Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Для наладки тактового генератора появилась необходимость в логическом пробнике.
На просторах интернета ничего толкового не нашел, так как схемы, которые я брал с сайтов, не работали, а если и работали, то не так как это было необходимо.
Поэтому было решено разработать свою схему логического пробника, внешний вид которого Вы видите на фото ниже.
Схема пробника реализована на Советских микросхемах К176ИЕ8 (СD4017) и К155ЛА3 (SN7400), которые у меня оказались в наличии.
Микросхема К155ЛА3 состоит из четырех элементов 2И-НЕ, питающихся от общего источника постоянного тока, при этом каждый из элементов работает как самостоятельная микросхема.
Все четыре элемента имеют по три вывода, где каждый элемент определяется по номерам выводов.
Так, например, входные выводы 1, 2 и выходной вывод 3 относятся к первому элементу, а входные выводы 4, 5 и выходной 6 – ко второму элементу и т.д.
Выводы 7 и 14 микросхемы, служащие для подачи питания, на схемах не обозначают, так как ее элементы могут находиться в разных участках схемы устройства. На принципиальных схемах каждый элемент обозначают буквенно-цифровым индексом: DD1, DD2, DD3, DD4.
Микросхема К176ИЕ8 представляет собой десятичный счетчик с дешифратором и имеет три входа R, CN, СР и девять выходов Q0…Q9.
Вход R (вывод 15) служит для установки счетчика в исходное состояние;
На вход CN (вывод 14) подают счетные импульсы отрицательной полярности;
На вход СР (вывод 13) подают счетные импульсы положительной полярности;
Выхода Q0…Q9 (выводы 1 – 7 и 9 — 11) являются выходами счетчика. В исходном состоянии на выходах Q1…Q9 находится лог. 0, а на Q0 лог. 1;
Плюс питания подается на вывод 16, а минус – на вывод 8.
Установка счетчика микросхемы в 0 происходит при подаче на вход R логической единицы (лог.1), при этом на выходе Q0 появляется лог.1, а на выходах Q1 — Q9 – логический 0 (лог.0). Например.
Требуется, чтобы счетчик считал только до третьего разряда Q2 (вывод 4). Для этого соединяем вывод 4 с выводом 15. При достижении счета до третьего разряда счетчик автоматически перейдет на отсчет с начала.
Переключение состояний (выходов) счетчика происходит по спадам импульсов отрицательной полярности, подаваемых на вход CN. При этом на входе СР должен быть логический 0. Можно также подавать импульсы положительной полярности на вход СР, тогда переключение будет происходить по их спадам. При этом на входе CN должна быть логическая единица.
Принципиальна схема логического пробника приведена на рисунке ниже.
Работа схемы очень простая.
При поступлении положительных импульсов на вход СР микросхемы DD2 происходит переключение выходов счетчика, индицируемое светодиодами. По миганию светодиодов наблюдают процесс работы проверяемого генератора или любого другого цифрового устройства.
Если на вход приходит напряжение меньше 2/3 напряжения питания, или его вообще нет, счетчик работает нестабильно.
При этом переключение светодиодов происходит хаотично и такое состояние можно считать логическим 0.
При подаче на вход логической 1 происходит четкое переключение счетчика, и пробник подает звуковой сигнал. Звуковой генератор собран на элементах DD1.1 и DD1.2 микросхемы К155ЛА3 и транзисторе VT1 КТ361Б.
В пробнике я применил четыре светодиода и считаю, что этого вполне достаточно для визуализации процесса.
При этом даже имеется некоторое удобство при измерении, которое дает небольшую паузу при переключении счетчика в начальное состояние.
Если кто захочет использовать большее количество светодиодов, то вывод 15 микросхемы DD2 подключают к следующему по порядку выходу. В моем варианте вывод 15 соединен с выводом 1 счетчика.
Пробник можно использовать и без звуковой сигнализации. Для этого из схемы исключаем звуковой генератор, собранный на элементах DD1, VT1 КТ361Б, R1, R2, C1, звуковой сигнализатор ЗП-22. В этом случае измеряемый уровень сигнала подается только на вход СР счетчика.
Пробник питается от проверяемого устройства, что очень удобно.
Схема собрана на односторонней плате и имеет небольшие размеры, что позволяет сделать прибор компактным. Светодиоды можно использовать любые низковольтные. Корпус пробника выполнен от футляра для очков.
Щупом послужил кусочек медного провода сечение 3мм и длиной 5см. В рабочем варианте пробника входная часть выполнена без диода и транзистора, которые по этой причине не показаны на принципиальной схеме. Как показала практика, такое изменение существенно увеличило чувствительность логического пробника.
