В предыдущих статьях я занимался разными кустарными и приборными методами поиска скрытой проводки и всем что с этим связано. Теперь настало время понять, что же скрывается в самом приборе для поиска скрытой проводки. Для этого я выбрал модель как на Рис. 1. Не потому что она какая то особенная, просто у этой модели корпус, в отличие от других, соединялся склейкой или спайкой в отдельных точках и позволил вскрыть себя без фатальных повреждений.
Внутри находится плата с переключателем, звукоизлучателем и двумя светодиодами. Питание 3 вольта от двух батареек типа G13.
На рисунке 3 показан токоограничительный резистор на 1 МОм, простая деталь, имеющая важное значение, как было сказано ранее.
Отпаиваем щуп от печатной платы.
Вооружаемся лупой, карандашом и срисовываем схему приборчика. Вот что получилось.
Два транзистора идентифицировались без труда, происхождение микросхемы с маркировкой IS6522CB 1304G6TC осталось не понятным, но, с высокой долей вероятности, это жесткая логика - стандартный набор из 6-ти КМОП инверторов, аналог 561ЛН2 или CD4049.
В схеме (Рис. 6) сразу же бросается в глаза несколько ошибок и странностей. Во первых, как включены два "лишних", не задействованных логических элемента. Один (5-6) охвачен отрицательной обратной связью и переведен, как бы, в аналоговый режим, когда на входе и выходе держится напряжение равное пороговому (примерно половина U питания). Строго говоря, цифровым микросхемам в таком режиме долго находиться запрещено, они проскакивают его за наносекунды во время фронта или спада импульса. При пороговом напряжении открываются оба выходных ключа и потребляемый ток резко возрастает. Хотя, в данном случае, при низком напряжении питания, этот ток не так велик и он не приведет ни к перегреву ни к и выходу из строя но он, все же, будет заметно расходовать энергию от источника питания.
Неправильно включен (вернее ни куда не включен) и другой элемент (9-8). Его вход находится в подвешенном состоянии и малейшее, наведенное на вывод 9, статическое электричество или протечка заряда через плату, может так же создать на входе около 1,5 вольта, сквозной ток через выходные ключи и дополнительные потери энергии.
Похоже, это обычная ошибка монтажников, поставивших перемычки не там где надо. Вот так было и стало.
Входы подключены на ближайшие выходы соседних элементов. Не важно, какой на них логический уровень и то что он меняется, все равно, потребляемый микросхемой ток падает фактически до нуля. Результатом стало уменьшение тока в режиме высокой чувствительности и состоянии покоя с 0,25 мА до 0,003 мА. Если считать емкость элемента питания G13 (LR44) равной 100 мАч, в первом случае она прослужит в режиме ожидания 400 часов (около 17 суток), во втором случае около 4-х лет. Не малая разница.
Причем 3μA потребляет на микросхема. Это ток через резисторы R1 и R2, которые включены между высоким логическим уровнем на выводе 12 и низким логическим уровнем на выводе 4, который блокирует возбуждение звукового генератора (примерно 0,5 вольта, в этой цепи, теряется на диоде D1). Если применить другую микросхему с двухвходовыми элементами ИЛИ-НЕ или И-НЕ и немного изменить схему, можно было бы и этот ток убрать. Но пару лет без замены батарей это тоже не мало.
Всё что сказано выше, касается только режима высокой чувствительности (бесконтактные манипуляции), если переключатель стоит в левом, по схеме, положении и работает микросхема. В режиме низкой чувствительности "минус" источника питания переключается на транзистор Q2 (KSP 13), который в режиме ожидания ни чего не потребляет и батарейка в этом режиме не расходуется совсем.
Измерив потребляемый ток у двух других подобных пробников, я убедился что такая ошибка монтажа есть только у данного экземпляра.
Следующая проблема. база Q1 включена прямо на выход логического элемента с напряжением питания 3 вольта, а напряжение базы S9014 выше 0,65...0,7 В подняться не может. Ведь это, фактически открытый в прямом направлении диод. Как же это вообще работало?!
