Почему не все схемы любят логические пробники?

Верите или нет, но некоторые электронные схемы не любят работать с определенными измерительными приборами. В целом, инструменты для тестирования функционирования схем, включая мультиметр и осциллограф, потребляют совсем мало тока от схемы. Более того, разработчики всеми силами стремятся к тому, чтобы процесс измерения не влиял на реальную измеряемую величину. Совершенно ясно, что если измерительный инструмент изменяет наблюдаемую с его помощью физическую картину, то в этом нет ничего хорошего: становится невозможным получить надёжный резальтат.

Логический пробник не только потребляет от измеряемой схемы некоторый ток, но еще и изменяет параметры электрической цепи, которую анализирует. нагружая ее. Иногда бывает, что цифризчо сигналы весьма слабы, и дополнительнзя нагрузка в виде пробника может заставить напряжение сигнала просесть, в результзте чего показания прибора не будут иметь ничего общего с реальными данными. Хотя с такой ситуацией сталкиваются п редко, она явно иллюстрирует, что необходимо иметь представление о схеме, параметры которой анализируются. Просто стоит уясниъ для себя раз и навсегда: если бездумно тыкать в случайнее узлы электрической схемы пробником и мультиметром. то вряд ли можно будет изьлечь из показаний хоть какую-то полезную информацию.

Для выяснения любых дополнительных указаний, инструкций, предупреждений и пояснений лучше всего внимательно прочесть руководство по эксплуатации или инструкцию к измерительному прибору. Хотя большинство логичеких пробников и похожи по строению и характеристикам, даже незначительные отличия могут оказать влиятние на какой-то определенный тип схемы, анализировать работу которою нужно, используя пробник с совершенно конкретными параметрами.

Познай свою схему

Для того чтобы извлечь из логического пробника максимум выгоды, понадобятся принципиальная схема, схема соединений или сервисная инструкция к устройству, которое тестируется. Эта информация поможет быстро определить источник неисправностей, когда обнаружится какая-то проблема.

Также может пригодиться техническая документация на схему, поскольку, как уже неоднократно говорилось, прежде чем необдуманно тыкать пробником в случайные точки схемы, неплохо было бы решить, а нужно ли это делать? Логический пробник питается энергией от электрической схемы, которую обследует, и перед началом анализа необходимо подключить его к положительному и отрицательному (земле) потенциалам схемы. Большинство логических пробников не рассчитано на работу с напряжениями питания более 15 В, поэтому сначала необходимо прикинуть, куда именно подключить выводы пробника. Если подключить пробник к точке, потенциал которой слишком высок, можно сжечь пробник или повредить саму схему, а может, даже и то, и другое вместе. Запомните: если потенциал данной точки неизвестен, то сперва нужно проверить его с помощью мультиметра.

Приступая к работе с логическим пробником

Несомненно, вам не терпится скорее отбросить сухую теорию и с головой окунуться в работу с логическим пробником, о котором вы так много услышали на предыдущих страницах. Однако сперва нужно ознакомиться с простейшими мерами безопасности, которые обязательно соблюдать при работе с пробником, а затем узнать побольше об информации, сообщаемой инструментом, чтобы понимать, что же на самом деле означают показания пробника.

Пожалуйста, соблюдаем стандартные меры безопасности

Работая с логическим пробником, нужно соблюдать те же самые меры безопасности, что и при работе с мультиметром, только и всего. По этой причине мы не будет повторяться еще раз, но настоятельно рекомендуем перед началом работ перечитать еще раз главу 9.

В некоторой степени при работе с пробником нужно быть даже чуть более внимательным и осторожным, чем при работе с тестером, потому что в качестве анализатора пробник представляет собой тестер, работающий с активными схемами. Под этим термином подразумевается, что для анализа схемы при помощи пробника ее необходимо сначала включить. Для мультиметра, если помните, включение схемы было обязательным лишь для некоторых измерений, в остальных же случаях, как то при тестировании электропроводности или сопротивления, подавать на схему питание не нужно.

