Серии микросхем транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ):
74 — базовая ТТЛ-серия. 133 и 155 соответствуют сериям 54 и 74;
74L — серия с пониженным энергопотреблением, 134, КР134 соответствуют сериям 54L и 74L;
74H — повышенная скорость. 130, 131 соответствуют сериям 54H и 74H;
74S — с диодами Шоттки (Schottky). 530 и 531 соответствуют сериям 54S и 74S;
74LS — с диодами Шоттки и пониженным энергопотреблением, 533 и 555 соответствуют сериям 54LS и 74LS;
74AS — улучшенная с диодами Шоттки (Advanced Schottky), 1530 соответствуют серии 74AS (приблизительное соответствие);
74ALS — улучшенная с диодами Шоттки и пониженным энергопотреблением, 1533 соответствует серии 74ALS;
74F — быстрая (Fast) с диодами Шоттки (Fast), 1531 соответствует серии 74F.
Если вы найдете конструкцию, собранную, например, на микросхемах К155, то без какого-либо ущерба их можно заменить на К555, либо другой серии с пониженным энергопотреблением и повышенным быстродействием. Логика работы, за редким исключением, совпадает. При этом потребуется блок питания гораздо меньшей мощности. Аналогично импортные микросхемы можно заменить отечественными. Но нельзя смешивать в одной конструкции микросхемы сильно отличающихся серий. Это может привести к помехам и нестабильной работе устройства.
Даже сейчас, когда большинство устройств собирается на микроконтроллерах и микропроцессорах, простое устройство иногда проще собрать на таких микросхемах.
Было время, когда производились ЭВМ, собранные на микросхемах малой и средней степени интеграции. Они занимали целые шкафы.
Эта статья для радиолюбителей, в ней описывается, как отремонтировать устройство на микросхемах ТТЛ.
Незаменимый прибор при ремонте цифровых устройств — осциллограф. Удобно использовать малогабаритный осциллограф - С1-112, С1-73 или подобный. Прибор надо проверить и откалибровать. Обязательно откалибруйте канал вертикального отклонения (КВУ). Это нужно для того, чтобы прибор правильно показывал уровни сигналов. Вряд ли вам потребуется измерять длительность импульсов, а вот уровни сигналов придется оценивать обязательно. Поставьте переключатель V/дел в положении Калибратор. Сбоку на корпусе имеются отверстия. Вставьте отвертку в соответствующее отверстие и поворотом шлица отрегулируйте размер импульсов по высоте, обычно это 5 делений (5 клеток).
Если импульсы "бегут" по экрану осциллографа, для "остановки" попробуйте следующий способ [5, с.24]. Поверните ручку "Уровень" влево до упора. Затем медленно вращайте ручку "Стаб." до начала срыва развертки. После этого вращайте ручку "Уровень" вправо до появления импульсов на экране. Импульсы будут "остановлены". Если ручки "Стаб." нет, тогда плавно вращайте ручку "Уровень".
Опишу регулировку КВУ на примере осциллографа С1-73. Калибровку надо делать после прогрева прибора, т.е. по истечении 15-30 минут после включения. Отключите плавную настройку, чтобы она не влияла на калибровку. Для этого ручку плавной настройки уровня поверните по часовой стрелке до упора (до щелчка). Соосно с этой ручкой закреплен переключатель V/дел. Поверните этот переключатель против часовой стрелки также до упора в положение 5 дел. На экране должны появиться прямоугольные калибровочные импульсы. Отрегулируйте фокусировку и яркость луча. Переместите рычажок переключения входов в крайне правое положение. В этом положении переключателя вы и должны проверять уровни на выводах микросхем.
На левую боковую стенку прибора выведены оси регулировочных резисторов. Отверткой поворачивая шлиц резистора (как показано на фото), установите размах импульсов по вертикали точно 5 клеток.
Проверьте регулировку. Возьмите элемент 1,5 Вольта. Замерьте тестером напряжение элемента. Допустим, оно составляет ровно 1,5 Вольта. Подключите элемент к щупам кабеля осциллографа. Переключатель входа должен стоять в положении Открытый вход (значок  ), в этом положении осциллограф будет измерять как постоянные, так и переменные напряжения. Установите переключатель V/дел в положение 1 V/дел. Луч должен подпрыгнуть на полторы клетки вверх или сместиться вниз (зависит от полярности подключения щупов кабеля). Если переключатель V/дел в положении 0,5 V/дел, то соответственно луч сместится на 3 клетки.
Для измерения длительности импульсов откалибруйте усилитель Х. Вот как описана эта калибровка в техническом описании осциллографа.
Тумблер "СИНХР." и потенциометр "▼ ДЛИТ." находятся на правой боковой стенке осциллографа.
