ЛОГИЧЕСКИЙ ТТЛ-ПРОБНИК С РАСШИРЕННЫМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ

April 16, 2012 by admin Комментировать »

Предлагается описание конструкции несложного пробника, определяющего че­тыре статических состояния цифрового устройства. Наличие встроенного генера­тора расширяет его функциональные возможности.

Логический пробник — неотъемлемая часть лаборатории специалиста по циф­ровой технике. Во многих случаях пользоваться им удобнее, чем вольтметром или даже осциллографом. Пробник не дает избыточной информации, малые размеры и удобное расположение индикаторов уменьшают вероятность промаха при подклю­чении щупа прибора к различным точкам проверяемого устройства. Пробник спо­собен зафиксировать одиночный импульс, что с помощью другой универсальной аппаратуры сделать невозможно.

Обычно пробники позволяют определять два статических состояния выходов логических микросхем — «0» (0…0.4 В) или «1» (2,4…5 В) и наличие импульсов. Некоторые пробники способны выделять промежуточный уровень напряжения 0,4…2,4 В и постоянно индицируют его как неопределенный или используют для гашения индикации основных логических уровней.

Предлагаемый пробник, схема которого приведена на рисунке, выделяет че­тыре статических состояния исследуемой цепи: обрыв, низкий уровень (лог. 0), свободный (неприсоединенный) вход и высокий уровень (лог. 1). С помощью тако­го устройства можно также фиксировать одиночные импульсы и импульсные по­следовательности, оценивать скважность и крутизну фронтов импульсов, а также благодаря наличию встроенного генератора проводить проверку работы тригге­ров, счетчиков, последовательных и параллельных регистров. Для этого не потре­буются какие-либо дополнительные приборы.

Выделение логических уровней проводится сходными транзисторами VTI-VTЗ. При подаче на вход устройства напряжения лог. 0 открывается транзистор VT1, на выходе элемента DD2.2 устанавливается низкий уровень и загорается светоди­од HL1 («0») Для определения состояния обрыва цепи и гашения логических инди­каторов используется зона входных напряжений, где появление сигнала при про­верке исправных микросхем наименее вероятно: 0,6,..1,0 В. Если щуп пробника никуда не присоединен, что соответствует состоянию «обрыв цепи», входное на­пряжение составляет около 0.7 В, все транзисторы закрыты, все индикаторы ста­тических состояний погашены. Если входное напряжение превысит уровень

1    В, откроется транзистор VT2 и включится индикагор промежуточного состояния HL4 (« = »). Это позволяет надежно фиксировать свободный вход ТТЛ микросхемы, напряжение на котором составляет около 1,5 В. Как только напряжение в ис­следуемой цепи дости гнет уровня 2,4 В, открываются диоды VD3-VD5 и транзис­тор VT3, на выходе элемента DD1.3 устанавливается низкий логический уровень, меняет свое состояние элемент DD1.4, гаснет светсдиод HL4 и загорается свето­диод HL5 («1»).

Наличие защитной входной цепи, состоящей из резистора R1 и диодов VD1, VD2, позволяет без ущерба для пробника контролировать состояние выходов мик­росхем с открытым коллектором, нагрузка которых питается напряжением до 24 В, или состояние выхода операционных усилителей, если они используются в качестве преобразователей входных сигналовдля цифровых микросхем.

Положительные стороны данного схемного решения: нет отвлекающей индика­ции при фактически отключенном входе пробника, возможность более полно оце­нить состояние исследуемой микросхемы и отсутствие необходимости настройки входных цепей. Последнее связано с тем, что выделение уровней переключения связано, в основном, с материалом кристаллов, характеристиками транзисторов VT1-VT3 и диодов VD3-VD5, имеющими малый разброс.

К недостаткам устройства можно отнести уровень фиксируемого лог. 0, несколько не соответствующий техническим условиям. Существует и вероятность принять перегруженный выход или «притянутый» через резистор к общей шине вход микросхемы за обрыв цепи, если напряжения на них попадут в интервал 0,6…1,0 В. Но даже при такой ошибке индикация обрыва при подключении входа пробника к выводу работающей микросхемы должна насторожить и заста­вить проверить состояние подозрительной цепи другими средствами, например, вольтметром или осциллографом.

