Пропонується опис конструкції нескладного пробника, визначає чотири статичних стану цифрового пристрою. Наявність вбудованого генератора розширює його функціональні можливості.

Логічний пробник – невід’ємна частина лабораторії спеціаліста по цифровій техніці. У багатьох випадках користуватися ним зручніше, ніж вольтметром або навіть осцилографом. Пробник не дає надлишкової інформації, малі розміри і зручне розташування індикаторів зменшують ймовірність промаху при підключенні щупа приладу до різних точок перевіряється пристрою. Пробник здатний зафіксувати одиночний імпульс, що за допомогою іншої універсальної апаратури зробити неможливо.

Зазвичай пробники дозволяють визначати два статичних стану виходів логічних мікросхем – «0» (0 … 0.4 В) або «1» (2,4 … 5 В) і наявність імпульсів. Деякі пробники здатні виділяти проміжний рівень напруги 0,4 … 2,4 В і постійно индицируют його як невизначений або використовують для гасіння індикації основних логічних рівнів.

Пропонований пробник, схема якого наведена на малюнку, виділяє чотири статичних стану досліджуваної ланцюга: обрив, низький рівень (лог. 0), вільний (неприєднаний) вхід і високий рівень (Лог. 1). За допомогою такого пристрою можна також фіксувати поодинокі імпульси й імпульсні послідовності, оцінювати шпаруватість і крутизну фронтів імпульсів, а також завдяки наявності вбудованого генератора проводити перевірку роботи тригерів, лічильників, послідовних і паралельних регістрів. Для цього не потрібні якісь додаткові прилади.

Виділення логічних рівнів проводиться подібними транзисторами VTI-VTЗ. При подачі на вхід пристрою напруги лог. 0 відкривається транзистор VT1, на виході елемента DD2.2 встановлюється низький рівень і спалахує світлодіод HL1 («0») Для визначення стану обриву ланцюга і гасіння логічних індикаторів використовується зона вхідних напруг, де поява сигналу при перевірці справних мікросхем найменш ймовірно: 0,6, .. 1,0 В. Якщо щуп пробника нікуди не приєднаний, що відповідає стану «обрив ланцюга», вхідна напруга складає близько 0.7 В, все транзистори закриті, всі індикатори статичних станів погашені. Якщо вхідна напруга перевищить рівень

1 В, відкриється транзистор VT2 і включиться індікагор проміжного стану HL4 («=»). Це дозволяє надійно фіксувати вільний вхід ТТЛ мікросхеми, напруга на якому становить близько 1,5 В. Як тільки напруга в досліджуваній ланцюга дости гніт рівня 2,4 В, відкриваються діоди VD3-VD5 і транзистор VT3, на виході елемента DD1.3 встановлюється низький логічний рівень, змінює своє стан елемент DD1.4, гасне светсдіод HL4 і спалахує світлодіод HL5 («1»).

Наявність захисної вхідного ланцюга, що складається з резистора R1 і діодів VD1, VD2, дозволяє без шкоди для пробника контролювати стан виходів мікросхем з відкритим колектором, навантаження яких живиться напругою до 24 В, або стан виходу операційних підсилювачів, якщо вони використовуються як перетворювачів вхідних сігналовдля цифрових мікросхем.

Позитивні сторони даного схемного рішення: немає відволікає індикації при фактично відключеному вході пробника, можливість більш повно оцінити стан досліджуваної мікросхеми та відсутність необхідності налаштування вхідних ланцюгів. Останнє пов’язано з тим, що виділення рівнів перемикання пов’язано, в основному, з матеріалом кристалів, характеристиками транзисторів VT1-VT3 і діодів VD3-VD5, які мають малий розкид.

