| Prüfstifte und Handtester | |
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Bei der Prüfung digitaler IS-Aufbauten kommt es meistens nur darauf an,
logische Pegelwerte festzustellen sowie gelegentlich vorhandene Impulse
nachzuweisen. Hierzu tastet man die entsprechenden Schaltungspunkte an (im
allgemeinen direkt an den IS-Gehäusen von der Bauelementeseite der Leiterplatte
aus). Nach dem bisher Gesagten sind dabei längere Zuleitungen zu den Prüfpunkten
verboten, also muss man mit dem Prüfmittel dicht an den Meßpunkt herangehen.
Deshalb werden entsprechende Prüfhilfen sehr vorteilhaft als kleine Handgeräte
in Stift oder flacher Rechteckform gebaut. Als Tastspitze eignet' sich
Bronzefederdraht ausreichender Stärke, bis kurz vor die Spitze isoliert. Die
Stromversorgung für derartige Tester ist im allgemeinen direkt als
Speiseschaltung des Prüflings oder sonst in einem geeigneten Speiseteil
vorhanden. Dabei ist jedoch stets auf gute und kurze Masseverbindung zwischen
Tester und Prüfling zu achten. Außer der Tastspitze führt man eventuell eine
zusätzliche kurze Masseleitung heraus, die in Nähe des Prüfpunktes mit an Prüflingsmasse
gelegt wird. Die im folgenden beschriebenen Tester wurden sämtlich komplett auf
Lochrasterplatten 25 mm x 35 mm (Bauhöhe maximal 10 mm) aufgebaut, für die
geeignete durchsichtige Polystyrolgehäuse vorhanden waren. Sehr gut bewährt
hat sich auch ein rückseitiges Verstreichen der konventionell verdrahteten
Platte (Verdrahtungsseite) mit CENUSIL-Silikonkautschukkleber, der für den
kompletten Tester auch ohne Gehäuse gute mechanische Stabilität ergibt und
sich im Reparaturfall von der Verdrahtung leicht wieder abschälen lässt.
Wichtig bei allen derartigen Testern sind die IS-Stützkondensatoren (33(nF)
sowie eine Verpolschutzdiode in der Speiseleitung.
1. Logiktester für TTL- und (bedingt!!!)
CMOS-Schaltungen
2. Spike-Tester für dynamische
Prüfungen
3. HF-Testsignalgeber und
Eichmarkengenerator
4. Einzeltaktgeber für die Handeingabe
5. Äquivalenztester
| 1. Logiktester für TTL- und CMOS-Schaltungen | |
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CMOS-Schaltungen müssen dann mit 5
V betrieben werden ;-)
Logiktester mit Speicherung
Für das Überprüfen von TTL-Schaltungen hat ein Logiktester etwa die
gleiche Bedeutung wie für den Elektriker der Glimmlampenspannungsprüfer, er
ist schlechthin unentbehrlich auch für den Amateur. Im folgenden werden mehrere
Varianten unterschiedlichen Aufwands und Gebrauchswerts gezeigt. Die einfachste
Ausführung benötigt 'nur eine D100 (Bild 4.216). Die Schaltung ist vollständig
(einschließlich Speiseleitungen für die IS) dargestellt. Die Gatter D3, D4
bilden den bekannten RS-FF, D2 wirkt als Inverter, so dass die Eingänge des FF
stets gegentaktig angesteuert sind. Das Gatter Dl wird (weil ohnehin vorhanden)
zum Entkoppeln benutzt. Falls man für die IS eine D 110 (oder notfalls D 100
mit einem defekten Gatter) verwendet, kann D1 entfallen, allerdings wird dann
der Prüfpunkt lastet. Die Bedeutung der Leuchtdioden V i und V2 ist dabei gegenüber
den Angaben in Bild 4.216 zu vertauschen.
