Логический пробник

Логический пробник очень удобен для индикации логических состояний в цифровых КМОП- и ТТЛ-схемах.
Описание схемы. Электрическая схема логического пробника показана на рис. П2.4.

Рис. П2.4. Принципиальная электрическая схема логического пробника

Сдвоенный компаратор IC1 определяет уровень напряжения на зонде, сравнивая его с напряжениями от резисторных делителей R1—R4. При стандартном питании +5 В напряжение в точке между R1 и R2 составляет примерно 2,5 В, а в точке между R3 и R4 — около 1,2 В. При отсутствии входного напряжения (зонд «плавает» в воздухе) напряжение на инвертирующем входе IC1b и неинвертирующем входе IC1a будет таким же, как и в точке между R2 и R3, т. е. равным примерно половине напряжения питания.
Входы IC1 включены так, что на выходе 1а (контакт 1) появляется низкий уровень, если зонд пробника воспринимает логический 0, а на выходе IC1b формируется низкий уровень, когда зонд воспринимает логическую 1. В любом случае будет светиться соответствующий светодиод D2 или D1, показывая логическое состояние, воспринимаемое зондом. В отсутствие логических 0 и 1 (неопределенное или высокоуровневое состояние, а также разомкнутая цепь) на обоих выходах IC1 действуют высокие уровни и ни один из светодиодов не светится.
Микросхема 1С2 представляет собой таймер 555, работающий н моностабильном режиме (см. гл. 4) и обеспечивающий необходимое расширение импульсов. Запускающий импульс формируется с помощью конденсаторов С1 или С2 и резисторов R9 или R10. Спадающий фронт образуется при переходе любого выхода микросхемы 1С1 с высокого на низкий уровень.
Длительность импульса таймера (и время свечения D3) определяется времязадающими элементами R11 и СЗ. Конденсатор С4 служит для сглаживания питания, а диод D4 защищает пробник от случайного неправильного подключения питания.
Монтаж. Все компоненты логического пробника монтируются на плате с девятью полосками, имеющими по 37 отверстий. Эту плату можно отрезать от стандартной платы Veroboard (24 полоски по 37 отверстий), сохранив ее часть для логического пульсатора.
Монтажная схема логического пробника на плате Veroboard показана на рис. П2.5.

Рис. П2.5. Монтажная схема логического пробника

Из рисунка видно, что нужно сделать 23 разрыва печатных проводников.
Рекомендуется следующая последовательность монтажа логического пробника: гнезда микросхем, пистоны, перемычки, резисторы, диоды, конденсаторы и светодиоды (выводы последних должны иметь такую длину, чтобы светодиоды были видны в верхней части корпуса). После этого можно подключить провода питания, обратив внимание на правильную полярность (для напряжения +5 В берется красный провод с зажимом «крокодил»).
Прежде чем вставлять микросхемы в гнезда и закреплять печатную плату, тщательно проверьте все компоненты, перемычки и разрывы печатных проводников. Целесообразно обратить особое внимание на подключения полярных компонентов, включая светодиоды, электролитические конденсаторы и диоды. Проверьте надежность соединений и отсутствие выплесков припоя и замыканий между печатными проводниками.
После проверки печатной платы можно вставить в гнезда микросхемы, обратив внимание на их правильную ориентацию. Затем плата монтируется в корпусе пробника; не требуется никаких дополнительных приспособлений, так как плата плотно зажимается при соединении двух половин корпуса. Зонд пробника закрепляется в держателе и соединяется со входом пробника.
Проверка. Логический пробник необходимо проверить, пользуясь блоком питания с ограничением по току. Подключите провода питания пробника к блоку, соблюдая правильную полярность. При свободном зонде пробника ни один из светодиодов не должен светиться.
Теперь коснитесь точки с нулевым потенциалом. Светодиод D3 (импульс) должен вспыхнуть 1 раз, показав изменение логического состояния, а светодиод D2 (логический 0) должен светиться постоянно. Наконец, коснитесь зондом пробника линии +5 В. При этом светодиод D3 также должен вспыхнуть 1 раз, а светодиод D1 (логическая 1) должен светиться постоянно. Если логический пробник не реагирует подобным образом, нужно вынуть печатную плату из корпуса и тщательно проверить ее, обратив особое внимание на ориентацию полярных компонентов (светодиодов, микросхем, диодов, электролитических конденсаторов) и правильность перемычек и разрывов.
Модификации. Мы говорили о том, что логические уровни в TTЛ-схемах отличаются от уровней в КМОП-схемах. Следовательно, используемые в логическом пробнике пороговые уровни должны быть компромиссными. Но, если пробник предназначается только для одного вида схем, рекомендуется изменить параметры компонентов, приведенных в табл. П2.1.

Компоненты. Резисторы (угольные, 0,25 Вт, 5 %); R1 = 15 кОм; R2 = R3 = R8 = R9 = 4,7 кОм; R4 = R12 = 10 кОм; R5 = 470 кОм; R6 = R7 = R11 = 270 Ом; R10 = 22 кОм; конденсаторы: С1 = С2 = 0,1 мкФ; С3 = 4,7 мкФ (танталовый, 16 В); С4 = 10 мкФ (электролитический, 16 В); полупроводниковые приборы: IC1 — LM393; IС2 — 555; D1—D3 — красный светодиод (диаметр 3 мм); D4 — 1N4001.
Дополнительные детали: 8-контактное гнездо для 1C (2 шт.); корпус пробника с размерами 140x30x20 мм; односторонние пистоны (3 шт.); печатная плата типа Veroboard с размерами около 95×63 мм.
Спецификации
Входное сопротивление зонда пробника, кОм … ~ 400
Пороговые напряжения:
логическая 1 (ТТЛ) … 2,5 В (универсальный вариант); 2,4 В (только для ТТЛ)
логический 0 (ТТЛ) … 1,2 В (универсальный вариант); 1,2 В (только для ТТЛ)
логическая 1 (КМОП) … 60 % напряжения питания (универсальный вариант); 70 % напряжения питания (только для КМОП)
логический 0 (КМОП) … 30 % напряжения питания (универсальный вариант); 30 % напряжения питания (вариант только для КМОП)
Длительность расширения импульса, мс … 200
Минимальная длительность импульса, нс … 500
Максимальная частота входного сигнала (ТТЛ), МГц … 10
Требования к питанию:
ТТЛ … 4,5–5,5 В, ток не более 30 мА
КМОП … 3—15 В, ток не более 60 мА