Напряжение просто падало на выходном сопротивлении логического элемента (выход 10). Когда КМОП микросхемы работают при низком напряжении питания, их выходное сопротивление сильно повышается, от этого ток КЗ на выходе не высокий (замер показал, ток базы Q1 ограничен значением около 0,7 мА). Правда, в данном случае, к выходу 10 = базе транзистора подключен еще и конденсатор С1, обеспечивающий положительную обратную связь в RC-генераторе на элементах 13-12 и 11-10. Нагрузка в виде база-эмиттерного перехода Q1 сильно уменьшает амплитуду сигнала на выходе, что существенно меняет режим работы генератора.
Может быть, на месте Q1 должен был стоять, так называемый, "цифровой транзистор" (транзистор со встроенным резистором в цепи базы). Например такой.
Если так, то это очередная ошибка монтажников.
Я решил не делать замену, просто припаял в цепь базы навесным монтажом резистор, разорвав дорожку печатной платы. Тональность звука зуммера, после этого, заметно изменилась, хотя, сопротивление дополнительного резистора пришлось выбрать довольно низким. У Q1 мощная нагрузка, требующая большого коллекторного тока и при номинале выше 500 Ом начинала падать громкость звука, а это не желательно.
И так, вот что получилось.
Осталось разобраться еще в некоторых вопросах.
Почему светодиоды включены без ограничивающих резисторов?
Расчеты показывают, что в данном случае, это допустимо. Начнем с Q2. Это составной транзистор по схеме Дарлингтона с коэффициентом усиления по току около 10000. Считаем ток базы, который идет через дополнительный электрод, подключенный к "+" питания (забыл показать на схеме), но-нэйм резистор 1МОм + R4 1,5 МОм. Из напряжения питания вычитается падение напряжения на базе составного транзистора, примем его примерно 1,5 В, остается 2,5В. И того на 2,5В/2,5МОм = 1μA. После умножения тока базы на коэффициент усиления по току, получаем 10мА. Это нормальный ток светодиода, только ограничивает его не коллекторный а базовый резистор.
На самом деле это не лучшее схемотехническое решение. Статический коэффициент усиления по току у биполярного транзистора довольно сильно зависит от температуры. Ток нагрузки будет не стабилен, хотя, в данном случае, это допустимо.
Примерно те же расчеты можно произвести для Q1, усиление, которого порядка 150...300, но коллекторная нагрузка в виде 15-омного звукоизлучателя требует 3В/15Ом = 200 мА в импульсе (если быть точным, в полтора раза меньше, т.к. к сопротивлению звукоизлучателя надо прибавить внутреннее сопротивление батареек, которое будет порядка 10 Ом) и тут 0,5...0,7мА в базе, как раз кстати.
На Рис. 12 показан, экспериментально снятый, ток потребления в зависимости от напряжения питания и режима работы. Индикация работает (щуп и дополнительный контакт замкнуты).
В заключении, осталось разобраться с работой входа 1 микросхемы, на который наводится входное напряжение. Здесь много скользких моментов. Во первых нет явно выраженного элемента снимающего плавающий заряд на входе. От части это могут быть диоды D2 и D3, обратное сопротивление которых очень велико, но все же не идеально и опять же, оно сильно зависит от температуры.
Еще одним элементом, снимающим заряд, может служить разводка печатной платы, где проводник на вход элемента 1-2 на большом протяжении идет вдоль минусовой шины питания (Рис. 13).
Сопротивление изолятора очень велико, но для снятия заряда с таких небольших элементов, может оказаться и достаточным. Надо сказать, что это сопротивление, так же, зависит от температуры и от влажности.
Исходя из всего вышесказанного, можно прийти к выводу, что пробник, при всех его достоинствах многофункциональности, нельзя отнести к достаточно надежным приборам, прежде всего, из за вероятной нестабильности работы при перепадах температуры и влажности. Так что, при проверке отсутствия напряжения, всегда сразу до и после теста, проверяйте его работоспособность на заведомо находящихся под напряжением цепях.
Добавлю что этот пробник, вероятно, благодаря наличию на входе высокочастотных диодов, включенных по схеме выпрямителя с удвоением, способен улавливать работу передатчика портативной радиостанции и сотового телефона на расстоянии порядка 5...15 см.
О методах работы с таким индикатором можно почитать тут:
Разбор схожего по назначению прибора Navigator NMT-De01 можно посмотреть в этой статье: