Рис. 1. Щуп с индикацией логических уровней	Рис. 2. Щуп с семисегментным индикатором

Простые в изготовлении щупы, описываемые в данной статье, позволяют определять логические уровни в проверяемом устройстве.

Щупы для индикации логических уровней цифровых устройств.

Схема одного из логического пробника показана на рис. 1. Питание на щуп логического пробника подается от исследуемого устройства. Если вход щупа никуда не подключен, все транзисторы закрыты, светодиоды HL1 и HL2 не горят. На эмиттер транзистора VT2 с делителя R2—R4 поступает напряжение около 1,8 В, на базу VT1 — около 1,2 В. Если на вход щупа подать напряжение выше 2,5 В, напряжение смещения база — эмиттер транзистора VT2 превысит 0,7 В, он откроется, своим коллекторным током откроет транзистор VT3. Светодиод HL1 включится, индицируя состояние лог. 1. Ток коллектора VT2, примерно равный току его эмиттера, ограничивается резисторами R3—R4. При превышении напряжения на входе уровня 4,6 В, что может случиться при проверке схем с открытым коллектором, транзистор VT2 входит в насыщение, все большая часть тока эмиттера VT2 ответвляется в цепь его базы и, если не ограничить ток базы VT2 резистором R1, транзистор VT3 закроется, диод HL1 погаснет. При снижении напряжения на входе ниже 0,5 В открывается транзистор VT1, его коллекторный ток открывает транзистор VT4, включается HL2, индицируется состояние 0. Коллекторный ток транзистора VT1 ограничивается резистором R5. Величина тока эмиттера транзистора VT1, нагружающего исследуемое устройство в состоянии 0, около 1,2 мА, в состоянии 1 ток базы VT2 30 мкА, что менее входных токов одной нагрузки микросхем серии К133 и К155.

Резистором R6 устанавливается яркость свечения светодиодов HL1 и HL2. Если использовать для индикации 0 и 1 светодиоды разного цвета, например АЛ102Б и AJI102B, каждый из них необходимо включить последовательно со своим резистором.
Подбором резисторов R2—R4 можно установить необходимые пороги зажигания светодиодов. Транзисторы, используемые в щупе, должны быть обязательно кремниевыми, практически любого типа соответствующей структуры. Для VT1 и VT2 h2I э должен быть более 30, для VT3—VT4 желателен больший коэффициент усиления, но достаточен также 30. Чем больше h21э транзисторов VT3 и VT4, тем резче пороги зажигания светодиодов.

При наличии семисегментного полупроводникового индикатора АЛ304Г можно сделать работу со щупом более удобной — он будет индицировать цифры 0 или 1 в соответствии с логическим состоянием контролируемого узла устройства. Схема такого щупа приведена на рис. 2. Транзисторы VT3 и VT4 работают так же, как и в предыдущей схеме, — при превышении на входе напряжения +2,5 В включается транзистор VT4 и на общий анод сегментов индикатора HG1 подается напряжение +5 В. Так как катоды b и с через резистор R5 подключены к общему проводу, они зажигаются, индицируя цифру 1.
Несколько необычным является включение транзисторов VT1 и VT2. Если между эмиттерами транзисторов приложить напряжение порядка 1,3... 1,4 В, транзисторы открываются. Поскольку их базовые токи равны между собой, токи коллекторов пропорциональны коэффициентам усиления. Если подобрать транзисторы VT1 и VT2 с одинаковыми коэффициентами усиления, то и их токи коллекторов будут одинаковыми.
Таким образом, если на входе щупа напряжение будет ниже 0,5 В, транзисторы VT1 и VT2 открываются, своими коллекторными токами они открывают транзисторы VT4 и VT5. Транзистор VT4 подает напряжение +5 В на анод индикатора, зажигаются сегменты b и е. Транзистор VT5 зажигает сегменты a, d, е, f, в результате индицируется цифра 0. Ток эмиттера VT2 ограничивается резистором R2, следовательно, ограничивается и ток коллектора VT2 и примерно равный ему ток коллектора VT1.

Резисторами R4 и R5 можно менять яркость свечения индикатора, подбором R2 и R3 можно установить необходимые пороги зажигания цифр. Так как пороги в этой схеме жестко связаны между собой, для раздельной регулировки каждого из них делитель R2—R4 можно дополнить еще одним резистором, как в предыдущей схеме.

Требования к транзисторам в схеме рис. 2. те же, что и для схемы на рис. 1., h_21э>30, однако требуется, чтобы коэффициенты усиления VT1 и VT2 различались не более чем на 20%.

Детали щупа по схеме рис. 2. можно собрать на печатной плате габаритным размером 8?90 мм из фольгированного стеклотекстолита толщиной 0,5 мм (рис. 3.). Левые (по рисунку) выводы резисторов R4 и R5 подпаиваются к печатным проводникам по обеим сторонам платы, выводы остальных деталей — к какой-либо одной стороне. Штырь, изготовленный из стальной иглы или спицы, впаивается в паз, пропиленный в печатной плате. Цифровой индикатор закрепляется перпендикулярно плоскости платы подпайкой выводов к соответствующим контактам платы. Печатная плата помещается в корпус фломастера и закрывается крышкой, изготовленной из красного прозрачного органического стекла.

Аналогичные по свойствам логические щупы можно выполнить и с применением микросхемы, на рис. 4. приведены две схемы таких щупов. Щуп по схеме рис. 4,а работает так. При отсутствии входного сигнала логический элемент DD1 Л закрыт, DD1.2 включен, DD1.3 выключен. Светодиоды HL1 и HL2 погашены. При подаче на вход лаг. 1 DD1.1 включается, зажигается HL1. При подаче лог. 0 DD1.2 выключается, включается DD1.8, зажигается HL2.

Логический щуп по схеме рис. 4,б (работает так же, как и предыдущий, однако при подаче лог. 0 DD1.2 выключается и включает DD1.1 и DD1.3, в результате чего зажигается цифра 0). При подаче на вход лог. 1 включается DD1.1 и зажигается 1.

В качестве VT1 можно применить практически любые кремниевые n-p-n транзисторы с h_21э>40, в качестве VT2 — как кремниевые, так и германиевые p-n-p транзисторы, в случае применения германиевого транзистора диод VD2 следует заменить на кремниевый, например КД10ЗА.

Щуп с индикацией наличия импульсов.

В отличие от описанных выше щупов для логических микросхем того же назначения данный логический щуп позволяет различать логические состояния 0 и 1, определять наличие одиночных импульсов и их последовательностей, оценивать скважность импульсов, в то же время размеры щупа невелики благодаря малому числу использованных деталей. Форма индицируемой информации удобна для наблюдения — индицируются знаки 0 и 1, указывающие соответствующие уровни, и точка, индицирующая наличие импульсов.

Схема щупа для микросхем приведена на рис. 5. На входе щупа включен резистор R1, предохраняющий его от перегрузок, и эмиттерные повторители VT1 и VT2, служащие для уменьшения нагрузки на проверяемую схему и сдвигающие пороги переключения логических элементов DD1 Л и DDI.2. Дополнительный сдвиг достигается включением кремниевого диода VD1 и германиевого VD3. В результате при входном напряжении выше 2,4 В элемент DD1.1 включается и зажигается сегмент d семисегментного индикатора HG1, индицируется знак 1 (при боковом положении индикатора). При напряжении ниже 2,4 В элемент DD1.1 закрывается, сегмент d гаснет. При снижении входного напряжения ниже 0,4 В выключается нормально включенный элемент DD1.2, включается DD1.2 и зажигаются 4 верхних сегмента a, b, f, g индикатора, индицируется знак 0.

При наличии на входе логического щупа импульсов триггер на элементах DD2.1 и DD1.3 переключается в моменты достижения, напряжения на входе пороговых величин (0,4 и 2,4 В). В момент перехода напряжения на входе щупа из состояния 1 в состояние 0 на входе схемы совпадения DD2.2 кратковременно появляются две лог. 1, элемент DD2.2 включается и короткий (порядка 70) не отрицательный импульс с его выхода запускает ждущий мультивибратор на элементах DD2.3 и DD2.4. Выходной сигнал мультивибратора вызывает свечение точки индикатора.

Если амплитуда входных импульсов ниже нормальной, триггер не переключается и точка индикатора не светится. Если частота импульсов не превышает 10 Гц, ждущий мультивибратор срабатывает на каждый импульс и вспыхивает точка индикатора. При частоте свыше 10 Гц мультивибратор срабатывает не на каждый импульс, а при частоте 20 Гц и более вспышки сливаются в непрерывное свечение. При входном сигнале, близком к меандру, одновременно с точкой индицируются знаки 0 и 1, а если скважность велика — лишь один из этих знаков (рис. 6).

В щупе можно применить транзисторы КТ361 и КТ373 с любыми буквенными индексами, возможно применение и других кремниевых высокочастотных транзисторов соответствующей структуры. Диоды можно заменить на любые маломощные кремниевые (VD1 и VD2) и германиевые (VD3), микросхемы — на аналогичные серии К155. Печатная плата щупа приведена на рис. 7, ее размеры — 7,5?80 мм.

