O Circuito Integrado 4093 para os Makers

De Newton C. Braga

Explorando as infinitas possibilidades do circuito integrado CMOS 4093, este livro é de grande interesse para os Makers, hobistas, estudantes (STEAMers) e muitos outros. Os leitores terão a oportunidade de aprender como aplicar este circuito integrado CMOS e seu uso básico ao mesmo tempo que montam projetos detalhados.
Este livro inclui instruções de como construir mais de 100 projetos. Eles incluem shields para microcontroladores, controles de lâmpadas e motores, timers, áudio, RF, inversores, alarmes e muito mais. Este livro dá aos leitores a oportunidade de acessar um meio prático de aprender sobre este item:
- Ensina como usar o 4093 como shield para microcontroladores
- Dá ideias obtidas ao se completar cada projeto
- Explora as imensas capacidades do 4093.

• Idioma: Português
• Editora: Editora NCB
• Data de lançamento: 14 de fev. de 2017
• ISBN: 9788565051262

Pré-visualização do livro

Newton C. Braga

O CIRCUITO INTEGRADO 4093 PARA OS MAKERS

São Paulo - 2017

Institute NCB

www.newtoncbraga.com

[e-mail]

Autor: Newton C. Braga

São Paulo - Brasil - 2017

Palavras-chave: Eletrônica - Engenharia Eletrônica - Componentes - Educação Tecnológica - 4093 - Makers

Diretor responsável: Newton C. Braga

Diagramação e Coordenação: Renato Paiotti

MAIS INFORMAÇÕES

INSTITUTO NEWTON C. BRAGA

http://www.newtoncbraga.com.br

NOTA IMPORTANTE

Esta série de livros fornece conhecimentos básicos de eletrônica para cursos regulares, cursos a distância e para autodidatas consistindo, portanto numa literatura cuja finalidade é apoio, iniciação ou complementação de conhecimentos. Sua aquisição não implica no direito a obtenção de certificados ou diplomas os quais devem ser emitidos pelas instituições que adotam o livro ou ainda ministram cursos de outras formas. Da mesma forma o autor ou a editora não se responsabilizam por eventuais problemas que possam ser causados pelo uso indevido das informações nele contidas como o não funcionamento de projetos, ferimentos ou danos causados a terceiros de forma acidental ou proposital, ou ainda prejuízos de ordem moral ou financeira. Os eventuais experimentos citados quando realizados por menores devem ter sempre a supervisão de um adulto. Todo cuidado foi tomado para que o material utilizado seja encontrado com facilidade na época da edição do livro, mas as mudanças tecnológicas são muito rápidas o que nos leva a não nos responsabilizarmos pela eventual dificuldade em se obter componentes para os experimentos quando indicados em outros livros desta série.

Índice

Apresentação

Prefácio da Edição Original em Inglês

Cover of the original edition (1999)

Capítulo 1 - O Circuito Integrado CMOS 4093

1.1 - A família CMOS

1.2 - O Circuito Integrado 4093

1.3 – Configurações Básicas

1.4 – Fontes de alimentação

Capítulo 2 - Projetos de Áudio e RF

Projeto 1 – Oscilador de Áudio (E) (P) (S)

Projeto 2 – Oscilador de Áudio Simples II (E) (P) (S)

Projeto 3 – Injetor de Sinais (P) (E)

Projeto 4 – Oscilador Controlado Por Toque (E)

Projeto 5 - Shield Sensor de Toque(S)

Projeto 6 – Oscilador Controlado Pela Luz I(E) (P) (S)

Projeto 7 – Oscilador de Plasma (E) (S)

Projeto 8 – Repelente de Insetos (P)

Projeto 9 – Gerador de Áudio (P)

Projeto 10 – Metrônomo I (E) (P)

Projeto 11 – Metrônomo II (E) (P)

Projeto 12 – Gerador Ultrassônico I (E) (P) (S)

Projeto 13 – Gerador Ultrassônico II (E) (P) (S)

Projeto 14 – Oscilador Ultrassônico III (E) (P) (S)

Projeto 15 – Gerador Ultrassônico de Alta Potência (E) (P) (S)

Projeto 16 – Oscilador com Palito de Fósforo (E)

Projeto 17 – Oscilador Para Prática de Código Morse (E) (P) (S)

Projeto 18 – Oscilador de 100 Hz a 1 kHz (P) (E) (S)

