Oscilador CMOS Controlado

Tempo de leitura: 4 minutes

Uma possibilidade muito interessante para os que desejam controlar com um bit discreto a geração ou não de um sinal de clock é através do uso do oscilador controlado com o circuito integrado CMOS 4093. Um exemplo de aplicação seria o controle a partir de uma saída de um microcontrolador, podendo-se assim poupar processamento, pois o 4093 seria o responsável por gerar a frequência de clock. É claro que deve ser pensado de acordo com o projeto, pois em alguns casos há necessidade de sincronismo, frequência muito precisa, mas estes são assuntos para outros artigos. Na Figura 1 apresentamos o diagrama esquemático deste oscilador, como pode ser visto é muito simples.

figura 1
Figura 1 – Oscilador CMOS Controlado.

O funcionamento do circuito está intimamente ligado às propriedades das portas lógicas do 4093, que têm a característica Schmitt Trigger, onde existem limiares de tensão bem definidos, tornando estas portas excelentes para converter sinais analógicos em digitais. O 4093 contém 4 portas NAND do tipo Schmitt Trigger em um único encapsulamento, o que significa que pode-se desenvolver até dois osciladores deste tipo com um único CI. Se uma das entradas de uma NAND for falsa, a saída dela sempre será verdadeira. Com isso concluímos que com nível lógico baixo no pino de controle (pino 1 do 4093), teremos o pino 3 (saída da NAND U1:A) em nível alto e a saída da NAND U1:B (pino 4) em nível baixo, pois ela está ligada como um inversor (ambas as entradas interligadas). Por outro lado, se o pino de controle estiver em nível lógico alto, a saída desta porta terá o nível lógico inverso do detectado no pino 2, assim o oscilador estará operando.

Ao ligarmos o circuito e colocarmos o pino de controle em HIGH, o capacitor estará descarregado e a entrada do pino 2 vai detectar um nível LOW. A saída portanto terá o nível inverso, que é o nível lógico alto. Esse nível de tensão faz com que o capacitor C1 se carregue através de R1 até atingir o limiar de tensão máximo da porta, que irá comutar sua saída para nível baixo, fazendo o mesmo capacitor se descarregar por R1. O ciclo se repetirá indefinidamente até que a alimentação seja desligada ou o pino de controle seja colocado em nível lógico baixo. A porta U1:B serve para dar ganho de corrente ao sinal. C2 é o capacitor de desacoplamento e ficará entre os terminais de alimentação do 4093. Você poderá alimentar o circuito com tensões entre 3 e 15V, conforme recomenda o manual do fabricante (datasheet).

Cálculo da frequência do oscilador CMOS

Os tempos em ON e em OFF do sinal podem ser calculados com as seguintes equações, também fornecidas pelo datasheet do 4093:

Onde
R é o valor do resistor de realimentação;
C é o valor do capacitor de carga e descarga;
Vdd é a tensão da fonte;
VT- é o limiar negativo Schmitt Trigger;
VT+ é o limiar positivo Schmitt Trigger.
Considerando nossa tensão de +5V, temos as seguintes expressões:

Sabemos que a soma de ton com toff equivale ao período do sinal e que a frequência é inversamente proporcional ao período:

Substituindo na equação da frequência

A equação poderá ser utilizada para cálculo aproximado da frequência do oscilador e, para o circuito da Figura 1, será

Na prática este valor deve ser diferente, uma vez que os limiares de tensão não são exatamente os mesmos, além de termos as tolerâncias dos componentes reais a considerar.

Na Figura 2, apresentamos o circuito real montado para o teste prático.

Figura 2 - Circuito prático do oscilador CMOS controlado.
Figura 2 – Circuito prático do oscilador CMOS controlado.

Utilizamos um cabinho para ligar o pino 1 aos 5V emulando um sinal em nível lógico alto, além de utilizar um resistor de pull-down, no valor de 10k para emular um sinal em nível lógico baixo sempre que o cabinho for removido, comprovando assim o funcionamento do controle, que poderá vir de uma saída microcontrolada ou de outro circuito digital.

 

 

Autor: Eng. Wagner Rambo

Este artigo e apenas para apresentar os artigos da Revista Online do WrKits, você poderá ver estes e muitos outros além de Vídeo Aulas.

FAÇA ASSINATURA ANUAL DA REVISTA ELETRÔNICA WR:
https://go.hotmart.com/I43326457Q