Wenn bei E H-Pegel vorhanden ist (oder Eingang E offen ist), - leuchtet V 1. Bei
L-Pegel am Eingang leuchtet V2. Nachteilig ist dabei, dass Zwischenwerte im
verbotenen Pegelbereich nicht erkannt wer, den, außerdem kann schlechter
Kontakt der Prüfspitze (offener Eingang E) fälschlich H-Pegel am Prüfpunkt
vortäuschen. Diese Schaltung genügt daher nur einfachsten Ansprüchen. Falls
keine Leuchtdioden zur Verfügung stehen, benutzt man eine Ausweichlösung mit
Glühlampen nach Bild 4.216b. Die Diode V3 wird nach der vorzugsweise benutzten
Speisespannung (möglich sind 4,5...6 V) gewählt. Die Variante mit Glühlampen
lässt sich auch für die folgenden Schaltungen benutzen, sie ist aber wegen des
hohen ,Stromverbrauchs und der schlechten Erkennbarkeit von
Helligkeitsunterschieden (wenn Impulsfolgen am Eingang E auftreten) sehr ungünstig.
Bild 4.217 zeigt eine Logiktester-Schaltung, die allen Amateuransprüchen genügt.
Mit den Dioden V 1... V3 und dem Transistor V4 werden die Ansprechschwellwerte für
die Logikpegel bei 0,8 V und 2,0 V festgelegt, der dazwischenliegende »verbotene
Bereich« sowie offene Gattereingänge (fehlende oder defekte Zuleitungen)
werden mit der Leuchtdiode V7 angezeigt. Der RS-FF D2, D3 speichert das jeweils
zuletzt registrierte Potential. Man kann daher auch nach Wegnahme der Tastspitze
vom Prüfling (oder bei unsicherem Kontakt der Tastspitze E) ablesen. Hat E
keinen Kontakt oder liegt ein Pegel zwischen 0,7...2,1 V an, so leuchtet zusätzlich
zu V6 oder V5 noch V7 auf. Verlischt V6, so ist gesichert, dass die Prüfspitze
einwandfrei kontaktiert. Liegt bei E eine Impulsfolge an, so leuchten V6 und V5
abwechselnd (bei höheren Frequenzen scheinbar zugleich) auf. Aus dem
eventuellen Helligkeitsunterschied zwischen V6 und V5 kann dabei. grob auf das
Impulsverhältnis und die vorherrschende Impulspolarität geschlossen werden.
Tastverhältnisse bis etwa 20:1 sind mit Leuchtdioden noch gut erkennbar. Die in
Bild 4.217 mit angegebenen Ansprechschwellwerte sind im wesentlichen durch die
Schleusenspannungen der Dioden V1... V3 festgelegt, je nach deren Typ schwanken
sie daher etwas. Will man die angegebenen Werte genau erreichen, so sollte der
Diodentyp SAY15 (ersatzweise SAY32 oder SAY16) verwendet werden oder die
Exemplare nach Versuch entsprechend ausgewählt sein. Für den Transistor V4
ist, um auch Impulsfolgen hoher Frequenz noch nachweisen zu können, möglichst
ein HF-Typ einzusetzen. Mehrere Mustergeräte waren mit der in Bild 4.217
angegebenen Bestückung bis über 10 MHz einsatzfähig.
Logiktester mit akustischer Anzeige
Eine interessant abgewandelte Schaltung zeigt Bild 4.218. Zwar lässt sich ein
derartiger Tester immer so aufbauen, dass die Leuchtdioden gut im Blickfeld der
Tastspitze liegen und daher zugleich mit dem Meßpunkt beobachtet werden können
trotzdem ist manchmal eine akustische Kontrolle (Ohrhörer) nützlich. Die
Eingangsschaltung bis Dl und D4 entspricht (auch in allen angegebenen Daten) der
nach Bild 4.217. Statt des FF sind aber 2 Tongeneratoren (nach Bild 4.97
kombiniert) vorhanden. Liegt der Eingangspegel im »verbotenen Bereich«, so ist
Ausgang D4= L, somit D6 gesperrt und im Ohrhörer B1 kein Ton wahrnehmbar. V5 in
Bild 4.218 leuchtet dabei auf und ermöglicht die Einschaltkontrolle für den
Tester. Bei H-Pegel am Eingang E wird V4 gesperrt, Ausgang Dl somit L, D4 sperrt
und gibt D6 frei. D2 bleibt vom Ausgang Dl gesperrt. Der untere Generator (D5,
D3) arbeitet mit einer Frequenz vor =1 kHz, die als hoher Ton hörbar wird.
