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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Sonda de lógica TTL avançada. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição Muitos anos de experiência trabalhando com dispositivos digitais permitiram ao autor aprimorar a sonda, descrita na revista "Radio" em 1990. Como resultado de sua modificação, em particular, tornou-se possível contar e exibir até 20 pulsos, utilizar o Sonda para controle de frequência auditiva e expandir a faixa de frequências operacionais do medidor de frequência simples. Esta sonda será útil ao configurar vários dispositivos eletrônicos em chips TTL. Em [1], foi descrita uma sonda que determina o estado de circuitos lógicos e conta o número de pulsos. Ele também oferece a capacidade de controlar auditivamente a frequência das vibrações que chegam à sua entrada na faixa de frequências de áudio até 10 MHz. Ao finalizar este dispositivo, foram feitas algumas alterações que simplificaram o trabalho com a sonda. Em primeiro lugar, os valores limite existentes dos níveis lógicos TTL foram alterados: 0,4 V - log. 0 e 2,4 V - registro. 1. Esses valores de tensão correspondem aos níveis lógicos de saída TTL padrão e nos permitem julgar a operação do microcircuito como fonte de sinal. Muitas vezes é mais importante saber como algum nível em um circuito lógico percebe a entrada de um chip subsequente. Com base nisso, foram selecionados os valores de tensão limite de acordo com a entrada: 0,8 V e 2 V [3]. A tensão de comutação de entrada tem um valor fixo de 1,5 V, apenas para novas séries de microcircuitos TTL, por exemplo, K(R)1533 e KR1531, e para os antigos - K155, K555 e KR531 - varia dentro de certos limites. Assim, se tivermos em mente apenas séries promissoras de microcircuitos, então a indicação de um estado indefinido praticamente não é necessária - podemos assumir que o log. 0 é uma tensão abaixo de 1,5 V e log. 1 - respectivamente, acima de 1,5 V. Mas como a antiga série de microcircuitos funcionará por muitos anos, uma indicação de um estado indefinido foi deixada nesta sonda. Em segundo lugar, o dispositivo original contém uma indicação inconveniente do número de pulsos lógicos recebidos na entrada (em código binário). Quantas pessoas conseguem converter rapidamente o número de pulsos expressos em código binário em decimal? A escolha do fator de divisão de frequência para pulsos de entrada para ouvir um fone de ouvido também é inconveniente. Tendo em conta estes comentários, o desenho da sonda teve que ser ligeiramente modificado. Agora contém cinco chips e um indicador de sete segmentos (veja a figura).
O probe exibe os estados de entrada lógica com três LEDs: zero, estado do indicador indefinido e um. O tempo de indicação de pulsos curtos é estendido para garantir tempo para avaliá-los visualmente. Se o alongamento do pulso estiver desligado, o brilho relativo dos LEDs poderá ser usado para avaliar o ciclo de trabalho e a quadratura do sinal de entrada. Para determinar o número de pulsos recebidos na entrada, a sonda é equipada com um contador e um indicador digital que exibe números de 0 a 9. A inclusão de um ponto decimal é utilizada para indicar a unidade de transferência para o dígito mais significativo. Assim, é registrada uma sequência de até vinte pulsos. Se necessário, o contador pode ser zerado para tornar a contagem posterior mais conveniente. A sonda também permite avaliar a frequência do sinal "de ouvido", comparando a frequência de acordo com o princípio "superior - inferior", e após algum treinamento - determinar aproximadamente a frequência do sinal que chega à entrada. Para tanto, nele é instalado um emissor de som piezocerâmico HA1, conectado à saída do divisor de 2 pinos. 