Resumo

O CD40106 é um circuito integrado (IC) versátil fabricado pela Texas Instruments, com seis inversores Schmitt-trigger concebidos para melhorar a imunidade ao ruído e oferecer um desempenho superior em circuitos digitais. Está classificado na caixa SOIC-14 e funciona numa vasta gama de tensões de 3V a 18V, o que o torna adequado para várias aplicações. Este CI destaca-se pela sua capacidade de estabelecer uma interface eficaz entre circuitos analógicos e digitais, graças às caraterísticas melhoradas dos seus inversores Schmitt-trigger, que diferem das portas NOT normais por terem histerese nas suas caraterísticas de transferência. Isso permite que o CD40106 forneça saídas digitais estáveis mesmo na presença de sinais de entrada ruidosos ou que variam lentamente. As caraterísticas eléctricas do CD40106 são impressionantes, com cada um dos seis inversores capaz de uma corrente de entrada de até 6,8mA. As tensões de limiar apresentam uma correspondência próxima de aproximadamente 100mV a uma tensão de alimentação de 15V DC, garantindo um desempenho consistente em todos os seis inversores. Estas caraterísticas tornam o CD40106 ideal para aplicações que requerem imunidade a ruído e saída de sinal estável, tais como debouncing de interrutor, modelação de forma de onda e condicionamento de sinal. Uma das principais vantagens do CD40106 é a sua capacidade inerente de rejeição de ruído, conseguida através da histerese nos limiares de entrada, que evita que pequenas flutuações no sinal de entrada provoquem um falso disparo do estado de saída. Além disso, o dispositivo funciona de forma biestável, com dois estados de saída estáveis (ALTO e BAIXO), mudando apenas quando a entrada atravessa tensões de limiar específicas. Esta biestabilidade é crucial para uma operação fiável em ambientes ruidosos, tornando o CD40106 uma escolha popular para aplicações em sistemas de comunicação, interface de sensores e circuitos de temporização. O CD40106 tem sido amplamente adotado em várias aplicações electrónicas devido às suas caraterísticas únicas e às vantagens dos seus inversores Schmitt-trigger. É encapsulado num pacote SOIC de 14 pinos, proporcionando flexibilidade no design do circuito. Apesar dos obstáculos iniciais devidos às velocidades mais lentas em comparação com os projectos baseados em TTL, os avanços nos métodos de fabrico permitiram que o CD40106 e a série 4000 em geral tivessem um desempenho equivalente ao dos TTL contemporâneos, assegurando a sua relevância e utilidade contínuas nos circuitos digitais modernos.

Especificações técnicas

O CD40106BM é um IC de porta lógica fabricado pela Texas Instruments (TI), categorizado sob o pacote de caixa SOIC-14

. Este CI possui seis inversores Schmitt-Trigger, cada um concebido para melhorar a imunidade ao ruído e oferecer um desempenho superior em circuitos digitais. O dispositivo funciona numa vasta gama de tensões, de 3V a 18V, o que o torna versátil para várias aplicações.

Caraterísticas eléctricas

Cada um dos seis inversores Schmitt-Trigger do CD40106BM tem uma capacidade de corrente de entrada de até 6,8mA

. As tensões de limiar para estas portas apresentam um desfasamento de aproximadamente 100mV a uma tensão de alimentação de 15V DC, o que se traduz em cerca de ±0,3% do valor da alimentação. Esta correspondência estreita garante um desempenho consistente em todos os seis inversores na mesma matriz de CI.

Descrição funcional

O CD40106 é um circuito integrado que possui seis inversores de Schmitt. Cada inversor Schmitt dentro do CI funciona de forma semelhante a uma porta NOT padrão, mas com caraterísticas aprimoradas adequadas para a interface entre circuitos analógicos e digitais. Quando é introduzido um 1 lógico, a saída torna-se 0 lógico e vice-versa. No entanto, o inversor Schmitt difere de uma simples porta NOT por ter histerese nas suas caraterísticas de transferência, o que significa que os limiares da tensão de entrada para a transição de ALTO para BAIXO e de BAIXO para ALTO são diferentes

.

Caraterísticas do inversor Schmitt

O inversor Schmitt do CD40106 apresenta um comportamento de comutação limpo e definitivo, evitando quaisquer estados intermédios entre níveis lógicos. Isto torna-o ideal para aplicações que requerem imunidade a ruído e saída de sinal estável

. Quando a tensão de entrada (Vin) sobe para cerca de 3 volts, a tensão de saída (Vout) passa de ALTA para BAIXA. Inversamente, quando Vin cai para aproximadamente 2 volts, Vout transita de BAIXO para ALTO. Esta histerese ajuda a filtrar o ruído e proporciona uma saída digital estável mesmo com sinais de entrada que mudam lentamente ou com ruído.

