|
Een handige logische tester, geschikt voor alle TTL-families, die vier logische toestanden meet: laag, hoog, niet toegelaten en pulsspanning. Het resultaat verschijnt op een zeven-segment display als L, H, O en ∀. De schakeling wordt gevoed uit de +5 V voedingsspanning van de te testen schakeling. |
Achtergrondinformatie
Twee logische niveaus
Hoewel reeds oeroud, zult u toch nog vaak geïntegreerde schakelingen uit de TTL-families tegenkomen. Zeker in de zelfbouw worden deze handige en goedkope IC'tjes nog vaak toegepast. Deze digitale logische schakelingen werken met slechts twee spanningsniveaus. Er staat of helemaal geen spanning op een in- of uitgang, of er staat een positieve spanning van minstens +2,4 V op een aansluiting van zo'n IC. In het eerste geval spreekt u van een 'lage' spanning, afgekort tot 'L', in het tweede geval van een 'hoge' spanning, afgekort tot 'H'.
Fouten zoeken in digitale logische schakelingen
Bij het onderzoeken van een verdachte logische schakeling is het eerste dat u moet doen het onderzoeken van de spanningen op alle in- en uitgangen. TTL-schakelingen zijn namelijk tamelijk kritisch wat betreft het herkennen van een 'L' of een 'H'. Een 'lage' uitgang mag maximaal +0,4 V voeren en een 'hoge' uitgang moet minimaal op +2,4 V staan. Het gebied daartussen is absoluut verboden en als u op een pen van een TTL-IC in rust een spanning van bijvoorbeeld +1,2 V meet, weet u zeker dat er iets aan de hand is.
Nu is het echter niet mogelijk dergelijke metingen uit te voeren met een analoge of digitale universeelmeter. Digitale schakelingen kunnen statisch werken, waarbij er op alle in- en uitgangen constante 'L' of 'H' signalen staan. Maar het is zeer waarschijnlijk dat de schakelingen ook pulsen verwerken, signalen die snel heen en weer schakelen tussen 'L' en 'H' en vice versa. Een universeelmeter kan deze snelle niveauwisselingen uiteraard niet volgen. Het resultaat is dat de meter een gemiddelde spanning aanwijst. Meet u op een pen van een TTL-IC een spanning van +1,2 V, dan kan dat inderdaad betekenen dat er iets mis is met het IC, maar het zou net zo goed kunnen zijn dat er op deze pen een volledig correcte pulsvormige spanning staat! In feite is de enige manier om TTL-schakelingen na te meten het gebruik maken van een oscilloscoop. Dan ziet u immers onmiddellijk op het scherm of er een ontoelaatbare gelijkspanning of een goede pulsspanning op een pen staat.
 |
| De spanningsniveaus in TTL-schakelingen. (© 2017 Jos Verstraten) |
Oscilloscopen zijn echter duur en zeker voor de doe-het-zelver, die maar af en toe een schakeling onder handen krijgt, is de investering in zo'n instrument een zware financiële aderlating. Er bestaat echter een zeer goedkoop alternatief dat bovendien veel handiger in het gebruik is! Met de in dit artikel beschreven kleine logische tester die ingebouwd kan worden in een in de hand te houden meetpen, kunt u alle pennetjes van een TTL-IC aftasten. In de tester is een zevensegment uitlezing aangebracht, die de grootte van de gemeten spanning onmiddellijk onder de vorm van de gestandaardiseerde symbolen 'L', '0' en 'H' zichtbaar maakt. U moet dus niet steeds heen en weer kijken tussen het IC en een meetinstrument, maar u kunt de blik constant op de pennen van het IC gericht houden. Dit voorkomt een heleboel kortsluitingen door een van de pennetjes afglijdende meetstift!
Een extra voordeel van zo'n digitale tester is dat het apparaatje traagheidsloos werkt en bij het meten op een pen waarop een pulsvormige spanning staat snel heen en weer schakelt tussen de symbolen 'L' en 'H'. Door de traagheid van het oog ontstaat een nieuw symbool, namelijk een omgekeerde A.
In onderstaande figuur zijn de vier mogelijke indicaties samengevat:
- 'L' duidt op een spanning die lager is dan +0,4 V, een goed 'laag' niveau.