12 DD3 (para frequências 100 Hz... 30 kHz). O controle das sequências de pulsos com frequência de até 10 MHz é feito através de um divisor adicional, reduzindo-o ao áudio. Agora vamos dar uma olhada mais de perto no circuito da sonda. Na sua entrada existem dois repetidores (separadamente para lógica 0 e 1) nos transistores VT1 e VT2. O resistor R1 os protege contra sobrecarga de corrente quando é aplicada à entrada uma tensão superior a 0...5 V. Os resistores R2 e R3 criam uma carga para os repetidores e uma polarização para as entradas do microcircuito. Os elementos DD1.1 e DD2.2 formam os limites de nível lógico para blocos subsequentes, portanto, são usados microcircuitos da série K1533 - eles têm um limite de entrada fixo. O elemento DD1.2 gera um sinal de estado de entrada indefinido. A partir das saídas desses três elementos, os sinais gerados (nível ativo - baixo) são fornecidos às entradas de três monoestáveis nos elementos DD2.1, DD2.3 e DD2.4, que controlam os LEDs que indicam estados lógicos. As segundas entradas dos monoestáveis são conectadas através dos resistores R14 - R16 ao microinterruptor SB1, que controla todas as funções desta sonda. Na posição da chave mostrada no diagrama, os monovibradores esticam os pulsos que chegam até eles para uma detecção confiável. Em outra posição do SB1, os pulsos não são alongados, pois o sinal de feedback nas entradas superiores dos monoestáveis não atinge o limite de comutação. Como resultado, o ciclo de trabalho da sequência periódica do sinal de entrada pode ser avaliado “a olho nu”, comparando o brilho dos LEDs HL1 e HL3, e a quadratura - pelo brilho dos LEDs HL2. Quanto mais brilhante for, mais achatados os pulsos sobem e descem; se forem quase retangulares, o HL2 não brilha. O contador decimal DD3, cuja entrada C1 está conectada à saída do elemento DD1.1, conta as variações positivas recebidas no sinal de entrada. (Se esta entrada estiver conectada à saída DD2.2, contará quedas negativas). Um conversor de código DD3 com indicador HG4, que exibe o número de pulsos recebidos em formato decimal, é conectado às saídas DD1. O contador é zerado ao comutar os contatos da chave SB1, pois somente neste momento está presente um log em ambas as entradas R0 do contador DD3. 1. Como a posição inferior da chave SB1 no diagrama é usada para analisar grupos de pulsos de alta frequência, nesta posição um log é aplicado à entrada DE do conversor de código. 0 para desligar o indicador e reduzir o consumo de energia. Um contador-divisor por 8 (DD3) está conectado à saída 64 do contador DD5. Da saída 1 do DD3 e da saída 2 do segundo contador do microcircuito DD5, os pulsos são fornecidos aos elementos NAND DD1.4 e DD1.3, cujas demais entradas estão conectadas à chave SB1. Na posição SB1 mostrada no diagrama, o elemento DD1.3 está desligado e DD1.4 ligado - um sinal passa por HA1 com uma frequência 2 vezes menor do que na entrada da ponta de prova. Quando você pressiona o botão SB1, o sinal de entrada passa pelo elemento DD1.3 em NA1 após diminuir a frequência em 640 vezes. A saída 8 do microcircuito DD3 também é conectada a um conector externo para conexão a uma ponta de prova do frequencímetro, de modo que a ponta de prova também pode ser usada como uma ponta de prova de entrada ativa para medir a frequência de sinais digitais (as leituras do frequencímetro neste caso são multiplicadas por 10). A divisão por 10 é necessária aqui para que quando pulsos com frequência de até 10 MHz forem aplicados à entrada, um sinal com frequência não superior a 1 MHz seja recebido no conector externo do frequencímetro. Isto permite o uso de um medidor de frequência relativamente barato. O contador DD5 da saída 1 através do transistor VT3 controla o acendimento da vírgula decimal do indicador, que exibe a unidade de transferência para o dígito mais significativo (o ponto iluminado indica que 10 deve ser adicionado à leitura do indicador). Um pouco sobre o design da sonda. Seu corpo é um estojo plástico para caneta esferográfica com dimensões 149x21x15 mm. No final da caixa há uma agulha de aço instalada como sonda (é conveniente perfurar o verniz protetor nos terminais dos componentes de rádio e placas de circuito impresso), e no lado oposto há um soquete de um pequeno três conector de pinos (para fones estéreo montados em cabeçotes). Os fios são soldados na parte do pino do conector (diâmetro do pino 3,5 mm), através da qual a energia é fornecida, geralmente do dispositivo em teste, e o sinal de saída é transmitido. As pontas dos fios são equipadas com pinças jacaré. A sonda também pode ser alimentada por uma fonte de alimentação autônoma, mas neste caso o fio comum da sonda e do microcircuito testado devem ser conectados entre si. Na lateral do gabinete, são feitos furos para LEDs localizados na placa que exibem níveis lógicos e um indicador de contador de pulso de sete segmentos. Além disso, a cabeça do botão do microinterruptor está localizada em um