При конструюванні логічних схем часто доводиться контролювати логічні рівні, перевіряти правильність функціонування окремих блоків з метою виявлення помилок. Цьому може допомогти пропонований тестер.

Логічний рівень сигналізується не тільки візуально – світлодіодом, але і звуковим сигналом. Тестер придатний для контролю логічних рівнів як ТТЛ-так і МОП-схем. ТТЛ-схеми функціонують в ланцюгах з напругою живлення в діапазоні 4,5 … 5,5 В. На входах логічних ланцюгів номінальний низький логічний рівень "L" ("0") може бути в діапазоні 0 … 0,8 В, високий рівень "Н" ( "1") – в діапазоні 2,4 … 5 В. Такі ж вимоги пред'являються і до рівнів вихідних сигналів логічних ланцюгів, з тією відмінністю, що в той час як вхідна струмова навантаження "L" – рівнів становить максимум 1,6 мА, струмова навантаження вихідного сигналу – 16 мА, тобто логічний елемент може забезпечити коефіцієнт розгалуження по виходу Кр = 10. Сказане відноситься тільки до стандартних ТТЛ ІМС, які сьогодні вже майже не виробляються. Нормальна вихідна навантаження для "Н" – рівня ТТЛ становить лише 40 мкА.

У КМОП-ланцюгах логічний рівень "L" майже дорівнює нулю, а рівень Н "- напрузі харчування. Діапазон невизначеності логічних рівнів утворює інтервал в 30 … 70% напруги харчування (помилковий рівень, рівень шуму). Тому до тестеру для контролю ТТЛ-схем пред'являються більш жорсткі вимоги.

Як видно з зображеної на рис.1 схеми, рівень напруги ТТЛ-або КМОП-схеми сприймається вимірювальним щупом і через ланцюжок резисторів R2 … R5 передається на компаратор, побудований на логічних елементах G1, G4. Якщо на вході низький рівень (логічний "0"), R1 включається паралельно ланцюга R4 + R5. Внаслідок цього початкове напруга від дільника на вході G1 змінюється так, що на його вході встановлюється низький, а на виході – високий рівень. На виході G4 і до підключення вимірюваного напруги вже був високий рівень, так що тут він не міняється.

Приєднаний до виходу G1 елемент G2 служить для комутації світлодіода D1, який відображає L-рівень. До діоду D3 через R8 підключений інтегральний таймер IC2, частота генерації якого визначається R8, R10, С1. Отже, при низькому логічному рівні на вході тестера не тільки запалюється світлодіод D1, але і з'являється звуковий сигнал.

Нехай тепер на вхід надходить не низький, а високий рівень, відповідний + Uт. Тоді R2 і R3 через R1 підключені майже до напруги харчування. На вході G1 з'являється високий рівень. Унаслідок його інвертування елементом G1 світлодіод D1 гасне, a D3 замикається. На ланцюжку R4, R5 з'являється високий рівень, в результаті цього виходи елементів G4, G5, а, отже, і G6 змінюють свій стан. Тепер R9 підключається через D4 і вихід G5 до + Uт а в таймері виникають коливання більш високою, ніж у попередньому випадку, частоти (R9 <R8). Таким чином, по висоті звукового тону легко дізнатися логічний рівень на вході. Це підкріплюється світінням світлодіода D2, индицируется рівень "Н ". Якщо ж вхідний рівень дорівнює половині напруги живлення (невизначений логічний рівень), то жоден з діодів не світиться, немає і звукового сигналу, так як D3 та D4 перебувають у замкненому стані, а тому R8, R9 "підвішені в повітрі ". Якщо мінімальний рівень логічного "0″ ТТЛ становить максимум 0,4 В (більш жорстко, ніж "офіційні " 0,8 В. щоб з більшою впевненістю виконати вимоги функціональної надійності) і відповідно рівень "Н " має мінімально 2,4 В, можливо, буде потрібно внести поправки до величини R3 і R4. Відзначимо, що в цьому випадку висота звуку трохи знизиться.