Liegt L am Eingang E, so ist Ausgang Dl = H und (über die Diode V3) Eingang D5
mit L-Pegel gesperrt. Jetzt arbeitet der obere Generator (D2, D3) mit einem
tiefen Ton ~ 200 Hz. Im übrigen gilt alles zu Bild 4.217 Gesagte auch hier,
jedoch wird der letzte Anzeigewert nicht gespeichert, und das Erkennen von
Impulsfolgen ist mit diesem Tester nur in begrenztem Maße mit etwas Übung möglich.
Die Gatter D2 und D5 sollen nicht in der gleichen IS enthalten sein.
Logiktester zum Nachweisen einzelner Impulse
Sehr kurze (schmale) Impulse mit größeren Pausen an einem Prüfpunkt
(Zählertaktsignale u. ä.) erkennt der Tester nach Bild 4.217 nicht. Der Tester
zeigt dann das normal vorhandene Ruhepotential des Prüfpunkts (bzw. das
zeitlich überwiegende. Potential) an. Zum Nachweis derartiger Impulse (auch
einzeln auftretender) lässt sich die Schaltung Bild 4.217 mit der Ergänzung
nach Bild 4.219 erweitern. Sie wird mit ihrem Eingang D1 parallel zum
Eingang E in Bild 4.217 gelegt. 2 Impulsformergatter D 1, D2 sorgen dafür, dass
stets eine geeignete Auslöseflanke für den nachfolgenden Monoflop (D3, D4, V4)
zur Verfügung steht. Der Monoflop wirkt als Impulsverlängerer und zeigt mit
der Leuchtdiode V5 auch jeden einzelnen sehr kurzen Impuls durch kurzes
Aufleuchten an. Die Leuchtdauer von V5 legt man mit R 1 und Cl nach Bedarf fest.
Die in Bild. 4.219 angegebenen Werte ergeben einen mit etwa 0,3 s Leuchtzeit
recht günstigen Wert. Ständige Impulsfolgen bei E werden von V5 durch
rhythmisches Blinken, das aber nicht mit der Eingangsiimpulsfrequenz identisch
ist, oder Dauerlicht angezeigt. Da auch extrem kurze Impulse (ns-Bereich) den
Monoflop auslösen sollen, wird der Einfluss der Transistorgrenzfrequenz des
Transistors V4 mit R2 und C2 umgangen. Über C2 löst der Monoflop sofort aus,
wonach V4 nur noch den instabilen Zustand über die Haltezeit fixiert.
Abschließend zeigt Bild 4.220a als Anregung noch eine sehr einfache
Testerschaltung, die ohne IS auskommt und die Schwellenspannungen der
Transistoren V 1... V 3 (die sich hierbei addieren) als Ansprechgrenzwerte
ausnutzt. Übersteigt die bei E anliegende Spannung 0,7 V, so öffnet zunächst
V3, die Diode V6 leuchtet auf. Steigt die Spannung bei E über etwa 1,4 V, so
leuchtet zusätzlich, die Diode V5 auf, und ab etwa 2,1 V bei E sind schließlich
alle 3 Transistoren geöffnet und alle Dioden leuchten. Besonders genau ist
dieser Tester nicht. Bild 4.220b zeigt eine originelle Anzeigemöglichkeit, die
für diesen Zweck diskutabel sein kann, wenn eine 7-Segment-Anzeige VQB 71
gerade vorhanden ist oder z. B. ein Exemplar mit teilweise ausgefallenen, für
Zahlendarstellung nicht mehr geeigneten Segmenten verwendet wird. Beim
Schwellwert 0,7 V leuchtet der unterste Querstrich auf, bei 1,4V zusätzlich der
mittlere, ab 2,1 V alle 3. Die Leuchtstriche markieren damit sinnfällig das
vorhandene »Pegelniveau«. Der Dezimalpunkt der VQB 711äßt sich als
Einschaltkontrolle fest anschließen. Entsprechend den Schwellwerten gilt für
diese Anzeige: Für H-Pegel müssen alle 3 Striche aufleuchten, für L-Pegel
keiner oder höchstens der unterste. Leuchten 2 Striche, so liegt der Pegel im
verbotenen Bereich. Die Anzeige nach Bild 4.220b eignet sich recht vorteilhaft für
die Variante in Bild 4.217. Bei Kombination von Bild 4.217 und Bild 4.219 kann
der Dezimalpunkt der VQB 71 für Leuchtdiode V2 in Bild 4.219 verwendet werden.