- Также посмотрите видеоролик, в котором показывается работа пробника.
- Плату в формате lay можно скачать по этой ссылке.
До встречи на страницах сайта!
Анатолий Тихомиров (picdiod), г. Рига
Удачи!
Литература:
С.А Бирюков «Цифровые устройства на МОП-интегральных микросхемах».
Миниатюрный логический пробник
В практике каждого радиолюбителя, периодически возникают ситуации, когда под рукой нет необходимых измерительных приборов. Вот и я, однажды, в конце 90-х годов, находясь далеко от дома (да еще и в полевых условиях), столкнулся с такой ситуацией.
Для поиска неисправности в промышленном оборудовании мне срочно понадобился логический пробник. Но где его возьмешь в 50 км. от ближайшего населенного пункта.
Так как ситуация возникла спонтанно и никаких ремонтов не планировалось, то кроме мультиметра, паяльника и небольшого набора деталей у меня с собой ничего не было.
Оценив имеющийся у меня с собой перечень деталей в голове родилась простая до безобразия схема.
Схема простого логического пробника
Потратив вечер на изготовление и наладку пробника, к утру я обладал достаточно неплохим прибором, который в последствии доказал свою эффективность и практичность.
Работа схемы
Логический элемент (параллельно 4 элемента 2И-НЕ), включенный в режиме инвертора, находится в пограничном состоянии благодаря обратной связи через высокоомный резистор.
На его входе и выходе — приблизительно Uпит/2 . Светодиоды погашены — им не хватает напряжения для зажигания.
Дальше все просто — при подаче лог «1» или «0», элемент входит в обычный режим и зажигает соответствующие светодиоды.
Диод D1 — любой (лучше Шоттки), защитит устройство от случайной переполюсовки питания. В качестве микросхемы D1, без корректировки схемы, можно использовать распространенные КМОП микросхемы CD4011 (К561ЛА7), CD4001 (К561ЛЕ5), а также другие логические элементы.
С тех пор, этот пробник является моим надежным помощником. Я сделал несколько экземпляров этого прибора. Из-за своей миниатюрности (если использовать микросхему в корпусе SOIC), вся начинка пробника легко помещается в корпус маркера. Вот как выглядит пробник в сборе.
Логический пробник в корпусе маркера
Как это работает
Небольшое видео с демонстрацией работы логического пробника. Питание схемы осуществляется от источника 9 вольт.
Небольшое дополнение
Так как пробник имеет высокоомный вход, в некоторых случаях возможно слабое свечение светодиода Лог «0», особенное при напряжении 12 вольт и при непосредственном контакте рук с платой. Эти эффекты проходят при помещении устройства в корпус, экранировании и т.п. В любом случае, работе это не мешает.
Информация для заказа
| НАИМЕНОВАНИЕ | ОПИСАНИЕ И СОСТАВ НАБОРА/МОДУЛЯ | СТОИМОСТЬ |
| PL-01 board | МИНИАТЮРНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ПРОБНИК Печатная плата (легко отправляется в обычном конверте) Состав набора: печатная плата, инструкция по сборке и эксплуатации; Размер платы: 40х9мм; Напряжение питания: 5-12 вольт; Ориент. время получения удовольствия (сборки): 30 мин. |
50 руб. |
| PL-01 kit | МИНИАТЮРНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ПРОБНИК Набор для самостоятельной сборки Состав набора: печатная плата, комплект радиоэлементов, инструкция по сборке и эксплуатации; Размер платы: 40х9мм; Напряжение питания: 5-12 вольт; Ориент. время получения удовольствия (сборки): 30 мин. |
100 руб. |
Заказать платы или наборы для самостоятельной сборки Вы можете отправив заявку на электронную почту order@microsh.ru
В ближайшее время, все электронные модули, наборы для самостоятельной сборки на smd-компонентах и конструкторы будут доступны на сайте www.microsh.ru.
Простой логический пробник
Схема логического пробника для отыскания неисправностей цифровых схем, описание его возможностей и приемов работы с пробником.
Общеизвестно, что для ремонта и налаживания электронных цифровых схем необходим осциллограф. Конечно, сейчас прошли те времена, когда приходилось на заводах ремонтировать большие ЭВМ.
Зато появились устройства различного назначения на микроконтроллерах, специализированных микросхемах, большое количество устройств с использованием цифровых микросхем малой степени интеграции (еще не все предприятия и организации успели приобрести современное импортное оборудование).
