Данный пробник будет полезен тем, кому приходится налаживать различные электронные устройства на логических микросхемах (причем не только ТТЛ–логики, но и схемы, в которых ТТЛ– и КМОП–микросхемы применяются совместно). Обычно в таких схемах подавляющая часть цепей — импульсные, сигналы в которых невозможно измерить обычным вольтметром (и даже цифровым), а осциллограф выдает слишком много аналоговой информации, которую следует преобразовывать в уме (прикидывать, например, будет ли данный уровень логической единицей или нет и даже прямое определение частоты сигнала невозможно — ее приходится вычислять, исходя из периода), возможность же увидеть форму цифрового сигнала нужна редко. Частоты задающих генераторов и коэффициенты деления задаются еще на этапе разработки схемы и, как правило, не меняются со временем (а при неисправностях отдельных элементов колебания просто пропадают), поэтому и применение частотомера не всегда оправдано. Таким образом, логический пробник является наиболее удобным прибором для наладки устройств на цифровых микросхемах, не говоря уже о его габаритах и массе. Немаловажно также то, что его может сравнительно быстро изготовить даже начинающий радиолюбитель.
В [1] была опубликована статья, в которой описывался логический пробник, позволяющий не только определять состояние логических цепей, но и подсчитывающий количество поступивших импульсов, а также дающий возможность "на слух” контролировать поступающие на его вход колебания в диапазоне от звуковых частот до 10 МГц.
В то же время этой схеме были свойственны определенные недостатки, не позволяющие работать с пробником с максимальным удобством, а также были допущены некоторые неточности при рассчете схемы. При повторении мною этой конструкции в схему были внесены некоторые изменения, позволившие упростить обращение с пробником и уточнены индицируемые логические уровни при сохранении всех положительных качеств исходной схемы.
Так, следует признать неудачным выбор порогов, разделяющих логические уровни ТТЛ–логики: ниже 0,4 В — логический 0; от 0,4 В до 2,4 В — неопределенное состояние; выше 2,4 В — логическая 1. Данные напряжения соответст-вуют выходным логическим уровням ТТЛ, т. е., позволяют судить о том, насколько правильно работает выход микросхемы, практически же более удобно знать, как данное состояние логической цепи воспримет вход следующей микросхемы. Исходя из этого, логические пороги были выбраны соответствующими входным уровням ТТЛ–микросхем: 0,8 В и 2,0 В (см., например, [3]). На самом деле, если плавно поднимать напряжение на входах цифровой микросхемы (без триггера Шмидта, на-пример, К155ЛА3) от нуля и до напряжения питания, то на ее выходе будет получен довольно быстрый перепад напряжения от логической единицы к логическому нулю (или наоборот, если взять микросхему без инвертора) при достижении некоторого порога, а не плавное снижение (нарастание) напряжения. Данный порог фиксирован (на уровне 1,5 В) только у новых серий микросхем (например, 1533 и 1531), а у старых (155, 555 и 531) он может отклоняться в некоторых пределах ("плавающий” у разных экземпляров).
То есть, если иметь в виду только перспективные серии микросхем, то индикация неопределенного состояния практически не нужна — можно считать, что логический 0 — это напряжение ниже 1,5 В, а логическая 1 — соответственно, выше 1,5 В. Но так как старые серии микросхем будут использоваться еще много лет, а также потому, что нет особого смысла выдерживать подобную точность, в данном пробнике была оставлена индикация неопределенного состояния. Также в [1] не очень удобно была сделана индикация количества поступивших на вход логических импульсов (в двоичном коде), многие ли с одного взгляда могут определить, например, какое это число (двоичное): 101? А выбор коэффициента деления входных частот для прослушивания на головной телефон — чем можно объяснить число 4096, кроме стремления полностью использовать все элементы микросхемы (при этом входные частоты от 30 кГц до 200 кГц никто не услышит — ведь частоты, воспринимаемые человеческим ухом общеизвестны).
С учетом этих замечаний схема была несколько изменена: она содержит теперь 6 микросхем, в том числе один цифровой семисегментный светодиодный индикатор.