Пробник способен фиксировать как одиночные импульсы, так и непрерывные серии импульсов. Традиционно для фиксации одиночного импульса используется RS-триггер, на один вход которого подается исследуемый сигнал, а на другой — импульс сброса.

Серии импульсов обычно фиксируют с помощью одновибратора, запускаемого по фронту или спаду сигнала и растягивающего входной импульс для облегчения визуального восприятия индикации. В предлагаемом устройстве применено дру­гое решение. При превышении входным напряжением уровня 1 В открывается транзистор VT2, а сигнал на выходе элемента DD1.1 переходит из состояния лог. 0 в состояние лог. 1. Это приводит к изменению состояния выходов триггера DD3.1, включенного в счетном режиме. К прямому и инверсному выходам триггера DD3.1 подключены светодиоды VD7, VD8. Один из них постоянно светится, индицируя подключение пробника к цепям питания. При приходе одиночного импульса этот светодиод гаснет и загорается другой. Серия импульсов на входе пробника за­ставляет светодиоды поочередно мигать.

Достоинства такого устройства — простота и универсальность. Нет нужды в от­дельной кнопке и операции сброса RS-триггера фиксации одиночного импульса.

Кроме того, отпадает необходимость в отдельном индикаторе включения питания. Правда имеются и недостатки. Самый существенный из них — невозможность вы­делить приход последовательности коротких импульсов если их число четно. Глаз не в состоянии зафиксировать быструю смену состояния индикаторов, а их стати­ческое состояние до и после прихода четного числа импульсов одинаково.

Существенно расширяет функциональные возможности пробника встроенный генератор импульсов. Он собран на элементах DD2.3, DD2.4. На триггере DD3.2 включенном в счетном режиме, выполнен формирователь импульсов обеспечива­ющий на своих выходах меандр с крутыми фронтами и частотой около 150 Гц.

Диод VD6 защищает микросхемы пробника от ошибочной полярности при под­ключении питания, а конденсатор С1 снижает уровень высокочастотных помех.

Конструктивно пробник выполнен на двусторонней печатной плате. В качестве разъемов Х1-ХЗ можно использовать одиночные гнезда от разъемов типа 2РМ или подобных. Щуп изготовлен из ручной швейной иглы подходящего диаметра с удаленным ушком и подогнанным по размеру разъема X1 хвостовиком. Подгонку хвостовика выполняют с помощью мелкозернистого шлифовального камня или шлифовальной бумаги. Для удобства пользования на иглу одевается отрезок поли­винилхлоридной изоляции от провода подходящего диаметра. Использование в качестве щупа иглы позволяет легко прокалывать лаковое покрытие при проверке плат промышленного назначения а наличие разъема Х1 — быстро заменять щуп на клипсу и освобождать руки при сохранении контроля над выбранной точкой прове­ряемой схем ы.

К корпусу пробника никаких специфических требовании не предъявляется. Он может быть изготовлен из подходящего по размеру футляра (для зубной щетки или авторучки). Разъемный корпус позволит хранить в нем щуп-иглу.

Схемное решение пробника разрабатывалось с учетом использования мини­мального количества деталей и максимальной простоты печатной платы при со­хранении всех функциональных возможностей. Если при этом нет каких-либо ограничений, для повышения устойчивости работы устройства рекомендуется объединить свободные входы микросхемы DD3 и через резистор 1…2 кОм соеди­нить их с линией питания.

В некоторых случаях при использовании вместо короткого щупа клипсы с про­водом длиной более 10…15 см может наблюдаться склонность к возбуждению эле­мента DD2.1. Устраняют ее установкой резистора сопротивлением около 5 кОм между входами элемента и линией питания. То же полезно сделать и для входов элементов DD1.1 и DD1.2.                                                                                                                           ,

Если при повторении пробника будут использованы микросхемы ТТЛ серий с малым потреблением мощности, для нормальной работы встроенного генерато­ра может потребоваться увеличение сопротивления резисторов R8, R9.