Обычным авометром невозможно увидеть процессы, происходящие в импульсных схемах и сделать выводы о работе схемы в целом. Но осциллограф под рукой может оказаться не всегда. Вот в этом случае может оказать неоценимую помощь описываемый логический пробник.
Подобных устройств в литературе было описано немало и все они при одинаковом назначении все-таки имеют совершенно разные параметры: есть такие, что просто неудобны и непонятны в работе. Такие пробники выпускались отечественной промышленностью до конца прошлого века.
Много лет мне довелось пользоваться логическим пробником, конструкция которого описана ниже. Схема показала себя надежной и удобной в работе.
Основное отличие данной схемы от подобных – минимальное количество деталей при достаточно широких возможностях. Одной из особенностей схемы является наличие второго входа, что иногда позволяет обходиться без двулучевого осциллографа.
- Электрическая принципиальная схема логического пробника
- Описание принципиальной схемы.
- Питание пробника (+5В) осуществляется от проверяемой схемы.
Исследуемый сигнал поступает на базы входных транзисторов VT1, VT2, предназначенных для увеличения входного сопротивления прибора. Далее, через диоды VD1, VD2 сигнал проходит на логические элементы D1.2, D1.3, D1.4, которые зажигают красный и зеленый светодиоды.
Приемы работы с пробником.
Свечение красного светодиода говорит о наличии на входе 1 логической единицы, а зеленого – логического нуля.
Для описываемого пробника напряжение логического нуля 0…0,4В, а логической единицы 2,4…5,0В. Если вход 1 пробника никуда не подключен, оба светодиода погашены.
В том случае, когда вход 1 подключен к проверяемой схеме, и оба светодиода погашены, можно предположить, что есть неисправность. Такой уровень называется «серым».
Кроме показа логических уровней нуля и единицы пробник также может показывать наличие импульсов. Для этих целей служит двоичный счетчик D2, к выходам которого подсоединены светодиоды HL1…HL4 желтого цвета.
С приходом каждого импульса состояние счетчика увеличивается на единицу. Если частота следования импульсов невелика, то можно увидеть мигание светодиодов счетчика, даже если импульс длительностью несколько микросекунд появляется раз в секунду или еще реже. Такой процесс можно зафиксировать только с помощью запоминающего осциллографа – прибора достаточно дорогого и редкого.
Когда импульсы следуют с высокой частотой, кажется, что светодиоды HL1…HL4 светятся непрерывно, хотя на самом деле зажигаются импульсами.
По характеру свечения красного и зеленого светодиодов можно приблизительно оценить форму импульсов. Если яркость свечения обоих светодиодов одинакова, то длительность импульса (лог.1) равна длительности паузы (лог.0). Более интенсивное свечение красного светодиода говорит о том, что длительность импульса (лог.1) больше, чем длительность паузы (лог.0) и наоборот.
Соотношение импульса и паузы может быть таким, что заметно свечение только лишь одного светодиода. Но если при этом счетчик продолжает считать, то значит идут импульсы. Для сброса счетчика используется кнопка S1: если после ее нажатия и отпускания светодиоды HL1…HL4 погасли и своего состояния не изменяют, то импульсов нет, а пробник показывает просто логический уровень нуля или единицы.
Несколько слов о деталях.
Диоды VD1, VD2 могут быть заменены любыми импульсными маломощными диодами. Только при этом следует помнить, что VD1 должен быть кремниевым, а VD2 обязательно германиевым: именно они разделяют уровень нуля и единицы. Транзисторы могут быть с любыми буквенными индексами, либо заменены на КТ3102 и КТ3107.
Микросхемы могут быть заменены импортными аналогами: К155ЛА3 на SN7400N, а К155ИЕ5 на SN7493N.
Конструкция пробника произвольна, но лучше всего выполнить его с помощью печатного монтажа в виде щупа, поместив в подходящий пластмассовый корпус.
При работе с пробником необходимо внимательно следить за тем, чтобы не подключить питание к цепям с напряжением более 5В, а также не касаться таких цепей измерительным щупом. Подобные касания приводят к ремонту прибора.
Борис Аладышкин
Простой логический пробник с тремя состояниями схема
Многие радиолюбители сталкиваются с цифровыми схемами и устройствами работающими по законам Булевой алгебры-логики.
Имеющие только два состояния «ноль» или «единица» цифровые схемы относительно просты в настройке и надёжны в работе.
При настройке цифровых устройств очень удобно пользоваться различного рода логическими пробниками, именно об одном из простейших логических пробников и пойдёт речь в этой статье.