Rejeição de ruído e funcionamento biestável

Uma das principais vantagens da utilização de inversores Schmitt-trigger, como os encontrados no CD40106, é a sua capacidade inerente de rejeição de ruído. A histerese nos limiares de entrada assegura que pequenas flutuações no sinal de entrada não resultam em falsos disparos do estado de saída, o que é crucial para um funcionamento fiável em ambientes ruidosos

. Além disso, o inversor Schmitt funciona de forma biestável, o que significa que tem dois estados de saída estáveis (ALTO e BAIXO). O estado de saída muda apenas quando a entrada atravessa tensões de limiar específicas, garantindo um funcionamento estável e evitando oscilações indesejadas.

Aplicações e benefícios

Os inversores Schmitt-trigger do CD40106 são amplamente utilizados em várias aplicações, incluindo debouncing de comutação, modelação de forma de onda e condicionamento de sinal

. No debouncing do interrutor, a caraterística de histerese assegura que apenas ocorre uma única transição para cada atuação do interrutor, eliminando os efeitos do ressalto de contacto. Este CI também pode ser utilizado em circuitos osciladores, onde o comportamento de comutação limpo ajuda a gerar oscilações estáveis.

Pacote e pinagem

O CD40106BM é encapsulado em um pacote SOIC de 14 pinos, tornando-o adequado para aplicações de montagem em superfície. A configuração dos pinos inclui os pinos de alimentação (Vdd e Vss) e os pinos de entrada/saída para cada um dos seis inversores

. Cada inversor pode ser utilizado de forma independente, oferecendo flexibilidade na conceção de circuitos. O tamanho compacto do dispositivo e as suas caraterísticas eléctricas robustas fazem dele uma escolha popular para os projectistas que necessitam de conversões de nível lógico fiáveis e de condicionamento de sinal nos seus circuitos digitais.

Aplicações

O CI CD40106BM é amplamente utilizado em várias aplicações electrónicas devido às suas caraterísticas únicas e às vantagens dos seus inversores Schmitt-trigger.

Condicionamento de sinal

O disparador Schmitt é frequentemente utilizado para remodelar e condicionar sinais analógicos antes do processamento posterior. A sua capacidade de converter entradas analógicas em saídas digitais simplifica as operações lógicas digitais subsequentes

. Isso torna o CD40106BM um componente útil na conversão analógico-digital e em outras tarefas de processamento de sinais.

Osciladores

O CD40106BM também é utilizado em circuitos de osciladores. Ao incorporar um disparador Schmitt num circuito oscilador, a propriedade de histerese ajuda a controlar a frequência e a estabilidade da forma de onda gerada. Isso é particularmente útil para gerar formas de onda periódicas contínuas, como ondas senoidais, ondas quadradas ou ondas triangulares

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Eliminação do ruído

Uma das principais utilizações do CD40106BM é a eliminação de ruído. O loop de histerese no disparador Schmitt ajuda a suprimir o ruído e as flutuações do sinal, garantindo uma saída digital limpa. Isso é particularmente valioso em aplicações em que a imunidade a ruídos é essencial, como sistemas de comunicação e interface com sensores

.

Geração de ondas quadradas

A capacidade do disparador Schmitt para gerar ondas quadradas é outra aplicação importante. Ao alimentar o CD40106BM com um sinal de entrada, as suas caraterísticas de histerese asseguram que a saída comuta entre dois níveis de tensão quando a entrada ultrapassa as tensões de limiar. Isto torna-o útil em circuitos de temporização, que controlam a sincronização de vários eventos ou processos em sistemas electrónicos

.

Interruptor de debicagem

O debouncing de interrutor é outra aplicação crítica do CD40106BM. Ajuda a reduzir as transições múltiplas de um interrutor, fornecendo transições de sinal estáveis quando o interrutor é pressionado ou libertado. Isto assegura que apenas uma única transição é registada, o que é importante em sistemas digitais para evitar contagens ou operações erradas

.

Modelagem de pulso

Além disso, o CD40106BM pode ser utilizado em aplicações de modelação de impulsos. A modelagem de pulsos envolve a modificação da forma ou das caraterísticas dos pulsos de entrada para obter os pulsos de saída desejados. A propriedade de histerese de um disparador Schmitt permite-lhe limpar sinais de entrada ruidosos ou distorcidos, remodelando-os em impulsos de onda quadrada mais limpos.

