Логічним називається пристрій, що може мати на виході лише одне з двох станів: «1» і «0», «так» і «ні» або «високий логічний рівень» і «низький логічний рівень».

Поширення таких пристроїв викликало потребу в зручному, простому і дешевому приладі для їх перевірки. Застосовувати для цієї мети вольтметри або осцилографи незручно через їх громіздкість, необхідності в джерелі писання, значного часу прогріву, вибору необхідного діапазону, синхронізації і т. д. Крім того, перевіряючий отримує зайву інформацію про точному значенні вихідної напруги або про форму імпульсу.

Описуваний прилад – тестер – дає мінімальну, але цілком достатню інформацію про стан логічного виходу. Основні переваги логічного тестера: компактність і можливість роботи у важкодоступних місцях, живлення від джерела перевіряється логічного пристрою, зручність і швидкість роботи з ним і т. д.

Тестер призначений для перевірки пристроїв, виконаних на мікросхемах серій К155, К133. Стан перевіряється логічного пристрою визначається за світінням двох ламп, наявних в тестері. Інтегральні схеми серії К155, на яких реалізовано пропонований пристрій, спрацьовують від напруги на вході +1,4 В, але робочими напругами є тільки: не перевищує +0,4 В – низький логічний рівень і більше +2,4 В – високий логічний рівень. Інші напруги на виході логічної мікросхеми можуть з’явитися тільки в результаті неправильної її роботи.

При розгляді роботи пристроїв на логічних мікросхемах слід пам’ятати, що якщо вхід інтегральної мікросхеми нікуди не підключений, то на ньому встановлюється високий логічний рівень. Якщо на всіх входах елемента «І-НЕ» високий логічний рівень, то на виході – низький логічний рівень, а якщо ж хоча б на одному з них є низький логічний рівень, то на виході буде високий логічний рівень.

Принципова електрична схема тестера наведена на рис. 1. Функціонально пристрій можна розділити на три блоки: блок визначення та індикації неробочих рівнів, блок визначення та індикації логічного стану перевіряється мікросхеми та мультивибратор.

Блок визначення та індикації неробочих рівнів містить два канали зміщення рівнів (один з них включає діоди Д1 і Д2, а другий – емітерний повторювач на транзисторі T1, інвертор на елементі МС1а), резистивний дільник, елемент «2И-НЕ» (мікросхема МС2а) і сигнальну лампу Л1.

Сумарне падіння напруги на діодах Д1 і Д2 в прямому напрямку становить близько 1 В, т. е. потенціал на входах 1, 2 елементи МС2а при низьких вхідних потенціалах (0 … 0.4 В) вище, ніж на виході тестера, на 1 В. У другому каналі зміщення рівнів внаслідок падіння напруги на емітерний перехід транзистора T1 напруга на входах 1, 2 інвертора приблизно на 1 В нижче, ніж на вході тестера. Таким чином, на виході інвертора буде високий логічний рівень до тих пір, поки на вході тестера напруга буде менше 2,4 В.

Розглянемо спільну роботу обох каналів зсуву. При напрузі на вході тестера 0 … 0.4 В на вході інвертора буде низький логічний рівень, а на входах 4, 5 елементу МС2а – високий. На входах 1, 2 елементи МС2а буде низький логічний рівень. На виході 6 буде високий логічний рівень. Лампа Л1 при цьому не світиться.

При напрузі на вході 0,4 … 2,4 В на всіх входах елемента «2И-НЕ» буде високий логічний рівень, а його вихід – низький. Лампа Л1 виявляється підключеної до джерела напругою 5 В і спалахує, сигналізуючи про те, що на вході неробочий рівень напруги.

При напрузі на вході більше ніж 2,4 В на вході інвертора МС1а потенціал перевищує рівень спрацьовування, тому на входи 4, 5 елементу МС2а надходить логічний «0», а отже, на його виході буде високий логічний рівень і лампа Л 1 гасне.

Якщо вхід тестера нікуди не підключений або в вимірюваної ланцюга обрив, то потенціал на вході тестера визначається дільником R1R2. В даному випадку вхідний потенціал дорівнює 1,4 В, при цьому лампа Л1 світиться.

Блок визначення та індикації логічного рівня виконаний на трьох елементах «2И-НЕ» (МС1б-МС1г), чотиривходових елементі «І-НЕ» (МС26), D-тригері (МСЗ), діод ДЗ, що компенсує падіння напруги на емітерний перехід транзистора T1, і лампі Л2. Падіння напруги на діоді ДЗ практично таке ж, що і на діодахД1 і Д2, через більшу струму, що протікає через нього. Мультивібратор зібраний на транзисторах T2 і T3. Він виробляє імпульси амплітудою 5 В і тривалістю 0,2 с. Частота проходження імпульсів – близько 1 Гц. Через замкнуті контакти мікрокнопка Кн1 імпульси подаються на вхід R (вхід установки в нуль) D-тригера. При розмиканні контактів кнопки на вході R встановлюється високий логічний рівень.

Розглянемо роботу цих блоків тестера за умови, що на його вході будуть тільки робочі рівні.