- '0' staat voor een spanning die ligt tussen +0,4 V en +2,4 V, een verboden waarde die er op wijst dat er iets mis is met de schakeling.
- 'H' geeft aan dat de spanning groter is dan +2,4 V en dat er dus een goed 'hoog' signaal op de pen staat.
- 'omgekeerde A' wil zeggen dat op de pen een dynamisch signaal staat dat heen en weer springt tussen 'L' en 'H' en vice versa.
 |
| De vier indicaties op het zevensegment display. (© 2017 Jos Verstraten) |
Het schema van de logische tester
Het blokschema van het metertje
Het blokschema van de logische tester is getekend in onderstaande figuur. Het zal duidelijk zijn dat een systeem moet worden ingebouwd dat in staat is te herkennen of de meetspanning onder, boven of tussen de twee kritische waarden van +0,4 V en +2,4 V ligt. Daarvoor zorgen de twee comparatoren COMP1 en COMP2, die de ingangsspanning vergelijken met twee drempelspanningen die door de spanningsdeler R1, R2 en R3 precies op de genoemde waarden zijn ingesteld.
De uitgang van een comparator is 'laag' als de ingangsspanning kleiner is dan de drempelwaarde van de schakeling. Als de ingangsspanning dus 0 V is, zullen beide schakelingen 'lage' signalen leveren op de punten [A] en [B]. Als de spanning op de ingang groter wordt dan +0,4 V wordt de ingangsspanning van de onderste comparator groter dan de drempel en wordt zijn uitgang [B] 'hoog'. Als de ingangsspanning groter wordt dan +2,4 V zal ook de bovenste comparator geactiveerd worden, zodat zowel [A] als [B] 'hoog' worden. Op deze eenvoudige manier hebt u drie situaties op de ingang omgezet in drie duidelijk van elkaar te onderscheiden codes op twee uitgangen [A] en [B].
De code-omzetter, die gestuurd wordt uit de twee comparatoruitgangen, zal ervoor zorgen dat voor iedere combinatie op [A] en [B] de juiste segmenten van het display worden aangestuurd om de symbolen 'L', '0' of 'H' zichtbaar te maken.
 |
| Het blokschema van de logische tester. (© 2017 Jos Verstraten) |
Het hart van de tester is duidelijk het zevensegment display. Laat ons dat dus eerst eens bekijken! Zoals uit onderstaande figuur blijkt bestaat zo'n onderdeel uit zeven LED's die in een specifieke geometrie in de behuizing zijn opgenomen. Iedere LED belicht een staafvormig segmentje, de zeven segmenten vormen het cijfer acht. Door de juiste LED's aan te sturen kunt u alle cijfers en de letters A, b, C, d, E en F zichtbaar maken.
De segmenten zijn gecodeerd met de letters a tot en met g. Elektrisch bekeken zijn de anodes van alle LED's parallel geschakeld. Deze gemeenschappelijke lijn staat ter beschikking op de pennen 3 en 8 van de behuizing. Vandaar dat men spreekt van 'common anode display' (CA), iets waar u goed op moet letten want er bestaan ook 'common cathode display's' (CC) waarbij alle LED-kathoden parallel zijn geschakeld. De kathoden zijn bij het CA-display individueel beschikbaar. De gemeenschappelijke anodelijn legt u aan de +5 V voeding, een segment licht op als u de kathode van de betreffende LED door middel van een serieweerstand met de massa verbindt.
 |
| Hart van de schakeling is een 'common anode display'. (© 2017 Jos Verstraten) |
Uit onderstaande tabel, waarin grafisch is voorgesteld welke segmenten moeten worden aangestuurd voor het vormen van de symbolen 'L', '0' en 'H', kunt u interessante conclusies trekken. Zo blijkt dat de segmenten e en f steeds branden. Deze LED's moet u dus niet uit de code-omzetter sturen, maar kunt u rechtstreeks via serieweerstanden met de massa verbinden. Verder is duidelijk dat de segmenten b en c of samen gedoofd zijn of samen branden. Deze twee LED's kunt u dus uit één besturingslijn voeden. Samenvattend kunt u besluiten dat de code-omzetter slechts vier signalen moet genereren uit de [A] en [B] uitgangen van de comparatoren, namelijk signalen voor het aansturen van de segmenten a, b/c, d en g.