| 2. Spike Tester für dynamische Prüfungen | |
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Spike-Tester
Zum Nachweis von kurzen Impulsspitzen, auch solchen, die, als Störimpulse
(etwa durch Leitungsübersprechen) über den H-Pegel hinaus oder unter das
L-Pegelniveau nach negativen Spannungswerten hin auftreten (Überschwingen u. ä.);
eignet sich die Testerschaltung nach Bild 4.221. Sie besteht ähnlich wie Bild
4,219 aus einem impulsverlängernden Monoflop D2, D3, V2 mit Leuchtdiode V3 (die
vorhandene Impulse durch Aufleuchten anzeigt). Der Eingang des Monoflop ist
jedoch mit einer doppelten Differenzierstufe (Dl) versehen. Die Leuchtzeit für
die Diode V3 kann mit Cl oder R 1 bei Bedarf geändert werden. Damit der Tester
schon bei kürzesten Impulsdauern anspricht, sind (wie bei Bild 4.219) R2, C2
vorgesehen. Diese und die Werte der an Gatter D1 vorhandenen Bauelemente sollte
man einhalten. Zusätzlich wurde Gatter D4 mit der Diode V4 benutzt, um
gleichzeitig den vorhandenen statischen Pegel am Prüfpunkt erkennen zu können,
Die Diode V4 leuchtet normal ständig (zugleich Einschaltkontrolle), bei L am
Eingang El erlischt sie. Die vorhandenen 2 Eingänge reagieren wie folgt: E1 löst
mit LH-Übergang den Monoflop aus (Aufblinken der Diode V3). Er reagiert also
auf positiv gerichtete »Spikes« (als Spike wird eine kurze Störimpulsspitze
bezeichnet), jedoch nicht auf positive Spikes über H-Pegel und nicht auf HL-Übergänge.
Gleichzeitig verlischt die Diode V4, wenn die Spannung an El unter +0,7 V liegt.
V4 verlischt außerdem_ stets, sobald V3 aufleuchtet. E2 reagiert dynamisch auf
HL-Übergänge, wenn diese TTL-gerecht steile Flanken haben (bei zu flacher
Flanke wird der Monoflop nicht ausgelöst). Hiermit lässt sich also die
korrekte Beschaffenheit z. B. von Zählertaktimpulsen überschlägig prüfen. Außerdem
spricht E2 auf positive Spikes oder Überschwingen auch auf H-Pegel führenden
Leitungen (d. h. auch bei Spikes, die im Pegelbereich zwischen 2,4...5,0 V
auftreten!) sowie auf positive und negative Spikes über L-Pegel an. Durch
abwechselndes Verwenden von E1 und E2 kann man unterscheiden: Wenn nur E2, aber
nicht EI mit Blinken der Diode V3 reagiert, liegen positive Spikes über
(statischem) H-Pegel oder negatives Überschwingen unter L-Pegel vor. Reagieren
beide Eingänge gleichermaßen, liegen Spikes oder Signalimpulse im normalen
Pegelbereich zwischen Hund L vor. Ständiges Blinken von V3 im Wechsel mit V4
weist eine ständige Impulsfolge (Taktimpulse u. ä.) nach, wobei aber die
Blinkfrequenz der Leuchtdioden in einem Zusammenhang mit der vorhandenen
Impulsfrequenz am Eingang steht. Die Schaltung spricht bereits sicher auf kurze
Impulse im Nanosekundenbereich an, wie sie z. B. durch nichtsynchrones Schalten
von Zählstufen oder, durch kapazitives Leitungsübersprechen, Überschwingvorgänge
auf zu langen Leitungen usw. auftreten. Sie ist daher u. a. gut zur Störungssuche
bei auftretenden Fehlschaltungen in Frequenzteiler-, Zähler- oder
Decodierschaltungen geeignet.
