Cd4060

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).

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/

Логические КМОП (КМДП) элементы «И»

Схема логического элемента «И-НЕ»
на КМОП микросхемах практически совпадает с упрощенной
схемой «И» на ключах с электронным управлением, которую мы рассматривали ранее. Отличие заключается в том, что
нагрузка подключается не к общему проводу схемы, а к источнику питания. Принципиальная схема логического элемента
«2И-НЕ » , выполненного на комплементарных МОП транзисторах
(КМОП), приведена на рисунке 3.

В этой схеме можно было бы применить в верхнем плече обыкновенный ,
однако при формировании низкого уровня сигнала схема постоянно потребляла бы ток. Вместо этого, в качестве нагрузки
используются p-МОП транзисторы. Эти транзисторы образуют активную нагрузку. Если на выходе требуется сформировать
высокий потенциал, то транзисторы открываются, а если низкий — то закрываются.

В приведённой на рисунке 2 схеме логического КМОП-элемента «И», ток от источника питания на выход
КМОП-микросхемы будет поступать через один из транзисторов, если хотя бы на одном из входов (или на обоих сразу)
будет присутствовать низкий потенциал (уровень логического нуля). Если же на обоих входах логического КМОП-элемента
«И» будет присутствовать уровень логической единицы, то оба p-МОП транзистора будут закрыты и на выходе
КМОП микросхемы сформируется низкий потенциал. В этой схеме, так же как и в схеме, приведенной на рисунке 1,
если транзисторы верхнего плеча будут открыты, то транзисторы нижнего плеча будут закрыты, поэтому в статическом
состоянии ток КМОП-микросхемой от источника питания потребляться не будет.

Условно-графическое изображение КМОП логического элемента «2И-НЕ» показано на рисунке 4, а таблица истинности
приведена в таблице 1. В таблице 1 входы обозначены как x 1 и x 2, а выход — F .

Таблица 1. Таблица истинности КМОП-микросхемы, выполняющей
«2И-НЕ»

x1	x2	F
1
1	1
1	1
1	1

параллельное соединение

В схеме КМОП логического элемента «2ИЛИ-НЕ» в
качестве нагрузки используются последовательно включенные p-МОП транзисторы. В ней ток от источника питания на выход КМОП микросхемы будет
поступать только если все транзисторы в верхнем плече будут открыты, т.е. если сразу на всех входах будет присутствовать низкий потенциал
(). Если же хотя бы на одном из входов
будет присутствовать уровень логической единицы, то верхнее плечо двухтактного каскада, собранного на КМОП транзисторах, будет закрыто и ток
от источника питания поступать на выход КМОП-микросхемы не будет.

Таблица истинности логического элемента «2ИЛИ-НЕ» , реализуемая КМОП микросхемой, приведена в таблице 2, а
условно-графическое обозначение этих элементов приведено на рисунке 6.

Таблица 2. Таблица истинности МОП микросхемы, выполняющей логическую функцию «2ИЛИ-НЕ»

x1	x2	F
1
1
1
1	1

В настоящее время именно КМОП-микросхемы получили наибольшее развитие. Причём наблюдается постоянная
тенденция к снижению напряжения питания данных микросхем. Первые серии КМОП-микросхем, такие как К1561
(иностранный аналог C4000В) обладали достаточно широким диапазоном изменения напряжения питания (3..18В).
При этом при понижении напряжения питания у конкретной микросхемы понижается её предельная частота работы.
В дальнейшем, по мере совершенствования технологии производства, появились улучшенные КМОП-микросхемы с
лучшими частотными свойствами и меньшим напряжением питания, например, SN74HC.

Логический элемент в линейном режиме

Использование логических элементов цифровых микросхем для работы с аналоговыми сигналами возможно лишь в случае, если их режим выведен в линейный или близкий к нему. Так в линейном режиме ТТЛ элемент эквивалентен усилителю к коэффициентом усиления 10 … 15 (примерно 20 дБ), а элемент КМОП – усилителю с коэффициентом усиления 10 … 20 (20 … 26 дБ).

Вывод логического элемента в линейный режим: слева-направо током, напряжением, обратной связью.

