В Бессонов - Радиоэлектроника для начинающих (и не только)

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.

В отличие от известных, предлагаемый пробник, схема которого приведена на рис. 7.38, 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.

Рис. 7.38. Схема логического ТТЛ-пробника

Выделение логических уровней проводится входными транзисторами VT1—VT3. 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 1,0 В, откроется транзистор VT2 и включится индикатор промежуточного состояния HL4 («0»). Это позволяет надежно фиксировать свободный вход ТТЛ-микросхемы, напряжение на котором составляет около 1,5 В. Как только напряжение в исследуемой цепи достигнет 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 светодиод 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 сигналов для цифровых микросхем.

Положительные стороны данного схемного решения: нет отвлекающей индикации при фактически отключенном входе пробника, возможность более полно оценить состояние исследуемой микросхемы, а также отсутствие необходимости настройки входных цепей (так как выделение уровней переключения в основном связано 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 обшей 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 1,0 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 HL2, HL3. 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 C1 снижает уровень высокочастотных помех.

Конструктивно пробник выполнен на двусторонней печатной плате. В качестве разъемов X1—Х3 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 X1 — быстро заменять щуп на клипсу и освобождать руки при сохранении контроля над выбранной точкой проверяемой схемы. К корпусу пробника никаких специфических требований 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.