 Transdutor piezoeltrico de alta impedncia.Placa de circuito impresso ou matriz de contatos, suporte de pilhas ou conector de bateria, fios, solda, etc

Bio-oscilador

A atividade biolgica pode ser monitorada pelas variaes de resistncia que ocorrem quando dois eletrodos so

usados para a sua monitorao. Com o circuito mostrado na figura 6, pequenas variaes da resistncia de umespcimem podem ser detectadas pelas modificaes da freqncia do som emitido pelo transdutor.

Podemos utilizar este circuito no laboratrio de Biologia ou ainda como um detector de mentiras experimental.Lembramos que, sob tenso, ao responder perguntas incriminadoras, a resistncia da pele de uma pessoa muda e

com isso o tom do som emitido. Para esta aplicao o sensor consiste de chapinhas de metal, nas quais o interrogado


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apia os dedos, conforme ilustra a figura 7.

A montagem do circuito pode ser feita numa matriz de contatos, vista nessa mesma figura.

A freqncia do som emitido depender do valor do capacitor. Valores entre 100 pF e 100 nF podem serexperimentados, conforme o tipo de experincia que est sendo realizada.

Uma idia interessante apresentada na figura 8, onde uma colnia de microorganismos, ao se desenvolver numcopo com gua, modifica sua condutividade eltrica e com isso a tonalidade do som emitido. medida que acondutividade se torna maior (diminuindo a resistncia), o som se torna mais agudo.

A montagem deste circuito pode ser realizada em uma matriz de contatos, uma vez que se trata de circuitoexperimental. Os fios dos eletrodos no devem ser longos para que no sejam captados rudos que instabilizem o

circuito.

O transdutor deve ser obrigatoriamente piezoeltrico de alta impedncia ou ento deve ser usada uma etapatransistorizada, como a mostrada no primeiro projeto, para excitar um pequeno alto-falante.


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A alimentao pode ser feita com pilhas ou bateria e o consumo da unidade - para a verso com transdutor - muitobaixo. A durabilidade das pilhas ou bateria se estender por meses.

Lista de Materiais


Capacitores:C1 1 nF a 47 nF capacitor cermico ou polister ver texto

Diversos:S1 Interruptor simplesB1 6 ou 9 V 4 pilhas ou bateriaX1 Transdutor piezoeltricoX2 eletrodos sensores ver textoMatriz de contatos, suporte de pilhas ou conector de bateria, fios, solda, etc.

Oscilador controlado por Luz

O circuito exibido na figura 9 pode ser usado para demonstrar como sensores fotoeltricos funcionam, ou ainda deque modo as cores de uma fonte excitam o circuito de forma diferente.

Outra aplicao interessante como um comparador de tonalidade ou ainda para demonstrar que luz invisvel

(infravermelho) pode ser sensoriada pelo LDR colocado como sensor, mas que no percebida pelos nossos olhos.

O que temos um oscilador onde a freqncia depende tanto do valor do capacitor usado (que pode ficar entre 1 nF e

47 nF) quanto da resistncia apresentada pelo LDR. A resistncia do LDR muito baixa quando ele iluminado, e


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extremamente elevada no escuro.

Isso significa que o som produzido pelo oscilador ser tanto mais agudo quanto maior for a intensidade da luz queincidir no sensor LDR.

Experincias com diversas intensidades de luz, filtros e materiais translcidos podem ser implementadas nos cursos de

Cincias, Fsica, etc.

A montagem do circuito pode ser feita com base numa matriz de contatos, de acordo com a figura 10.

O sensor um LDR redondo, comum, de qualquer tipo. O valor de C1 deve ser obtido experimentalmente. Paratrabalhar com maiores intensidade de luz, usamos valores maiores.

Da mesma forma que nos projetos anteriores, se for utilizado um alto-falante ele dever ser conectado atravs de umaetapa amplificadora como a mostrada no primeiro projeto.

A alimentao do circuito pode ser feita com 4 pilhas pequenas ou bateria de 9 V.

Lista de Materiais


Capacitores:C1 1 nF a 47 nF cermico ou polisterC2 100 F x 12 V eletroltico

Diversos:LDR foto-resistor LDR comumX1 transdutor piezoeltrico


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S1 interruptor simples (opcional)B1 6 V ou 9 V 4 pilhas pequenas ou bateriaMatriz de contatos, suporte de pilhas ou conector de bateria, fios, solda, etc.

Podemos montar um capacitor usando folhas de alumnio e um papel, e empreg-lo num circuito eletrnico para

determinar a sua freqncia de funcionamento. Isso conseguido utilizando-se o circuito visto na figura 11.

O capacitor fabricado enrolando-se duas folhas de papel - alumnio juntamente com duas folhas de papel, observe

a figura 12.

A capacitncia que o capacitor vai apresentar depender do tipo de papel usado e das dimenses das folhas dealumnio (estando na faixa de alguns nanofarads), o que suficiente para fazer com que o oscilador gere um sinal na

faixa de udio.

Esse sinal amplificado e aplicado ao transdutor, de modo a haver reproduo de som. Podemos, entretanto, ajustar


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o potencimetro P1 para que a freqncia do sinal gerado fique ainda mais baixa e com isso faa o LED piscar.

O circuito pode ser montado numa matriz de contatos, com a disposio de componentes mostrada na figura 13.

A alimentao vem de 4 pilhas pequenas ou de uma bateria de 9 V. Se for usado alto-falante, dever ser empregada

uma etapa amplificadora com transistores similar do primeiro projeto.

Podemos utilizar este circuito numa aula de Fsica sobre capacitores, onde cada aluno dever construir seu prpriocapacitor. Usando materiais diferentes como dieltrico, a exemplo de folhas de plstico, papel mais fino, etc pode-se

mostrar de que modo a capacitncia se altera. Maiores capacitncias fazem com que o som gerado seja mais agudo,ou as piscadas do LED seja mais rpidas.

No empregue papel molhado ou mido, e tome cuidado para que no haja contato entre as folhas de aluminio usadas

como armaduras.

Ajuste o som produzido ou a freqncia das piscadas do LED no potencimetro.

Lista de Materiais


Resistores: (1/8 W, 5%)R1 10 k W marrom, preto, laranjaP1 1 M W potencimetro

Capacitores:C1 capacitor experimental ver textoC2 100 F x 12 V eletroltico


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educacionaleducacional

Diversos:X1 Transdutor piezoeltricoB1 6 V ou 9 V 4 pilhas pequenas ou bateriaS1 Interruptor simples (opcional)Matriz de contatos, material para confeccionar o capacitor, suporte de pilhas ou conector de bateria, fios, solda, etc.

* Matria originalmente publicada na revista Mecatrnica Fcil; Ano: 6; N 34; Mai / Jun - 2007


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