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Logiktester mit 4049

Der Logiktester mit 4049 baut auf dem Einfachen Logiktester auf.

LedTester.png
Bild 1: Schaltung 1

Vor den obigen Logiktester wird ein logischer Inverter geschaltet:

LedTester4049_1.png
Bild 2: Schaltung 2

Die Richtung der grünen und roten LEDs wurden getauscht, weil der Inverter den logischen Zustand invertiert, wir jedoch den Zustand am Eingang anzeigen wollen. Leider funktioniert die Schaltung nicht so wie gewünscht. Wenn der Eingang offen ist, leuchtet manchmal die grüne oder die rote oder gar beide LEDs. Der Eingang des Inverters ist so empfindlich, dass er durch geringste Störungen beeinflusst wird.

LedTester4049.png
Bild 3: Schaltung 3

Wir haben zwei Widerstände eingefügt und damit funktioniert unser Logiktester. Wichtig ist der Widerstand R2. Dadurch wird die Empfindlichkeit des Inverters reduziert. Eigentlich vergewaltigen wir den Inverter. Er wird nicht als digitale Schaltung betrieben, sondern analog. Das mögen einige ICs gar nicht. Sie fangen an zu schwingen oder werden heiß. Der hier verwendete CMOS Chip 4049 ist ganz brav. Ein HCMOS Chip 40HC49 flippt dagegen aus.

Der Widerstand R₁ soll die Schaltung schützen, wenn versehentlich negative oder zu hohe Spannungen angelegt werden. Der 4049 ist nicht nur handzahm, sondern darüber hinaus sehr robust. So leicht bringt man ihn nicht um.

Die Anzeige auswerten

Anzeige Aussage
keine LED leuchtet 1. der Messeingang ist offen
2. der Pegel des Logikausgangs ist weder 0 noch 1
die grüne LED leuchtet am Logikausgang liegt eine 0 an
die rote LED leuchtet am Logikausgang liegt eine 1 an
beide LEDs leuchten am Logikausgang schaltet der Pegel zwischen 0 und 1 um

Sechs Logiktester mit dem 4049

Ein Chip 4049 enthält sechs Inverter. Damit bauen wir einfach sechs Logiktester.

LedTester6x4049.png
Bild 4: Schaltung 4

Eine blaue LED wurde noch eingebaut, um anzuzeigen, dass die Versorgungsspannung anliegt. Die Diode 1N4004 soll verhindern, dass die Schaltung bei verpolter Versorgungsspannung das zeitliche segnet. Anstelle der Diode kann auch ein MOS-FET IRLML6402 eingesetzt werden. Das ist allerdings ein SMD-Chip, der nicht einfach zu löten ist.

Bauteilliste

Bauteil Beschreibung Wert Stück
R1 Widerstand 22k 1
R11 - R61 Widerstand 10k 6
R12 - R62 Widerstand 100k 6
R13 - R63, R14 - R64 Widerstand 1k 12
LED1 LED 3mm blau 1
LED11 - LED61 LED 3mm grün 6
LED12 - LED62 LED 3mm rot 6
C1 Kondensator 0,1µ 1
D1 Diode 1N4007 1
U1 CMOS CMOS 4049 1
Q1 P-MOS-FET IRLML6402 1
J1 - J 8 Steckbuchsen einpolig 8

Der MOS-FET Q1 ist nicht nötig an seiner Stelle kann die Diode 1N4007 eingesetzt werden. Ein 40HC49 ist nicht geeignet. Die Steckbuchsen können auch 2-polig sein.

Aufbau

Dieser sechsfache Logiktester eignet sich sehr gut für den Selbstbau eines einfachen Prüfgeräts für digitale Schaltungen.

Die sechs Logiktester können auf einer kleinen Lochrasterplatine mit Lötinseln im 2,54mm Raster aufgebaut werden.

LedTester6x4049-brd.png
Bild 5: Das Layout der Platine
Attention >

Die Darstellung des Layout wird ausführlich in Darstellung in KiCAD beschrieben.

Es sing eine Reihe von Drahtbrücke notwendig. Sie werden teilweise auf der Oberseite verlegt. Diese sind gelb dargestellt. Auf der Unterseite verlegte Drahtbrücken sind magenta dargestellt.

Der SMD-MOSFET Q1 wird auf der Unterseite auf vier Lötpunkte gesetzt. Der einzelne Pin wird zwischen zwei benachbarten Lötinseln über einen Draht verlötet. Dieses ist in SOT-Gehäuse beschrieben.

LedTester6x4049-brd-top-3D.png
Bild 3: Der sechsfache Logiktester von oben in 3D

Die Drahtbrücken JP1 bis JP6 sind gut zu erkennen.

Vier M3-Schrauben dienen als Füße.

LedTester6x4049-brd-bottom-3D.png
Bild 3: Der sechsfache Logiktester von unten in 3D

Die Drahtbrücken JP7 bis JP12 sind gut zu erkennen.

Der MOSFET Q1 auf vier Lötpunkte gesetzt.

Nachfolgend ist für Anfänger beschrieben, wie die Schaltung aufgebaut wird. Ohne Erfahrung im Löten wird es dennoch zu Schwierigkeiten kommen. Es sollte immer wieder überprüft werden, ob sich nicht Fehler eingeschlichen haben. Neben der üblichen Sichtprüfung sollten auch Messungen durchgeführt werden. Sie kosten zwar Zeit, aber einen Fehler später zu beheben, kostet ein vielfaches.