Projeto 19 – Oscilador Controlado por Toque II (E) (P) (S)

Projeto 20 – Oscilador Controlado Pela Luz (E) (P) (S)

Projeto 21 – Transmissor CW Experimental de 100 kHz a 1 MHz (E)

Projeto 22 – Transmissor de 100 kHz a 1 MHz Modulado (E)

Projeto 23 – Transmissor CW de 3 a 4 MHz (E)

Projeto 24 – Transmissor Modulado de 3 a 4 MHz (E) (S)

Projeto 25 – Gerador de Bips (E) (P) (S)

Projeto 26 – Gerador Potente de Bips (E) (P) (S)

Projeto 27 – Gerador de Bips (versão III) (E) (P) (S)

Projeto 28 – Gerador de Bips de Dois Tons (E) (P) (S)

Projeto 29 – Gerador de Bips de Potência IV(E) (P) (S)

Projeto 30 – Gerador de Bips Complementar (E) (P) (S)

Projeto 31 – Sirene de Dois Tons (P) (S)

Projeto 32 – Sirene Modulada em Frequência (P) (S)

Projeto 33 – Gerador de Sons Complexos (E) (P) (S)

Projeto 34 – Gerador de Bips de Intervalo Variável (E) (P) (S)

Projeto 35 – Sirene de Ciclo Ativo Variável (E) (P) (S)

Projeto 36 – Sirene Controlada por Toque (E) (P)

Projeto 37 – Máquina do Som (E) (P)

Capítulo 2 - Projetos com Lâmpadas e LEDs

Projeto 38 – Simples Pulsador com LED (E) (P) (S)

Projeto 39 – Teste de 4093(P)

Projeto 40 – Pulsador Para Lâmpadas de 6 ou 12 V (P) (S)

Projeto 41 – Pulsador de Lâmpada com Ciclo Ativo Variável (E) (P) (S)

Projeto 42 – Pulsador com Bip (E) (P) (S)

Projeto 43 – Pulsador de LED Simples II (E) (P) (S)

Projeto 44 – Pulsador Duplo com Ciclo Ativo Variável (E) (P) (S)

Projeto 45 – Pulsador Duplo de LED (E) (P) (S)

Projeto 46 - Pulsador Duplo de LEDs com Transistores Complementares (E) (P) (S)

Projeto 47 – Pulsador de LED Bicolor III (E) (P) (S)

Projeto 48 – Flasher ou Pulsador Duplo de Alta Potência (P) (S)

Projeto 49 – Desligamento de Lâmpada com Retardo (E) (P) (S)

Projeto 50 – Pulsador com Lâmpada Neon (E) (P)

Projeto 51 – Flasher ou Pulsador Temporizado (E) (P)

Projeto 52 – Pulsador de LEDs Disparado por Toque (E) (P)

Projeto 53 - Flasher para Lâmpada com Ciclo Ativo Programável (P) (S)

Projeto 54 – Pulsador Ativado no Escuro (P)

Projeto 55 – Pulsador com Ciclo Ativo Variável (E) (P) (S)

Capítulo 4 - Projetos de Circuitos de Tempo

Projeto 56 – Timer Simples (E) (P)

Projeto 57 – Relé de tempo (P)

Projeto 58 – Timer Simples II (P)

Projeto 59 – Timer de Som Contínuo (E) (P)

Projeto 60 – Timer de Tom Pulsante (E) (P)

Projeto 61 – Timer com Desligamento (E) (P)

Projeto 62 – Timer com Desligamento e Tom Pulsante (E) (P)

Projeto 63 – Timer Duplo de Acionamento (E) (P)

Projeto 64 – Timer Liga e Desliga (E) (P)

Projeto 65 – Timer Liga-Desliga (E) (P)

Projeto 66 – Timer Liga e Desliga com Relé (E) (P)

Projeto 67 – Mini Timer Duplo (E) (P)

Projeto 68 – Timer Duplo Pulsante (E) (P)

Projeto 69 – Timer Bargraph de 4 LEDs (E) (P)

Projeto 70 – Timer Bargraph com Relé (E) (P)

Projeto 71 – Timer Para Lâmpada Incandescente (P)

Projeto 72 – Timer Duplo Para Lâmpada Incandescente (P)

Projeto 73 - Minuteria de Desligamento Automático (P)

