quarta-feira, 5 de agosto de 2015

Buzzer com o 4093


Um circuito oscilador RC baseado no CI 4093 pode ser utilizado para excitar um Buzzer ou transdutor piezoelétrico com tom de áudio que dependem da capacitância C1 e pode ser ajustado através de uma resistência variável. 









Introdução - Buzzer com o 4093


Neste post é apresentado um circuito simples de um oscilador RC baseado no CI 4093 e utilizado para excitar um Buzzer ou transdutor piezoelétrico. Primeiramente, o circuito completo do Buzzer com o 4093 é ilustrado e o seu funcionamento é descrito. No final, o circuito é montado e testado em protoboard e uma sugestão de placa para montagem em circuito impresso é apresentada. Para uma melhor compreensão do funcionamento do oscilador RC recomenda-se a leitura do post "Oscilador RC com 4093".


Circuito Buzzer com o 4093 e seu funcionamento


O funcionamento do circuito Buzzer baseado no 4093, ilustrado na Figura 1 é baseado no oscilador RC. As oscilações do circuito RC produzem uma onda quadrada em Vout que vai de 0V a Vdd. A dinâmica de carga de descarga do capacitor definem a frequência de oscilação do circuito. As oscilações do circuito é proporcionada pelo CI1A 4093 e sua frequência é definida pelo capacitor C1 e o resistor R1 em série com o trimpot P1 . O Buzzer é conectado nos terminais B1 e B2 e a alimentação do circuito é feita através dos terminais +V e 0V.

Circuito oscilador
Figura 1 - Esquemático do circuito Buzzer

O capacitor C1 tende a se carregar através dos resistores R1 e P1 quando a tensão de saída Vout é igual a Vdd. A tensão v(t) do capacitor C1 no processo de carga tende a aumentar até Vdd, entretanto quando v(t) atinge a tensão de referência superior Vt+ das entradas Schmitt trigger a saída Vout comuta de Vdd para 0V e o circuito RC (Formador por C1, R1 e P1) começa a descarregar. No processo de descarga do circuito RC, a tensão v(t) tende ir para zero, porem quando v(t) atinge o valor da tensão de referência inferior Vt- das entradas Schmitt trigger a saída Vout comuta novamente para Vdd e o processo se reinicia de forma periódica. Os estágios seguintes ( IC1B, CI1C e CI1D) realizam o isolamento do estágio oscilador além de criar uma onda quadrada complementar para acionar o Buzzer.   

A frequência de oscilação do circuito é definida pela Equação 5, onde R equivale a resistência total formada por R1 mais P1 e C é a capacitância C1. Maiores detalhes do funcionamento do oscilador pode ser obtidas no post "Oscilador RC com o 4093". 

Formula do oscilador RC


Montagem do Buzzer com 4093


A Figura 2 apresenta a montagem do circuito Buzzer em protoboard. A alimentação  (Vdd) é feita por uma fonte de 5V.

Oscilador RC
Figura 2 - Montagem do circuito Buzzer em protoboard 

Os valores dos componentes utilizados são: C1= 47nF, R1= 10k Ohms e P1= 270k Ohms. Para esses valores pode-se determinar as frequências teóricas de oscilação máxima e mínima para o circuito alimentado em 5V.  A Tabela 1 agrupa os dados fornecidos pelo datasheet para as tensões do nível superiores e inferior do disparador Schmitt trigger, circuito alimentado por uma tensão Vdd de 5V a 25°C .

Tabela 1 - Dados fornecido pelo datasheet do CD4093BE.
4093

Os valores de C1, R1 e P1 medidos são:
  • C1=50,4 nF
  • R1= 9,81K Ohms
  • P1= 274,5K Ohms

As frequências máxima e mínima ocorrem quando a resistência de P1 é igual a zero e 274,5K Ohms, respectivamente. As frequências para os valores típicos de Vt+ e Vt- fornecidos na Tabela 1 são de fmax=2,49kHz e fmin=85,9Hz. Entretanto, vale ressaltar que esses valores são estimados devido a grande variação das tensões de Vt+ e Vt- e na prática as frequências máxima e mínimas podem ser diferentes dos valores teóricos.

De fato, as frequências máxima e mínima obtidas na prática são diferentes como podem ser observados nas Figuras 3(a) e 3(b). As frequências mínima e máxima calculada  para Vt+=2,72V, Vt-=2,04V e Vdd=5V são: fmin=127,19Hz e fmax=3,69kHz que se aproxima bem dos valores fornecidos pelo osciloscópio. 

Oscilador RC
Figura 3 - Resultados experimentais: (a) Frequência máxima de oscilação, (b) Frequência mínima de oscilação.

Uma sugestão de layout para confecção de uma placa de circuito impresso é mostrada na Figura 4. Os arquivos do projeto da placa pode ser baixados no link a baixo.

Link: Projeto Buzzer com 4093

Buzzer com o 4093
Figura 4 - Layout do circuito impresso.
 

Lista de Componentes para o Buzzer


R1 - 10k Ohms
C1 - 47nF (cerâmico ou poliéster)
P1 - Trimpot 270k Ohms
CI - CD4093BE
Tensão de alimentação +3V a +15V.
 






2 comentários:
  1. qual a capacidade de carga do ci 4093, o que ele suporta. valor que entra e que sai, máximo?

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    Respostas
    1. Oi amigo,
      A corrente que o 4093 pode drenar na saída é pequena e vai estar em função da alimentação do CI. Agora, a corrente de excitação das portas são da ordem de uA (0.1uA) devido a sua alta impedância de entrada.

      Essas informações podem ser facilmente encontradas no datasheet do componente.

      Vdd=5V - Io=0.88mA
      Vdd=10V - Io=2.25mA
      Vdd=15V - Io=8.80mA


      Obrigado pela visita e contribuição ao blog !

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