Considerações sobre a conceção

A série 4000, incluindo o CD40106, facilita a conceção de circuitos mais simples através de um consumo de energia relativamente baixo, uma vasta gama de tensões de alimentação e uma capacidade de condução de carga (fanout) significativamente maior em comparação com o TTL. Isto torna esta série ideal para utilização em protótipos de projectos LSI

. Embora os circuitos integrados TTL sejam igualmente modulares, não têm normalmente a força de acionamento simétrica dos circuitos CMOS e podem exigir uma maior consideração das cargas aplicadas nas suas saídas. Os modelos com tampão dentro da série, como os utilizados para dispositivos de E/S como trincos octais e controladores de três estados, podem conduzir uma corrente eléctrica mais elevada, mas têm um risco ligeiramente mais elevado de introduzir zumbidos, a menos que sejam corretamente amortecidos ou terminados. A adoção generalizada da série 4000 foi inicialmente dificultada pelas velocidades comparativamente mais baixas dos desenhos em comparação com os desenhos baseados em TTL. No entanto, estas limitações de velocidade acabaram por ser ultrapassadas com métodos de fabrico mais recentes, como portas auto-alinhadas de polissilício em vez de metal, permitindo que estas variantes CMOS tivessem um desempenho equivalente ao dos TTL contemporâneos. A série foi alargada no final da década de 1970 e na década de 1980 com novos modelos com as designações 45xx e 45xxx, mas estes ainda são normalmente considerados pelos engenheiros como parte da série 4000. Na década de 1990, alguns fabricantes, como a Texas Instruments, adaptaram a série 4000 para novos designs baseados em HCMOS para fornecer velocidades maiores. Ao conceber circuitos com o CD40106, é crucial respeitar as condições de funcionamento recomendadas para garantir a segurança e o desempenho ótimo do dispositivo. Os valores máximos absolutos indicam os limites para além dos quais a segurança do dispositivo não pode ser garantida. Por exemplo, a tensão de alimentação DC (VDD) deve situar-se no intervalo de 3 a 15 VDC e a tensão de entrada (VIN) deve situar-se entre 0 e VDD VDC. As gamas de temperatura de funcionamento variam consoante o modelo, com o CD40106BM a variar entre -55°C e +125°C e o CD40106BC entre -40°C e +85°C. Em termos de alimentação eléctrica, é importante utilizar uma fonte de alimentação estável e ligar todas as entradas não utilizadas a GND ou VCC para evitar um consumo de corrente desnecessário. O CD40106 pode ser utilizado com uma variedade de tensões de alimentação e a gama exacta deve ser confirmada a partir da folha de dados da versão específica que está a ser utilizada. Além disso, os projectistas devem estar cientes de que as fontes de alimentação de bancada típicas, como a E3648A, são de saída de quadrante único, o que significa que só podem fornecer corrente para uma tensão de saída positiva. O tempo de estabilização para um novo ponto de ajuste de tensão inferior ao anterior pode ser lento devido à dependência da carga e das resistências pull-down internas para descarregar os condensadores de bypass de saída da fonte.

Comparação com outros CIs

O CD40106, parte dos CIs da série 4000, oferece vantagens significativas e casos de uso específicos que o distinguem de outros circuitos integrados (CIs). Esta secção analisa a sua comparação com vários outros CIs, nomeadamente os da mesma família lógica e as suas alternativas.

Comparação da série 7400

Os CIs da série 4000, incluindo o CD40106, servem como alternativa à série 7400, amplamente utilizada. Embora ambas as séries ofereçam funcionalidades semelhantes, tais como portas lógicas e contadores, diferem na sua construção e caraterísticas operacionais. A série 7400 baseia-se na lógica de transístor-transístor (TTL), enquanto a série 4000 utiliza a tecnologia de semicondutor de óxido metálico complementar (CMOS). Esta diferença de tecnologia resulta em caraterísticas eléctricas variáveis, com a série 4000 a proporcionar normalmente um menor consumo de energia, mas velocidades mais lentas, em comparação com a série 7400 baseada em TTL

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ICs de disparo Schmitt alternativos

Para aplicações que requerem especificamente disparadores Schmitt, o CD40106 pode ser comparado com várias alternativas:

• 74C14: Este CI é compatível com o CD40106 e suporta correntes de saída mais elevadas. Pode servir como um substituto direto em circuitos que requerem capacidades de manuseamento de corrente mais robustas.
• Variantes do 74xx14 (por exemplo, 74HC14, 74LS14): Estes chips oferecem a mesma funcionalidade que o CD40106, mas normalmente têm tensões nominais mais baixas. Fazem parte da série 74xx e são adequados para aplicações em que são aceitáveis tensões de funcionamento mais baixas.