Capítulo 5 - Circuitos Biestáveis

Projeto 74 – Biestável de Toque (E) (P) (S)

Projeto 75 – Relé Biestável de Toque (E) (P) (S)

Projeto 76 – Motor Controlado Por Toque (E) (P) (S)

Projeto 77 – Contador Unilateral (E) (P) (S)

Projeto 78 – Relé Sônico Biestável (E) (P)

Projeto 79 – Biestável II (E) (P) (S)

Projeto 80 – Relé de Toque com 1 Sensor II (E) (P) (S)

Projeto 81 – Controle Remoto Luminoso Biestável (P) (S)

Projeto 82 – Cara-ou-Coroa (P)

Capítulo 6 - Alarmes

Projeto 83 – Alarme de Piscina ou Chuva (P)

Projeto 84 – Alarme Intermitente de Pêndulo (P)

Projeto 85 - ALARME DE USO GERAL

Projeto 86 – Alarme de Luz Biestável (P)

Projeto 87 – Alarme de Freezer ou Geladeira (P)

Projeto 88 - Controle Remoto Biestável (P)

Projeto 89 – Alarme com Retardo (P)

Projeto 90 – Alarme de Acionamento com Retardo (versão II) (P)

Projeto 91 – Alarme com Retardo (P)

Projeto 92 – Central de Alarme (P)

Projeto 93 – Alarme de Subtemperatura(E) (P)

Projeto 94 – Relé de Subtemperatura (E) (P)

Projeto 95 – Relé de Sobretemperatura com NTC (E) (P)

Projeto 96 – Alarme de Pêndulo Temporizado (E) (P)

Capítulo 7 – Inversores

Projeto 97 - Inversor Simples com o 4093

Projeto 98 – Lâmpada Ultravioleta (E) (P) (S)

Projeto 99 – Gerador Experimental de Alta Tensão (E) (P)

Projeto 100 – Estimulador de Nervos (E) (P)

Projeto 101 – Pulsador Fluorescente Ativado no Escuro (E) (P)

Projeto 102 – Sinalizador Fluorescente Ativado Pela Luz (E) (P)

Projeto 103 – Sinalizador Fluorescente (E) (P) (S)

Projeto 104 – Gerador de Íons Negativos (E) (P)

Projeto 105 – Luz Estroboscópica Fluorescente (E) (P) (S)

Parte 8 - Projetos Diversos

Projeto 106 - Oscilador Gatilhado (versão I) (E) (P) (S)

Projeto 107 – Oscilador Gatilhado (Versão II) (E) (P) (S)

Projeto 108 - Base de Tempo de 60 Hz (E) (P) (S)

Projeto 109 – Eletroscópio (E) (P)

Projeto 110 – Gerador Modulado (P)

Projeto 111 – Teste de capacitores (P)

Projeto 112 – Detector de Raios X (P)

Projeto 113 – Teste de Continuidade

Projeto 114 - Provador Auditivo de Capacitores (P)

Projeto 115 - Teste de Continuidade (P)

Projeto 116 - Gerador com Retardo (P) (S)

Projeto 117 – Gerador com Retardo II (P) (S)

Projeto 118 – Nervo Teste (P)

Projeto 119 – Sensor de Água (P) (S)

Projeto 120 – Simples Órgão Eletrônico (E) (P)

Projeto 121 – Órgão Eletrônico com Vibrato (E) (P)

Projeto 122 – LED ou Relé Ativado por Som (E) (P) (S)

Projeto 123 – Bargraph Simples (E) (P)

Projeto 125 - Sinalizador Ativado ao Escurecer (E) (P)

Projeto 126 – Chave de Toque (E) (P)

Projeto 127 – Chave de Toque de Alta Potência (P)

Projeto 128 – Interface ou Shield com Acoplador Óptico (P) (S)

Projeto 129 – Pisca-Pisca Alternado Duplo de Alta Potência (P)

Projeto 130 – Efeito de Chama ou Vela (P)

Projeto 131 – Lâmpada Ativada ao Escurecer (P)

Projeto 132 – Biestável de Potência com Acionamento Magnético (P)

Projeto 133 – Pulsador Incandescente (P)

Projeto 134 – Chave de Onda Completa para Cargas AC (P)

