Пробники логических уровней

October 1, 2011 by admin Комментировать »

 

, или, как их еще называют, логические пробники, удобны для исследования устройств с ИМС и дают достаточное представление о работе проверяемой аппаратуры. Такой пробник легко и быстро собрать, он не требует настройки, компактен (малый объем), экономичен (малая потребляемая мощность), питается от одного источника с проверяемым устройством. Показания пробника наглядны, точны и надежны. Применение логических пробников особенно целесообразно в любительских конструкциях, когда при наладке логической схемы или поиске неисправности требуются не столько

Точные данные о длительности сигналов, сколько уверенность в правильности действия этих сигналов, о чем судят по чередованию высокого и низкого уровня в определенных точках. А с некоторыми видами логических пробников легче обнаружить единичные импульсы (паразитные сигналы — «иглы»}, чем с осциллографом.

Принцип действия всех логических пробников основан на различии напряжения высокого и низкого уровня. Напомним, что для семейства ИМС ТТЛ 2,4 В < U < 5,0 В — высокий уровень, 0 < U <; <С 0,4 В — низкий уровень.

Возможно особое состояние микросхемы, которое в дальнейшем будем называть промежуточным, когда выходное напряжение оказывается вне границ низкого и высокого уровня, а именно 0,4 В <С U <С 2,4 В. Довольно часто подобное случается, когда интегральная микросхема повреждена или между ее выводами существуют недопустимые связи.

Чаще всего в логических пробниках применяется световая индикация. При этом следует, с одной стороны, иметь в виду, что некоторые источники света, например лампа накаливания, обладают инерционностью, а с другой — учитывать инерционность человеческого глаза при восприятии светового сигнала (вспышки короче 50 … 100 мс не воспринимаются).

Реже используется звуковая индикация. Хорошим решением является выбор двух различных частот соответственно на два логических уровня.

Печатную плату логического пробника лучше делать длинной и узкой, чтобы поместить в пустой корпус, например от фломастера. Такой пробник будет иметь вид авторучки с острым металлическим щупом на конце—входом пробника.

Ниже приведено описание некоторых схем пробников различной степени сложности. Во всех случаях уделено внимание обеспечению высокого входного сопротивления. В некоторых пробниках продолжительность индикации низкого и высокого уровня не зависит от длительности импульса, что является преимуществом.

В пробнике, схема которого показана на рис. 7.13, транзистор VT работает в ключевом режиме. Если на входе напряжение высокого уровня, транзистор насыщен и лампа HL светится. Когда на входе на-:

Рис. 7.13. Простой логический пробник

пряжение низкого уровня, транзистор заперт и лампа не горит [5]. Достоинство — чрезвычайная простота’. Недостатки: продолжительность свечения зависит от продолжительности логического состояния, нет индикации промежуточного логического состояния, сравнительно низкое входное сопротивление.

У пробника на рис. 7.14 резисторы R2, R3, R7, R8 образуют мост, в диагональ которого АВ включены транзисторы VT1, VT2 и VT3. Если входной сигнал высокого уровня, VT1 открыт, a VT2 закрыт, свето- диод HL2 светится, a HL1 — нет. При низком уровне входного сигнала транзисторы VT2 и VT3 открыты, VT1 закрыт, светодиод HL1 светится, a HL2—нет. При 0,4 В < Ubx < 2,4 В все три транзистора заперты, вследствие чего оба светодиода остаются темными [7]. Достоинство: индикация как высокого, так

Рис. 7.14. Логический пробник с независимой индикацией высокого и низкого уровня входного напряжения

и низкого уровня, а также промежуточного состояния. Недостаток: продолжительность свечения определяется длительностью входного импульса.

Пробник на рис. 7.15 содержит управляемый генератор импульсов, выполненный на операционном усилителе DA1 (тип 140УД1А, старое обозначение — 1УТ401А. — Пер.). Когда на входе напряжение низкого уровня, генератор бездействует, а на выходе операционного усилителя (точка М) высокое напряжение высокого уровня им ~ Uв; транзистор VT1 заперт, лампа HL1 не горит. При входном напряжении высокого уровня генерация также отсутствует. Выходное напряжение операционного усилителя в этом случае UM » 0. Транзистор V77 открыт, лампа HL1 горит. Когда 0,4 В < UBX < 2,4 В, генератор работает, выдавая импульсы с частотой 2—3 Гц. Лампа HL1 мерцает с этой частотой. Если входные сигналы представляют собой последовательность импульсов с частотой / >> 20 Гц, мерцание лампы HL1 не различается человеческим глазом и свет ее кажется непрерывным, но яркость зависит от частоты [12].

