ПРИБОР ДЛЯ ПОИСКА НЕИСПРАВНОСТЕЙ

Очень часто при настройке или ремонте электронных блоков на цифровых микросхемах (ЦИС) возникает задача проверки их работоспособности. Это можно сделать, если подать какой-нибудь импульсный испытательный сигнал с необходимыми уровнями на вход ЦИС и посмотреть на ее выходах реакцию на этот сигнал. Часто для этого приходится отпаивать и поднимать один из выводов ЦИС. Операция сложная, трудоемкая, часто кончается порчей ЦИС. При этом неисправность может оказаться совсем в другом месте. Предлагаемый ниже прибор во многих случаях позволяет выявлять неисправные ЦИС без нарушения целостности электрического монтажа, что упрощает и ускоряет проведение ремонтных и настроечных работ.

Принцип работы прибора, электрическая схема которого приведена на рис. 1, основан на том, что он позволяет с помощью специального выходного каскада вмешиваться в работающую электрическую схему и задавать испытательные сигналы на шинах, соединяющих входы и выходы ЦИС. Этот выходной каскад имеет три состояния выхода “+Еп”, “Отключено” и “Земля”. Уровни “4-Еп” или “Земля” появляются на его выходе лишь на время 300...400 нс, что достаточно для срабатывания ЦИС, но недостаточно для выхода их из строя из-за токовых перегрузок. В промежутках между этими импульсами выход прибора находится в состоянии “Отключено” и не шунтирует сигнальную шину, к которой он подключен. Мощность выходного каскада достаточна, чтобы работать с любой серией ЦИС (ЭСЛ, ТТЛШ, ТТЛ, КМДП). Контролируя реакцию ЦИС на эти сигналы с помощью анализатора коротких замыканий шины в точке подключения прибора (АКЗ) и анализатора сигнала (АС), состоящего из анализатора наличия импульсного сигнала (АИС) и анализатора постоянного логического уровня (АЛУ), можно оценить правильность переключения ЦИС и сделать вывод о ее исправности. АКЗ позволяет определить, имеет или нет шина, в которую подается зондирующий сигнал, короткое замыкание с шинами питания или земли. АИС позволяет обнаруживать наличие знакопеременных логических сигналов на выходах ЦИС. АЛУ позволяет определять значение уровней постоянных логических сигналов на выходах ЦИС.

В принципиальной схеме прибора содержатся:

• формирователь коротких импульсов (DD3);
• перестраиваемый в диапазоне 300...3000 Гц генератор меандра (DD1.1, DD1.2, DD1.3);
• схема ручного запуска (SB1, DD2.1, DD2.2);
• выходной каскад с тремя состояниями выхода (DD2.3, DD4.3, DD4.4, VT3, VT4, VT5, VT6, R27, R28);
• анализатор короткого замыкания шины (DD5.1, DD6, DD4.5, VT7, HL3);
• анализатор наличия импульсного сигнала (DD5.2, DD4.6, VT8, HL4);
• анализатор логических уровней (DD4.2, VT2, HL1);
• схему дополнительных выходов (DD1.4, DD4.1, VT1).

Работает прибор следующим образом. Через переключатель SA1 “Одиночно-Периодично” логические перепады напряжения с генератора или со схемы ручного запуска поступают на вход схемы формирования коротких импульсов DD3.1, вывод 1. С выхода схемы формирования коротких импульсов DD3.4, вывод 11, в зависимости от положения переключателя SA2 “+/—”> узкие импульсы отрицательной полярности поступают в верхнее (DD2.3, вывод 9) или нижнее (DD4.4, вывод 9) плечо выходного каскада. При этом соответствующие транзисторы (VT3, VT5 или VT4, VT6) полностью откроются и на выходах “Вых. I” и “Вых. 2” появится уровень “+Еп” или “Земля” на время действия импульса. В промежутках между импульсами все транзисторы выходного каскада закрыты, так как на входы инверторов DD2.3 и DD4.4 через резисторы R15 и R16 подаются запирающие уровни логической 1, при этом выходы “Вых. 1” и “Вых. 2” будут находиться в состоянии “Отключено”. Резисторы R27 и R28 ограничивают выходные токи прибора. Выход “Вых. 1” прибора с помощью щупа подключается к какой-нибудь сигнальной шине, соединяющей входы и выходы цифровых микросхем. Шина при этом может иметь состояние логического 0 или 1, поэтому необходимо соответственно установить переключатель SA2 в положение “+” или “—” для нормальной работы прибора.