Простой логический пробник схема:
Одним из вариантов самых простых пробников представлен на рисунке №1.
Рисунок №1 – схема простого логического пробника
- R1, R2 – 4,7 КОм
- R3 – 100 Ом
- R4 – 150 Ом
- VT1, VT2 – 2N2222
- VD1 – зелёный светодиод (любого номинала)
- VD2 – красный светодиод (любого номинала)
Работа и настройка схемы цифрового пробника:
Питается схема от батарейки типа «крона» 9 вольт. Принцип работы схемы довольно простой, транзисторы VT1, VT2 имеют n-p-n проводимость, таким образом, когда вы касаетесь логического нуля горит светодиод VD1 (зелёный, или того цвета который вы впаяете).
Когда вы касаетесь щупом, уровня логической единицы, то транзистор VT1 отпирается и загорается светодиод VD2. Если вы попадёте на ножку микросхемы, генерирующей динамические сигналы то оба светодиода будут тускло гореть.
Вместо VD1, и VD2 можно впаять сдвоенный светодиод типа MV5491, который имеет два цвета свечения (при динамических сигналах на входе такой светодиод загорится янтарным светом).
Подстройка работы пробника осуществляется путём подбора резисторов R1, R2 (вместо них удобнее использовать подстроечные резисторы).
P.S.: Я постарался наглядно показать и описать не хитрые советы. Надеюсь, что хоть что-то вам пригодятся. Но это далеко не всё что возможно выдумать, так что дерзайте, и штудируйте сайт https://bip-mip.com/
Простой логический пробник — схема
В этой статье рассматривается простой логический пробник, который является полезным инструментом в ремонте и отладке различных цифровых устройств. Как известно простым тестером нельзя отследить процессы, протекающие в импульсных цепях и определить характер функционирования всего устройства в комплексе. Да и осциллограф не у каждого есть.
Как раз в такой ситуации описываемая схема логического пробника может оказать неоценимую помощь. Аналогичных приборов в радиотехнической литературе было приведено немало, но все они имеют различные показатели и порой некоторые экземпляры непонятны в работе.
Данная схема простого логического пробника, зарекомендовала себя с надежной стороны и с ней удобно работать. Главное чем отличается эта схема от схожих, это наличием небольшого числа радиокомпонентов при довольно больших функциональных возможностях. Пробник обладает вторым логическим входом, что позволяет отслеживать цифровые сигналы без применения осциллографа.
Описание работы схемы логического пробника
Питание пробника в 5 вольт выполняется от цепи питания исследуемой схемы. Для повышения входного сопротивления, изучаемый сигнал вначале идет на базы транзисторов VT1, VT2. Затем через диоды VD1, VD2 он подается на логические элементы (И-НЕ) D1.2, D1.3, D1.4 микросхемы К155ЛА3, которые и включают красный и зеленый светодиоды в зависимости от уровня сигнала на входе пробника.
Способы работы с логическим пробником
Уровню логической единицы (от 2,4 до 5,0 вольт) соответствует свечение красного светодиода, а логическому нулю (от 0 до 0,4 вольта) – свечение зеленого. Если щуп пробника «висит в воздухе», то оба светодиода не светятся. Если вход “B” подключен к схеме и ни один светодиод не светится, это говорит о том, что есть неисправность в работе исследуемого устройства.
Помимо отображения логических 1 и 0, пробник способен фиксировать присутствия импульсов на его входе.
Для этого предназначен двоичный счетчик К155ИЕ2, к его выходам подключены светодиоды желтого цвета. С поступлением каждого импульса состояние счетчика повышается на единицу.
Если исследуемый сигнал имеет невысокую частоту, то данные светодиоды будут мигать даже при очень коротких импульсах.
По типу свечения зеленого и красного светодиодов можно ориентировочно дать оценку форме импульсов. Если сила свечения красного и зеленого светодиодов равна, то длительность паузы (лог.0).
равна продолжительности импульса (лог.1). Более яркое свечение зеленого сообщает о том, что продолжительность паузы (лог.0) больше, чем продолжительность импульса (лог.1).
То же самое относится и к красному светодиоду, но логические уровни будут противоположны.
Отношение паузы и импульса может быть таким, что видно горение либо красного, либо зеленого светодиода. Но в тоже время счетчик все так, же фиксирует импульсы. Для обнуления счетчика применяется кнопка SA1. Если после ее нажатия и отпускания желтые светодиоды погасли и больше не горят, это свидетельствует об отсутствии импульсов.