Напруга харчування електроніки тестера забезпечується вимірюваним пристроєм. Тестер може відображати не тільки статичні логічні рівні, але і прямокутні імпульси (зміну рівнів H / L). У цьому випадку світлодіоди поперемінно ритмічно спалахують. Найвища частота, яку можна виявити, визначається інерцією зору. На частоті приблизно 25 Гц і вище обидва світлодіода здаються світяться рівномірно і однаково. Якщо коефіцієнт заповнення прямокутних імпульсів сильно відхиляється від 50%, яскравість світіння світлодіодів різна.

Акустична індикація по суб'єктивізму перевершує світлову, розширюючи область використання тестера. Однак іноді звукові сигнали можуть заважати, тоді їх можна відключити вимикачем К.

Виготовлення та налаштування. Необхідна для виготовлення тестера плата наведена на рис.2. На рис.3 показана схема розташування деталей. Остаточні значення R3 і R4 визначаються в процесі налаштування. Для вимірювань приєднаєте між клемою напруги джерела і землею потенціометр величиною 2,2 кОм, рухливий контакт якого підключіть до точки "вимірювальний щуп" (точка А на рис.1). Підключивши плату до джерела живлення 5 В, встановіть потенціометром напруга 0 В. Якщо все працює добре, D1 світиться і виникає звуковий сигнал з частотою приблизно 500 Гц (вимикач До замкнутий).

Встановіть потенціометр так, щоб напруга на щупі співпало з напругою джерела живлення. Тоді повинен світитися не D1, a D2. Одночасно з цим висота звуку повинна зрости приблизно до 1 кГц. Якщо ж на вимірювальний щуп подати напругу 1 … 2 В, не повинен світитися жоден з світлодіодів і не повинен виникати звуковий сигнал.

Встановіть тепер напруга 0,4 В – максимум для L-рівня в ТТЛ-схемах. Після цього підберіть таке значення R3, щоб ледь-ледь виникав звук і починав світитися D1. Можливо, для отримання потрібного значення доведеться з'єднати два резистора послідовно або паралельно.

Те ж потрібно виконати для мінімуму Н-рівня (2,4 В). При цьому підбирається R4. Після точного підбору і припайки резисторів тестуємо рівні логічних "воріт" який-небудь ТТЛ-схеми. Підбираючи резистор R11, можна домогтися приємною гучності звуку (бажаної сили). Так як вихід таймера навантажується струмом приблизно 200 мА, мінімальна величина R11 повинна бути 68 Ом (при напрузі живлення 15 В).

Тепер схема вимірювача рівня готова. Залишилося тільки виготовити вимірювальний щуп і розмістити прилад у корпусі. Для виготовлення вимірювального щупа придатна пластмасова кулькова авторучка із звичайним стрижнем, як показано на рис.4.

Розігніть один з кінців канцелярської скріпки, щоб відігнута частина, просунути на місце кульки стрижня, висовувалася приблизно на 10 мм. Кінчик можна підточити, а потім залудити. До другого кінця скріпки припаяйте ізольований гнучкий багатожильний провід достатньої довжини. Закріпіть провід за допомогою втулки, яку можна виготовити з ковпачка, открученного від заднього кінця ручки. Закріпленню скріпки в голівці може допомогти тонка трубочка ізоляції, яка натягується на кінець скріпки. Самий кінець щупа протягом 1 … 2 мм повинен залишатися неізольованим.

Нижня частина корпусу щупа зі скріпкою заливається клеєм. До другого кінця ізольованого проводу припаюється штекер, за допомогою якого можна під'єднати щуп до приладу. Необхідно приготувати два ізольованих дроти, один кінець кожного з яких закінчується затиском "крокодил", а другий – штекером. З їх допомогою можна підключатися до шин живлення і землі вимірювального пристрою.

Конструкція. Плата з електронікою, гучномовець, вимикач і т.п. розміщуються в пластмасовому або металевому корпусі відповідних розмірів (розміри корпусу визначаються розмірами плати і наявних гучномовця і вимикача). Гнізда для штекерів розміщуються на бічних сторонах корпусу. Конструкція приладу схематично показана на рис.5.

Мікросхему 4069 можна спробувати замінити К561ЛН2. Аналог мікросхеми 555 – КР1006ВІ1.

Джерело: I. Kekesi, журнал "Радіоаматор".