До недоліків пристрою можна віднести рівень фіксованої лог. 0, дещо не відповідає технічним умовам. Існує і ймовірність прийняти перевантажений вихід або «притягнутий» через резистор до загальної шини вхід мікросхеми за обрив ланцюга, якщо напруги на них потраплять в інтервал 0,6 … 1,0 В. Але навіть при такій помилці індикація обриву при підключенні входу пробника висновку працюючої мікросхеми повинна насторожити і змусити перевірити стан підозрілої ланцюга іншими засобами, наприклад, вольтметром або осцилографом.

Пробник здатний фіксувати як поодинокі імпульси, так і безперервні серії імпульсів. Традиційно для фіксації одиночного імпульсу використовується RS-тригер, на один вхід якого подається досліджуваний сигнал, а на іншій – імпульс скидання.

Серії імпульсів зазвичай фіксують за допомогою одновібратора, запускається по фронту або спаду сигналу і розтягуючого вхідний імпульс для полегшення візуального сприйняття індикації. У пропонованому пристрої застосовано дру-гое рішення. При перевищенні вхідним напругою рівня 1 В відкривається транзистор VT2, а сигнал на виході елемента DD1.1 переходить зі стану лог. 0 в стан лог. 1. Це призводить до зміни стану виходів тригера DD3.1, включеного в рахунковому режимі. До прямого і інверсного виходу тригера DD3.1 підключені світлодіоди VD7, VD8. Один з них постійно світиться, індіціруя підключення пробника до ланцюгів харчування. При приході одиночного імпульсу цей світлодіод гасне і спалахує інший. Серія імпульсів на вході пробника змушує світлодіоди черзі блимати.

Переваги такого пристрою – простота та універсальність. Немає потреби в окремій кнопці та операції скидання RS-тригера фіксації одиночного імпульсу.

Крім того, відпадає необхідність в окремому індикаторі включення живлення. Правда є і недоліки. Найістотніше з них – неможливість виділити прихід послідовності коротких імпульсів якщо їх число парне. Око не в змозі зафіксувати швидку зміну стану індикаторів, а їх статичний стан до і після приходу парного числа імпульсів однаково.

Істотно розширює функціональні можливості пробника вбудований генератор імпульсів. Він зібраний на елементах DD2.3, DD2.4. На тригері DD3.2 включеному в рахунковому режимі, виконаний формувач імпульсів забезпечує на своїх виходах меандр з крутими фронтами і частотою близько 150 Гц.

Діод VD6 захищає мікросхеми пробника від помилкової полярності при підключенні живлення, а конденсатор С1 знижує рівень високочастотних перешкод.

Конструктивно пробник виконаний на двосторонній друкованої плати. В якості роз’ємів Х1-ХЗ можна використовувати одиночні гнізда від роз’ємів типу 2РМ або подібних. Щуп виготовлений з ручної швейної голки відповідного діаметру з віддаленим вушком і підігнаним за розміром роз’єму X1 хвостовиком. Підгонку хвостовика виконують за допомогою дрібнозернистого шліфувального каменю або шліфувального паперу. Для зручності користування на голку одягається відрізок полівінілхлоридної ізоляції від проводу відповідного діаметру. Використання як щупа голки дозволяє легко проколювати лакове покриття при перевірці плат промислового призначення а наявність роз’єму Х1 – швидко замінювати щуп на кліпсу і звільняти руки при збереженні контролю над обраною точкою перевіряється схем и.

До корпусу пробника ніяких специфічних вимозі не пред’являється. Він може бути виготовлений з відповідного за розміром футляра (для зубної щітки або авторучки). Роз’ємний корпус дозволить зберігати в ньому щуп-голку.

Схемне рішення пробника розроблялося з урахуванням використання мінімальної кількості деталей і максимальної простоти друкованої плати при збереженні всіх функціональних можливостей. Якщо при цьому немає яких-небудь обмежень, для підвищення стійкості роботи пристрою рекомендується об’єднати вільні входи мікросхеми DD3 і через резистор 1 … 2 кОм з’єднати їх з лінією живлення.