Теперь коротко о приемах работы с пробником. Допустим, цоколевка и функции проверяемой логической ТТЛ микросхемы не известны. В этом случае поступают следующим образом. Подав на микросхему питание (для логических микросхем практически всегда +5 В подают на вывод с максимальным номером, а с общим проводом соединяют вывод с вдвое меньшим номером), с помощью пробника сра­зу отделите свободные входы от выходов. Если выходы будут в состоянии лог. 0 — это, скорее всего микросхема с базовой функцией «И-НЕ», если лог. 1 — то «ИЛИ-НЕ».

Для простых микросхем не трудно установить принадлежность входов и выхо­дов каждому элементу. Подключив вход пробника к определенному выходу ис­следуемой микросхемы, подавайте сигнал от встроенного генератора на входы, фиксируя прохождение серии импульсов по одновременному свечению свето­диодов VD7, VD8. Если при этом одинаково ярко светятся светодиоды «0» и «1», то у проверяемой микросхемы классический выходной каскад, а когда светится только «0» — открытый коллектор. При более сложной логической функции микро­схемы можно восстановить ее таблицу истинности, но для этого придется затра­тить больше труда на коммутацию входов.    .

Полная проверка работоспособности D-триггеров, например распространен­ных ТМ2, проводится так. Сигнал с выхода встроенного генератора подают на вход С триггера. Замыкая на общую шину вход D, проследите за изменениями сигналов на прямом и обратном выходах. На прямом выходе он должен совпадать с сигна­лом на входе D, на обратном — быть ему инверсным. Следующий шаг — проверка работы установочных входов триггера. Подключите установочные входы к разным выходам встроенного генератора. При нормальном функционировании микросхе­мы на обоих выходах триггера будет наблюдаться прохождение последовательнос­ти импульсов. При отключении одного из установочных входов выходы триггера должны принять статическое состояние, соответствующее оставшемуся подклю­ченным к генератору входу установки.

Аналогичным образом проверяется работа параллельных регистров и регист­ров сдвига. Сигнал с генератора подается на вход С, а затем меняется состояние входов данных микросхемы с одновременной регистрацией изменения состояния ее выходов. Для проверки работоспособности счетчиков сигнал с выхода генера­тора подают на счетный вход, контролируя его прохождение на выходах. В некоторых случаях, если переключение светодиодов VD7, VD8 становится замет­но на глаз, удается проверить правильность работы каскадов многоразрядных счетчиков.

При проверке работы генераторов, собранных на цифровых микросхемах, с помощью предлагаемого пробника можно оценить крутизну фронтов и скваж­ность сигнала. Скважность сигнала определяют, сравнивая яркость свечения инди­каторов «0» и «1», крутизну — по интенсивности свечения индикатора «=».

Чем яркость меньше, тем крутизна больше. Удостовериться в этом можно ана­лизируя сигналы в разных точках встроенного генератора. На входе элемента DD2.3 напряжение имеет форму треугольных импульсов с крутым фронтом и почти линейным спадом. При подключении входа пробника к этой точке индикаторы «О», «1» и «=» будут светиться практически с одинаковой интенсивностью. На выходе элемента DD2.4 импульсы имеют заметное время нарастания и яркость свечения индикатора «=» здесь меньше. При подсоединении входа пробника к любому из выходов триггера DD3.2 индикатор «=» гаснет совсем, а индикаторы «0» и «1» све­тятся с одинаковой интенсивностью.

Журнал «Радио», 1997, № 1,с.32

Источник: Измерительные пробники. Сост. А. А. Халоян.— М.: ИП РадиоСофт, ЗАО «Журнал «Радио», 2003.— 244 с: ил.— (Радиобиблиотечка. Вып. 20)

4 комментариев(ия)

  1. александр says:

    на схеме ошибка – все транзисторы p-n-p типа

  2. александр says:

    сорри, n-p-n

  3. Zanli says:

    Здравствуйте! У меня такой вопрос: нашел все детали кроме конденсатора С2 0,62Ф*6,3В, подскажите пожалуйста где это может использоваться, или возможно ли его заменить чем нибудь другим? Заранее спасибо!

  4. александр says:

    Zanli, конденсатор стоит 2мкФ, напряжение некритично можешь выбрать любое больше 6 вольт

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