Пробник отображает тремя светодиодами логические состояния входа: ноль, неопределенное и единицу. Время индикации коротких импульсов удлиняется для того, чтобы их можно было визуально наблюдать, при желании растягивание импульсов можно отключить, тогда по сравнительной яркости светодиодов можно судить о скважности и прямоугольности входного сигнала.
Для определения числа пришедших на вход импульсов пробник снабжен счетчиком и цифровым индикатором, позволяющим отображать число от 0 до 9 (а десятичная точка представляет собой единицу переноса в старший разряд, т. е. можно считать до 20 импульсов). При необходимости этот счетчик можно сбросить на 0, чтобы удобнее было вести отсчет.
Пробник также позволяет судить о частоте сигнала "на слух”, т. е. сравнивать частоты по принципу "боль-ше–меньше”, а после некоторой тренировки — и приблизительно определять значение поступающей на вход частоты. Для этого в нем установлен пьезокерамический излучатель звука HA1, подключенный к выходу делителя на 2 (для звуковых частот от 100 Гц до 30 кГц — деление на два необходимо для того, чтобы независимо от формы импульсов на входе на пьезодинамик поступал сигнал со скважностью 2, т. к. узкие импульсы можно и не услышать) или к выходу делителя на 640 (для частот от 32 кГц до 10 МГц). При рассчете было принято во внимание, что большинство людей слышат частоты от 50 Гц до 15 кГц.
На входе пробника используются два эмиттерных повторителя (отдельно для логических 0 и 1) на транзисторах VT1 и VT2. Резистор R1 защищает их от перегрузок при подаче на вход напряжений, выходящих за пределы 0–5 В. Резисторы R2 и R3 являются нагрузками для повторителей, а также заземляющим (R2) и подпитывающим (R3) для входов логических микросхем. Элементы DD1.1 и DD2.2 формируют пороги логических уровней для последующих блоков, поэтому данные микросхемы были выбраны из серии 1533 — у них фиксирован входной порог, что положительно сказывается на стабильности схемы. Элемент DD1.2 формирует сигнал неопределенного состояния входа.
С выходов этих трех элементов сформированные сигналы (активный уровень — низкий) поступают на входы трех одновибраторов на элементах DD2.1, DD2.3 и DD2.4, которые управляют светодиодами, индицирующими логические состояния на входе пробника. Другие входы одновибраторов подключены через резисторы R14–R16 к микропереключателю SA1, который управляет всеми функциями данного пробника, в частности, в положении, показанном на схеме, одновибраторы растягивают поступившие на них импульсы для надежного восприятия коротких импульсов глазом. В другом положении SA1 удлинения импульсов не происходит, при этом скважность входного сигнала можно оценить "на глаз”, сравнивая яркость свечения светодиодов HL1 и HL3, а прямоугольность — по яркости свечения HL2: чем он ярче, тем более пологие фронты и спады импульсов, если же они прямоугольны — HL2 не светится.
Десятичный счетчик DD3, вход C0 которого подключен к выходу элемента DD1.1, формирующего сигнал логи-ческой единицы, подсчитывает количество поступивших положительных перепадов входного сигнала. Если же этот вход подключить к выходу элемента DD2.2 — он будет подсчитывать отрицательные перепады. К выходам DD3 подключен дешифратор DD4 с индикатором DD6, отображающие количество поступивших импульсов в десятичном виде. Сброс счетчика на 0 происходит во время переключения (пролета) контактов переключателя SA1, т. к. только в это время на обоих входах R0 и R1 счетчика DD3 присутствует логическая единица. Поскольку нижнее по схеме положение переключателя SA1 используется для работы с большими частотами на входе, а не с отдельными импульсами, в этом положении на вход OE дешифратора подается логический ноль для гашения индикатора с целью снижения потребляемой мощности.
