Este artigo foi retirado da série de livros Como testar componentes eletrônicos - volume 4 do autor. Neste livro o leitor encontrará procedimentos de testes para uma grande quantidade de componentes assim como na seção de instrumentação do site.
O que são
Os circuitos lógicos digitais se enquadram numa categoria de componentes que, pelas suas características únicas e semelhantes, permitem a realização de testes comuns com instrumentos também comuns. Existem duas famílias principais de circuitos lógicos digitais: CMOS e TTL. Os circuitos lógicos digitais trabalham com apenas dois níveis de tensão: 0 V e a tensão de alimentação, conforme mostra a figura 1.
Para as famílias convencionais TTL, a tensão de alimentação e portanto dos sinais é 5 V. Para os circuitos integrados da família CMOS, a tensão pode variar entre 3 V e 15 V.
Em funcionamento normal, os circuitos lógicos podem ou não ser sincronizados por um clock que determinará a velocidade com que os sinais se propagam através dos circuitos. Os circuitos lógicos digitais são encontrados em diversas funções, desde as mais simples que são as portas e os inversores, até as mais complexas como contadores e unidades aritméticas em invólucros como os da figura 2.
Para os que trabalham com circuitos lógicos digitais, de modo a poder realizar testes de maneira eficiente, é preciso contar com um bom manual. Os manuais TTL e CMOS tanto podem ser obtidos na Internet, na forma de arquivos PDF dos fabricantes como em publicações especializadas.
Um bom manual de referência, que contém informações sobre os principais circuitos integrados dessas famílias é o nosso CURSO DE ELETRÔNICA DIGITAL (disponível no nosso site www.newtoncbraga.com.br para download).
O que testar
Podemos realizar diversos tipos de testes com os circuitos digitais. Os mais simples consistem em se fazer a medida de resistências entre os terminais de um circuito suspeito e outro que sabemos estar bons, se bem que não seja um teste completo. Podemos também simular seu funcionamento, aplicando sinais em suas entradas e verificando se os sinais esperados aparecem nas saídas.
O teste dinâmico pode ser realizado com a verificação dos sinais nas saídas através de instrumentos denominados indicadores de níveis lógicos, e mais sofisticados como o analisador de níveis lógicos, como o mostrado na figura 3.
Nessa figura mostramos como se usa um analisador lógico simulado no MultiSim para se visualizar os sinais de todas as saídas de um seqüencial com o conhecido circuito integrado 4017. Observe quais são os ajustes feitos no analisador em função da freqüência dos sinais visualizados. Os analisadores de níveis lógicos e o osciloscópio também possibilitam a visualização dos sinais num circuito lógico digital, através do que é possível saber se o circuito integrado está ou não funcionando corretamente.
Instrumentos Usados
Multímetro
LEDs
Indicadores de Níveis Lógicos e Analisadores de Níveis Lógicos
Osciloscópio e Gerador de Funções
O que testar
Os testes podem ser realizados com os circuitos integrados nos circuitos ou fora dos circuitos, com a utilização também de circuitos simuladores.
a. Comparação de resistências
É o mesmo processo que descrevemos para a prova geral de circuitos integrados: medimos as resistências entre os diversos terminais do componente e a comparamos com a resistências medidas num componente que sabemos estar bom. A desvantagem desse teste é que precisamos ter um componente igual ao original para poder fazer comparações.
b. Os Indicadores
Para circuitos que operem com lógica não sincronizada, de modo que os níveis lógicos de entradas e saídas possam ser fixados em determinados instantes, podemos improvisar um indicador de níveis lógicos com um LED e um resistor, conforme mostra a figura 4.
Esse circuito tem a vantagem de ser alimentado pelos próprios níveis lógicos que vamos encontrar nos circuitos analisados. Não se necessita portanto de nenhuma fonte externa.
Procedimento:
a) Ligue a garra preta no terra (0 V) do circuito.
b) Vá encostando a ponta de prova nos diversos terminais do circuito integrado que deve ser analisado.
c) O acendimento do LED indica nível lógico alto ou 1 enquanto, se o LED permanecer apagado, o nível lógico é baixo ou 0.
d) Tome muito cuidado para não deixar que a ponta de prova encoste em dois terminais do circuito integrado que está sendo analisado ao mesmo tempo. Isso pode causar curtos perigos, capazes de queimar o circuito integrado em teste.
A figura 5 detalha o modo como essa prova deve ser realizada.
Interpretação da Prova
Os níveis lógicos indicados pelo LED devem coincidir com o esperado no teste do componente. Caso isso não ocorra podemos ter certeza de que o circuito integrado se encontra com problemas. Por exemplo, se esperamos um nível lógico zero na saída quando nas entradas o nível for um, e constatarmos que realmente nessas entradas o nível é um, mas não é zero na saída, o componente se encontra com problemas.
Veja que é interessante que o leitor saiba exatamente como funcionam as funções lógicas. A figura 6 dá alguns exemplos de funções lógicas comuns de duas entradas.
Veja que essa prova só pode ser feita nos casos em que tenhamos lógica não sincronizada, pois na lógica sincronizada, os sinais fluem rapidamente, não dando tempo de se realizar a prova com circuito estático como o indicado.
Uma idéia interessante para quem deseja fazer a prova do componente usando um LED indicador, consiste em se montar um circuito de prova para a função específica, conforme mostra a figura 7.