Особенности схемы: посредством резистора R3 регулируется пороговое напряжение низкого уровня, резистора R8 — высокого. Диод VD2 предохраняет операционный усилитель DA1 в случае неверного включения питающего напряжения. Достоинство: сравнительная простота. Недостаток’ пробник не реагирует на кратковременные импульсы — по индикатору трудно отличить постоянное входное напряжение высокого уровня от импульсной последовательности высокой частоты

В пробнике с цифровым индикатором (рис. 7.16, а) транзисторы VT1 … VT5 управляют сегментами (полосками) а f семисегментного индикатора HG1. Транзистор VT4 работает в ключевом режиме, управляя поступлением напряжения питания Un на общий анод А индикатора. Транзистор VT5 также действует в ключевом режиме, и в зависимости от его состояния сегменты — катоды a, f, е и d соединены общей шиной или нет. Сегменты — катоды b и с — постоянно подключены к общей шине через резистор R5. Напряжение в точке М за счет делителя R2, R3 равно 1,8 В. Поэтому, когда на входе напряжение высокого уровня, транзистор VT3 открыт и своим коллекторным током открывает транзистор VT4. На анод А индикатора HG1 поступает напряжение Un, вызывающее свечение сегментов b и с, т. е. индицируется цифра 1. Если входное напряжение низкого уровня, то транзисторы VT1 и VT2 открываются и их коллекторные токи отпирают VT4 и VT5. Анод А индикатора при этом подключается к шине Un, а сегменты а, f, е и d—к общей шине. Светятся все сегменты, кроме g, и индицируется цифра 0. При 0,4 В < UBX < 2,4 В транзистор VT4 остается запертым, а значит, все сегменты — темными [9].

Особенности схемы: транзисторы VT1 и VT2 подбираются с одинаковым коэффициентом передачи тока h21Э, VT4 и VT5—с возможно большим значением этого коэффициента, и тогда порог свечения •фиксируется более четко. Подбором сопротивлений R4 и R5 регулируется яркость свечения. Достоинства: наглядность индикации, отдельная индикация для низкого и высокого уровня, а также для промежуточного состояния. Недостаток: нечувствительность к кратко*, временным импульсам.

Рис. 7.16. Логические пробники с цифровой индикацией

Логический, пробник с цифровой индикацией, схема которого дана на рис. 7.16,6, обладает большими возможностями. При входном напряжении высокого уровня транзистор VT1 отперт, a VT2 заперт, на выходах элементов DD1.1, DD1.3 и DDI.4 будет напряжение низкого, а на выходе DDI.2 — высокого уровня. При этом светятся сегменты b и с индикатора HG1, образуя цифру 1. Когда на входе пробника напряжение низкого уровня, на выходах элементов DDI.2, DD1.3 и DD1.4 появится напряжение высокого уровня, обеспечивающее свечение сегментов a, b, с,

Й, е, f, т. е. индицируется цифра 0. При 0,4 В << <. О< 2,4 В транзисторы VT1 и V12 заперты, на выходах DD1.2, DD1.3 и DD1.4 напряжение низкого уровня и все сегменты индикатора HG1 темны. При поступлении на вход пробника’ импульсов с частотой f < 20 Гц чередование цифр 0 и 1 различимо глазом. На более высоких частотах начинает сказываться влияние конденсатора С1. В итоге яркость свечения сегмента d резко уменьшается и индицируется буква П (последовательность импульсов). Свечение сегмента h (точки) служит индикатором напряжения питания J-|-5 В [10]. Диоды VD1 и VD2 — любые универсальные кремниевые диоды. Они повышают четкость срабатывания. Преимущество указанного пробника по сравнению с предыдущим — возможность индикации импульсной последовательности. Недостатки — те же самые.

В пробнике на рис. 7.17 при низком уровне входного сигнала транзистор VT1 открыт и насыщен, на выходе DD1.1 напряжение высокого уровня. Свето- диод HL1 светится, HL2—нет. Когда на входе напряжение высокого уровня, то VT2 открыт и насыщен, на выходе DD1.4 также высокий уровень. Светодиод HL2 светится, ПИ — нет. Если 0,4 В < UBX <. 2,4 В, транзисторы VT1 и VT2 заперты, на выходах DD1.1 и DD1.4 будет напряжение низкого уровня, HL1 и HL2 остаются темными. При появлении на входе короткого импульса низкого уровня ждущий мультивибратор, образованный элементами DD1.1 и DDI.2, генерирует импульс длительностью около 100 мс и на это время вспыхивает HL1, а диод HL2 при этом светится непрерывно. При подаче коротких импульсов высокого уровня действует другой мультивибратор (DD1.3 и DDI.4). Светодиод HL2 вспыхивает примерно на 100 мс, a HL1 светит непрерывно. Если входные сигналы представляют собой последовательность импульсов с частотой f >> 10 Гц, светодиоды HL1 и HL2 горят постоянно, а если / < 10 Гц, то HL1 и HL2 поочередно вспыхивают и гаснут с этой же частотой.