 |
| Uit deze tabel kunt u afleiden welke segmenten u moet aansturen voor het weergeven van de drie gebruikte symbolen. (© 2017 Jos Verstraten) |
Het volledig schema van de logische tester
Het volledig schema van de logische tester is getekend in onderstaande figuur. De twee comparatoren zijn uitgevoerd met LM311 IC's. Dat zijn speciale comparatoren, die intern zijn voorzien van een uitgangstransistor. Deze transistor is zonder meer in staat de vrij grote stroom van een segment af te voeren naar de massa. Dat spaart alweer enige buffers uit! De twee schakelingen worden ingesteld met behulp van de spanningsdeler R2, R3 en R4. Deze drie weerstanden zijn zo gekozen dat op de knooppunten spanningen ontstaan die binnen redelijke grenzen gelijk zijn aan de twee gewenste drempelwaarden van +0,4 V en +2,4 V. De ingangsspanning wordt via een serieweerstand R1 aan de twee positieve ingangen van de comparatoren aangeboden. Deze weerstand beschermt de schakeling als u per ongeluk met de pen van de tester een punt zou aanraken waarop een te hoge spanning staat.
De code-omzetter is samengesteld uit drie NAND-poorten uit een standaard TTL 7400 IC.
Let op! Alleen de standaard uitvoering van de 7400 is in deze schakeling bruikbaar, dus geen low-power of CMOS-typen gebruiken!
Twee poorten, a en b, zijn als inverter geschakeld, de derde c voert een logische bewerking uit op de signalen [B] en [C]. De segmenten van het display Dy1 zijn via serieweerstanden van 220 Ω verbonden met de punten [A], [C], [D] en [E].
Het aansturen van de segmenten
De code-omzetter werkt dus met NAND-poorten. De werking van zo'n schakeling wordt toegelicht aan de hand van de onderstaande waarheidstabel. Uit deze tabel blijkt dat de uitgang [C] dan en slechts dan 'L' wordt als beide ingangen 'H' zijn. Aan de hand van deze wetenschap kunt u de werking van de code-omzetter doorgronden.
In de onderstaande tabel is de logische waarde van de signalen [A], [B], [C], [D] en [E] ingevuld voor ingangsspanningen van respectievelijk kleiner dan +0,4 V (L), tussen +0,4 en +2,4 V (0) en groter dan +2,4 V (H). Bovendien is aangegeven welke segmenten uit welke signalen gestuurd worden.
De print en de componentenopstelling
In de twee onderstaande figuren is het printontwerpje en de componentenopstelling weergegeven. Let op de draadbrug onder de weerstanden R7 en R8! Let er verder op dat de IC's IC1 en IC2 hun identificatienokje rechts hebben, maar dat dit nokje bij IC3 naar links wijst.
Inbouwen in een behuizing
De print is ontworpen voor inbouw in een speciale behuizing van Teko, namelijk model LP2. Dat kastje ligt gemakkelijk in de hand en heeft een ingebouwde scherpe meetstift. De ingang IN van de print moet u verbinden met deze meetstift, de twee overige aansluitingen kunt u via een twee-aderig snoertje en de rechthoekige uitsparing in de behuizing naar buiten voeren. Aan de vrije draadeinden kunt u twee miniatuur krokodilklemmetjes solderen, zoals bijvoorbeeld de 'mini-clip' van Hirschmann. Nadat alles zorgvuldig is gecontroleerd kunt u het grote gat in de bovenzijde van het kastje opvullen met een op maat gezaagd stukje transparant rood plexiglas. Er ontstaat dan een zeer fraai en professioneel ogend meetinstrumentje!
De logische tester in de praktijk
De tester moet gevoed worden uit een spanning van +5 V. Daarvoor kunt u een externe voeding gebruiken, maar in de meeste gevallen kunt u deze spanning aftakken van de interne voeding van de schakeling waarin u meet. Als daar TTL-schakelingen in gebruikt worden, dan moet er immers ook een +5 V voedingsspanning aanwezig zijn! Let er echter op dat u niet per ongeluk de voedingsaansluiting met een hogere spanning verbindt! De 7400 gaat dan gegarandeerd stuk! Gebruikt u een externe voeding, dan mag u niet vergeten de massa van deze voeding te verbinden met de massa van de schakeling waarin u meet.