Если при максимальной яркости на экране нет луча, то проверьте на правой боковой стенке прибора положения тумблеров: Синхронизация должен быть в положении Внутренняя (точка внутри квадратика), тумблер Развертка — в положении ⊥. Покрутите ручку  и ручку  , чаще всего луч просто выведен за пределы экрана. Если это не помогает, то поставьте ручки в среднее положение и вращайте ручку Стабильн. Также можно попробовать покрутить ручку Уровень.
Часто в комплекте с осциллографом идет кабель с делителем 1:10. Такой кабель вносит меньше искажений в исследуемый сигнал, но ослабляет сигнал в 10 раз. Установите переключатель V/дел в положение, например 0,2 V/дел. Тогда клетка на измерительной сетке экрана будет соответствовать 2 V/дел. Такой сигнал удобнее наблюдать.
Для удобства в работе рекомендую подготовить простой кабель. Возьмите обычную швейную иглу, залудите ушко с паяльной кислотой и подпаяйте гибкий монтажный провод. Закрепите иглу в корпусе шариковой ручки или цангового карандаша. К другому проводу подпаяйте надежный крокодильчик с достаточным усилием зажима. Скрутите провода и подпаяйте к стандартному разъему для подключения к осциллографу. Для чего нужен такой кабель? Производители отечественной аппаратуры в недалеком прошлом имели нехорошую привычку заливать готовую плату прозрачным лаком, оставляя без лака только выводы разъемов. Чтобы подключиться к выводу микросхемы, приходится протыкать слой лака иголкой. Такой самодельный кабель не заменит фирменный кабель или кабель с делителем напряжения, но для простых исциллографов с узкой полосой пропускания в 5 МГц или 10 МГц, которые обычно и используются, вполне подойдет.
Также вам могут понадобиться иголки, чтобы очищать отверстия в печатных платах. Лучше подпаять иголки к крокодильчикам, чтобы было удобно пользоваться.
Подключите вывод кабеля с крокодильчиком к общей шине ремонтируемой платы и подайте на нее питание. Проверьте напряжение питания, оно должно быть 5В±5%, т.е. от 4,75 В до 5,25 В. Питание должно быть без заметных на глаз пульсаций, т.е. прямая линия на экране осциллографа.
Если нет предположений насчет неисправности конкретной микросхемы, то начинайте методично проверять сигналы на выводах каждой микросхемы. Сигналы, не вызывающие подозрений, бывают трех видов: низкий уровень (линия на экране на уровне 0-0,4 В), высокий уровень (линия на уровне 4,5-5 В) или импульсы высотой 4,5-5 В. Подозрения должны вызывать промежуточные уровни напряжением 1,5 - 2,5...3 В, но не спешите сразу заменять эту микросхему. Такой уровень может быть следствием того, что к этому выводу подключены резистор, диод или другие пассивные элементы. Проследите по схеме все цепи, подключенные к этому выводу.
Но для некоторых схем уровень 2,5-2,6 В считается нормальным. В таких случаях подозрительными можно считать уровни 1,5-2 В и ниже.
Если такой промежуточный уровень присутствует на входе микросхемы, найдите по схеме микросхему, с выхода которой приходит этот уровень. Обычно выходят из строя выходы микросхем. Можно перерезать печатную дорожку, чтобы выяснить какая из микросхем неисправна. Не забудьте потом запаять перерезанную дорожку. В моей практике чаще всего были неисправны микросхемы К155ЛН1, у них на выходе присутствовал уровень 1,5-2 В. Надо отметить, что это относится к выводам, подключенным к микросхемам или элементам схемы. Если вывод не подключен ("висит в воздухе"), то на нем могут наводиться промежуточные уровни напряжения — это нормально.
Но бывает, что и входы микросхем шунтируют выходы других микросхем. Например, на выходе микросхемы уровень 1,5 В или импульсы такой амплитуды. Перережьте на время эту дорожку. Если амплитуда импульсов на выходе микросхемы увеличилась до 3-4 В, значит её выход закорачивает вход другой микросхемы. Если к выходу подключено несколько входов, то придется по очереди отключать входы, чтобы найти неисправную микросхему.
Также вызывает подозрение микросхема, по логике работы которой на одном из её выходов должны быть импульсы, а вместо них присутствует низкий или высокий уровень напряжения.
Поэтому проверяйте логику работы микросхемы. Изучите и постарайтесь запомнить таблицы истинности логических элементов И, ИЛИ, НЕ и других элементов. Рекомендую книгу Р. Токхейма "Основы цифровой электроники". Она немного устарела, но в ней подробно с примерами и заданиями для самопроверки описаны основы цифровой электроники. В книге описана простая конструкция логического пробника на микросхеме 555 для проверки ТТЛ и КМОП микросхем, которую можно собрать самостоятельно. Скачать книгу можно в каталоге файлов.
