Próbnik stanów logicznych TTL SMD (LM358)

---

Jest to próbnik stanów logicznych TTL, zasilany stabilizowanym napięciem Vcc=4.75-5.25V bezpośre-
dnio z badanego układu. Posiada trzy diody LED sygnalizujące pojawienie się na jego wejściu stanu:
niskiego (LED2), wysokiego (LED1) oraz zakazanego/wysokiej impedancji (LED3).
Warto przypomnieć, że na wyjściach cyfrowych układów TTL jako stan niski (oznaczany "0" lub "L")
uzyskuje się napięcie 0-0.4V, a jako stan wysoki (oznaczany "1" lub "H") napięcie 2.4-Vcc [V]. Jedno-
cześnie układy TTL przyjmują na swoich wejściach napięcie 0-0.8V jako stan niski oraz 2.0-Vcc [V]
jako stan wysoki. Stąd zakres napięcia dla stanu zakazanego wynosi 0.81-1.99V.
Sercem próbnika jest podwójny wzmacniacz operacyjny LM358, pracujący jako komparator napięcia
(dyskryminator okienkowy). Dzięki odpowiednio dobranym dzielnikom napięcia, pozwala on dość pre-
cyzyjnie wykrywać i sygnalizować pojawianie się stanów logicznych na wejściu próbnika (piny 3/6 U1).
Możliwe są następujące stany wejściowe:

Stan wysoki
Dzielnik napięcia R3/R4+R5+R6, dostarcza do komparatora napięcie Vhi=1.99-2.21V (uwzględniając
zakres Vcc i 5% tolerancję R6). Wartość tego napięcia można obliczyć ze wzoru Vhi=Vcc*(R4+R5+R6)
/(R3+R4+R5+R6) [V]. Jeśli na wejściu próbnika będzie napięcie Vin wyższe od Vhi (Vin>Vhi), to na
wyjściu U1A pojawi się stan wysoki, który załączy tranzystor T1 i zaświeci się czerwona dioda LED1
(sygnalizuje stan wysoki). W tym czasie wyjście U1B będzie miało stan niski.

Stan niski
Dzielnik napięcia R3+R4/R5+R6, dostarcza do komparatora napięcie Vlo=0.70-0.79V (uwzględniając
zakres Vcc i 5% tolerancję R6). Wartość tego napięcia można obliczyć ze wzoru Vlo=Vcc*(R5+R6)
/(R3+R4+R5+R6) [V]. Jeśli na wejściu próbnika będzie napięcie Vin niższe od Vlo (Vin<Vlo), to na
wyjściu U1B pojawi się stan wysoki, który załączy tranzystor T2 i zaświeci się zielona dioda LED2
(sygnalizuje stan niski). W tym czasie wyjście U1A będzie miało stan niski.

Stan nieustalony
Dzielnik napięcia R1/R2 wstępnie polaryzuje wejście próbnika, dostarczając na nie napięcie Vz=1.41-
1.79V (uwzględniając zakres Vcc i 5% tolerancję R1/R2). Wartość tego napięcia można obliczyć ze
wzoru Vz=Vcc*R2/(R1+R2) [V]. Mieści się ono w zakresie napięcia dla stanu zakazanego. Dlatego,
jeśli wejście próbnika nie jest podłączone (wisi w powietrzu), jest podłączone do wyjścia TTL, na
którym panuje stan wysokiej impedancji (oznaczany "Z") lub jest podłączone do napięcia Vin z zakresu
dla stanu zakazanego (Vhi>Vin>Vlo), to na wyjściach komparatora U1A i U1B panuje stan niski (diody
LED1 i LED2 są zgaszone).
Połączone równolegle tranzystory T3 i T4 razem z rezystorami R9-R11, tworzą bramkę logiczną typu
NOR. Jej wejścia są podłączone do wyjść komparatora, a jej wyjście do bazy tranzystora T5. Tylko
wtedy, gdy na obu wejściach bramki będzie stan niski, na jej wyjściu pojawi się stan wysoki, który
załączy tranzystor T5 i zaświeci się pomarańczowa dioda LED3 (sygnalizuje stan nieustalony).

Próbnik najlepiej nadaje się do badania stanów statycznych, ponieważ nie wykrywa sygnałów prosto-
kątnych o częstotliwości powyżej 125 kHz (świeci tylko dioda LED3). W zależności od częstotliwości
sygnału wejściowego, świecą się jednocześnie różne diody LED, co objaśnia poniższa tabela.

CZĘSTOTLIWOŚĆ SYGNAŁU DIODY LED <70 kHz 70-95 kHz 95-125 kHz >125 kHz

Im wyższa jest częstotliwość sygnału, tym słabiej mogą świecić diody LED (sygnał testowy miał wypełnienie 50%). Można nie montować elementów R9-R11, R14, T3-T5 i LED3. Wtedy stan nieustalony będzie sygnalizowany przez zgaśnięcie diod LED1 i LED2. Natomiast nie będzie możliwe rozpoznanie sygnału prostokątnego, o częstotliwości powyżej 95 kHz (świeci tylko dioda LED2).

Prąd zasilania próbnika wynosi 7.1-8.3 mA, a prąd pobierany z badanego wyjścia TTL to maksymalnie
25 uA. Układ zmontowałem na płytce jednostronnej o wymiarach 100x20 mm (3 zworki), z ostro zakoń-
czonym krótszym bokiem. Sondę pomiarową wykonałem z zaostrzonego kołka typu goldpin (można też
użyć kawałka miedzianego drutu). Płytka jest przystosowana do montowania rezystorów w typowych
obudowach SMD (1206, 0805) oraz MELF (miniMELF). Jako małą ciekawostkę dodam, że płytkę
prototypową wykonałem bez trawienia (mini wiertarką z małym frezem).

UWAGA! Próbnik nie jest w żaden sposób zabezpieczony przed odwrotnym podłączeniem napięcia
zasilania Vcc. Pomylenie polaryzacji tego napięcia spowoduje uszkodzenie układu LM358. Napięcie
Vin podawane na wejście próbnika, nie powinno być wyższe niż 30V.

---

SPIS ELEMENTÓW:

Rezystory: R1 - 470k R2 - 220k R3 - 47k/1% R4 - 22k/1% R5 - 10k/1% R6 - 2.2k R7-R11 - 10k R12-R14 - 470

Kondensatory: C1 - 100n C2 - 100u/10V Tranzystory: T1-T5 - BC547 (SOT23) Układy scalone: U1 - LM358 (SO8)

Diody: LED1 - czerwona 5 mm LED2 - zielona 5 mm LED3 - pomarańczowa 5 mm Złącza: CON1 - goldpin 2x1 (męskie)