Детали логического пробника
Диоды VD1, VD2 можно поменять на другие импульсные диоды, предварительно проверив эти диоды мультиметром. Следует обратить внимание, что диод VD2 обязательно должен быть германиевым, а VD1 кремниевым, поскольку они делят уровень нуля и единицы. Транзисторы можно заменить на КТ3107 и КТ3102.
Источник: «Энциклопедия начинающего радиолюбителя», Никулин С.А.
Простой универсальный логический пробник
К логическим пробникам обычно предъявляются следующие требования: индикация логической единицы (нуля) на входе и на выходе цифровой интегральной микросхемы, реже — наличие импульсов на электродах полупроводникового прибора.
Пробник не должен перегружать выходную цепь контролируемых микросхем или шунтировать входные (т.е. не должен вносить сбои в работу цифровой техники в процессе контроля).
Обычно подобные пробники узко специализированы для работы только с ТТЛ или КМОП логикой.
На рисунке приведена схема универсального пробника, позволяющего без использования источника питания контролировать работу ТТЛ (3…5 В) и КМОП (3…15 В) микросхем, а также индицировать напряжение постоянного и переменного токов в диапазоне от 3 до 100 в при длительном подключении и до 300 В — при кратковременном.
Пробник питается непосредственно от источника контролируемого напряжения, потребляя при этом весьма незначительный ток: при напряжении 5 В — 90 мкА; при 9 В — до 190 мкА; при 15 В — до 290 мкА; при 100 В — 4 мА и при 300В — 12 мА.
Высокая экономичность устройства и, соответственно, малая нагрузка по току на контролируемую цепь достигнута за счет динамического характера индикации устройства.
Индикация напряжений малого уровня (до 14 В) осуществляется преимущественно за счет работы генератора импульсов, выполненного на германиевых транзисторах VT1, VT2, в качестве которых могут быть использованы транзисторы МП39…МП42 и МП35…МП38.
При индикации ТТЛ уровней частота вспышек светодиода HL3 составляет около 3 Гц; при напряжении 4 В (близком к уровню максимально допустимых значений логической единицы ТТЛ логики) частота генерации составляет около 5 Гц. При напряжении 3 В частота генерации возрастает до 10 Гц и выше, яркость свечения светодиода резко снижается.
При контроле КМОП элементов напряжению в 9 В соответствует частота генерации около 1 Гц; начиная с напряжений, превышающих значение напряжения стабилизации стабилитрона и напряжение зажигания светодиода, начинает светиться светодиод HL2. Для указанных на рисунке элементов схемы (Д814Б и АЛ307) напряжение это соответствует 11,5 В.
Падение напряжения собственно на генераторе импульсов не превышает 10 В. В диапазоне напряжений 14 — 20 В светодиод HL2 мигает с частотой модуляции порядка 1 Гц с постепенным понижением глубины модуляции и переходом в режим непрерывного свечения.
При наличии на входе устройства импульсных сигналов частота (яркость) вспышек светодиодов также изменяется, что позволяет контролировать и динамические процессы в цифровых и аналоговых устройствах.
Пробник может быть выполнен в виде щупа, например, в корпусе авторучки. Генератор устройства защищен от неправильного подключения шунтирующей его цепочкой VDI, HL1, причем светодиод HL1 одновременно индицирует своим свечением полярность подключения.
Для повышения надежности работы устройства при индикации высоких напряжений переменного тока последовательно с резистором R2 необходимо включить диод типа КД102А (катодом в сторону генератора импульсов).
Источник: М.Шустов, журнал “Радиолюбитель”.
Логический пробник
Для наладки и ремонта ZX-Spectrum совместимых компьютеров полезным приспособлением является логический пробник. По сути это прибор, отображающий логический уровень сигнала на входе (лог.0 или лог.1).
Так как в зависимости от типа используемых микросхем (ТТЛ, КМОП) логические уровни могут быть разными, пробник в идеале должен быть настраиваемым для использования совместно с разными типами сигналов.
В ZX-Spectrum'ах почти всегда используются микросхемы с ТТЛ входами/выходами, поэтому будет уместно рассмотреть схему логического пробника с учётом уровней сигнала ТТЛ.
Тут я немного повторю прописные истины, которые и без того известны всем заинтересованным… Величины напряжений лог.1 и лог.0 для ТТЛ видны из следующего схематичного рисунка:
Как видно крайние уровни лог.0 и лог.1 для входов и выходов несколько отличаются друг от друга. Для входа лог.0 будет при напряжении от 0,8В и менее. А выходной уровень лог.0 — это 0,4В и менее. Для лог.1 это будет 2,0В и 2,4В соотвественно.