Особенно осторожным следует быть тогда, когда тестируемое устройство работает от электрической сети переменного тока и возникла необходимость в проверке компонентов блока питания. Такая ситуация возможна, например, если надо выяснить, исправен ли бытовой видеомагнитофон. Всегда помните, что, открыв крышку корпуса любого устройства переменного тока (и вообще при работе с переменным током), можно запросто столкнуться с высокими напряжениями, опасными для жизни. Если вдруг приходится даже просто работать близко от такого оборудования, лучше накрыть его куском пластмассы или другого изолятора, чтобы избежать случайного поражения током.

Подключение пробника к схеме

Логический пробник имеет четыре вывода (рис. 10.4). Красный и черный выводы с зубчатыми зажимами (в простонародье— "крокодилами") нужно подключить к земле тестируемой схемы и ее питанию.

Не забудьте сначала определить, попадет ли потенциал источника питания в разрешенный диапазон для имеющегося логического пробника. Для большинства представленных в любительской радиоэлектронике инструментов требуется питание не менее 3 В и не более 15 В (иногда больше, иногда меньше). Для ознакомления с точными цифрами необходимо прочесть руководство по эксплуатации инструмента.

Итак, какие же четыре подключения необходимо сделать перед началом анализа?

> Черный вывод подключить к земле схемы.

> Красный вывод подключить в источнику питания схемы. Перед этим необходимо убедиться, что напряжение питания не превышает 15 В или другого уровня, максимального для имеющегося в наличии пробника.

> Еще один черный вывод пробника опять же нужно подключить к земле схемы. Дублирование земляного вывода необходимо для обеспечения надежного контакта с землей; если один зажим случайно соскользнет, то пробник может прекратить работать или давать случайные показания.

> Наконец, кончиком пробника следует прикоснуться к той точке схемы, где нужно узнать логический уровень.

После того как все необходимые подключения были сделаны, можно смотреть на реакцию пробника. Уровни напряжения в различных точках схемы устанавливаются по индикации и звуковым сигналам.

> Индикатор низкого уровня напряжения (сопровождается звуковым сигналом низкой частоты): сообщает о том, что пробник установлен в точке с логическим нулем (напряжение около 0 В).

> Индикатор высокого уровня напряжения (сопровождается звуковым сигналом высокой частоты): сообщает о том, что пробник установлен в точке с логической единицей (напряжение около 5 В).(Или около другого потенциала источника питания. — Примеч. ред.)

> Быстрое мигание индикаторов низкого и высокого уровней: сообщает, что логический сигнал в данной точке пульсирует (периодически изменяется между высоким и низким уровнями напряжения). Внимание: многие логические пробники могут иметь отдельный индикатор пульсирующего сигнала.

> Ни один индикатор не горит: если пробник никак не реагирует на установку в какую-либо точку, то это говорит о том, что в данном узле нет никакого определенного сигнала: ни низкого, ни высокого, ни пульсирующего.

Когда индикаторы молчат

Поведение логических схем часто сбивает с толку. В некоторых случаях на выходе логической схемы нельзя рассмотреть никакого сигнала. Если в такой точке схемы пробник никак не реагирует, это еще не говорит наверняка, что что-то не в порядке с электроникой. Не следует, правда, забывать, что чаще всего проблема действительно есть. Отсутствие реакции пробника может также сообщать о неправильном подключении рабочего инструмента.

При выяснении причины, по которой логический пробник не реагирует на прикосновение какой-то точки схемы, крайне удобно иметь под рукой схемы соединений или принципиальную схему анализируемого устройства.

Чтобы быстро проверить, правильно ли пробник подключен к схеме, можно провести следующий небольшой тест.

1. Коснитесь тестовым выводом логического пробника какой-то точки с потенциалом источника питания электронной схемы. Пробник должен показать высокий уровень напряжения.