Vantagens em relação às portas NOT simples

O CD40106, como um inversor de disparo Schmitt, oferece vantagens sobre as portas NOT simples devido às suas caraterísticas de histerese. A histerese fornece duas tensões de limiar distintas, assegurando que a saída transita de forma limpa entre estados lógicos, o que é crucial para a imunidade ao ruído e para a redução dos efeitos do ruído do sinal de entrada e do debouncing do interrutor

. Esta caraterística torna o CD40106 particularmente valioso em aplicações que requerem transições de sinal estáveis e fiáveis.

Desvantagens em aplicações de alta precisão

No entanto, o CD40106 tem as suas limitações. A sua dependência dos níveis de tensão de entrada e do limiar pode ser uma desvantagem em aplicações de alta precisão, como os conversores analógico-digitais, em que os níveis de tensão precisos são críticos

. Nesses casos, os CI alternativos com especificações de limiar mais rigorosas e melhor precisão poderão ser mais adequados.

Exemplos práticos

O CD40106 é um CI versátil que contém seis inversores Schmitt-trigger, cada um dos quais pode ser utilizado em várias aplicações práticas. Uma das utilizações mais comuns do CD40106 é na construção de osciladores e geradores de formas de onda.

Circuitos de osciladores

Uma aplicação prática do CD40106 é a criação de um circuito simples de oscilador de relaxamento. O oscilador pode gerar uma frequência de saída estável e é frequentemente utilizado em aplicações de temporização. Por exemplo, ligando uma resistência e um condensador a um dos inversores, é possível configurar um oscilador que faz piscar um LED a uma taxa específica. Isto é conseguido ligando a fonte de alimentação aos pinos VDD e GND do chip e configurando os restantes componentes em conformidade

. A frequência do oscilador é determinada pela constante de tempo RC, que pode ser calculada através da seguinte fórmula: $$ f_{RC} = \dfrac{1}{RC \log \left( \dfrac{(V_{dd}-V_N)V_P}{(V_{dd}-V_P)V_N} \right)}$$ Esta configuração proporciona uma forma de construir um oscilador fiável com uma frequência de saída estável, o que é crucial para muitas aplicações relacionadas com a temporização.

Circuito do LED intermitente

Outro exemplo prático é a utilização do CD40106 para construir um circuito de LED a piscar. Isto pode ser feito com alguns componentes simples: uma bateria de 9V, um condensador de 100 µF (C1), duas resistências de 10 kΩ (R1 e R2) e um LED. O inversor de disparo Schmitt garante que o LED pisca a uma taxa consistente, normalmente cerca de um piscar por segundo

. Este circuito demonstra a utilidade do CD40106 na geração de sinais periódicos e no controlo de indicadores visuais.

Imunidade ao ruído

O CD40106 também é valioso em aplicações em que a imunidade a ruídos é crítica. Por exemplo, ao executar uma linha de dados que pode ter captado ruído, os inversores Schmitt-trigger ajudam a garantir que os níveis de saída lógica só mudam em resposta a mudanças reais de dados, e não a ruídos espúrios. Isto torna o CD40106 ideal para tarefas de receção de linha, garantindo um processamento de sinal fiável em ambientes ruidosos

. Estes exemplos ilustram a versatilidade e a utilidade prática do CI CD40106 em várias aplicações electrónicas, desde simples piscas LED a complexas linhas de dados imunes ao ruído.

Informações do fabricante

O CD40106 é um CI CMOS amplamente utilizado que incorpora seis inversores Schmitt-Trigger. Este dispositivo é fabricado por várias empresas de semicondutores proeminentes, cada uma oferecendo-o em vários tipos de pacotes e sob diferentes números de peça.

Fabricantes actuais

Nexperia

A Nexperia, uma empresa derivada da NXP, continua a produzir o CD40106 e as suas variantes. A empresa centra-se no fornecimento de semicondutores de elevado desempenho para uma série de aplicações.

ON Semicondutores

A ON Semiconductor, que emergiu do Motorola Semiconductor Components Group e mais tarde adquiriu a Fairchild Semiconductor, é outro dos principais produtores do CD40106. As suas versões estão disponíveis em diferentes tamanhos de embalagem para satisfazer diversas necessidades de aplicação.