Это сделано для того, чтобы крайние уровни лог.0 и лог.1 для выходов гарантированно попадали в диапазон напряжений для входов. Поэтому и сделана такая небольгшая «разбежка» в уровнях входов и выходов.
Всё, что попадает в диапазон напряжений между лог.0 и лог.1 (от 0,8В до 2,0В) логическим элементом не распознаётся как один из логических уровней. Если бы не было такой разбежки в уровнях (2-0,8=1,2В) любая помеха расценивалась бы как смена уровня сигнала. А так логический элемент устойчив к действиям помех с амплитудой до 1,2В, что согласитесь, очень неплохо.
У ТТЛ-входов есть интересная особенность: если вход никуда не подключен, то микросхема «считает», что на него подана лог.1.
Конечно же такое «неподключение» — это очень нехорошо, хотя бы потому, что при этом висящий «в воздухе» вход микросхемы «ловит» все помехи, в результате чего возможны ложные срабатывания.
Однако нас интересует другое — на «висящем в воздухе» входе всегда присутствует некоторое напряжение, величина которого попадает в неопределённый промежуток между логическими уровнями:
Определение величины напряжения на неподключенных входах микросхемы
Такой уровень называют «висящая единица», т.е. как бы единица есть (расценивается микросхемой как лог.1), но на самом деле её нет 🙂
Применительно к процессу ремонта и наладки компьютеров понятие «висящей единицы» полезно тем, что в случае обрыва проводника на плате или отгорания выхода какой-либо микросхемы на входы связаных с ними микросхем не подаётся сигнал, а следовательно, там будет «висящая единица», и этот момент можно зафиксировать, т.к. примерные уровни напряжения в таком состоянии микросхемы нам уже известны (порядка от 0,9В и вплоть до 2,4В).
То есть если, допустим, по схеме вход микросхемы куда-то должен быть подключен, а на нём в реальности не 0 и не 1, а «висящая единица», то что-то тут не так. В плане процесса ремонта это очень полезно!
Исходя из всего вышесказанного можно сформулировать техническое задание на создание логического пробника: — Напряжение от 0 до 0,8В включительно считаются как лог.0; — Напряжение от 2,0В до 5,0В считаем как лог.1;
— Напряжения от 0,9В до 2,4В считаем как «висящую единицу».
Различные конструкции логических пробников
Схем логических пробников очень много. Достаточно поискать в любом поисковике забить фразу «логический пробник». Однако по разным критериям данные схемы мне не подходят: — Вывод ведётся на семисегментный индикатор, яркость которого никак не позволяет определить примерную скважность импульсов; — Нет определения «висящей единицы»;
— Другие критерии типа «просто не понравилась схема» 🙂
Схема самого простого пробника был опубликована в журнале «Радиолюбитель» №9 за 1995 год:
Немного более «продвинутый» вариант этой схемы:
Таким пробником я пользовался около 18 лет. Несмотря на простоту этот пробник показывает всё: лог.0, лог.1. Даже «висящую единицу» показывает — при этом светодиод (лог.1) еле светится. Можно определять скважность импульсов по яркости свечения светодиодов.
Этот пробник даже не выгорает при подаче на его входы напряжений -5В, +12В и даже выше! При подаче на пробник -5В светодиод (лог.0) горит с очень большой яркостью. При +12В на входе горит с большой яркостью светодиод (лог.1).
Короче, неубиваемая схема 🙂
Для регистрации коротких импульсов, которые не видны глазом (например, импульс выбора порта) я приделал к пробнику «защёлку» на половинке триггера ТМ2:
Внешний вид пробника:
Логический пробник
Логический пробник
Свой вариант логического пробника
Мной предпринимались попытки сделать логический пробник с индикацией «висящей единицы» на компараторах. В статике всё работало и определялось, но в динамике пробник оказался неработоспособен. Проблема кроется в быстродействии компараторов.
Доступные мне компараторы (LM339, К1401СА1, КР554СА3 и т.п.) довольно «тормозные» и не позволяют работать на частоте выше 1,5-2МГц. Для работы со схемой ZX-Spectrum это совершенно не годится.
Какой толк от пробника, если он не может даже показать тактовую частоту процессора?
Но совсем недавно на Youtube на глаза попалась видео-лекция по работе логического пробника:
Лекция по принципам работы логического пробника
Лекция очень интересная и познавательная. Посмотрите её полностью!