Apresentação

Em 1999 publicamos um livro sobre o circuito integrado CMOS 4093, numa edição somente em inglês para a Newnes que recebeu o nome CMOS Projects and Experiments – Fun with the 4093 IC, a qual foi um grande sucesso na época, encontrando-se hoje totalmente esgotada. A publicação descrevia 135 projetos usando o circuito integrado CMOS 4093, selecionados da minha vasta coleção, publicados no Brasil anteriormente na forma de artigos e circuitos isolados. A publicação esgotou-se, não teve a sua versão em português até agora, mas o circuito 4093 continua mais atual do que nunca. Com o advento dos microcontroladores e da nova filosofia dos makers, ou fazedores de projetos com as mais diversas finalidades, novamente o 4093 revelou-se de extrema utilidade, quer seja para montagens independentes, como também como shields para microcontroladores. Assim, verificando a necessidade de uma publicação com projetos usando o 4093, também úteis para professores e estudantes, revisamos aquele livro e com muitas atualizações fizemos uma versão em português que logo também será traduzida para o inglês e o espanhol. Esta nova edição traz uma abordagem mais moderna do 4093 com sugestões para shields e breakout boards, além de aplicações que não eram possíveis na época de sua primeira versão. Trata-se, portanto, de um novo livro, com uma nova abordagem para um dos mais úteis circuitos integrados que conhecemos. Tanto quanto o 4017 e o 555, o 4093 deve ser considerado um componente indispensável na bancada de todo maker, experimentador, professor ou aluno.

Newton C. Braga (2016)

Prefácio da Edição Original em Inglês

(traduzido – com pequenas alterações)

Existem componentes especiais, como o 741, 555, 4017, 567 e outros bastante conhecidos, que podem ser usados em uma grande quantidade de projetos. O circuito 4093 é um deles. Usando este versátil componente, o autor elaborou este livro especial, um manual de um único componente que oferece ao experimentador, estudante, maker e profissional, uma seleção de circuitos práticos.

Durante muitos anos o autor, como colaborador de revistas de eletrônica Brasileiras, Americanas, Europeias e Latino-americanas, colecionou uma grande quantidade de projetos usando o circuito integrado CMOS 4093. Circuitos práticos, assim como aqueles que podem servir para lhe ensinar alguma coisa nova ou fazer parte de um projeto microcontrolado como shield ou breakout board foram selecionados e incluídos neste livro.

Este livro tem dupla finalidade, já que temos duas espécies de projetos: (1) aqueles que podem ser expandidos ou melhorar seu conhecimento em outras áreas de interesse, como áudio, rádio, microcontroladores, instrumentação, segurança e até mesmo jogos, e (2) aqueles que ajudarão no entendimento de eletrônica básica e circuitos e do próprio circuito integrado 4093, que é a base deste trabalho. Ambos os interessados são makers (fazedores) que procuram algo novo com este componente, quer seja usando-o isoladamente numa aplicação completa ou como parte de um shield ou breakout board num projeto com microcontrolador (PIC, Arduino, etc.).

Também podemos citar outra espécie de leitor: o estudante de escolas técnicas, nível médio ou mesmo superior assim como pesquisadores que desejam usar recursos eletrônicos em pesquisa científica. Muitos projetos aqui descritos podem ser acoplados a outros circuitos, principalmente microcontrolados. Por exemplo, gerados de efeitos de áudio e sons podem ser usados como etapas de potência controladas por microcontroladores, acionando alto-falantes ou buzzers. Eles também podem ser usados como controles de motores e relés como shields de controle em muitas aplicações.

Também descrevemos projetos simples que usam apenas poucos componentes de baixo custo. Alguns podem ser montados numa simples tarde de trabalho ou numa aula usando uma matriz de contato em comparação a outros que usam diversos CIs, transistores e outros componentes. Para tornar mais simples ao leitor escolher o projeto que deseja, usaremos um P para indicar que se trata de um circuito prático e um E para indicar que se trata de projeto experimental e um S para indicar que o projeto pode ser usado como shield para microcontroladores. Você vai ver que existem projetos que possuem duas e até três marcas, o que significa que podem ser usados com mais de uma finalidade.