2. Коснитесь тестовым выводом пробника точки с потенциалом земли схемы. Теперь пробник должен показать низкий уровень.

3. Если оба теста прошли нормально либо оба провалились, проверьте соединения прибора со схемой и, если требуется, поправьте зажимы.

Итак, если этот мини-тест прошел успешно, то можно смело брать в руки пробник и начинать дополнительный анализ схемы.

В разделе "С логическим пробником в джунгли электроники" этой главы утверждалось, что в цифровых схемах могут присутствовать только два логических состояния: с низким уровнем напряжения и с высоким. Хотя технически это и так, относительно много интегральных схем имеют также третье возможное состояние, которое называется высокоимпедансным. (В зарубежной литературе и технической документации часто обозначается как Hi-Z³-состояние от англ. High Z, где буквой Z обозначают импеданс. — Примеч. ред.) Причины, по которым могло понадобиться введение этого дополнительного состояния, выходят за пределы повествования данной книги, но, если говорить кратко, оно предназначено для соединения вместе множества выходов различных микросхем, только один из которых будет активным. (Проводник, к которому подключается сразу несколько отдельных сигнальных линий, из которых в каждый момент времени активна лишь одна, называют шиной. — Примеч. ред.) Остальные выходы переводятся в высокоимпедансное состояние и становятся как бы неиидимы для активного выхода. Таким образом, схема в каждый конкретный момент работает только с одним выходом, состояние которого может быть либо высоким, либо низким. Остальные же выходы при помощи перевода их в спящее, высокоимпедансное состояние, не мешают работе линии и могут стать активными каждый в свое время.

Приглядимся к осциллографу

На всех фотографиях в газетах ученые и профессора всегда изображаются стоящими рядом со всякой кучей непонятной непосвященному аппаратуры; если речь в статье идет об электронщике, то, несомненно, он будет изображен рядом со своим верным осциллографом. Осциллограф — это как значок, говорящий о том, что его хозяин состоит в гильдии мастеров отвертки и мультиметра. Если же осциллограф есть и в вашей лаборатории, то любой друг, заглянувший на минутку в мастерскую, расскажет всем соседям, что вы — гуру электроники. Это точно — некоторые вещи смотрятся так круто!

Хотя цена осциллографа значительно выше, чем стоимость мультиметра и тем более пробника, этот прибор является, пожалуй, не менее универсальным инструментом и, совершенно точно, непременным атрибутом всякого профессионала. Для среднего же радиолюбителя, работающего дома или в школьной лаборатории, осциллограф представляет собой прекрасный рабочий станок, но если сбережений катастрофически не хватает даже на закупку нужных радиокомпонентов и первоочередного оборудования, то без него можно более-менее обходиться. Итак, пока вам необязательно выглядеть, как крутой спец в электронике, чтобы покорить свою девушку, без осциллографа можно кое-как прожить... во всяком случае, еще некоторое время.

Хоть и не всякий радиолюбитель имеет дома собственный осциллограф, да и далеко не все электронные проекты нуждаются в нем, все равно имеет смысл ознакомиться с этим полезнейшим прибором и дать простейшее представление о том, как он работает, чтобы завершить рассказ об измерениях, начатый парой глав ранее.

Что же делает осциллограф?

Основная функция осциллографа заключается в визуальном воспроизведении электрического сигнала, независимо от того, является он переменным или постоянным. (Хотя, как правило, осциллографом пользуются для изучения характеристик и формы именно переменных сигналов, поскольку постоянные имеют лишь один важный параметр — амплитуду, а ее можно измерить и тестером. — Примеч. ред.) На экране осциллографа в виде яркой линии можно видеть форму напряжения и ее изменения во времени, как показано на рис. 10.5.

Напряжения постоянного тока на осциллографе выглядят как прямые горизонтальные линии; высота их вертикального расположения говорит об амплитуде сигнала. Напряжения же переменного тока, напротив, изменяются во времени, как показано на рис. 10.5, и по их форме можно судить о характере сигнала. Осциллограф наглядно показывает не только напряжения всех точек такого изменяющегося сигнала, но и его частоту. Довольно внушительный набор характеристик, не правда ли?