local conveniente para pressionar com o dedo indicador ou polegar. Todas as peças da sonda são montadas em uma placa de circuito impresso unilateral; A maior parte das conexões é feita com condutores impressos, o restante é feito com fio fino isolado. Os pinos dos microcircuitos não indicados no diagrama não estão conectados a nada. Os capacitores C1-C3 são colocados acima dos microcircuitos, e também está localizado o elemento piezoelétrico do dispositivo de sinalização HA1, em frente ao qual são feitos vários pequenos furos na caixa para a passagem do som. Os microcircuitos DD1 - DD3 na sonda podem ser substituídos por similares das séries K(KM)555, K155, KR1531 e até KR531, mas isso levará a um aumento no consumo de corrente e a uma diminuição na estabilidade operacional (seria muito é melhor usar DD3 da série KR1533). O chip K561IE10 pode ser substituído pelo mesmo da série 564, e em vez de DD4 você pode usar, por exemplo, K(R)514ID1 junto com a substituição de DD6 por um indicador com cátodo comum e a corrente operacional correspondente (neste caso, os resistores R6 - R12 não são necessários). Se outros decodificadores e indicadores forem usados, eles poderão ser combinados conforme descrito em [2]. O indicador deve ser selecionado com base nas dimensões apropriadas, no tamanho do local familiar e no brilho da luz (de preferência vermelha). LEDs HL1, HL3 - quaisquer LEDs de baixa potência de tamanho adequado. Eles devem ser da mesma cor, caso contrário é difícil determinar o ciclo de trabalho dos pulsos pelo brilho. O dispositivo pode usar qualquer transistor de silício de alta frequência e baixa potência da estrutura apropriada com um coeficiente de transferência de corrente de base de pelo menos 100. Resistores - MLT 0,125 (R1 - 0,25 W), capacitores C5 - C7 - K50-16, K50- 35 ou similar. Botoeira SB1 - qualquer de pequeno porte com um contato de comutação sem fixação. Para manter as pequenas dimensões da sonda, o elemento piezoelétrico HA1 nela colocado foi retirado do corpo do emissor de som ZP-3, mas é melhor usar algum de tamanho pequeno, usado, por exemplo, em relógios de pulso eletrônicos. Para proteger contra conexão incorreta de energia, a maneira mais fácil é instalar um diodo de germânio do tipo D310 (com queda de tensão direta mínima) na lacuna do fio positivo de alimentação (com queda de tensão direta mínima) da mesma forma que foi feito em [1], mas neste caso a tensão de alimentação cairá cerca de 0,2 V. O melhor para a ponta de prova, uma opção seria conectar um diodo zener com tensão de aproximadamente 5,5...6 V entre os barramentos de potência da ponta de prova , e em vez de um diodo de germânio - um fusível de 250 mA, que suportará a corrente de alimentação normal da sonda, mas queimará se a tensão de alimentação for excedida ou sua polaridade mudar de corrente aumentada. A desvantagem dessa proteção é a necessidade de substituição do fusível (no entanto, se a fonte de alimentação do projeto em teste puder suportar o aumento da corrente). Outros dispositivos de proteção também são possíveis. O consumo máximo de corrente da sonda é de cerca de 200 mA, e os microcircuitos consomem apenas cerca de 40 mA, sendo o restante consumido pelos circuitos indicadores. Você pode reduzir a energia consumida pelos indicadores (e brilho) duplicando a resistência dos resistores R6 - R13 e R20 - R22. Concluindo, deve ser dito sobre o ajuste dos limites da sonda. Se desejado, eles podem ser alterados incluindo diodos de germânio de baixa potência nas lacunas dos pontos A - E. A introdução de diodos nos pontos A e B aumenta o limite entre o estado incerto e o log. 1 (mas em quantidades diferentes), e no ponto G são ligeiramente reduzidos. Os diodos nos pontos B, D e E diminuem o limite entre o estado indefinido e o log. 0. Caso seja necessário atingir limites lógicos semelhantes aos indicados em [1], um diodo de silício de baixa potência deve ser conectado às lacunas nos pontos B e D. A capacidade de monitorar níveis superiores a 2,5 V, que corresponde ao limite dos microcircuitos CMOS, e a baixa corrente de entrada da sonda permitem que ela seja utilizada para monitorar dispositivos baseados nos microcircuitos das séries K561, K176 com tensão de alimentação de 5 V. Literatura
Autor: V. Kirichenko, Shakhty, região de Rostov
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