К выходу 3 счетчика DD3 подключен счетчик–делитель на 64, образованный шестью элементами микросхемы DD5. С выхода 0 счетчика DD3 и с выхода Q12 DD5 импульсы подаются на элементы DD1.4 и DD1.3, другие входы которых подключены к переключателю SA1, разрешающему прохождение входной частоты, деленной на 2 или на 640, на пьезодинамик HA1 для контроля частоты на слух. В показанном на схеме положении SA1 элемент DD1.3 выключен, а DD1.4 включен — на HA1 проходит сигнал с частотой, в 2 раза меньшей, чем на входе пробника. При переключении SA1 в другое положение через элемент DD1.3 на HA1 будет проходить входная частота, деленная на 640.
С выхода 3 микросхемы DD3 сделан также отвод на внешний разъем для подключения к данному пробнику час-тотомера, поэтому пробник может использоваться как активный входной щуп для измерения частоты цифровых сигналов (показания частотомера в этом случае следует умножать на 10). Деление на 10 используется здесь для того, чтобы на вход можно было подавать частоты до 10 МГц, в то время как на внешний разъем поступает сигнал частотой всего до 1 МГц, что позволяет использовать относительно дешевый частотомер.
Выход Q01 счетчика DD5 через транзистор VT3 управляет свечением десятичной точки на индикаторе, отобра-жающей собой единицу переноса в старший разряд, т. к. на выходе Q01 формируется входная частота, деленная на 20 (светящаяся точка обозначает, что к показанию индикатора следует прибавить 10).
Корпусом пробника служит пластмассовый футляр от шариковой ручки размерами 1492115 мм, на одном торце которого на пластмассовом конусе установлена в качестве входного щупа стальная швейная игла (ею очень удобно прокалывать лак на выводах радиодеталей и печатных дорожках плат), а на противоположном — гнездовая часть стереофонического аудиоразъема, имеющего штырек диаметром 3,5 мм, к ответной части которого припаяны провода, через которые подводится питание (как правило, от проверяемой конструкции) и передается выходной сигнал. Концы проводов снабжены зажимами типа "крокодил”. Питание пробника возможно и от автономного блока питания, но в этом случае следует соединить вместе "общие” провода пробника и проверяемой схемы.
На лицевой стороне корпуса сделаны отверстия, в которые вставлены распаянные на плате светодиоды, отобра-жающие логические уровни, и семисегментный индикатор, показывающий количество поступивших на вход пробника импульсов. Сбоку корпуса в удобном (для нажатия указательным или большим пальцем руки, держащей пробник) месте размещена головка кнопки, изготовленная из корпуса вышедшего из строя светодиода круглой формы в цельнопластмассовом корпусе, находящаяся напротив кнопки микропереключателя.
Все детали пробника смонтированы на специально изготовленной односторонней печатной плате, большая часть соединений сделана печатными проводниками, остальные — тонким проводом во фторопластовой изоляции. Неуказанные на схеме выводы микросхем никуда не присоединяются. Питание на микросхемы DD1, DD2 и DD5 подается стандартно: +5 В — на ножку с наибольшим номером, 0 В (общий провод) — на ножку с номером, в два раза меньшим. Электролитические конденсаторы C1–C3 размещены над микросхемами, так же размещен пьезоэлемент HA1, напротив которого в корпусе сделано несколько мелких отверстий для прохождения звука.
Микросхемы DD1–DD3 в пробнике можно заменить на аналогичные из серий 555, 155, 1531 и даже 531, но это приведет к увеличению потребляемого тока и снижению стабильности работы (гораздо лучше было бы поставить и DD3 из серии 1533), DD5 можно без ограничений заменить на аналогичную из серий 176 или 564, а вместо DD4 можно использовать, например, К514ИД1 вместе с заменой DD6 на индикатор с общим катодом и соответствующим рабочим током (в случае использования других дешифратора и индикатора их можно согласовать, как описано в [2]). Индикатор следует выбирать, исходя из подходящих габаритов, размера знакоместа и яркости свечения (лучше всего с крупной цифрой красного цвета).