O capítulo 1 descreve, com termos simples, o próprio circuito integrado 4093. Depois de uma breve introdução, os capítulos seguintes fornecem 135 projetos numa ordem crescente, agrupados por tipos gerais. Ele começa com projetos simples e avança em direção a projetos cada vez mais complexos. O formato é tal que ajuda o leitor a aprender a teoria sobre o dispositivo rapidamente e o preparar para usar nos circuitos da forma mais vantajosa. Os projetos também contem informações, quando for possível, sobre o uso como shield ou breakout boards para microcontroladores como o Arduino, PIC, MSP430, Atmel, etc.

Os componentes eletrônicos exigidos são listados no final de cada projeto. Partes secundárias (hardware), como soquetes, chassis, caixas, parafusos, não são especificados, já que o leitor tem a liberdade de escolhê-los de acordo com sua preferência e disponibilidade.

Os modos como os circuitos funcionam e modificações possíveis são explicadas em termos práticos de tal forma que o leitor pode adquirir conhecimento adicional de eletrônica prática à medida que ele avança através do livro.

Apesar de muitos projetos (os práticos) sejam divertidos de montar exatamente como são mostrados aqui, pode-se fazer muitas modificações. Recomendo que você vá adiante e modifique os circuitos de acordo com aquilo que você pretende fazer com ele. Existe uma enorme gama de modificações possíveis, e muitas deles podem ser úteis aos experimentadores que gostam de saber como as coisas funcionam, mesmo através considerando que o projeto já tenha uma finalidade.

Como nossos projetos utilizam uma ampla faixa de tensões de alimentação, incluímos diversas fontes reguladas e não reguladas, de tal forma que o leitor não precise de baterias ou pilhas que são caras. Nas aplicações em que o 4093 é usado com microcontroladores prevemos nos casos possíveis a utilização de alimentação de 3,3 V ou 5 V da própria placa.

A tensão de alimentação de cada projeto foi escolhida de tal forma a se adaptar às tensões fornecida por duas pilhas (3 V), quatro pilhas (6 V) ou de microcontroladores (3,3 ou 5 V). Em muitos casos, fontes adicionais podem ser encontradas no site do autor em: www.newtoncbraga.com.br .(*)

Também recomendamos visitar o site do autor, onde centenas de projetos que utilizam o 4093 de alguma forma podem ser encontradas. Muitos projetos podem ainda ser encontrados na seção Circuitos Simulados onde a simulação no Multisim é feita, dando acesso diretamente aos arquivos de simulação para os leitores que possuam o software.

Concluindo, acredito que este livro pode lhe ajudar muito a encontrar projetos com o 4093 e lhe ensinar muito sobre seu uso e também em outras aplicações.

Newton C. Braga

(*) Também sites em Espanhol (www.incb.com.mx) e em Inglês (www.newtoncbraga.com)

Cover of the original edition (1999)

This edition (out of printed) was published originaly by Newnes resultin g in a new version, totally revised and upgraded with changes to fill with modern applications using microcontrollers (shields).

Onde Encontrar o Circuito Integrado 4093

O circuito integrado 4093 é um componente muito comum atualmente, podendo ser encontrado com facilidade na maioria das lojas de componentes. Pela internet sugerimos visitar o site da Mouser Electronics em www.mouser.com, apenas tomando cuidado para escolher as versões em invólucros DIL, já que as versões SMD são difíceis de trabalhar e não podem ser usadas na matriz de contatos.

Capítulo 1 - O Circuito Integrado CMOS 4093

1.1 - A família CMOS

O circuito integrado CMOS 4093 é membro de um grande grupo de blocos compatíveis para elaboração de circuitos mais complexos. Com esses blocos podemos elaborar circuitos que tomam decisões simples, por isso eles também são classificados como circuitos lógicos digitais. O grupo CMOS de circuitos integrados é composto de diversos tipos de componentes que, pelo fato de terem as mesmas características de entrada e saída, podem ser interligados, sem a necessidade de componentes ou circuitos adicionais. Eles também podem ser conectados diretamente à entrada e saída de microcontroladores, tornando-os úteis para a elaboração de shields ou breakout boards.

Existem muitas famílias de circuitos lógicos digitais disponíveis como a TTL (transistor-transistor-logic), RTL (Resistor-Transistor-Logic – não mais usada) e outras, mas o circuito integrado 4093 é membro da família CMOS (Complementary metal-oxid silicon), que apresenta vantagens importantes em relação às outras famílias. Estas vantagens incluem custo muito baixo, baixo consumo não crítico de alimentação e uma impedância de entrada muito alta.

Estes destaques, mais as vantagens inerentes