При срабатывании прибора на этой шине появятся соответственно положительные или отрицательные просечки до уровня “+Еп” или “Земля” на время действия управляющих импульсов. Длительность управляющих импульсов определяется задержкой на элементах DD3.1, DD3.2, DD3.3, R14 и должна быть в пределах 300...400 нс. Эти просечки будут восприниматься ЦИС как управляющие сигналы со всеми вытекающими последствиями, т. е. исправные триггеры будут переключаться, счетчики считать, инверторы инвертировать.

В случае если выход прибора “Вых. 1” будет подключен к шине, которая имеет связь в виде КЗ с шиной “+Еп” или “Земля”, то сработает анализатор КЗ шины (АКЗ). Анализатор КЗ шины представляет собой ждущий мультивибратор на триггере DD6, который запускается импульсами, образующимися на выходе “Вых. I”, если он соединен с помощью щупа с исправной шиной.

При наличии запускающих импульсов мультивибратор будет выдавать на выходе 1 микросхемы DD6 положительный импульс с длительностью не менее 0,5 с, который, проинвертировавшись на DD4.5, откроет транзисторный ключ на VT7, при этом загорится светодиод HL3 “Нет КЗ”. Время 0,5 с, которое можно изменять подбором емкости конденсатора С4, необходимо для того, чтобы человек успел заметить прохождение коротких импульсов.

В случае КЗ на шине, к которой подключен “Вых. I” прибора, амплитуда выходных сигналов упадет практически до нуля, при этом ждущий мультивибратор перестанет запускаться и остановится в состоянии, когда на выходе 1 микросхемы DD6 появится низкий уровень, при этом на выходе 10 микросхемы DD4.5 появится высокий уровень, который закроет транзисторный ключ на VT7, после чего светодиодный индикатор HL3 “Нет КЗ” погаснет, что и будет являться признаком того, что эта шина замкнута на питание или на землю.

Анализатор наличия импульсного сигнала (АИС) служит для определения наличия на выходах проверяемых микросхем переменных логических сигналов. АИС собран на нижней половине триггера DD6 по схеме, аналогичной АКЗ. С помощью щупа, соединенного с гнездом XS9 “Вход АС”, вход АИС подключается к выходу ЦИС, на котором необходимо проверить наличие переменного логического сигнала, при этом, если сигнал есть, на входе 11 триггера DD6 появится инвертированный сигнал, положительным фронтом которого в триггер запишется логическая 1, при этом на выходе 13 триггера DD6 появится высокий уровень, а на микросхеме DD4.6 появится низкий уровень, который откроет транзисторный ключ на VT8, после чего светодиодный индикатор HL4 “Есть ИС” загорится, что и будет являться признаком того, что эта микросхема переключается, выдает сигнал и, следовательно, исправна. Если сигнала нет, то светодиод HL4 не загорится, в этом случае необходимо выявить причину отсутствия сигнала, которая чаще всего связана с неисправностью в схеме, и продолжить поиск.

Анализатор логического уровня служит для индикации логического уровня шин, к которым подключен “Вход АС”. При наличии на шине уровня логической 1 на выходе 4 инвертора DD4.2 появится низкий уровень, который откроет транзисторный ключ на VT2, после чего светодиодный индикатор HL1 “Есть лог. 1” загорится. При появлении низкого уровня индикатор HL1 погаснет.

Схема дополнительных выходов служит для формирования дополнительных сигналов, которые могут понадобиться в работе. На выходе “Вых. З” формируется меандр, который можно использовать как источник цифрового сигнала или для синхронизации, а на выходе “Вых. 4” формируется аналоговый сигнал прямоугольной формы с регулируемой амплитудой. При этом частота сигналов генератора, собранного на микросхеме DD1, может изменяться в диапазоне 300...3000 Гц с помощью переменного резистора R4.