Для вывода логического элемента на линейный участок применяют различные способы. Один из них основан на включении на входе элемента ТТЛ резистора R. Этот резистор вызовет ток, который будет протекать через эмиттерный переход входного транзистора элемента ТТЛ. Изменяя сопротивление внешнего резистора, можно изменять напряжение на выходе элемента, то есть изменять положение его рабочей точки на передаточной характеристике. Для элементов ТТЛ сопротивление такого внешнего резистора составляет от 1 кОм до 3 кОм. Однако такой способ не применим для КМОП микросхем, так как они работают без выходных токов (есть токи утечки, но они малы и нестабильны).

Второй способ вывода логического элемента на рабочий режим может быть подача на вход соответствующего напряжения, например с помощью резистивного делителя. Так, для элементов ТТЛ середина линейного участка передаточной характеристики соответствует входное напряжение 1,5…1,8 В, а для КМОП 3…6 В (при напряжении питания 9 В). Для разных логических элементов это напряжение не одинаково, поэтому его подбирают опытным путём. Номиналы входных резисторов выбирают таким образом, что бы входные токи элементов не влияли на напряжение, снимаемое с резистивного делителя.

Третий способ, является наиболее эффективным, для этого создают отрицательную обратную связь (ООС) по постоянному току между входом и выходом элемента, благодаря чему рабочая точка автоматически поддерживается на требуемом участке передаточной характеристики и не требуется тщательного подбора внешних резисторов. Этот способ реализуется для логических элементов с инверсией входного сигнала: НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

Сопротивление резистора в цепи ООС выбирают исходя из обеспечения элементу необходимого входного тока. Для элементов КМОП оно составляет от нескольких килоом до десятков мегаом, а для ТТЛ – от десятков Ом до 1 кОм. Но применение ООС снижает коэффициент усиления элемента.

Детали и печатная плата

Сигнализатор собран на печатной плате, показанной на рисунке 2. Микросхему К561ЛА7 можно заменить на К176ЛА7 или аналог 4011. Светодиод HL1 — любой индикаторный. Динамик В1 — тоже любой, я пробовал разные, и маленькие на 50 Ом и большие на 4 Ом, — работают все.

Рис 2. Печатная плата для схемы звукового сигнализатора на микросхеме 4011.

Напряжение питания может быть от 4 до 15V. Время начала сигнализации можно выставить подбором элементов RC-цепи R2-C1. Период повторения звуков — подбором резистора R3.

Длительность однократного звучания можно выставить подбором R4. Тон звука можно выставить подбором элементов RC-цепи C3-R5.

Клюшин Ю. РК-05-2019.

Согласование микросхем с различным напряжением питания

Снижение напряжения питания цифровых микросхем обусловлено двумя причинами. Первая это снижение потребляемой мощности.
Снижение напряжения питания с 5 до 3,3В только по закону Ома приводит к снижению потребляемой мощности в 2,3 раза. Вторая
причина — это уменьшение линейных размеров транзисторов. При снижении линейных размеров транзисторов уменьшается
их пробивное напряжение. В настоящее время наиболее распространённым напряжением питания цифровых микросхем стало напряжение
питания 3,3В.

Согласование 3- и 5- вольтовых ТТЛ микросхем

Если в цифровом устройстве одновременно используются микросхемы с пяти- и трехвольтовым питанием, то кроме согласования
микросхем требуется согласовать их по логическим уровням. Выходное напряжение современных трёхвольтовых
микросхем, таких как SN74LVT совпадает с ТТЛ уровнями нуля и единицы, поэтому они могут быть непосредственно нагружены на
пятивольтовые ТТЛ микросхемы. Более того! Входные каскады трёхвольтовых микросхем (например серии SN74ALVT или SN74ALVC)
спроектированы так, что они выдерживают пятивольтовое напряжение на входе. Вывод — трёх и пятивольтовые микросхемы можно
соединять непосредственно (DATASHEETS фирмы
TI). Для иллюстрации на рисунке 2 приведены логические уровни микросхем с пяти- и трех вольтовым питанием.

Согласование 3- вольтовых ТТЛ микросхем и 2,5- вольтовых КМОП микросхем

Как уже говорилось ранее, ТТЛ микросхемы в настоящее время уже не развиваются. Практически все современные микросхемы
выполнены по КМОП технологии. Это же относится и к 2,5- вольтовым микросхемам. Порог срабатывания этих микросхем приблизительно
равен 1,2 В. На рисунке 3 приведены выходные уровни 3- вольтовых и входные уровни 2,5- вольтовых микросхем.