No circuito da figura acima, mostramos como testar as 4 portas de um circuito integrado 4093, usando um LED indicador.
c. Indicador de Níveis Lógicos
Um instrumento de bastante utilidade para quem trabalha com circuitos lógicos digitais é o indicador de níveis lógicos. Na figura 8 temos o aspecto típico desse instrumento que funciona alimentado pela própria tensão do circuito que vai ser analisado.
Um circuito simples de indicador de níveis lógicos é dado na figura 9, caso o leitor queira fazer sua montagem.
Esse circuito funciona bem tanto na análise de níveis lógicos em circuitos TTL como CMOS. Sua alimentação pode ser retirada do próprio circuito com o qual ele vai funcionar.
Procedimento
O procedimento para análise de um CI lógico usando o indicador de níveis lógicos é o seguinte:
a) Ligue a garra vermelha do indicador no positivo da fonte de alimentação do circuito que vai ser testado.
b) Ligue a garra preta do indicador de níveis lógicos no terra ou 0 V do circuito que vai ser testado.
c) Encoste a ponta de prova do indicador nos terminais do componente que vai ser analisado.
d) Observe que o indicador possui três LEDs que indicam as seguintes situações conforme a tabela dada a seguir.
Nível LógicoNível alto (1)Nível baixo (0)Pulsos
| LED Aceso | |
| Verde | |
| Vermelho | |
| Amarelo |
A figura 10 mostra como a prova é realizada.
Interpretação da Prova
Como o indicador tem a função pulsante podemos não apenas verificar quando a saída de um circuito integrado se encontra num nível lógico fixo como também, se o nível varia rapidamente, ou seja, se há um fluxo de informações digitais. Assim, basta ligar o indicador das formas indicada e comparar os sinais obtidos nas entradas e saídas de cada circuito integrado, com os sinais que eles realmente devem ter num funcionamento normal.
d. Analisador de Níveis Lógicos
O analisador de níveis lógicos já é um instrumento mais sofisticado destinado à analise do funcionamento de circuitos digitais. Conforme mostra a figura 11 , esse instrumento contém diversas entradas (até 16) que permitem capturar num circuito digital os sinais.
A forma dos sinais em cada ponto do circuito são mostradas num display, exatamente como num osciloscópio ou, em alguns, projetadas na tela do monitor de um computador. Pela análise desses sinais é possível saber se um determinado circuito integrado está ou não funcionamento corretamente.
Procedimento
a) Ligue as entradas do analisar de níveis lógico nos pontos dos circuitos onde os sinais devem ser capturados.
b) Ajuste o analisador para visualização dos sinais, com o aparelho em teste ligado.
c) Compare os sinais obtidos com os sinais que devem estar presentes nos diversos pontos do circuito.
A figura 11 mostra como isso deve ser feito (veja a simulação no Multisim na figura 12).
Interpretação da Prova
Os sinais obtidos nos diversos pontos do circuito devem ser os previstos. Se as saídas de sinais forem diferentes das esperadas para entradas conhecidas, certamente o circuito integrado em que isso ocorrer tem problemas.
Observação
Veja que para usar esse instrumento é preciso conhecer exatamente as formas de sinal que estarão presentes em cada ponto analisado do circuito.
Também é preciso ser levado em conta a velocidade com que esses sinais aparecem nos pontos analisados.
e. Osciloscópio e Gerador de Funções
Para quem não tem um analisador de níveis lógicos, o gerador de funções e o osciloscópio podem ser usados na mesma função. Para isso, o gerador de funções deve ser ajustado para produzir sinais lógicos numa frequência conhecida, os quais serão aplicados no circuito integrado em teste. Na saída analisada será ligado o osciloscópio.
Procedimento:
a) Ajuste o gerador de funções para produzir sinais retangulares com 50% de ciclo ativo e amplitude de acordo com a alimentação do circuito lógico que vai ser analisado.
b) Ajuste o osciloscópio para visualizar os sinais do gerador de funções.
c) Ligue a entrada vertical do osciloscópio na saída do circuito integrado que vai ser analisado.
d) A entrada que vai ser usada como referência deve ser ligada à saída do gerador de funções.
e) Analise os sinais obtidos, fazendo os ajustes finos que melhor resultem numa imagem boa.
f) Se o osciloscópio for de duplo traço, dois pontos do circuito podem ser analisados ao mesmo tempo.
A figura 13 mostra como isso deve ser feito.
Nessa figura mostramos uma simulação da análise com o osciloscópio de quatro-traços do Multisim. O circuito analisado é o sequencial de 4 canais com o 4017. Evidentemente, com dois canais apenas, só podemos visualizar as formas de onda de duas saídas de cada vez.
Interpretação da Prova
Os sinais obtidos no osciloscópio devem ser os esperados pela sua função. Se isso for diferente, certamente o circuito integrado se encontra com problemas.
Observação
Essa análise também é importante para se determinar eventuais deformações nos sinais, capazes de provocar falsas interpretações no processamento de um sinal. Outro ponto interessante é que, usando um osciloscópio de duplo traço pode-se visualizar eventuais diferenças de tempos com que dois sinais chegam à entrada de uma mesma porta, conforme mostra a figura 14.
Essa diferença pode causar falseamento na interpretação da função que recebe esses sinais, a qual precisa que eles cheguem exatamente ao mesmo tempo, ou com uma diferença que o circuito não possa detectar.