Бывают случаи, когда на вход микросхемы поступает очень короткий по длительности импульс, который не отображается на экране из-за узкой полосы пропускания осциллографа. Тогда можно использовать логический пробнок с индикатором импульса (см. ссылку ниже). Также поможет анализ логики работы микросхемы по состояниям её входов и выходов.
При наличии частотомера можно замерить частоту на этом входе микросхемы. Частотомер покажет частоту импульсов, если они присутствуют.
Иногда слишком хорошая фокусировка луча бывает вредна. Из-за неё вы можете не заметить короткие узкие импульсы, присутствующие в сигнале. Немного расфокусируйте луч, сделав его расплывчатым. Вы с удивлением можете увидеть на экране "верхушки" коротких импульсов, о которых раньше даже не подозревали.
Определившись с неисправной микросхемой, выкусите ее бокорезами. Подойдут, конечно, не каждые бокорезы. Подберите бокорезы с узкими губками, чтобы можно было откусывать по одному выводу микросхемы. Можно использовать маникюрные кусачки, но они не очень удобны и надежны.
Запомните положение ключа микросхемы относительно платы, иначе потом при замене придется гадать, с какой стороны располагался этот ключ.
После выкусывания останется выпаять оставшиеся выводы микросхемы. Используйте паяльник мощность не более 25-40 Вт с соответствующим тонким жалом. Со стороны печатных дорожек разогните выводы, если они загнуты. Тогда их будет легче выпаивать. Хорошо прогретым паяльником в течение полусекунды - секунды прогрейте вывод. Пинцет держите рядом наготове. Захватите вывод пинцетом и выдерните его. Почему нельзя сразу держать вывод пинцетом? Пинцет довольно массивный и будет отводить тепло от места пайки. Потребуется дольше прогревать место пайки и будет труднее выдернуть вывод микросхемы. При этом старайтесь не оторвать печатную дорожку.
После выпаивания отверстия залиты припоем. Очистите отверстия. Точно также прогрейте отверстие и сразу же протолкните стальную иголку, при этом также старайтесь не оторвать печатную дорожку. Проверните иглу на пол-оборота - оборот вокруг оси и выньте из отверстия. После этого захватите иглу двумя пальцами и протащите иглу сквозь сжатые пальцы. На пальцах есть следы жира и припой будет меньше приставать к игле во время очистки отверстий или протрите иглу чуть промасленным тампоном.
Выпаивая детали при ремонте, сначала прогрейте место пайки паяльником и только потом выдерните вывод пинцетом. Чем массивнее деталь, тем дольше надо прогревать место пайки. Для защиты глаз от брызг припоя используйте оголовье с линзами. Линзы дают 2÷3-кратное увеличение и позволяют хорошо рассмотреть место пайки. При плохом освещении можно включить светодиодную подсветку. Торговое название — лупа налобная с подсветкой.
Перед впаиванием новой микросхемы ее надо проверить. Для проверки удобно использовать обычный стрелочный тестер, например ТЛ-4. В нем установлено два элемента по 1,5 Вольта. Можно использовать любой тестер, в котором омметр питается от батареи 3 ÷ 4,5 Вольта. Остерегайтесь использовать тестеры, в которых установлены батареи 6 ÷ 9 Вольт. Таким тестером при проверке микросхемы можно повредить p-n переходы транзисторов микросхемы.
Выводы микросхемы ведут себя как обычные диоды. Поставьте переключатель омметра тестера в положение х1 или х10. Прижмите один щуп тестера к общему выводу питания микросхемы (например, вывод 7 микросхемы К155ЛА3) и поочередно касайтесь другим щупом остальных выводов. Допустим, тестер показывает на каждом выводе небольшое сопротивление. Поменяйте щупы между собой и снова пройдитесь по выводам. В этом случае тестер должен показывать очень большое сопротивление, по сути обрыв (зависит от включенного множителя омметра). Лишь вывод +5В показывает в обоих случаях разные сопротивления. Не все выводы микросхемы ведут себя как чистые диоды. При подключении к некоторым выводам прибор показывает разные сопротивления при смене щупов — это нормально. Подозрение должно вызывать одинаковое сопротивление в обоих случаях.
Цифровой тестер для такой проверки неудобен. Проще оценивать величину сопротивления по отклонению стрелки, чем пытаться осмыслить показания прибора. Да еще придется переключать пределы измерений.
Конечно, такая проверка не даст стопроцентной гарантии исправности микросхемы, это просто грубый тест её входных и выходных цепей.