В деяких випадках при використанні замість короткого щупа кліпси з проводом завдовжки більше 10 … 15 см може спостерігатися схильність до порушення елемента DD2.1. Усувають її установкою резистора опором близько 5 кОм між входами елемента і лінією живлення. Те ж корисно зробити і для входів елементів DD1.1 і ,

Якщо при повторенні пробника будуть використані мікросхеми ТТЛ серій з малим споживанням потужності, для нормальної роботи вбудованого генератора може знадобитися збільшення опору резисторів R8, R9.

Тепер коротко про прийоми роботи з пробником. Припустимо, цоколевка і функції перевіряється логічної ТТЛ мікросхеми не відомі. В цьому випадку поступають таким чином. Подавши на мікросхему харчування (для логічних мікросхем практично завжди +5 В подають на виведення з максимальним номером, а із загальним проводом з’єднують висновок з удвічі меншим номером), за допомогою пробника відразу відокремте вільні входи від виходів. Якщо виходи будуть в стані лог. 0 – це, швидше за все мікросхема з базовою функцією «І-НЕ”, якщо лот. 1 – то «АБО-НЕ».

Для простих мікросхем не важко встановити приналежність входів і виходів кожному елементу. Підключивши вхід пробника до певного виходу досліджуваної мікросхеми, подавайте сигнал від вбудованого генератора на входи, фіксуючи проходження серії імпульсів з одночасного світіння світлодіодів VD7, VD8. Якщо при цьому однаково яскраво світяться світлодіоди «0» і «1», то у перевіреній мікросхеми класичний вихідний каскад, а коли світиться тільки «0» – відкритий колектор. При більш складної логічної функції мікросхеми можна відновити її таблицю істинності, але для цього доведеться затратити більше праці на комутацію входів ..

Повна перевірка працездатності D-тригерів, наприклад поширених ТМ2, проводиться так. Сигнал з виходу вбудованого генератора подають на вхід С тригера. Замикаючи на загальну шину вхід D, простежте за змінами сигналів на прямому і зворотному виходах. На прямому виході він повинен збігатися з сигналом на вході D, на зворотному – бути йому інверсним. Наступний крок – перевірка роботи настановних входів тригера. Підключіть настановні входи до різних виходів вбудованого генератора. При нормальному функціонуванні мікросхеми на обох виходах тригера буде спостерігатися проходження послідовності імпульсів. При відключенні одного з настановних входів виходи тригера повинні прийняти статичний стан, відповідне залишився підключеним до генератора входу установки.

Аналогічним чином перевіряється робота паралельних регістрів і регістрів зсуву. Сигнал з генератора подається на вхід С, а потім змінюється стан входів даних мікросхеми з одночасною реєстрацією зміни стану її виходів. Для перевірки працездатності лічильників сигнал з виходу генератора подають на рахунковий вхід, контролюючи його проходження на виходах. В деяких випадках, якщо перемикання світлодіодів VD7, VD8 стає помітно на око, вдається перевірити правильність роботи каскадів багаторозрядних лічильників.

При перевірці роботи генераторів, зібраних на цифрових мікросхемах, за допомогою пропонованого пробника можна оцінити крутизну фронтів і шпаруватість сигналу. Шпаруватість сигналу визначають, порівнюючи яскравість світіння індикаторів «0» і «1», крутизну – за інтенсивністю світіння індикатора «=».

Чим яскравість менше, тим крутизна більше. Упевнитися в цьому можна аналізуючи сигнали в різних точках вбудованого генератора. На вході елемента DD2.3 напруга має форму трикутних імпульсів з крутим фронтом і майже лінійним спадом. При підключенні входу пробника до цієї точки індикатори «О», «1» і «=» будуть світитися практично з однаковою інтенсивністю. На виході елемента DD2.4 імпульси мають помітне час наростання і яскравість світіння індикатора «=» тут менше. При приєднанні входу пробника до будь-якого з виходів тригера DD3.2 індикатор «=» гасне зовсім, а індикатори «0» і «1» світяться з однаковою інтенсивністю.

Журнал «Радіо», 1997, № 1, с.32

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