CD4020: почему нет выходов Q2 и Q3 и чем заменить

Распиновка CD4020 (DIP-16)

Q2 и Q3: почему их нет

Счётчик считает четырнадцать разрядов, но вывести их все в корпус из шестнадцати выводов не хватает: два вывода уходят на питание и землю, один — на тактовый вход, один — на сброс, и остаётся двенадцать. Разряды Q2 и Q3 при этом считаются — они просто не выведены наружу, и снять с них сигнал нельзя.

Практическое следствие: CD4020 не подойдёт на место схемы, где с разрядов Q2 и Q3 берётся сигнал. Такая схема изначально считалась под прибор, у которого эти разряды выведены, — например, под CD4040, где доступны все двенадцать. Отсюда и типовой вопрос «счётчик считает, но каналы Q2 и Q3 молчат»: дело не в партии, а в том, что таких выходов у микросхемы нет.

Следствие второе: частоты f/4 и f/8 через CD4020 снять нельзя — Q2 и Q3 недоступны, поэтому с выхода Q1 берут f/2, с Q4 — f/16, а с Q14 — f/16384. Пропущенные делители приходится получать другим прибором или внешней логикой.

CD4020, CD4040, CD4060: три разных прибора

Питание, сброс и частота

• Питание CD4020 — 3…18 В, номинальные значения 5, 10 и 15 В. Одна и та же деталь закрывает и схему на 5 В, и схему на 10–15 В.
• Сброс общий и асинхронный: высокий уровень на выводе 11 обнуляет все разряды независимо от состояния такта, поэтому его не надо «ловить» по фронту.
• Счёт по спаду тактового импульса. Тактовый вход выполнен на триггере Шмитта, то есть допускает медленные и зашумлённые фронты — это важно для схем на RC-генераторах и механических прерывателях.
• Предельная частота такта зависит от питания: около 2,5–3,5 МГц при 5 В и до 8 МГц при 10–15 В. Если счётчик «съедает» такты, сначала смотрите на форму и амплитуду сигнала на выводе 10, а не на партию.
• Выходы — push-pull, потребление при питании 10–15 В доли микроампера, запас по помехоустойчивости порядка 0,45 от напряжения питания.

Что проверять при подборе замены

1. 01 Разрядность и наличие нужных выходов: если схема берёт сигнал с Q2 или Q3, CD4020 и любой двенадцатиразрядный прибор не подойдут в принципе — таких выводов нет ни у одного из них.
2. 02 Раскладку выводов: CD4020 и CD4040 — приборы одной серии, но вывод в вывод они не заменяют. Сверять надо по даташиту конкретного корпуса, а не по «той же серии 4000».
3. 03 Полярность сброса: у 4000-й серии сброс, как правило, активный по высокому уровню, но у отдельных производителей в скобках встречается и низкоуровневый вариант — сверять по своему даташиту.
4. 04 Питание и уровни сигналов: при переходе на схему 3,3 В работоспособность 4000-й серии нужно проверять по конкретной версии, а не по названию.
5. 05 Корпус: DIP-16, SO-16, TSSOP-16, керамика — посадочное место разное, и для ремонта это часто важнее логики.

Отечественные аналоги: как искать

К176 — советская КМОП-серия, соответствующая 4000-й серии по питанию (3–15 В), К561 — её более позднее развитие. Соответствие по названию серии не означает совпадение выводов: в этой группе расстановка выводов у советских приборов расходится с CD40xx регулярно, и замена «по названию» заканчивается перепайкой платы. Проверенные совпадения по цоколёвке — у К561ЛА7 (CD4011), К561ЛЕ5 (CD4001), К561ТМ2 (CD4013), К561ИЕ8 (CD4017) и К561ИЕ10 (CD4520); у К561ИЕ11, например, совпадают только питание, земля и сброс, а входы данных и выход переноса стоят в других местах — это не замена, а переразводка платы.

Счётчики с индексом ИЕ — как раз тот класс приборов, к которому относится искомый аналог CD4020. Искать его надо по признакам, которые видны в документации: число разрядов, наличие вывода такта генератора (у CD4060 он есть, у CD4020 — нет), активный уровень сброса, диапазон питания и число выводов. Счётчик на двенадцать разрядов и счётчик с выводом OSC — это разные детали, и путать их в спецификации нельзя.

Рабочий порядок такой: присылаете полное обозначение с индексами корпуса и температурного исполнения — отвечаем, что подобрано, по каким параметрам совпало и какие отличия остались. Разница между «функционально близко» и «меняется без перепайки» — это ровно то, что стоит назвать до монтажа, а не после.

Частые вопросы

• Сколько у CD4020 выходов — двенадцать: Q1 и Q4…Q14. Разряды Q2 и Q3 в корпусе DIP-16 не выведены.
• Можно ли поставить CD4040 вместо CD4020 — напрямую нет: у CD4040 двенадцать разрядов и другая раскладка выводов, потребуется переходная плата.
• Чем CD4060 отличается от CD4020 — отдельным выводом OSC для подключения внешнего генератора и выходами деления на 10 и 16; для часовых и таймерных схем это существенная разница.
• По какому фронту считает CD4020 — по спаду тактового импульса.
• Как сбрасывается — высокий уровень на выводе 11 обнуляет все разряды асинхронно, независимо от такта.