Несложный логический пробник-щуп из подручных деталей...

… или приготовление из говна пули.

Ну про логические пробники в сети полно статеек, однако мне они мало помогли, поскольку нехватало того или иного компонента или — еще хлеще — не удовлетворяли своими параметрами. Скажете — извращенец! А почитав далее — точно скажете!

Да, кстати, в эти выходные немало пополнений. Вот и я внесу свою лепту. Тем более, что не могу не поделиться своим извращением необычным решением.

Завалялась у меня ни к селу ни к городу одна 74HC125 (4-х битовый буфер шины с тремя состояниями, если кто навскидку не вспомнит). Вот были бы компараторы, то точно не мудрил бы и слепил по готовой схеме, а на операционниках уж слишком низка верхняя граница частоты тестируемого сигнала.
Короче решил я сваять из того, что было. И вот что получилось.

Входные цепи особой оригинальностью не плещут, а вот одновибратор на IC1C/IC1D — как раз то, что побудило меня печатать так многа букаф вынести на суд сообщества мой вариант этого простого помощника. На одновибраторе я остановлюсь подробнее, но чуть позже: начну все же со входных цепей.
Параметры входного делителя на R1-R4 и D1-D4 подбирались исходя из двух порогов срабатывания:
— для лог.«0» ок. 0.8V (что ниже = «0»)
— для лог.«1» ок. 2.4V (что выше = «1»)
Вначале было немного и расчетов, чтобы выйти на необходимый сдвиг напряжения для порога переключения буфера, который в моем экземпляре составил ок. 2.4V при питании 5V (т.е. все что ниже — это «0»). Для этого почитал кроме всего прочего эту статью и нашел в одной из ссылок таблицу порогов для логики 5V и 3.3V. Как ни странно, согласно таблице, пороги (границы однозначности логических уровней) одинаковы для TTL обоих напряжений питания (Table 4-1 ).

Цепь R3,D1-D3 обеспечивает необходимый сдвиг для порогового элемента на IC1A (лог.«0»), а D4,R4 — для IC1B (лог.«1»), причем здесь понадобился диод Шоттки с падением напряжения ок. 0.2V, чтобы получить желаемый результат в 2.4V. Из-за дополнительного падения напряжения на D5 (защита от невнимательности) микросхема питается на ок. 0.7V заниженным напряжением, что в случае 5-вольтового питания дает 4.35V и приводит к снижению порога срабатывания буферов на пару сотен милливольт. Шоттки как раз и выравнивает эту недостачу до заданного порога. Собственно намного большим напряжением питать этот пробник не рекомендую, 74HCxxx расчитана на напряжение питания до 6 вольт (абсолютный максимум 7V).
Для улучшения четкости срабатывания я добавил этим двум элементам небольшую положительную ОС, превратив их в триггеры Шмитта. Величины резисторов ОС я не расчитывал: интуитивно взял какой-то номинал и подбирал по результатам еще на макетке.
\Ред. 3 фев. 2012: Подбор/испытания проводились простым изменением входного напряжения посредством потенциометра и контролем онного обычным мультиметром. \
Светодиодный светофор индикации «нуля»,«единицы» и неопределенного (третьего или высокоимпедансного) состояния включены своеобразным «чарлиплексингом».
\Ред. 3 фев. 2012: Гасящие резисторы R7-R9,R12 подобраны «на глаз» по яркости свечения светодиодов, которые набраны из того, что было. Поэтому-то и значения так отличаются.\
Входной делитель на R1,R2 с участием остальных элементов создает в точке щупа потенциал ок. 1.3V для четкой индикации третьего состояния.