(Banggood sponsor advertentie)
Bouwpakket digitale oscilloscoop en frequentiemeter
Het volledig schema van de logische tester is getekend in onderstaande figuur. De twee comparatoren zijn uitgevoerd met LM311 IC's. Dat zijn speciale comparatoren, die intern zijn voorzien van een uitgangstransistor. Deze transistor is zonder meer in staat de vrij grote stroom van een segment af te voeren naar de massa. Dat spaart alweer enige buffers uit! De twee schakelingen worden ingesteld met behulp van de spanningsdeler R2, R3 en R4. Deze drie weerstanden zijn zo gekozen dat op de knooppunten spanningen ontstaan die binnen redelijke grenzen gelijk zijn aan de twee gewenste drempelwaarden van +0,4 V en +2,4 V. De ingangsspanning wordt via een serieweerstand R1 aan de twee positieve ingangen van de comparatoren aangeboden. Deze weerstand beschermt de schakeling als u per ongeluk met de pen van de tester een punt zou aanraken waarop een te hoge spanning staat.
De code-omzetter is samengesteld uit drie NAND-poorten uit een standaard TTL 7400 IC.
Let op! Alleen de standaard uitvoering van de 7400 is in deze schakeling bruikbaar, dus geen low-power of CMOS-typen gebruiken!
Twee poorten, a en b, zijn als inverter geschakeld, de derde c voert een logische bewerking uit op de signalen [B] en [C]. De segmenten van het display Dy1 zijn via serieweerstanden van 220 Ω verbonden met de punten [A], [C], [D] en [E].
 |
| Het volledig schema van de logische tester. (© 2017 Jos Verstraten) |
De code-omzetter werkt dus met NAND-poorten. De werking van zo'n schakeling wordt toegelicht aan de hand van de onderstaande waarheidstabel. Uit deze tabel blijkt dat de uitgang [C] dan en slechts dan 'L' wordt als beide ingangen 'H' zijn. Aan de hand van deze wetenschap kunt u de werking van de code-omzetter doorgronden.
 |
| De waarheidstabel van een NAND-poort. (© 2017 Jos Verstraten) |
 |
| De waarheidstabel van de code-omzetter. (© 2017 Jos Verstraten) |
De bouw van de logische tester
De print en de componentenopstelling
In de twee onderstaande figuren is het printontwerpje en de componentenopstelling weergegeven. Let op de draadbrug onder de weerstanden R7 en R8! Let er verder op dat de IC's IC1 en IC2 hun identificatienokje rechts hebben, maar dat dit nokje bij IC3 naar links wijst.
 |
| De print van de logische tester. (© 2017 Jos Verstraten) |
 |
| De componentenopstelling van de print. (© 2017 Jos Verstraten) |
De print is ontworpen voor inbouw in een speciale behuizing van Teko, namelijk model LP2. Dat kastje ligt gemakkelijk in de hand en heeft een ingebouwde scherpe meetstift. De ingang IN van de print moet u verbinden met deze meetstift, de twee overige aansluitingen kunt u via een twee-aderig snoertje en de rechthoekige uitsparing in de behuizing naar buiten voeren. Aan de vrije draadeinden kunt u twee miniatuur krokodilklemmetjes solderen, zoals bijvoorbeeld de 'mini-clip' van Hirschmann. Nadat alles zorgvuldig is gecontroleerd kunt u het grote gat in de bovenzijde van het kastje opvullen met een op maat gezaagd stukje transparant rood plexiglas. Er ontstaat dan een zeer fraai en professioneel ogend meetinstrumentje!
 |
| Het speciale kastje LP2 van Teko. (© 2017 Jos Verstraten) |
De logische tester in de praktijk
De tester moet gevoed worden uit een spanning van +5 V. Daarvoor kunt u een externe voeding gebruiken, maar in de meeste gevallen kunt u deze spanning aftakken van de interne voeding van de schakeling waarin u meet. Als daar TTL-schakelingen in gebruikt worden, dan moet er immers ook een +5 V voedingsspanning aanwezig zijn! Let er echter op dat u niet per ongeluk de voedingsaansluiting met een hogere spanning verbindt! De 7400 gaat dan gegarandeerd stuk! Gebruikt u een externe voeding, dan mag u niet vergeten de massa van deze voeding te verbinden met de massa van de schakeling waarin u meet.
Bouwpakket digitale oscilloscoop en frequentiemeter