Если у вас есть китайский программатор TL866II Plus, то вы можете использовать его для проверки микросхем. Он имеет функцию проверки логики работы микросхем.
В верхнем меню щелкните по значку логического элемента. В строку Search введите название микросхемы по американскому стандарту, например 7400 (микросхема К155ЛА3). Установите микросхему в разъем. Поверните ручку для зажима контактов микросхемы и нажмите кнопку TEST. Если микросхема исправна, то внизу окна выводится сообщение All Vector Testing Normal.
Ещё одно замечание — оно не по теме, но будет полезно для вас. Во многих пособиях описана проверка транзисторов прозвонкой p-n переходов эмиттер-база и база-коллектор, но редко где написано о том, что нужно ещё прозвонить оба перехода сразу, т.е. эмиттер-коллектор. Иногда у мощных транзисторов тестер показывает полное КЗ (короткое замыкание) в обоих направлениях, а должен быть обрыв или очень большое сопротивление. Бывали целые упаковки новых транзисторов с таким дефектом.
Подогните выводы и установите микросхему в печатную плату, сориентировав ключ микросхемы должным образом. Промажьте выводы жидким канифольным флюсом и пропаяйте выводы. Для пайки вывода достаточно одной - двух секунд. Не нагревайте вывод слишком долго, можно вывести микросхему из строя. Очистите выводы от остатков флюса с помощью зубной щетки, смоченной этиловым или изопропиловым спиртом. Проверьте с помощью лупы, чтобы соседние выводы микросхемы не были замкнуты каплями припоя.
После замены включите устройство и проверьте работу. Если неисправность не устранилась, придется снова продолжить поиск неисправностей.
Недавно узнал о способе выпаивания микросхем в DIP корпусе с помощью обычной иглы от медицинского шприца на 10-20 мл. Посмотрите видео https://youtube.com/watch?v=-CzICOTxV-U. В конце ролика автор таким способом виртуозно выпаивает микросхему из печатной платы. Лучше всего для этого подходят иглы от медицинских шприцев 21G 0.8х40 (зеленый наконечник) или 22G 0.7x40 (черный наконечник). Острый наконечник надо откусить и зачистить заусенцы алмазным надфилем. Иглы 21G надеваются на выводы, но могут застревать в отверстиях платы. В иглы 22G могут не пройти выводы микросхемы, но легко проходят в отверстия печатной платы. Иглы для шприцев можно купить в магазинах фарм- и медтехники или заказать на AliExpress. В продаже есть наборы из 8 игл разных диаметров. В поиске на AliExpress задайте: иглы для выпайки микросхем.
Вместо осциллографа для предварительной проверки можно использовать логический пробник. Различные конструкции логических пробников от самых простых до сложных описаны в статье zxbyte.ru/logic_tester.htm. В этой статье также описан пробник с индикатором импульса. Я же выбрал один из самых простых:
При наличии импульсов светодиоды светятся "вполнакала". Пробник собран на кусочке печатной платы Stripboard ("полосковая" плата). Заказать её можно на AliExpress. Для разреза печатной дорожки сверлом вручную сделайте два-три оборота по центру отверстия.
 
(Фото из книги Simon Monk "Hacking Electronics" An Illustrated DIY Guide for Makers and Hobbyists, McGraw-Hill, 2013)
В качестве щупа использовал швейную иглу, залуженную с паяльной кислотой и припаянную к печатной дорожке. Корпус для пробника взял от детского набора счетных палочек.
  
Ещё один простой логический пробник [3].
  
Макет пробника на Stripboard
В схеме исправлена опечатка. При монтаже впаяйте правильно светодиоды, так как я их кое-где переставил.
При включении пробника светится светодиод HL2, на щупе наводится напряжение около 1 В. При подключении к выводу с подозрительным уровнем около 1-2 В также светится HL2. При подключении к выводу с высоким уровнем (3 - 5В) светится HL3. При подключении к выводу с низким уровнем (0 В) светятся HL1 и HL2.
Техническое описание осциллографа С1-73 можно скачать в каталоге файлов.
Последняя корректировка 17 июля 2024 г.
Использованные ресурсы
- http://fep.tti.sfedu.ru/books/kes/lukyanenko/lek1_pmm.pdf
- http://lib.qrz.ru/book/export/html/5105
- Радиолюбитель 09/2010 с.19
- http://livbook.ru/book/apparatura/30465-oscillograf-malogabaritnyy-universalnyy-s1-73.html
- Техническое описание осциллографа С1-73
- https://ru.wikipedia.org/wiki/Транзисторно-транзисторная_логика
- Контрольно-измерительные приборы и системы, №3, июнь 2001 с. 37
- https://m.radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=2&t=13036&start=2700
| 