Особенности схемы: подбором сопротивлений R2 и R3 устанавливается порог срабатывания пробника; диод VD3 не допускает глубокого насыщения транзистора VT2, благодаря чему быстродействие пробника це уменьшается. Достоинство: при сравнительно

Рис. 7.17. Логический пробник с двумя светодиодами для индикации кратковременных импульсов

простой схеме пробник позволяет регистрировать кратковременные пики напряжения — «иглы». (Недостатки схемы авторами не отмечены. — Пер.).

В схеме на рис. 7.18 транзисторы VT2 и VT3 включены как эмиттерные повторители и служат для разделения сигналов высокого и низкого уровня. Если на входе напряжение высокого уровня, на выходах DD1.1 и DD2.2— низкого и сегмент d индикатора HG1 светится, индицируя цифру 1 (индикатор повернут на 90° по отношению к обычному положению

Рис. 7 18. Логический пробник с индикацией последовательности

импульсов

При входном напряжении низкого уровня на выходе DD2.1 также напряжение низкого уровня, в этом случае светится сегмент f, а также сегменты a, b и g (ток протекает через диод VD3 и резистор R11)— индикатор фиксирует цифру 0. Если 0,4 В < UBX <С < 2,4 В, на выходах DD2.1 и DD2.2 действует напряжение высокого уровня, а на выходе DD2.3 — низкого. Светятся сегменты a, b, g, образуя букву П.

При смене уровня на входе (фронт или срез импульса), в момент переключения элементов DD2.1 и DD2.2, на выходе DD2.3 возникает короткий импульс низкого уровня, который запускает ждущий мультивибратор (элементы DD1.4, DD2.4, С5 и R13). Мультивибратор генерирует импульс, вызывающий короткое свечение точки h. Мерцания точки h видны, если на вход подается последовательность сигналов с коэффициентом заполнения 1 у ^ 0,5, а смена уровней происходит с частотой f < 20 Гд. При этом различимо чередование цифр 0 и 1. Если у « 1 или у « 0, то соответственно индицируется только 1 или только 0, а точка h мерцает с частотой 2f. Когда f > 20 Гц, точка h светится непрерывно, цифры 0 и .1 индицируются одновременно и, если у « 0,5, яркость цифр одинакова; при у « 1 или у « 0 индици-

Рис. 7.19. Логический пробник со звуковой и световой индикацией


руется только 1 или только 0, а точка Н светится непрерывно [11],

Особенности схемы: диоды VDJ и VD2 предохраняют транзистор VT1 от больших входных напряжений, a VD4 защищает интегральные схемы в случае подачи обратного питающего напряжения; конденсаторы С2 и СЗ предохраняют ЛЭ от самовозбуждения. Достоинства: отчетливая индикация разных входных сигналов. Недостаток: сложность схемы.

На рис. 7.19 представлена схема пробника, где дублируется звуковая и световая сигнализация. Имеются отдельные каналы для двух логических уровней.

Оконечной ступенью каналов звуковой сигнализации служит смесительно-усилительный каскад — транзистор VT7 с миниатюрным капсюлем НА1 (ДЭМИЦ в качестве нагрузки. При входном напряжении низкого уровня диод VD4, а также транзистор VT6 открываются. Загорается светодиод HL2 и раздается звук (частотой 600 Гц) за счет возбуждения транзистора VT7 работающим мультивибратором (DD1.1, DDI.2, R16, R18 и С4). (Мультивибратор запускается напряжением высокого уровня на входе 1 логического элемента DD1.1, снимаемым в данном случае с эмиттерной нагрузки транзистора VT6.)

Когда на входе пробника действует сигнал высокого уровня, работает второй канал, подобный рассмотренному. В этом случае светится диод HL1 и слышится звук частотой 3 кГц. При 0,4 В < UBX <. С 2,4 В оба канала бездействуют: светодиоды остаются темными, звуковые генераторы не функционируют. Если входной сигнал представляет собой последовательность импульсов, интегрирующие конденсаторы С1 и С2 «запоминают» высокий логический уровень, в результате чего оба звуковых генератора работают одновременно и звук принимает характерную окраску. Светодиоды HL1 и HL2 светятся [6].

Особенности схемы: диоды VD1, VD2 и транзистор VT8 играют соответственно роли диодов VD1, VD2 и VD4 в схеме на рис. 7.18. Достоинство: двойная сигнализация. Недостаток: нечувствительность к кратковременным импульсам.

Источник: Димитрова М. И., Пунджев В. П. 33 схемы с логическими элементами И — НЕ: Пер. с болг. — JL: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988. 112 е.: ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты