Простой логический пробник с двухцветным светодиодом

При проверке цифровых логических уровней на печатной плате удобно расположить индикатор логического уровня рядом с наконечником щупа, чтобы постоянно держать в поле зрения и индикатор, и наконечник щупа. При использовании щупа портативного цифрового мультиметра или осциллографа необходимо на мгновение отвести взгляд, чтобы считать показания прибора. В этот момент щуп может соскользнуть и вызвать короткое замыкание. Схема на Рисунке 1а представляет собой простой портативный логический пробник, состоящий всего из нескольких компонентов. Устройство может измерять высокие, низкие и высокоимпедансные логические состояния, а также указывать на переключение логических состояний. Этот пробник полезен для быстрых измерений постоянных логических уровней. Аналогичную схему пробника (Рисунок 1б) можно использовать для 3-вольтовой КМОП логики.

Рисунок 1.	Простой ручной логический пробник основан на сдвоенном rail-to-rail операционном усилителе и двухцветном светодиоде (а). Модифицированная схема пробника работает с 3-вольтовой КМОП логикой (б).

Схема основана на сдвоенном rail-to-rail операционном усилителе OPA2340 и двухцветном светодиоде. Прямое напряжение для красного и зеленого светодиодов составляет 2 и 2.1 В, соответственно. Операционный усилитель IC_1A буферизует опорное напряжение 2.5 В, получаемое с делителя напряжения R₁-R₂ источника питания 5 В, а резистор R₃ ограничивает ток включенного светодиода. Усилитель IC_1B буферизует измеренный логический сигнал и усиливает его до выходного уровня от 0 до 5 В. Резисторы R₄ и R₅ задают опорный уровень для неинвертирующего входа IC_1B на случай измерения высокоимпедансного состояния. При наличии высокого логического уровня загорается зеленый светодиод, а при низком логическом уровне – красный. При подключении щупа к высокоимпедансному узлу светодиоды не горят.

Передаточная функция для выходного напряжения IC_1B имеет вид

что определяет напряжение на светодиоде V_LED = V_B – 2.5 В. (Здесь V_CC – напряжение питания пробника). Сопротивления резисторов R₆, R₇ и R₈ подобраны так, чтобы напряжение V_B ограничивалось напряжением положительной или отрицательной шины питания, когда напряжение V_PROBE на щупе пробника находится на минимально низком или высоком для логического семейства уровне, соответственно. На Рисунке 2 показана передаточная функция для выходного напряжения IC_1B. Когда V_B ограничено на уровне напряжения шины питания, светодиод загорается красным или зеленым цветом, в зависимости от измеряемого логического уровня. Когда V_B находится в пределах 0.5 В выше напряжения отрицательной шины, загорается красный светодиод; когда V_B находится в пределах 0.4 В ниже напряжения положительной шины, загорается зеленый светодиод. Если пробник измеряет состояние высокого импеданса, напряжение на неинвертирующем входе IC_1B определяется резисторами делителя R₄ и R₅, и напряжение на светодиоде составляет приблизительно 0 В.

Рисунок 2.	Выходное напряжение VB усилителя IC1B ограничивается напряжением положительной или отрицательной шины питания в зависимости от напряжения на щупе пробника.

На Рисунке 1б выходное напряжение усилителя IC_1B подается на инвертирующий вход IC_1A. При номиналах резисторов, показанных на Рисунке 1б, передаточная функция для усилителя IC_1A выражается как V_A = –V_B + 3 В, таким образом, V_LED = 2V_B – 3 В.

Материалы по теме

1. Datasheet Texas Instruments OPA2340