Как видно из этого рисунка 2,5- вольтовые микросхемы будут воспринимать логические уровни 3- вольтовых микросхем безошибочно.
В то же самое время, по техническим данным на 2,5 вольтовые микросхемы, такие как SN74ALVC или SN74ALVT, входное напряжение может
достигать 3,6 вольта.

Похожая ситуация наблюдается и при обратном направлении сигнала (от 2,5- вольтовых микросхем к 3- вольтовым). На рисунке 4
приведены выходные уровни 2,5- вольтовых и входные уровни 3- вольтовых микросхем.

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.

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.

Отечественные КМОП микросхемы и их зарубежные аналоги

Представлена таблица с отечественными микросхемами КМОП-серии (К176, К561, КР1561) и их зарубежными аналогами.

Серии КМОП микросхем:

• К176 — CD4000 (питание 5-12В, номинальное 9В),
• К561 — CD4000A (питание 3-15В),
• КР1561 — CD4000B (питание 3-15В),
• 564 (питание 3-15В),
• 1564 (питанеи 2-6В).

Данные микросхемы имеют очень низкое энергопотребление в режиме бездействия — примерно 0,1… 100 мкА, что позволяет применять их в экономичной элекронной аппаратуре. Данные микросхемы являются быстродействующими и хорошо защищены от помех.