Диоды VD1 и VD2 — любые маломощные, светодиоды подойдут также любые подходящего размера, но лучше использовать светодиоды прямоугольной формы красного цвета свечения — красные светодиоды дают большую яркость, чем желтые и зеленые (при том же токе). Светодиоды следует брать одинакового цвета, т. к. иначе будет невозможно сравнить их яркость для определения скважности импульсов. Транзисторы можно применить любые кремниевые маломощные высокочастотные подходящей структуры и раз-мера, с коэффициентом усиления около 100. Резисторы можно взять типа МЛТ мощностью 0,125 Вт (R1 — 0,25 Вт), конденсаторы — К50–6 или аналогичные. Переключатель SA1 — любой малогабаритный "концевик” с одним переключающим контактом, фиксируемый только в одном (отжатом) положении. Пьезоизлучатель HA1 можно взять, например, от электронных наручных часов "с музыкой” или "говорящих”.
Особо следует сказать о питании пробника. Для его надежной работы параллельно микросхемам DD1–DD3 следует установить шунтирующие керамические конденсаторы емкостью 0,1 мкФ, такой же конденсатор нужно установить на питающие шины около разъема. На вводе в пробник питания следует также установить электролитический конденсатор сравнительно большой емкости — 50–100 мкФ. Для защиты от неправильного подключения питания проще всего в разрыв плюсового питающего провода уста-новить германиевый диод типа Д310 (следует брать диоды с минимальным прямым падением напряжения) так же, как сделано в [1], но в этом случае питающее напряжение будет "подсажено” примерно на 0,2 В, а от подачи повышенного напряжения питания пробник не будет защищен.
Лучшим (для пробника), но снижающим удобство работы вариантом будет установка параллельно входным пи-тающим клеммам на плате стабилитрона на напряжение примерно 5,5–6,0 В, а вместо вышеупомянутого диода — предохранителя на 250 мА, который выдержит нормальный питающий ток пробника, а при превышении напряжения питания или при переполюсовке будет сожжен повышенным током. Недостатком этого схемного решения является необходимость заменять предохранитель (да и не каждый блок питания проверяемой конструкции может выдержать повышенный потребляемый ток).
Возможен и другой способ преодоления этого недостатка — если вместо предохранителя использовать резистор, который при повышении потребляемого тока ограничивал бы питающее напряжение. Для рассеивания довольно большой выделяемой на таком резисторе мощности изготовить его можно из провода с большим сопротивлением (предварительно рассчитав его длину и диаметр), который следует использовать вместо плюсового питающего провода.
Максимальный потребляемый ток пробника — около 200 мА, причем сама логическая схема потребляет всего около 40 мА, а остальное — индикация (особенно семисегментный индикатор). При желании можно несколько снизить потребляемую мощность — светодиоды вполне приемлемо светятся и от 5 мА (а некоторые — и от 3 мА) — для этого следует увеличить номиналы резисторов R6–R13 и R20–R22. Вообще же все сопротивления в данной схеме можно варьировать (в разумных пределах, в основном в сторону увеличения), это не скажется на точности работы пробника.
В заключение следует сказать о точной подгонке порогов между логическим 0, неопределенным состоянием и логической 1. При желании их можно подстроить, включая маломощные германиевые диоды в разрывы точек А–Е (причем здесь большее значение имеет количество диодов, а не конкретные экземпляры). Диоды в точках А и В повышают порог между неопределенным состоянием и логической 1 (но на разную величину), а в точке Г — немного понижают. Диоды же в точках Б, Д и Е понижают порог между неопределенным состоянием и логическим 0 (также на разную величину). Если необходимо добиться логических порогов, аналогичных тем, что указаны в [1] — в разрывы в точках В и Д следует включить по одному маломощному кремниевому диоду.


Steve Key

Литература:
1. Ю. Юдицкий. Пробник с расширенными возможностями. — Ра­дио, 1990, №3, с. 61–62.
2. Е. Яковлев. Включение мощных семисегментных светодиодных индикаторов. — Радио, 1990, №2, с. 43.
3. В. Л. Шило. Популярные цифровые микросхемы. Справочник. — Челябинск, изд–во Металлургия, 1988, с. 20.