Данная конструкция пробника меня очень заинтересовала, и я решил её повторить и проверить. По схеме из лекции всё заработало за исключением каскада для определения уровня «висящей» единицы. Однако это не является проблемой, и я сделал каскад на компараторе. Вопрос быстродействия тут не стоит, т.к. термин «висящая единица» применим к статическому состоянию микросхемы.
В итоге получился пробник со следующей схемой:
Схема логического пробника (увеличивается по клику мышкой)
Схема логического пробника (увеличивается по клику мышкой)
P.S. Схема пробника не самая идеальная, и при желании наверняка можно сделать проще и лучше.
Описание схемы и процесс наладки логического пробника
Входные каскады пробника выполнены на эмиттерных повторителях на транзисторах VT1 и VT2. В исходном состоянии (когда на вход пробника ничего не подано) транзисторы закрыты, поэтому на входы DD1.1 подан лог.
0 через резистор R4, светодиод VD1 не горит. Точно так же закрыт транзистор VT2, и через резистор R5 на входы DD1.2 подаётся лог.1, светодиод VD3 не горит.
При подаче сигнала с уровнем лог.0 (0…0,8В) открывается транзистор VT2, на входы DD1.
2 подаётся лог.0, светодиод VD3 загорается.
При подаче сигнала с уровнем лог.1 (2…5В) открывается транзистор VT1, на входы DD1.1 подаётся лог.1, светодиод VD1 загорается.
Резисторами R2-R3 на входе пробника устанавливается напряжение порядка 0,87-0,9В. Т.е. необходимо, чтобы это напряжение было в промежутке 0,8..0,9В, чтобы при никуда не подключенном входе пробника не горел светодиод VD3.
На компараторе DA3 сделана схема определения «висящей единицы». Резисторами R6-R7 устанавливается напряжение порядка 0,92..0,95В, при котором компаратор определит, что на входе находится уровень «висящей единицы», и загорится светодиод VD2. Напряжение на входе 2DA2 подбирается такой величины, чтобы при никуда не подключенном входе пробника не горел светодиод VD2.
Цвет свечения светодиодов можно выбрать таким, чтобы лог.0 показывался зелёным светом, лог.1 — красным, «висящая единица» — желтым. Не знаю как вам, а мне так удобнее. Светодиоды VD1 и VD3 лучше всего брать прозрачные (не матовые), чтобы хорошо был виден кристалл, и по возможности яркие, чтобы легче было заменить, если светодиод хоть чуть-чуть светится.
На микросхеме DD3 выполнен счётчик импульсов, поступающих на вход пробника. При коротких имульсах, не видных глазу, светодиоды VD4-VD7 будут исправно показывать количество импульсов в двоичной форме 🙂 Кнопкой SB1 счётчик сбрасывается с погасанием всех светодиодов.
Инверторы микросхемы DD2 используются для того, чтобы активным уровнем (когда зажигается светодиод) был лог.0, т.к. ТТЛ-выход при лог.0 способен отдать в нагрузку ток до 16 мА. При выходной лог.
1 выход способен отдать ток 1 мА, и если мы к нему подключим светодиод (чтобы он зажигался при лог.1 на выходе) мы перегрузим выход.
Токоограничивающие резисторы подобраны так, чтобы максимальный ток, протекающий через светодиоды, не превышал 15 мА.
Пробник питается от отдельного блока питания (я использовал источник питания от магнитофона «Беларусь»). На плате пробника расположен стабилизатор напряжения DA2. Учивая не слишком большой ток потребления пробника микросхема стабилизатора используется без дополнительного теплоотвода, и при этом не перегревается.
Входные цепи пробника VT1, VT2, DA3 питаются от отдельного источника опорного напряжения DA1. Сделано это потому, что при изменении тока потребления пробника (например, когда горит большинство светодиодов) выходное напряжение стабилизатора DA2 несколько меняется, при этом соответственно будут меняться все опорные напряжения, что недопустимо.
К проверяемой конструкции от пробника отдельно подключается «общий» провод (GND).
Быстродействия микросхем пробника хватает для индикации импульсов вплоть до частоты 10 МГц. При частоте 12МГц уже пропадает индикация лог.0, но лог.1 показывается. По этой же причине вход счётчика подключен именно к DD1.1 — при проверке частоты выше 10 МГц счётчик будет считать импульсы с индикацией на светодиодах VD4..VD7.