Instrumentos Texas

A Texas Instruments, que adquiriu a National Semiconductor, também fabrica o CD40106. O dispositivo está disponível em várias opções de embalagem, incluindo embalagens de cerâmica (J) e padrão (D, N, NS, PW), com classificações de temperatura operacional de -55°C a +125°C

.

Antigos fabricantes

Hitachi

A Hitachi foi um dos primeiros produtores do CD40106, mas desde então deixou de fabricar esta série.

NXP

Antes da cisão que deu origem à Nexperia, a NXP (antiga Philips Semiconductors) era um interveniente importante na produção do CD40106.

RCA

A RCA introduziu pela primeira vez a família da série 4000 em 1968, incluindo o CD40106. Embora a RCA esteja atualmente extinta, as suas primeiras contribuições foram fundamentais para a popularização desta série

.

Eletrónica Renesas

A Renesas Electronics, que adquiriu a Intersil, também produziu versões do CD40106.

ST Microeletrónica

A ST Microelectronics tinha uma gama de CIs da série 4000, incluindo o CD40106, especialmente para aplicações espaciais e de elevada fiabilidade

.

Toshiba Semiconductor

A Toshiba Semiconductor foi outro grande fabricante que contribuiu para a disponibilidade generalizada do CD40106.

VEB Kombinat Mikroelektronik e Tesla Piešťany, s.p.

Estes fabricantes estiveram activos durante as décadas de 1980 e 1990 na antiga União Soviética e nos países do Bloco de Leste. Vários fabricantes mais pequenos da antiga União Soviética também produziram o CD40106, incluindo empresas como a Angstrem, Mikron Group e Integral, entre outras

. A diversidade de fabricantes garante que o CD40106 continua a ser acessível e versátil para várias aplicações, reflectindo a sua importância de longa data no domínio dos CIs de lógica digital.

Recursos adicionais

O CD40106 é um circuito integrado (IC) versátil que possui seis inversores Schmitt-Trigger, amplamente utilizados em várias aplicações electrónicas pela sua imunidade ao ruído e capacidade de fornecer sinais digitais limpos a partir de sinais de entrada ruidosos ou que variam lentamente.

Fichas de dados

Para mais informações técnicas, as fichas de dados de vários fabricantes fornecem especificações pormenorizadas, circuitos de aplicação típicos e caraterísticas de desempenho do CI CD40106.

• Intersil: A ficha de dados do CD40106 da Intersil pode ser descarregada em formato PDF, oferecendo uma visão global das suas caraterísticas eléctricas e configurações de pinos.
• Semicondutores nacionais: Após a sua aquisição pela Texas Instruments, a ficha de dados da National Semiconductor para o CD40106 continua disponível, fornecendo informações pormenorizadas sobre a descrição funcional e as aplicações do CI.
• Instrumentos Texas: A Texas Instruments oferece uma ficha de dados actualizada para o CD40106, garantindo que os utilizadores têm acesso a dados actuais e casos de utilização típicos para este IC Schmitt-Trigger.

Materiais didácticos

Para quem procura compreender as aplicações práticas e os fundamentos teóricos do CD40106 e dos circuitos Schmitt-Trigger em geral, estão disponíveis vários recursos educativos:

• Revista Nuts and Volts: Um artigo sobre a compreensão dos circuitos integrados lógicos digitais da série 4000, incluindo o CD40106, fornece informações valiosas sobre a conceção e aplicação destes componentes em circuitos electrónicos.
• Clube de eletrónica: Este site oferece uma lista completa de ICs da série 4000, juntamente com explicações e exemplos de circuitos que incluem o CD40106. É um excelente recurso para amadores e profissionais.
• Dispositivos Analógicos: Estão disponíveis informações sobre circuitos lógicos e analógicos da série 4000, ajudando os utilizadores a ver como estes componentes lógicos digitais podem ser integrados em sistemas electrónicos mais amplos.

Tutoriais em vídeo

Os tutoriais em vídeo podem ser uma forma eficaz de visualizar o funcionamento do CD40106 em cenários práticos:

• Um vídeo recomendado compara uma porta NOT e um inversor Schmitt, demonstrando como cada um funciona com um circuito divisor de potencial. Este auxílio visual pode ajudar os utilizadores a compreender as diferenças e as aplicações específicas destes componentes. Ao explorar estes recursos, os utilizadores podem obter uma compreensão mais profunda do CI CD40106, das suas capacidades e das suas várias aplicações em circuitos electrónicos.