Теперь, наконец-то, долгожданный одновибратор. В основу его лег принцип из распространенной схемы на двух элементах «ИЛИ-НЕ». Но у меня не было ни инверторов, ни комбинационной логики. Поразмыслив эдак пару вечеров я решил:
— во-первых, нет необходимости в инверторах, ведь два друг за другом они сами компенсируются, т.е. конечный результат будет неинвертированым;
— во-вторых, надо из буфера делать элемент «ИЛИ». Сначала думал применить на входе IC1C пару диодов для создания нужного вентиля. Но, поразмыслив, понял что можно обойтись без них.
Работает это так. Когда на выходе IC1B низкое напряжение («0» или «Z» на входе пробника) выход буфера включен и выдает почти 0V, поскольку изначально выход IC1D, а значит и вход IC1C в состоянии лог.«0». При детектировании входными цепями логической единицы выход IC1C переводится в высокоимпедансное состояние, и начинается интересное.
Резистор R10 подключает времязадающую цепочку C1,R11 к питанию, конденсатор начинает заряжаться и переключает на доли секунды IC1D в состояние лог.«1», светод LED4 поджигается синим пламенем, пока С1 не зарядится до порога срабатывания IC1D. Если даже за это время на входе пробника лог.«1» и пропадет — не беда: высокий уровень на IC1D, а следовательно и на входе IC1C передается на его выход, а значит заряд С1 не прервется. Таким образом одновибратор свой цикл отработает. Т.е. на IC1C и R10 получился необходимый элемент «монтажное ИЛИ».
Даже если на входе и останется (запускающий) высокий логический уровень, одновибратор отработает свой цикл один раз и вернется в исходное состояние.
\Ред. 3 фев. 2012: Вернее, в исходное состояние он вернется, когда на входе снова будет «0», и выход вентиля IC1C своим низким уровнем разрядит С1.\

Ну а выглядит это «чудо» так:
Пробник до сборки
Щуп изготовлен из одноразовой мед. иглы, торец корпуса — из колпачка от разборного антенного штекера, сам корпус — полупрозрачная полиэтиленовая труба диаметром ок. 15 мм, закрывается она какой-то пробкой. Короче — всё, что нашлось в барахолке. Подробностей сборки не пишу — уж извините, не это было причиной написания топика. Да собственно, и нет там ничего сложного.
Пробник в работе
Испытывал на скорую руку на спутниковом рессивере. Увы, одновибратор не заработал от задающего генератора 27 Мгц, хотя входные буферы не подкачали — индицировали оба уровня. Видимо разрешающий вход буфера менее скоростной, чем его остальная часть. Жаль, не смог пока определить верхнюю частоту, на которой пробник функционирует в полной мере. На фотке пробник подключен к регистру динамической индикации дисплея.

Критику, вопросы, похвалы охотно принимаю :)
Если кто решится повторить это безумие, прошу сообщить результат.
29.01.2012

Добавление
(ака Update, а может даже и Upgrade — вибачайте, не розумiю я ангiйську мову!)

А всё потому, что ткнул я им (пробником) в отрицательное напряжение! И было-то там всего ок. -14 вольт. Но этого оказалось предостаточно, чтобы «нулевой» канал (IC1A) приказал долго жить и остался навечно в состоянии «1».
Анализ происшедшего привел меня к выводу, что нужно защищать входа буферов. Причем обоих!
Как я это сделал, расскажу чуть ниже.

Короче, менять микросхему всё равно нужно, и решил я попробовать заодно поменять местами входа IC1C в одновибраторе с целью увеличить его частотный диапазон. Об этом я писал в конце статьи, т.е. несколькими абзацами выше, и вспоминалось в комментариях.
Увы, вынужден вас (и в первую очередь — себя) огорчить: желаемого результата я не получил.
Причем заметил одну особенность: одновибратор выборочен скорее к длительности отрицательного импульса, чем к частоте как таковой. Определять я стал это, когда возмутился его (одновибратора) бездействием на частоте 10 МГц. Под рукой оказался генератор ШИМ, к нему-то я и подключил отремонтированный и доработаный пробник.