Пробник собран на макетной плате:
Плата логического пробника
Плата логического пробника
- Плата подобрана по размеру, чтобы поместиться в корпус от пришеднего в негодность маркера:
Плата логического пробника в корпусе от маркера
Плата логического пробника в корпусе от маркера
Плата логического пробника в корпусе от маркера
Логический пробник с источником питания
Логический пробник с источником питания
- Процесс работы с пробником на плате компьютера «Байт» можно посмотреть на видео:
Работа с логическим пробником
Простые логические пробники
Для проверки схем, в которых используются цифровые интегральные микросхемы, необходимы устройства, определяющие напряжения высокого и низкого уровней ( соответственно логические 1 или 0 ). Для их индикации используют разнообразные логические пробники, т. е. пробники, реагирующие лишь на уровни напряжений логических сигналов.
На Рис.1 изображена схема самого простого логического пробника. В нём всего лишь один транзистор и светодиод, включённый в коллекторную цепь транзистора.
Если на щупы ХР2 и ХР3 подано напряжение питание, но щуп ХР1 никуда не подключен, светодиод горит “вполнакала”. Такой режим обеспечивается подбором резистора R2, задающим напряжение смещения на базе транзистора. Когда же щуп ХР1 будет касаться вывода микросхемы, на которой логический 0, транзистор закроется и светодиод погаснет. И, наоборот, при подключении этого щупа к цепи с логической 1 транзистор откроется настолько, что светодиод вспыхнет ярким светом.
Данные режимы справедливы, если прибор питается от измеряемой схемы. Если пробник имеет автономное питание, например батарея 3336, щуп ХР3 дополнительно соединяют с общим проводом конструкции.
Пробник можно использовать и для “прозвонки” монтажа; тогда его питают от батареи, а щупом ХР1 и проводником, соединяющим с щупом ХР3, касаются нужных участков проверяемых цепей. Если между ними есть соединение, светодиод гаснет.
В пробнике можно использовать любой маломощный кремниевый транзистор со статическим коэффициентом передачи тока не менее 100. Вместо АЛ102Б подойдёт любой светодиод серий АЛ102, АЛ307. Резистор R2 подбирают таким сопротивлением, чтобы светодиод горел “вполнакала”.
Другая конструкция простого пробника ( Рис.2 ) содержит два светодиода. Пробник позволяет не только контролировать логические уровни в разных цепях устройства, но и проверять наличие импульсов, а также приблизительно оценивать их скваженность ( отношение периода следования импульсов к их длительности ). Кроме того, он позволяет фиксировать и “третье состояние”, когда логический сигнал находится между 0 и 1. В этих целях в пробнике в пробнике установлены диоды разного свечения: зелёного (HL1) и красного (HL2).
На транзисторе VT1 выполнен усилитель, повышающий входное сопротивление пробника. Далее следуют электронные ключи на транзисторах VT2 и VT3, управляющие диодами соответствующим свечением..
Если напряжение на щупе ХР1 относительно общего провода ( минус источника питания ) более 0,4 В, но менее 2,4 В (“третье состояние”), транзистор VT2 открыт, светодиод HL1 не горит. В то же время транзистор VT3 закрыт, поскольку падение напряжения на резисторе R3 недостаточно для полного открывания диода VD1 и создания нужного смещения на базе транзистора. Поэтому светодиод HL2 также не светится.
Как только напряжение на входном щупе пробника станет менее 0,4 В транзистор VT2 закроется и загорится светодиод HL1, индицируя логический 0. При напряжении на щупе ХР1 более 2,4 В открывается транзистор VT2, загорается светодиод HL2 – он индицирует логическую 1.
В случае поступления на вход пробника импульсного напряжения скваженность импульсов приблизительно оценивают по яркости свечения того или другого светодиода.
Кроме указанных на схеме транзисторов можно применить транзисторы серий КТ312, КТ201 (VT1, VT3), КТ203 (VT2), любой кремниевый диод (VD1), светодиоды серий АЛ102, АД307, АЛ314 соответственного свечения.
Налаживая пробник, подбором резистора R1 добиваются отсутствия свечения светодиодов в исходном состоянии – при отключённом щупе ХР1. Подав же на этот щуп напряжение 2,4 В ( относительно щупа ХР3 ), подбором резистора R6 добиваются зажигания свечения светодиода HL2. Яркость свечения, а значит предельно допустимый ток через светодиод, ограничивают резисторами R4 и R7.
ИСТОЧНИК: Б. С. Иванов “В ПОМОЩЬ РАДИОКРУЖКУ”, Москва, “Радио и связь”, 1990г, стр.13 – 14.