Название	Аналог CD40xx	Назначение
АГ1	4098	2 одновибратора
ВИ1	4541	Программируемый таймер
ГГ1	4046	Схема ФАПЧ
ИД1	4028	Двоично-десятичный ДШ для газоразрядных индикаторов типа ИН
ИД2	—	ДШ двоичного кода в 7-сегментный
ИД3	—	ДШ двоичного кода в 7-сегментный
ИД4	4055	ДШ возбуждения
ИД5	4056	ДШ возбуждения со стробированием
ИД6	MC14555	2 декодера/демультиплексора 2 в 4 со стробами
ИД7	MC14556	2 декодера/демультиплексора 2 в 4 со стробами
ИЕ1	4024 (! 7-разрядный счетчик)	6-разрядный двоичный счётчик
ИЕ2	TA5971	5-разрядный счётчик
ИЕ3	—	Счётчик по модулю 6. выход — 7 сегментный инд.
ИЕ4	—	Счётчик по модулю 10. выход — 7 сегментный инд.
ИЕ5	—	15-разрядный часовой счётчик
ИЕ8	4017	4-разрядный десятичный счётчик Джонсона
ИЕ9	4022	3-разрядный счётчик Джонсона
ИЕ10	4520	2 4-разрядных счётчика
ИЕ11	4516A	4р двоичный реверсивный счетчик
ИЕ12	—	Часовой счётчик/делитель
ИЕ13	—	Счётчик часовой с будильником
ИЕ14	4029	4-разрядный двоично-десятичный реверсивный счетчик
ИЕ15	4059	Программируемый счётчик-делитель
ИЕ16	4020	14-разрядный двоичный счётчик-делитель
ИЕ17	—	Счётчик-календарь
ИЕ18	—	Счётчик часовой с будильником
ИЕ19	4018	5-разрядный счетчик Джонсона с установкой
ИЕ20	MC14040	12-разрядный двоичный счётчик
ИЕ21	MC14161	4-разрядный двоичный счётчик
ИЕ22	MC14553	3дек.двоично-десятичный счетчикс памятью
ИК1	—	3 мажоритарных мультиплексора
ИК2	—	Дешифратор двоичного кода в 7-сегментный
ИМ1	4008	4-разрядный сумматор
ИП2	4585	4-разрядная схема сравнения
ИП3	MC14581	4-разрядное АЛУ
ИП4	MC14582	Схема ускоренного переноса
ИП5	MC14554	2-разрядный перемножитель
ИП6	40101	9-разрядная схема контроля четности
ИР1	4006	18-разрядный статический регистр сдвига
ИР2	4015	2х4р регистра сдвига
ИР3	—	4-разрядный регистр сдвига
ИР6	4034	8-разрядный параллельно-последовательный регистр
ИР9	4035	4-разрядный параллельно-последовательный регистр
ИР10	—	4-разрядный регистр сдвига
ИР11	MC14580	4х8 банк регистров
ИР12	MC14580A	4х4 банк регистров
ИР13	MM54C905	12-разрядный регистр последовательного приближения
ИР16	40105	16х4 регистровое зпоминающее устрйоство (ЗУ)
КП1	4052	2х4-х канальных мультиплексора
КП2	4051	8-и канальный мультиплексор
КП3	4512	Мультиплексор 8 в 1
КП4	MC14519	4 мультиплексора 2 в 1
КП5	4053	3 мультиплексора 2 в 1
КП6	КТ8592	4р коммутатор для АТС
КТ1	4016	4 ключа
КТ3	4066	4 ключа
ЛА7	4011	4 элемента 2И-НЕ
ЛА8	4012	2 элемента 4И-НЕ
ЛА9	4023	3 элемента 3И-НЕ
ЛА10	40107	2 элемента 2И-НЕ (открытый сток)
ЛЕ5	4001	4 элемента 2ИЛИ-НЕ
ЛЕ6	4002	2 элемента 4ИЛИ-НЕ
ЛЕ10	4025	3 элемента 3ИЛИ-НЕ
ЛН1	4502	6 элементов НЕ (со стробированием)
ЛН2	4049 (! 16 ножек вместо 14)	6 элементов НЕ
ЛН3	mPD4503	6 повторителей
ЛП1	4007	Универсальный логический элемент
ЛП2	4030	4 Искл.ИЛИ
ЛП4	4000	2 х 3ИЛИ-НЕ + инвертор
ЛП11	—	2 х 4ИЛИ-НЕ + инвертор
ЛП12	—	2 х 4И-НЕ + инвертор
ЛП13	MC14266	3х3 мажоритарных элемента
ЛП14	4070	4 схемы «ислючающее ИЛИ»
ЛС1	—	3х3И-ИЛИ
ЛС2	4019	2х2И-ИЛИ
ПР1	4094	8-разрядный преобр. последовательного кода в параллельный
ПЦ1	—	Программируемый делитель частоты
ПУ1	—	5 преобразователей уровня КМОП-ТТЛ
ПУ2	4009	6 инвертирующих преобразователей КМОП-ТТЛ
ПУ3	4010	6 преобразователей уровня КМОП-ТТЛ
ПУ4	4050	6 буферов
ПУ6	40109A	4 преобразователя уровня
ПУ7	4069	6 буферов-инверторов
ПУ8	—	6 буферов
ПУ9	40116	8р двунаправленный преобразователь уровня
РП1	—	4х8 буферное зпоминающее устрйоство (ЗУ)
РП19	4039	4х8 буферное зпоминающее устрйоство (ЗУ)
РУ2	4061	256х1 зпоминающее устрйоство (ЗУ)
СА1	4531	12-разрядная схема сравнения
ТВ1	4027	2 JK триггера
ТЛ1	4093	4 триггера Шмидта (2И-НЕ)
ТМ1	4003	2 D-триггера со сбросом
ТМ2	4013	2 D-триггера
ТМ3	4042	4 D-триггера
ТР2	4043	4 RS-триггера
УМ1	4054	Усилитель для индикатора

Примечание: «—» — значит что микросхема не имеет соответствующего аналога. Не все отечественные микросхемы присутствуют в сериях К176, К561, КР1561.

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.

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.

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.

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

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.

Как это работает

Блок-схема генератора представлена на Рисунке 1. Генератор собран по классической схеме с использованием одного из элементов микросхемы CD4093BE, представляющей собой сборку из четырех двухвходовых элементов «И-НЕ». Отличие данной микросхемы от аналогичной по логическому функционалу микросхемы CD4011BE заключается в том, что каждый вход является триггером Шмитта, позволяющим работать с медленно изменяющимся входным сигналом.

Рисунок 1.	Блок-схема генератора с оптической ОС.

Оптическая обратная связь осуществляется с выхода генератора (точка «b») через светодиод VD2 и цифровой фотоприемник DD2, выполненный на микросхеме ТSOP4838, выход которого подсоединен к свободному входу элемента DD1. При разорванной оптической связи, например, при наличии непрозрачного препятствия между VD2 и DD2, в точке «с» присутствует логическая «1», что позволяет генератору на DD1 формировать импульсную последовательность, частота которой определяется резистором R2, а длительность положительного импульса – резистором R1.