Питание на прибор подается от источника питания контролируемой микросхемы через входы “+Еп” и “Общ.”, при этом должен гореть индикатор наличия питания HL1. Такое питание позволяет наиболее просто достичь согласования по уровням логических напряжений выход прибора и ЦИС контролируемого электронного узла. При этом диапазон возможных напряжений питания лежит в пределах от 5 до 15 В, что позволяет работать с любой серией цифровых микросхем ЭСЛ, ТТЛШ, ТТЛ, КМДП. Диод VD1 необходим для защиты прибора от неправильного подключения источника питания.

Таким образом, прибор обеспечивает достаточно широкий набор возможностей для поиска неисправностей, что позволяет ему стать хорошим помощником при настройке аппаратуры на ЦИС и, в некоторых случаях, обойтись без осциллографа. Схема подключения прибора к проверяемой цепи приведена на рис. 2.

При безошибочном монтаже прибор в настройке не нуждается, но необходимо контролировать длительность рабочих импульсов, формируемых на выходе “Вых. 1” прибора. Сделать это можно с помощью осциллографа, например С 1-55, по следующей методике.

Для измерения длительности положительных импульсов необходимо подать на клеммы “+Еп” и “Общ.” напряжение +9 В, установить переключатель SA2 в положение “+”, а переключатель SA1 в положение “Периодично”, установить ручку “Частота” в положение, соответствующее максимальной частоте импульсов, к выходу “Вых. I” прибора подключить осциллограф, выход “Вых. 2” прибора соединить с клеммой “Общ.”. После этого, установив необходимую длительность развертки, произвести измерение длительности импульсов, которая должна быть в пределах 300...400 нс.

Измерение длительности отрицательных импульсов производится аналогично, только переключатель SA2 необходимо установить в положение “—”, а выход “Вых. 2” прибора соединить с клеммой “+Еп”. Длительность импульсов можно изменять подбором резистора R14 в диапазоне от 0 до 33 кОм.

Такая методика необходима потому, что по окончании импульса прибор переводит выход в состояние “Отключено”, поэтому выходной емкости прибора приходится разряжаться через большое входное сопротивление осциллографа, которое обычно больше 1 кОм. По этой причине фронты выходных импульсов будут сильно затянуты, что затрудняет измерение. Подключение выхода “Вых. 2” к клеммам “+Еп” или “Общ.” приводит к тому, что к выходу “Вых. I” подключается резистор R28 сопротивлением 100 Ом, при этом качество импульсов получается хорошее.

При желании, изменяя резисторы R17 и R18 в диапазоне 100...510 кОм, можно выставить более удобное время послесвечения индикаторов HL3 и HL4.

Эскиз лицевой панели прибора показан на рис. 3. На ней расположены все органы управления, индикации и клеммы для подключения щупов и питания.

Монтаж электрической схемы прибора выполнен проводом на стандартной макетной плате.

Конструкция прибора может быть любой. В авторском варианте прибор размещен в металлической коробке размером 170Х110Х80 мм. Щупы, которые будут использоваться с прибором, желательно снабдить специальными насадками с иглой на конце, чтобы было удобно подключаться к шинам.

Пример использования прибора показан на рис. 2. Пусть на входах DD1 присутствуют постоянные уровни логического 0, т. е. схема находится в статическом состоянии, что часто бывает при наличии неисправности. Необходимо выяснить, переключаются или нет все эти микросхемы. Для этого подключим, например, к цепи вывод 3 DD1 —вывод 1 DD2, выход прибора, а к цепи вывод 2 DD2 — вывод 5 DD3 вход “Вход АС”. Если DD2 исправна, то появление короткой просечки на ее входе приведет к появлению импульса на ее выходе, при этом сработает АИС, после чего загорится индикатор “Есть ИС”. В случае если шина вывод 3 DD1 — вывод 1 DD2 имеет КЗ с шиной “+Е” или “Земля”, то амплитуда испытательных импульсов упадет практически до нуля и светодиод “Нет КЗ” погаснет. Во всех остальных случаях следует предположить неисправность микросхемы DD2 и заменить ее. Если DD2 исправна и импульсы на ее выходе есть, можно проверить, переключается или нет счетчик на DD3, поочередно подключаясь прибором к ее выходам. При этом с помощью анализатора логических уровней нужно определить сначала уровень управляющего сигнала на входе R счетчика, который может быть разрешающим или запрещающим.

По мере накопления опыта работы с прибором спектр возможного его использования может быть значительно расширен.

О. Петраков, ВРЛ 112