, 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.