Это состояние иллюстрируется Рисунком 2.1.

Рисунок 2.	Оптическая обратная связь: 2.1 – разомкнута, 2.2 – замкнута.

При возникновении оптической обратной связи напряжение в точке «с» уменьшается до нуля, что принудительно поддерживает высокий потенциал в точке «b». Такое состояние продолжается до тех пор, пока внутренние временные ограничения микросхемы DD2 вновь не установят на выходе логическую единицу.

Конденсатор С1 за время принудительной остановки генератора заряжается до напряжения питания и разряжается до нижнего порога триггера Шмитта существенно дольше, что объективно снижает частоту генератора. Это отражено на Рисунке 2.2.

В граничных условиях при недостаточной освещенности фотоприемника TSOP сигнал на его выходе носит случайный характер по частоте возникновения, длительности импульса и его задержке относительно фронта возбуждающего светового импульса. При приеме цифровых сигналов это приводит к ошибке принятого кода; при приеме управляющего импульса в устройствах охранной автоматики – к ошибкам срабатывания сигнализации. Эти недостатки присутствуют и в рассматриваемом генераторе. На Рисунке 3.1 представлен случай недостаточной освещенности фотоприёмника DD2. Выходной импульс в точке «с» короче возбуждающего импульса и сдвинут относительно его фронта на случайную величину.

Рисунок 3.	Выходной сигнал фотоприемника DD2: 3.1 – при недостаточной освещенности, 3.2 – при достаточной освещенности.

На Рисунке 3.2 показана осциллограмма стационарного процесса, когда освещенность фотоприемника DD2 достаточна и фронт выходного импульса сдвинут относительно фронта возбуждающего импульса на фиксированную величину, равную примерно 380 мкс. Этот факт дает возможность построения импульсного дискриминатора для фиксации факта корректной работы фотоприемника. Справедливости ради нужно отметить, что для случая, показанного на Рисунке 3.2, в эти 380 мкс входит еще время включения генератора несущей частоты, составляющее в самом худшем случае половину периода несущей частоты 38 кГц, то есть примерно 13 мкс.

Согласование по току

Согласование микросхем приведённых выше серий между собой сводится к согласованию по току, так как напряжения логических уровней
этих микросхем совпадают. Рассмотрим эквивалентную схему протекания выходного тока нуля I
ТТЛ микросхемы, приведенную на рисунке 1.

Как видно из приведённой на рисунке 1 схемы, выходной ток ТТЛ микросхемы формируется из входных токов
микросхем, подключенных к её выходу. Это означает, что суммарный входной ток микросхем-нагрузок не
должен превышать максимального выходного тока микросхемы — источника логического сигнала. Например,
максимальный допустимый ток нуля микросхем серии К134 составляет 1,8 мА. Входной ток нуля микросхем
серии К531 равен 2 мА. То есть входной ток микросхемы нагрузки превышает максимальный ток
микросхемы источника сигнала. Это означает, что между микросхемой серии К134 и микросхемой серии К531
должна находиться промежуточная
микросхема серии, у которой входной ток будет меньшей величины, например, К555. У этой
серии микросхем входной ток нуля не превышает значения 0.4 мА, то есть к микросхеме К134 можно
подключить четыре входа микросхем серии К555:

I_вых=N*I_вх555=4*0,4мА=1.6мА<1.8мА.

У микросхемы К555 допустимый выходной ток составляет 4 мА. Поэтому к выходу этой микросхемы можно
подключать до двух входов микросхем серии К531. Более современные микросхемы серии К1531, обладающие
быстродействием микросхем серии К531, имеют
входной ток 0,6мА. Поэтому эти микросхемы могут быть подключены непосредственно к выходу микросхем
серии К134. Максимальное допустимое количество входов микросхем серии К1531 (коэффициент
разветвления) можно рассчитать из формулы:

К_раз=I_вых134/I_вх1531=1,8мА/0,6мА=3

Точно так же можно определить коэффициент разветвления и для других сочетаний микросхем. Даже в
пределах одной серии микросхем можно воспользоваться этой формулой. Возьмём для примера
микросхемы серии К1533. Их входной ток равен 0,2мА, выходной ток равен 8мА. В результате получаем
коэффициент разветвления 40:

К_раз=I_вых1533/I_вх1533=8мА/0,2мА=40