Für Messungen ist eine elektronische Sicherung nicht nur hilfreich, sondern m.E. erforderlich. Entweder hat man ein Netzgerät mit einer elektronischen Sicherung oder eine entsprechende Schaltung wie in Elektronische Sicherungen beschrieben. Sie sollte auf 20mA eingestellt werden können. Die 20mA und 5V überstehen alle Bauelemente.

Schrittweiser Aufbau

1.
Die Widerstände R13, Rx3 bis R₆₃ ( 1k ) und die Diode D1 einsetzen. Dann die VDD-Leitung mit versilbertem Kupferdraht verbinden und löten. Damit ist das Layout im wesentlichen bestimmt und man kann sehen ob es passt.
2.
Die Widerstände R14, Rx4 bis R₆₄ ( 1k ) und den Kondensator C1 einsetzen und die Masse-Leitung entsprechend dem Layout verbinden. Vor dem Löten probieren, ob der 4049 passt - man kann sich leicht verzählen.
3.
LED1 (blau), R₁ (22k) und die Anschlüsse U+ (JP7) und U- (JP8) einsetzen und mit C₁, VDD und Masse entsprechend dem Layout verbinden. Das Gefummel um den SMD-Baustein Q1 sollten sich Anfänger schenken.
4.
LED11 (grün) und LED12 (rot) einsetzen und verlöten. Prüfen, ob alles in Ordnung ist:
Passt der 4049 noch immer?
An U₊ (JP7) und Masse U₋ (JP8) 5V über einer elektronischen Sicherung mit 20mA anschließen. Die blaue LED sollte leuchten. Die offene Verbindung zwischen LED11 und LED12 an Masse legen: die rote LED muss leuchten. An VDD leuchtet die grüne.
5.
LED21, LEDx1 bis LED61 und LED22, LEDx2 bis LED63 einsetzen und verlöten. Anschließend alle LEDs prüfen.
6.
R12, Rx2 bis R₆₂ ( 100k ) einsetzen und mit den LEDs verbinden.

Die Drähte für die Verbindung sollten an einem Lötpunkt zwischen der LED und dem Widerstand fixiert werden, allerdings nicht an den Stellen, an denen später Lötbrücken JPx eingesetzt werden.

7.
R11, Rx1 bis R₆₁ ( 10k ) einsetzen und mit Rx2 verbinden.
8.
Anschlüsse J1 bis J6 einsetzen und mit Rx1 verbinden.
9.
Prüfen ob alle Verbindungen fehlerfrei sind.
10.
Alle Leitungen von Rx1 Richtung LEDx2 bis zu den Lötpunkten für JPx verlegen. Die Länge muss jeweils stimmen. Die Lötpunkten für JPx dürfen nicht verlötet werden, sondern am besten ein Lötpunkt daneben.
11.
Den 4049 einsetzen und alle Pins anlöten.
12.
Sichtprüfung:
Sind alle Verbindungen hergestellt.
Gibt es irgendwo Kurzschlüsse?
Ein Test mit Versorgungsspannung kann die 20mA Sicherung auslösen, weil der 4049 mit offenen Eingängen betrieben wird. Er beruhigt sich meistens nach einer Minute.
13.
12 isolierte Drähte mit 7cm Länge abschneiden, auf einer Seite abisolieren, verzinnen und auf 2mm kürzen.
14.
Auf der Oberseite und der Unterseite die Drähte nur eine Seite der Drähte entsprechend dem Layout an die Pins des 4049 anlöten.
15.
Auf der Unterseite mit JP7 und JP8 beginnen. Die Drähte auf Länge abisolieren und verlöten.
16.
Auch jetzt empfiehlt sich ein erster Test:
leuchten LED61 und LED62 bei low und high an J6 richtig? Wenn erst alle Drähte angelötet sind, ist eine Korrektur sehr aufwändig.
17.
Bei den Drähten mit den kurzen Verbindungen beginnend kürzen, jeweils 2 weitere Drähte abisolieren, verzinnen und anlöten. Und wieder prüfen:

Auf der Unterseite: JP9 und JP10, JP11 und JP12

Auf der Oberseite: JP6 und JP5, JP3 und JP4, JP1 und JP2.

Logiktester mit Impulserkennung

Der oben vorgestellte Logiktester ist für statische Digitalschaltungen oder solche mit langsamen Änderungen gut geeignet.

Digitale Schaltungen sind in den seltensten Fällen rein statisch, sondern laufen mit hohen Taktfrequenzen. Ein Logiktester, wie oben vorgestellt, kommt damit schnell an seine Grenzen. Oft wird ein Logikanalysator benötigt. Vielfach kann man allerdings mit einem Logiktester, der auf dynamische Ereignisse reagiert, gute Ergebnisse erzielen.

Der Logiktester mit Impulserkennung ist ein kleines, hilfreiches Werkzeug. Es unterstützt die Erkennung von Einzelimpulsen unter 100ns und bis zu 20MHz.

Die LogicProbe mit PIC erkennt nicht nur Einzelimpulse unter 10ns und Impulse über 20MHz, sondern erlaubt auch die Prüfung der Pegelbereiche von Logikausgängen.