Все эксперименты проводились при напряжении VCC = 5,09V.
ШИМ-генератор был изначально включен на частоту 250 кГц и коэффициент заполнения 99% (принимать здесь сокращение К.З. неуместно, поэтому возьму забугорный эквивалент DF). Я был потрясен — «Мигалка» щупа не реагировала! И это всего-то при четверти мегагерца!?
Начал я снижать частоту ступенями, и лишь при частоте 25 кГц синий СИД ожил. Пришло разочарование… даже 50 кГц много…
Естественно, при таком DF зеленый СИД практически не светился, и решил я уменьшить DF до 50%, чтоб хорошо видеть оба уровня. Ну и увеличил частоту. О! — «Мигалка» засветилась!
Таким образом я решил снять его (одновибратора) «характеристики» и получилась такая картина:
F=25kHz, DF=99% синий СИД горит,
F=50kHz, DF=99% синий СИД не горит, загорается при 95%
F=100 kHz — картина прежняя
F=250kHz, DF=90% только с этого значения загорается синий СИД.

Более точного анализа провести не смог, т.к. мой ШИМ-генератор перестраивается ступенями.
Причем при DF=1% и частоте 250 кГц одновибратор не спит. Отсюда я заключил, что он чувствителен к длительности отрицательного импульса. Ну да ладно, от такой простой схемы ожидать большего не стоит.

Теперь о защите. Входы самой микрухи защищены от статики и коротких импульсов диодами (см. типовую схему в тех.паспорте — даташите, по-новомодному), которые выдерживают долговременный ток всего-то несколько мА. В моем же случае с -14 вольтами там текло ок. 400 мА (сработала токовая защита Б.П.)
Самый простой способ — включить на входе дополнительный резистор. НО! А честно говоря, я этот вариант не опробовал… это мне теперь пришло в голову: между иглой и схемой резистор!
Я же изменил схему следующим образом:
Версия 1
Токоограничительные резисторы поставил непосредственно на входа вентилей и подкорректировал значения некоторых других резисторов.
При указанных на этой схеме номиналах пороги индикации имеют следующие значения:
  • переход из Hi-Z в Low 0,69 в
  • переход из Low в Hi-Z 0,89 в
  • переход из Hi-Z в High 2,28 в
  • переход из High в Hi-Z 2,22 в
Наверняка они в некоторой степени зависят и от экземпляра микросхемы.

С гордостью заявляю: пробник версии 1 выдерживает на входе напряжение +/-12 вольт [большего не пробовал :)) ].

27.10.2012
  • +6
  • 29 января 2012, 02:57
  • Fahivec
  • 1
Файлы в топике: Log-Tester.png

Комментарии (15)

RSS свернуть / развернуть
Вообще-то уже 2012 год ;)
0
  • avatar
  • Aneg
  • 29 января 2012, 04:29
Спасибо, исправил! В пол-второго ночи уже не соображал почти ничего :)
0
интересный вариант. Тоже завалялся подобный буфер, собрать чтоли… :)
0
Может тогда попробуешь поменять разрешающий и информационный входа на IС1С, вдруг частотная граница подымется? Отпиши потом.
0
Ну, если руки дойдут (пока занят другим проектом), да и на осцил надо заработать, а то мой старый аналоговый уже только помехи кажет…
0
А если взять трубку подлиннее и втулить в нее еще 3 батарейки к примеру LR44, а на заднюю крышку только щуп вывести? Правда на сколько их хватит, тогда надо еще выключатель делать.
0
Можно и так. Пороги чувствительности пробника останутся тогда фиксироваными. Т.е. если схема запитана, скажем 4.5 вольтами (или другим, отличным от стандарта напряжением), то пороги переключения логики уже несколько изменятся. Может это и не критично, не знаю. Надо бы по-экспериментировать.
0
Что-то не пойму, вроде в персональный блог выкладывал?
0
DI HALT, наверное, перенес. Статья же полезная.
0
Не думал, ни гадал даже, что такой интерес к ней будет :)
Может надо было на некотороых моментах по-подробнее остановиться?
0
Да хоть сейчас можете подправить. Очень оригинально, спасибо.
0
Имеется обновление!
0
Не было мыслей насчет мостика по питанию? Для толерантности к его полярности.
0
не-а, не было :)
С мостиком было бы еще большее падение [~2x(0,6-0,7) зависимо от марки диодов].
А так: молчит — значит поменяй полярность :)
А в будущем я постараюсь применять «дуракозащиту» на полевике.
+1
Это-то понятно. Важен подход :)
0
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.