Семисегментный индикатор можно заменить на три светодиода, например два АЛ102Б (1 и точка) и один AЛ102B (0), в этом случае следует подобрать резисторы R5—R7 для нормальной яркости свечения и светодиодов. При индикации 0 будет гореть зеленый светодиод, при индикации 1 — красный, при меандре — три диода, при положительных импульсах — красный и зеленый, при отрицательных — два красных.

Щуп для логических микросхем - микроосциллограф.

Описываемый ниже щуп для логических микросхем может заменить осциллограф при проверке счетчиков, дешифраторов и других цифровых устройств. Он позволяет наблюдать временные диаграммы в таких устройствах в десяти тактах, поэтому его наиболее целесообразное применение — при проверке декад и дешифраторов к ним.
Схема щупа приведена на рис. 8. Он содержит сдвигающий регистр на триггерах DD3—DD5.1, работающий в режиме кольцевого счетчика с коэффициентом пересчета 5. К выходу б триггера DD4.2 подключен вход триггера DD5.2, работающий в режиме деления частоты на 2. Выходные сигналы регистра подаются на аноды светодиодов, входящих в состав пятиэлементных матриц HL1 и HL2. На катоды матриц сигналы подаются с выходов элементов DD1.3 и DD1.4, управляемых триггером DD5.2 и через эмиттерный повторитель VT1 входным сигналом щупа.

Тактовые импульсы на щуп подаются через буферный элемент DD1.1, а сигнал синхронизации — через DD1.2 и дифференцирующую цепь на элементах микросхемы DD2.
Срабатывание по тактовому входу и по входу синхронизации происходит по спадам входных импульсов.

Работу и использование щупа рассмотрим на примере проверки декады. В этом случае вход синхронизации подключается к прямому выходу последнего триггера декады, а тактовый вход — к входу декады, если она срабатывает по спадам входных импульсов (например, использована микросхема К155ИЕ2 или декада построена на JK-триггерах). Если же декада срабатывает по фронтам импульсов (например, К155ИЕ6 или построена на D-триггерах), тактовый вход следует подключить к точке схемы, где сигнал инверсен по отношению к сигналу на входе декады. Этой точкой может служить, например, прямой выход последнего триггера предыдущей декады.

При переходе декады из состояния 9 в состояние 0 спад на прямом выходе последнего триггера, продифференцировавшись в микросхеме DD2 установит триггер DD3.1 в состояние 1, остальные триггеры — в 0. Если при этом вход щупа будет подключен к точке схемы с уровнем лог. 1, включится элемент DD1.4 и загорится первый (левый по схеме) светодиод матрицы HL1. Спад тактового импульса, переводящий декаду в состояние 1, переключит в такое же состояние триггер DD3.2, триггер DD3.1 перейдет в состояние 0. Второй диод матрицы HL1 загорится или останется погашенным в зависимости от сигнала на входе щупа.

Таким образом, за десять входных импульсов загорятся светодиоды, соответствующие тактам, в которых на входе щупа будет присутствовать лог. 1. Подключая щуп к различным точкам декады и выходам дешифратора, можно наблюдать временные диаграммы в этих точках и проверять их работу.

Конструктивно щуп для логических микросхем выполнен на двусторонней печатной плате размером 12,5?95 мм, чертеж которой приведен на рис. 9. Игла щупа впаивается в паз, пропиленный в плате, плата помещена в цилиндрический корпус, изготовленный из алюминиевой трубки и закрытый крышкой из красного прозрачного органического стекла.
Из корпуса выведены четыре проводника МГТФ-0,14, снабженные на концах штыревыми контактами диаметром 1 мм от разъема ШР. На контакты одеты цветные хлорвиниловые трубки — красная и зеленая для питания +5 В и Общ. соответственно, синяя для входа синхронизации, желтая — для тактового входа. Эти контакты впаиваются непосредственно в проверяемое устройство или вставляются в специально впаянные в плату гнезда от ответных частей разъемов.

При работе со щупом следует иметь в виду, что он не контролирует соответствия входных уровней нормам технических условий и в этом смысле не заменяет описанные выше щупы. Порог срабатывания щупа по сигнальному входу превышает порог срабатывания ТТЛ-микросхем на 0,7 В. Это не мешает проверке устройств с нормальными выходными уровнями, более того, повышенный порог позволяет проверять дешифраторы К155ИД1, выходной уровень лог. 0, которых около 1,5 В (норма ТУ на этот уровень 2,4 В). Однако при их проверке, как и при проверке других дешифраторов, имеющих открытый коллекторный выход, необходимо использование дополнительного резистора, подключенного к источнику +5 В.

Щуп можно использовать для проверки счетчиков и других устройств, работающих с периодом не более десяти тактов, однако при любой проверке на его входы обязательно должны подаваться тактовые импульсы и импульсы синхронизации.