При відсутності імпульсів на вході тестера О-тригер знаходиться в нульовому стані і на вхід 5 елемента МС16 і вхід 13 елемента МС1г надходить високий логічний рівень. На вході 9 елемента МС1в – низький логічний рівень. В результаті з виходу 8 мікросхеми МС1в на входи 9 і 10 елемента МС26 постійно подається високий рівень. Вхідний сигнал, що приходить на вхід 12 елемента MC1r, інвертується і надходить на елемент МС16 (вхід 4). знову інвертується, з виходу 6 надходить на елемент МС26 (входи 12, 13), де інвертується втретє. Стан виходу 8 елемента МС26 визначає стан лампи Л2. Якщо на виході високий логічний рівень – лампа не горить, якщо низький – вона горить. Світиться лампа свідчить про високий логічному рівні на вході тестера; непалаючої – про низький.

Розглянемо роботу блоку при наявності імпульсів на вході тестера. Поки на вхід D-тригера з мультивібратора поступає нульовий рівень, тригер свого стану (нульового) не змінює і блок визначення та індикації логічного стану працює так само, як і при відсутності імпульсів. З приходом позитивного імпульсу на вхід R і наявності імпульсу на вході 3 позитивний фронт тривалістю не менше 60 нс переводить тригер в одиничний стан. Наступні імпульси стану тригера не змінюють. При цьому на вхід 9 елемента МС1в подається високий логічний рівень, тому вхідний сигнал інвертується тільки двічі, тобто індикація стає зворотною: при високому логічному рівні на вході тестера лампа Л2 не горить, при низькому – горить. Після закінчення імпульсу з мультивібратора на вхід D-трігтера подається нульовий потенціал, який повертає тригер в нульовий стан.

Таким чином, при наявності позитивних імпульсів на вході тестера (частотою 20 ГЦ … 10 МГц) лампа Л2 буде запалюватися з частотою близько 1 Гц, а при наявності негативних імпульсів – короткочасно гаснути з тією ж частотою.

Таблиця

Стан логічного виходу

Л1

лг

Низький логічний рівень

Не горить

Не горить

Високий логічний рівень

Не горить

Горить

Низький логічний рівень і імпульси f * 20 + 10т Гц

Не горить

Не горить і короткочасно спалахує

Високий логічний рівень і імпульси f * 20 + 1Q7 Гц

Не горить

Горить і короткочасно гасне

Меандр f ~ 20 + 10? Гц

Не горить

Горить слабо

Низький логічний рівень і одиночні імпульси f * 0 Гц

Не горить

Не горить і спалахує після приходу імпульсу

Високий логічний рівень і одиночні імпульси f * 0 Гц

Не горить

Горить і гасне після приходу імпульсу

Обрив

Горить

Не горить

Проміжний рівень

Горить

Невизначений стан

Для індикації проходження одиночного імпульсу необхідно розімкнути кнопкою Кн1 ланцюг зв’язку тригера з мультивібратором. До приходу імпульсу D-тригер знаходиться в нульовому стані. Позитивний фронт імпульсу на вході, вступаючи на вхід CD-тригера, переводить його в одиничний стан, що змінює індикацію на зворотну. Т. е. після проходження одиночного позитивного імпульсу лампа Л 1 запалюється, а після проходження негативного імпульсу вона гасне. Для індикації наступних одиночних імпульсів необхідно знову встановити тригер в нульовий стан (контакти кнопки Кн1 повинні бути замкнуті).

В експлуатації перебувають логічні пристрої, що працюють як на позитивній, так і на негативній логіці. Зазвичай перші – це пристрої, виконані на інтегральних схемах, а другі – на дискретних елементах.

Про логічних рівнях позитивної логіки вже сказано. Для негативної логіки високий логічний рівень – від 0 до -0,3 В; низький логічний рівень -3,7 ± 10% В. Для перших, мають харчування 5 В, індикатор підключають безпосередньо до шин харчування логічного пристрою. Для других його включають через резистивний дільник.

Конструктивно тестер може бути виконаний у двох варіантах. При навісному монтажі пристрій можна зробити розміром з велику авторучку. З корпусу виводиться жало для підключення до перевіряється пристрою і два висновки для підключення до джерела живлення. Елементи тестера можна розташувати і на друкованій платі, яку встановлюють в окремому корпусі (можна використовувати пластмасову коробку, яка є тарою для мікросхем). До друкованої плати підключають пробник, в якому розміщують індикаторні лампи, мікроперемикач і жало.

Друкована плата і схема з’єднань показані на рис. 2. В даному випадку для виготовлення плати використаний двосторонній фольгований матеріал. На рис. 2, а показано розташування доріжок з боку деталей, а на рис. 2,6 – з протилежного боку.

Замість діодів Д9Д і КД503Б можна застосувати будь-які високочастотні діоди з таким же прямим падінням напруги. Транзистор Т1 слід брати такий, у якого падіння напруги на емітерний перехід одно падіння напруги на діоді ДЗ. В мультивібратора можна використовувати будь-які транзистори структури л-р-л.

При відсутності D-тригера його можна замінити JK-тригером або пристроєм, зображеним на рис. 3 (він зібраний на елементах «2И-НЕ»).

Рис. 3

Зібраний тестер практично не вимагає налагодження.

Для визначення стану логічного пристрою жалом тестера торкаються до відповідного висновку логічного елемента і по загоряння індикаторних ламп однозначно судять про стан логічного виходу.

Можливі стану логічних виходів і відповідна індикація ламп тестера наведені в таблиці.

Журнал «Радіо», 1976, № 9, с.46

Джерело: Вимірювальні пробники. Сост. А. А. Халоян. – М.: ИП РадіоСофт, ЗАТ «Журнал« Радіо », 2003. – 244 с: ил. – (Радіобібліотечка. Вип. 20)