Миниатюрный логический пробник
Основными преимуществами пробника перед другими приборами являются малые размеры и низкая трудоемкость при изготовлении. А еще он имеет функциональные возможности, которых нет у других пробников и осциллографов, поэтому за его изготовление возьмутся многие, кому нужно постоянно иметь при себе многофункциональный прибор для контроля логических цепей.
Малые размеры обусловлены тем, что в схеме использованы только миниатюрные радиоэлементы (микросхемы и транзисторы в малых корпусах) и отсутствуют электролитические конденсаторы.
Пробник позволяет определить логическое состояние цепи, оценить напряжение цепи (-5...+9 В), отличает его от обрыва (не нуль, не единица) и от напряжения +5 В, индицирует наличие одиночных коротких импульсов и периодического сигнала, определяет их амплитуду и скважность, показывает полярность импульсов (из нуля в единицу или из единицы в нуль). При необходимости специальный зонд генерирует в цепях импульсный сигнал независимо от их логического состояния, что позволяет контролировать прохождение сигнала по цепям и проверять работу микросхем.
Несмотря на использование миниатюрных низкочастотных микросхем, пробник реагирует на периодические сигналы довольно высокой частоты (до 150 МГц) и одиночные короткие импульсы (20 нс и более). Указанная длительность короткого импульса создается высокочастотным триггером К131ТМ2 при его самосбросе, т.е. когда его выход соединен со входом сброса. Ранее опубликованные пробники с аналогичными функциональными возможностями имеют значительно более сложную схему, используют крупные электролитические конденсаторы большой емкости и много микросхем, что увеличивает размеры и массу конструкции, усложняет печатную плату.
В исходном состоянии светодиоды HL1 и HL2 (см. рис.) имеют одинаковую яркость свечения, что свидетельствует о том, что напряжение на входе близко к среднему между 0 и 5 В. Резистор R1 служит для защиты входных цепей пробника при случайной подаче на его вход высоких положительных или отрицательных напряжений. В этом случае перестают светиться оба светодиода HL1, HL2. Подключение пробника к исправной цепи приводит к изменению яркости свечения светодиодов HL1, HL2 (по сравнению с состоянием, когда щуп никуда не подключен). При подключении его к цепи с состоянием лог."0" светодиод HL1 гаснет, а HL2 - увеличивает яркость свечения. При подаче на щуп сигнала лог. "1" ярче загорается светодиод HL1, а HL2 гаснет неполностью. Остаточное свечение означает, что пробник прикоснулся к проводнику с напряжением, соответствующим лог. "1", а не +5 В, иначе он бы не светился. Светодиод HL1 уменьшает яркость своего свечения при повышении напряжения на щупе до 5.8 B. Светодиод hL2 уменьшает яркость своего свечения при изменении напряжения на щупе (0.-3 В).
Импульсы, подаваемые на вход пробника, дифференцируются конденсаторами С8, С9. Положительная составляющая продифференцированных импульсов проходит через диоды VD3, VD4 на эмиттеры транзисторов VT5, VT6. Отрицательная составляющая продифференцированных импульсов запускает одновибраторы на микросхемах DD1, DD2, если она по напряжению достигает их порога срабатывания. Исходное входное напряжение, задаваемое делителем R12, R13, R14, ближе к порогу срабатывания одновибратора на микросхеме DD2, чем на микросхеме DD1. Поэтому однови-братор на микросхеме DD2 запускается при меньших по амплитуде импульсах, чем одновибратор на ИМС DD1.
Импульсы, формируемые одновибраторами, по длительности достаточны для их "визуального наблюдения" с помощью светодиодов. Если они длиннее периода входного сигнала, то вспышки светодиодов HL3, HL4 сливаются в непрерывное свечение. Видны вспышки этих светодиодов при поступлении на щуп одиночных импульсов. Таким образом, при следовании импульсов, соответствующих ТТЛ-уровням, светятся оба светодиода HL3, HL4, а при укороченных - только светодиод HL4. Наличие диодов VD3, VD4 и эмиттерных повторителей на транзисторах VT5, VT6 обеспечивает независимость амплитуды индицируемых импульсов от их скважности и частоты следования. При свечении двух светодиодов (HL3, HL4) соотношение яркостей светодиодов HL1, HL2 определяет скважность следования импульсов. Если ярче светит HL1, то в периоде следования импульсного сигнала более длительной является лог. "1", чем лог. "0", и наоборот.
Широкий диапазон частот схемы при низкочастотных микросхемах DD1, DD2 объясняется тем, что для этих микросхем, благодаря диодам VD3, VD4 и транзисторам VT5, VT6, импульсы представляются потенциалом, что и вызывает их срабатывание с длительностью, задаваемой цепями R7, С4 и R9, С5. Пробник чувствителен к низкой частоте, несмотря на малые емкости конденсаторов С8, С9. Индикатор HL4 срабатывает даже при прикосновении руки к щупу.
Генератор собран на микросхеме DD3. Частота следования выходных импульсов определяется конденсатором С7. Противофазные импульсы, между которыми существует временной интервал, подаются на базы транзисторов VT3, VT4, имеющих малое падение напряжения коллектор-эмиттер в режиме насыщения, и открывают их. В результате на выходе "Зонд" формируется сигнал, имеющий достаточную мощность, чтобы наводить импульсы в проверяемой цепи независимо от их логического состояния. Если "Зонд" и "Щуп" подсоединить к одному и тому же проводнику цепи, то можно проверить наличие короткого замыкания этого проводника с шинами питания. Оно присутствует, если не срабатывают индикаторы импульсов. Прохождение сигнала через микросхемы можно проверить, подавая на их входы импульсы из "Зонда" и контролируя изменения логических состояний на их выходах. Диод VD5 защищает схему при несоблюдении полярности питания.
Резистор R23, диоды VD1, VD2 защищают транзисторы VT3, VT4 и микросхему DD3 при ошибочном подключении зонда к цепям с напряжением, несоответствующем ТТЛ-уровням.
Детали и конструкция. Схема после правильной сборки сразу работоспособна и наладки не требует. Резисторы и конденсаторы любого типа. Диоды любые, кроме VD3 и VD4, которые должны быть высокочастотными. Транзистор VT2 можно заменить на КТ361, а остальные - на КТ315 с любым буквенным индексом, однако при этом сужается диапазон частот, уменьшаются входное сопротивление и мощность импульсов, наводимых выходом "Зонд". Как показала практика, импульсы "Зонда" не выводят из строя микросхемы проверяемого блока.
Как видно из схемы, генератор представляет собой отдельное устройство. Его можно разместить в том же корпусе, что и пробник, или в отдельном, а можно использовать пробник вообще без него. Преимущество описанного генератора перед известными состоит в простоте схемы: понадобилась всего одна микросхема для формирования сигналов, сдвинутых во времени друг относительно друга. Пробник с генератором, выполненные навесным монтажом, помещают на плате-макетнице размерами 90x20 мм. Высота монтажа 10 мм. По размерам такой прибор составляет 0,7 объема спичечной коробки.
В.Ю. Солонин, г. Конотоп, Сумская обл.