Sicher nicht der beste Layout-Entwurf - aber dafür selbst vor 10 Jahren mit "Hand" erstellt
Schaltungserweiterung für den Einsatz von Sieben-Segment-Anzeigen
| 3. HF-Testsignalgeber und Eichmarkengenerator | |
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Prüfsignalgeber mit LC-Schwingkreis
Besonders für Funkamateure sind die nachfolgenden HF-Signalgeber zu empfehlen. Als kleine Handgeräte aufgebaut, gestatten sie das Zuführen des Prüfsignals ohne Zwischenverbindungen direkt am Prüfling. Bild 4.222 zeigt einen einfachen HF-Generator, der NF-Modulation ermöglicht. Die Schaltung des HF-Generators bedarf keiner näheren Erklärung, sie hat funktionell Ähnlichkeit mit der bekannten Quarzoszülatorschaltung. L 1 und CI bestimmen die Frequenz der HF-Schwingung und werden je nach vorgesehenem Anwendungsbereich durch Versuch optimiert. Infolge der Impulsformung mit den Gattern D3 und D4 liefert die Schaltung am Ausgang A (eventuell Tastspitze) ein Rechtecksignal mit starkein Oberwellengehalt. Das Versuchsmuster wurde mit Ll = 50 Wdg. CuL 0,12mm auf einem 8-mm-Stiefelspulenkörper erprobt (Grundfrequenz im Kurzwellenbereich), hierbei waren Oberwellen bis in den Fernsehbereich (VHF) nachweisbar. Verwendet man eine D200, sind die Oberwellen noch im UHF-Bereich kräftig vorhanden. Als »Masseverbindung« genügt die Handkapazität. Die Speiseleitung muss gegen HF verdrosselt sein. Am zweiten Eingang des Gatters D4 besteht die Möglichkeit für beliebige externe Modulation. Mit S1 in Stellung 1 eignet sich der Tester auch als NF-Generator (Frequenz mit C2 bei etwa 500 Hz), in Stellung 2 ist die HF-Schwingung mit dieser NF moduliert und in Stellung 3 ummoduliert vorhanden. Für die Verwendung als Eichmarkengeber muss die Grundfrequenz genau bekannt sein. Man setzt dann den Quarzoszillator nach Bild 4.223 ein. Um den Oberwellengehalt zu steigern, erwies sich ein Monoflop (D3, D4) als nützlich. Mit einer D 100 sind kräftige Oberwellen bis mindestens etwa 30 MHz zu verzeichnen. Der Ausgangskondensator 10 nF schützt den Gatterausgang gegen Überlastung. Am zweiten Eingang des Gatters D4 kann bedarfsweise wiederum NF-Modulation erfolgen. Im punktierten Rahmen ist eine entsprechende Ergänzungsschaltung angedeutet, die je nach Anwendung auch entbehrlich ist. Mit C, lässt sich die Quarzfrequenz genau abgleichen. Im übrigen gilt alles zu Bild 4.222 Gesagte sinngemäß auch hier.
Prüfsignalgeber mit Quarz-Schwinger
| 4. Einzeltaktgeber für die Handeingabe | |
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Einzeltaktimpulsgeber
Zur Prüfung der Takt- oder Setzeingänge von FF, Zähl- oder
Teilerstufen (auch D 172, D 174, D 192, D 193 u. ä.) ist es von Vorteil,
einzelne Taktimpulse von Hand direkt am cp-Eingang des Prüflings, am
Reseteingang usw. einspeisen zu können. Man benötigt dafür eine Möglichkeit
zum prellfreien Schalten eines einzelnen von Hand auslösbaren kurzen Impulses.
Die Schaltung nach Bild 4.224a ermöglicht es, solche Prüfungen leicht durchzuführen.
Sie ist ebenfalls als kleines Handgerät mit Prüfspitze aufgebaut. Für
Handtaste S1 eignet sich bei derartigen Bauformen ein Mikrostößeltaster
besonders gut. Der FF (D1, D2) ergibt den notwendigen prellfreien Schaltvorgang
für den statischen Ausgang Ä2 (bedarfsweise kann man am Ausgang des Gatters D1
auch das negierte Signal X2 abnehmen), außerdem wird zugleich ein Monoflop
ausgelöst, der bei A1 und A1 quer die in Bild 4.224b als Impulsdiagramm
dargestellten Signale abgibt. Es stehen also einzeln auslösbare Impulse mit
etwa 0,5 ms Breite zur Verfügung. Mit kleinerem Cl und R 1 (Mindestwerte 47 pF
und 160 f l) erreicht man auch noch kürzere Impulse. Wichtig ist bei diesem
Tester eine möglichst kurze Masseverbindung zum Prüfling. Hierfür und für
die vorhandenen, 3 oder 4 Ausgänge sollten eventuell umsteckbare Tastspitzen
und (für Masse) kurze Verbindungslitzen vorgesehen werden. Als
Miniatursteckverbinder eignen sich z. B. die aus [45] bekannten Wendel-Buchsen
oder ähnliche Federsteckverbinder, wie sie z. B. aus dem
Amateurelektronik-Bausteinprogramm bekannt sind. Bei der praktischen Prüfung an
FF und Zählschaltungen hat sich dieses einfache Hilfsmittel als sehr
vorteilhaft erwiesen.
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Monostabile Kippschaltungen Monoflop) werden Z. B. zur . Verbreiterung schmaler Impulse benutzt: Im Ruhezustand führt die Schaltung nach Bild
oben H-Potential. Ein schmaler Eingangsimpuls, der den Eingang wenigstens etwa 50 ns lang auf L-Potential legt, lässt das Monoflop kippen. Am Ausgang erscheint
ein um die Haltezeit von etwa 0,8 RC verbreiterter L-Impuls.
Randbedingungen: Der Eingangsimpuls muss schmaler als der Ausgangsimpuls sein, und die nächste Ansteuerung kann, erst nach einer
Erholzeit von mindestens 3 mal RC geschehen. |
| 5. Äquivalenztester | |
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Einfacher Äquivalenztester mit Signalspiel
Bei umfangreicheren TTL-Schaltungen kommt es oft darauf an, zu ermitteln, ob 2
Signalleitungen oder Prüfpunkte (die funktionell miteinander verknüpft sind)
in allen Betriebsfällen gleiche Pegel aufweisen oder nicht. Bei FF-Ausgängen Q
und Q sollen z. B..- nie gleiche Pegel auftreten.. Man müsste mit einfachen
Logiktestern dann diese Punkte entweder nacheinander antasten (wobei sich der
Schaltzustand zwischenzeitlich geändert haben kann) oder 2 Logiktester
verwenden. In solchen Fällen kann eine einfache Prüfanordnung nach Bild 4.225a
nützlich sein. Beide Leuchtdioden werden antiparallel direkt zwischen die
Gatterausgänge geschaltet. Vorwiderstände können dabei entfallen, weil die
Einhaltung der Logikpegelwerte an den Gatterausgängen nichterforderlich ist.
Die Funktionstabelle in Bild 4.225b zeigt die Signalzuordnung: Bei,
Pegelgleichheit an beiden Eingängen EI, E2 sind stets beide Leuchtdioden
erloschen.