На рис. 10.6 изображен типичный стационарный осциллограф (не самый дешевый, кстати), а также обозначены все его основные органы управления. Мы разберемся, что значат эти ручки, переключатели и входы чуть ниже, в разделе "Вся подноготная сюциллографа".

На экране осциллографа можно видеть градуированную сетку; ось X (горизонтальная) служит для отсчета времени, а ось Y (вертикальная) — для отсчета величины напряжения сигнала. Для определения же цифровых значений времен и напряжений нужно при помощи сетки посчитать количество клеток на экране и умножить на коэффициент, соответствующий одной клетке (см. ниже по тексту).

Основные функции осциллографа

Будем полагать, что, к сожалению, большинство наших читателей не имеют тугих кошельков и не могут просто так позволить себе купить супер-пупер новейший осциллограф. Однако остается еще несколько способов познакомиться с этим инструментом на практике.

> Возможно, в вашей мастерской уже есть старый осциллограф, пусть даже дедушкин, но вы никогда его не включали и, более того, только прочтя первые абзацы этой главы и взглянув мельком на фотографии, поняли, что за агрегат пылился в углу последние двадцать лет. Тогда пришло время сдуть с него пыль, включить в сеть и повернуть рубильник.

> Вы имеете доступ к осциллографу в школьной или институтской лаборатории либо даже на работе. Возможно, вам удастся воспользоваться им в свободное время или даже одолжить его на выходные домой в такие дни, когда без осциллографа никак не обойтись.

> Вам на глаза попалось объявлении об огромной скидке на бывшие в употреблении осциллографы с военного завода или интернет-аукциона eBay, и вам не терпится испытать удачу (иногда удается купить отличную модель за какие-то 50 долл.).

Предположив, что все же довольно значительное число радиолюбителей, изучающих эту книгу, попадает в одну из этих трех категорий, можно с чистой совестью приступать к дальнейшей работе над главой и начать, наконец, рассказ об основных функциях этого замечательного устройства. Исходя из этих соображений, мы опустим рассмотрение особенностей сверхдорогих микропроцессорных осциллографов и рассмотрим лишь те функции, которые присутствуют во всех моделях, начиная с 1970-х годов.

Осциллограф представляет собой довольно дорогое и сложное оборудование, и для того, чтобы правильно использовать его, обязательно нужно внимательно изучить инструкцию по эксплуатации или, еще лучше, прочесть пару брошюр, посвященных основам работы с этим прибором. В этой главе будет дано лишь краткое и очень общее описание функций осциллографа, но, чтобы понять принципы работы прибора и правила обращения с ним, лучше обратится к сайтам, список которых приведен в приложении в конце книги — на многих из них можно найти краткие руководства к работе.

Что выбрать: настольный, ручной или компьютерный?

До сих пор чаще всего можно встретить одну из стареньких моделей осциллографов, со всех сторон которой торчат и выпирают рубильники, ручки и переключатели, а основу составляет электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). По правде говоря, многие профессионалы предпочитают работать именно на таком — старом и испытанном — оборудовании. Но в супермаркетах электроники и специализированных магазинах можно встретить и другие типы осциллографов, каждый из которых, как и водится, имеет свои преимущества и недостатки. Давайте на минуту остановимся и рассмотрим их в этом подразделе.

Настольный осциллограф

Если наиболее вероятной возможностью поработать с осциллографом является попытка найти бывший в употреблении прибор, то, скорее всего, этот прибор будет принадлежать к классу настольных. Такие устройства изготавливают на протяжении вот уже нескольких десятилетий, но новые модели отличаются от тех, за которыми мог работать ваш дедушка, только наличием компьютерных интерфейсов и пары-тройки дополнительных современных функций.

Поиск по сайту: