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Principio de la Sonda L�gica

De todos es sabido que los circuitos digitales suelen trabajar a unas velocidades que hacen imposible el empleo de los tradicionales instrumentos de prueba para la detecci�n, seguimiento y reparaci�n de aver�as. Si intentamos utilizar el pol�metro, no podremos leer el verdadero nivel l�gico debido a la inercia coercitiva del galvan�metro, el equipo no es adecuado para detectar los r�pidos cambios de nivel de una serie de impulsos tambi�n llamado tren de impulsos. Las sondas l�gicas, pueden ayudarnos proporcionando una indicaci�n optica del nivel l�gico (mediante LEDs) en la patilla del circuito integrado o la pista bajo prueba, siempre que las variaciones sean relativamente lentas o est�ticas.

Consideremos el caso, en el que necesitamos conocer el estado l�gico de un punto del circuito bajo prueba y hacer un seguimiento de una se�al y, no disponemos de un osciloscopio, s�lo un pol�metro, las posibilidades de exito, se veran comprometidas a poco que tengamos que seguir una se�al de cierta frecuencia. En estos casos, es necesario disponer de un elemento llamado Sonda L�gica Digital, la cual nos ayudar� en cierto modo, en el cometido que se propon�a (siempre que la velocidad no sea demasiado alta), el seguimiento de una se�al a trav�s de un circuito funcional.

Cuando se trata de realizar ciertos montages en electr�nica digital, pronto o m�s tarde, surge la necesidad de conocer el estado de una puerta l�gica o la situaci�n en la que se encuentra un circuito integrado del que sospechamos de su integridad, �ste es el momento que se hace imprescindible, disponer de una sonda que nos permita conocer los diferentes estados que registran las distintas patillas del dispositivo bajo sospecha.

Si bien, en esta ocasi�n no podemos decir que la sonda que vamos a abordar sea 100 x 100 profesional, s� podemos asegurar que nos proporcionar� suficiente margen de seguridad al detectar los niveles l�gicos (en prueba), sin realizar un desembolso gravoso para nuestra econom�a.

El procedimiento a seguir, es preparar un circuito capaz de detectar el estado del punto bajo prueba (sin influenciar en lo posible al circuito). Para lo cual, es importante preparar un circuito de entrada que presente una alta impedancia, sobre el circuito que se va a controlar, esto permitir� la detecci�n sin apenas absorci�n o adici�n de se�al del circuito bajo prueba.

Lograr una alta impedandia de entrada puede conseguirse mediante circuitos pasivos: resitencias, condensadores, diodos, etc, o activos, es decir, mediante circuitos integrados operacionales o l�gicos, con los que se logra una muy alta impedancia (Z) de entrada.

Nota: Los circuitos elaborados con operacionales, no los vamos a estudiar debido a la necesidad de una alimentaci�n sim�trica con sus valores entre +7V y -7V, alimentaci�n que puede no est� a nuestro alcance a la hora de un an�lisis r�pido y efectivo.

Debemos centrarnos en dos tipos b�sicos debido a la tecnolog�a utilizada, uno es el referente a la familia TTL, y otro a la familia CMOS.

Iremos realizando ciertos ejemplos que nos llevar�n a conocer los diferentes casos y posibilidades, seg�n necesidades y las tecnolog�a. Para empezar, vamos a contemplar el caso de los niveles TTL con componentes pasivos, conectaremos una resistencia a un amplificador seguidor de se�al, para que nos amplifique el nivel detectado sin inversi�n de fase y la salida la inyectaremos a un transistor separador, el cual se encargar� de activar unos diodos led rojo y verde por ej. como indicadores de estado alto (H) o bajo (L), respectivamente.

Fig. 1

El esquema de la figura 1, es eficiente para la mayor�a de los casos con niveles TTL y muestra la disposici�n de los pocos componentes electr�nicos pasivos, necesarios para la Sonda L�gica propuesta. La alimentaci�n de la sonda admite un ancho rango de valores y puede tomarse del circuito bajo prueba o con baterias a tal efecto, no obstante las masas o negativos deben ser comunes a ambos circuitos.

El problema que puede presentar la sonda de la figura 1, reside mayormente en los niveles l�gicos, forzados por el diodo zener, rango del TTL. Cuando se trata de tecnolog�a CMOS, ya que �stos, var�an con respecto a los de TTL, debido esencialmente a la diferencia de consumo y tensi�n que alimenta a cada familia y la diferencia de las cargas que soportan ambas.

En la sonda presente en la figura 2, se trata de un circuito m�s elaborado y cercano a los nivelas CMOS, aunque los niveles que presenta para TTL, no son del todo rigurosos, se pueden aceptar como buenos.

En dicha figura, se aprecia una fuente de corriente constante de unos 15mA, formada por los componentes pasivos: Tr1, R3, R4, D5 y D6, la cual se encarga de alimentar el LED correspondiente, seg�n el nivel l�gico detectado.

Los diodos D1 y D2, sirven de protecci�n para la sonda, contra tensiones fortuitas de hasta 100V. Si a la conexi�n "libre" de R1 de 100k, se aplica una tensi�n elevada respecto a masa, la puerta inversora N1 del circuito integrado CMOS, invertir� este nivel y el c�todo de D3 (Rojo) se pondr� a masa, por consiguiente se iluminar�, indicando un nivel alto H.

Mientra tanto el nivel del c�todo de D4 (Verde), permanecer� alto gracias a la nueva inversi�n producida por N2, y por consiguiente, dicho diodo no se iluminar�. S�lo se iluminar� cuando al extremo libre de R1 se le aplique una peque�a tensi�n, respecto a masa inferior a 1/3 de la tensi�n de alimentaci�n, en cuyo caso el nivel bajo 0, se transmitir� hasta el c�todo de D4 y �ste se iluminar� indicando un nivel L, lo que conlleva que el diodo D3 se desactive permaneciendo ambos diodos en ese estado hasta que se produzca un cambio en la entrada.

La resistencia R2 tiene encomendadas las funciones de limitar la carga que presentar� la sonda al circuito bajo prueba por una parte y pone a masa al primer inversor N1 cuando no se aplica tensi�n alguna a la entrada, evitando as� que las puertas N1 y N2 entren en auto-oscilaci�n por la gran sensibilidad que estas presentan por tratarse de CMOS.

Fig. 2

Esta sonda se ajusta mucho mejor a los niveles CMOS seg�n las necesidades que se pueden presentar.

Ahora vamos a analizar un tercer esquema, que nos muestra otra forma de presentar los diferentes estados de una sonda. En el esquema, podemos apreciar una entrada seguida de unos transistores, un IC y un display de 7 segmentos de c�todo com�n, como elemento de presentaci�n, en lugar de los tipicos diodos led.

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Fig. 3

Al aplicar a la entrada E un nivel alto, Tr1 estar� activo por lo que el estado de los Tr2 y Tr3 es inactivo. La salida de Tr3 es alta, luego la salida de IC1a es baja y la salida de IC1b es alta porque su entrada es baja (colector Tr1 bajo). Adem�s de los segmentos 'e' y 'f', los segmentos 'b', 'c' y 'g', estar�n iluminados, formando de esta manera una H en el indicador.

Si la se�al de entrada es un nivel bajo, Tr1 no conducir� y Tr2 y Tr3 estar�n activos, lo que activar� un nivel alto en la salida de IC1a, y que la salida de IC1b, est� a nivel bajo, activando el segmento 'd', debido a que los segmentos 'e' y 'f' en estas condiciones, permenecen iluminados, el indicador presentar� un L.

Si la entrada est� al aire o no tiene un nivel l�gico definido, todos los transistores estar�n en conducci�n gracias a R1, R2 y R3, por tanto las salidad de IC1a e IC1b estar�n ambas altas, activando de forma conjunta los segmentos 'a', 'b', 'c', 'e' y 'f', presentado una N, como No nivel.

En la pr�xima parte veremos otra sonda m�s completa.

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