Projetos

Um projeto bastante interessante para quem está começando a mexer com eletrônica é o vai e vem de leds, afinal, apesar desse projeto ser simples, de fácil montagem e barato, eles de gerar efeitos visuais bonitos, capazes de serem empregados em decorações, brinquedos, vitrines, etc. Nesse post, vamos usar o contador/divisor binário CD4017 e um LM555 mostrando como cada um deles funciona, assim você poderá usa-los em outros projetos, de acordo com a sua necessidade.

Para simplificar a compreensão do nosso circuito, começaremos explicando o funcionamento do LM555 e do CD4017. Em seguida realizaremos nossa montagem, que consiste simplesmente em usar esses dois CIs, um para gerar o clock, e o outro para acionar os leds.

LM555, o clock do nosso vai e vem de leds

O primeiro circuito integrado do qual vamos falar nesse post é o famoso LM555. Esse circuito integrado é um timer de uso geral, e no nosso circuito, ele será o responsável por fornecer o sinal de clock, que por sua vez será usado pelo CD4017. Para entende bem seu funcionamento, pensamos na sua estrutura interna, que pode ser representada como abaixo:

Nesse esquema vemos um divisor resistivo, que divide a tensão de alimentação em três partes iguais (, e VCC). Em seguida, temos dois comparadores, o primeiro, compara o pino “TR” com , resultando em um nível baixo, quando . Esse comparador é ligado no pino de “SET” de um latch RS, dessa forma, a saída será um nível alto quando , e dependera do pino de reset caso contrário

O segundo comparador compara o pino “THR” com , tendo saída alta quando . Essa saída esta ligado no pino de reset do latch, então, quando a saída do latch será nível baixo. Esse latch também conta com um pino de reset externo, que reinicia as saídas do latch por meio de uma fonte externa.

Na saída negada desse latch temos um transistor conectado ao pino “dis”, cuja função ficará clara mais a frente.

Modos de operação monoestável

O LM555 pode operar em dois modos distintos, o monostável e o astável. Começando pelo monostável, nesse modo teremos um pulso de saída em resposta a um sinal de gatilho, com a duração do pulso de saída ajustável. A sua montagem fica como abaixo.

Nessa montagem, quando o pino “TR” recebe um sinal de nível lógico baixo, o latch será setado, e a saída negada irá para baixo, o que faz com que o transistor do pino “DIS” se encontre bloqueado. Então, o capacitor estará carregando, até que ele atinja 2*VCC/3, quando o latch sera resetado, e o transistor passará a se encontrar fechado, descarregando o transistor, até que um novo pulso em “TR” ocorra. Para calcular o tempo de duração do pulso de saída temos a fórmula:

(1)  

Modo de operação astável

Vamos agora para o segundo modo de operação, isto é, para o modo astável. Esse modo é o que utilizaremos no nosso projeto, já que ele apresenta na saída uma onda quadrada, cujo os tempos em alta, em baixa e a frequência são ajustados por componentes externos. Para configurar o LM555 nesse modo, precisamos monta-lo como abaixo:

O modo astável usa um capacitor da mesma forma que o modo monoestável usava. A diferença é que o modo astável usa a descarga do capacitor para espaçar os pulsos no pino “TR”. Para mostrar isso, usando R1 = 1k, R2 = 3,9k e C = 2,2uF medimos as formas de onda da saída e da tensão no capacitor, que ficaram como abaixo:

Aqui temos que a tensão de alimentação era de 5V, então, quando a tensão do capacitor (em azul) atinge aproximadamente 1,67V () a saída vai para nível alto. Em seguida,o capacitor carrega até atingir 3,33V (), quando a saída passa para baixo. Com isso, temos que o tempo em alta é igual ao tempo de carga do capacitor. Da mesma forma, o tempo de descarga do capacitor equivale ao tempo em baixa do sinal de saída, sendo que esses tempos podem ser obtidos com:

(2)  

(3)  

Agora que já conhecemos o LM555, vamos falar sobre o CD4017.

CD4017 o driver do vai e vem de leds

O CI 4017 é um contador/divisor binário o que ele faz é acionar uma saída diferente para cada pulso de clock. O seu circuito funciona como uma sequência de flip-flops D, ligados em sequência, isto é, a saída do anterior conectado a entrada do próximo. A imagem abaixo mostra isso:

Note que a ultima saída negada é a que esta sendo ligada no primeiro flip-flop, assim, todas as saídas passaram a alta, uma a uma, e depois serão colocadas em baixa da mesma forma. Para que cada uma das saídas sejam acionadas uma de cada vez, um circuito de lógica combinacional é aplicado. Com esse circuito lógico, conseguimos converter as 5 saídas em 10, que é a quantidade de saídas do CD4017.

Finalmente, podemos falar sobre o circuito montado para o vai e vem de leds.

O vai e vem de leds

Para montar o circuito usamos, além do LM555 e do CD4017, 6 leds, 6 resistores de 330R, 8 diodos 1N4148, 1 resistor de 330k, 1 resistor de 1k e 1 capacitor de 2,2uF, que foram ligados como no esquema abaixo.

Aqui configuramos o LM555 no modo astável para gerar um clock de 1Hz, com duty cicle de 50%, conectando a saída na entrada do CD4017. O passo dado em seguida por conectar os leds, sendo que foram necessários diodos para 4 deles. Usamos os diodos para ligar duas saídas do CD4017 a um mesmo led, já que assim conseguimos gerar um efeito de “vai e vem”. Lembrando que esses diodos são necessários para não queimar o CD4017, uma vez que, se elas fossem ligadas diretamente teríamos um curto circuito. Os resistores de 330R usados servem para evitar corrente muito grandes nos leds, garantindo que eles funcionem, assim, esses resistores podem ser substituídos caso você use tensões maiores (lembrando sempre de respeitar as tensões de operação dos CIs usados). Testamos o nosso circuito, e mostramos ele funcionando no vídeo abaixo.

Nesse artigo trazemos um projeto simples de um vai e vem de leds, e aproveitamos para discutir um pouco sobre os circuitos integrados CD4017 e LM555, que são CIs bastante versáteis na eletrônica. Já conhecia eles? Conte pra gente! Lembrando sempre que os componentes usados nesse projeto, e muitos outros podem ser encontrados na Ryndack Componentes clicando aqui.