Bagaimana aplikasi CD4013 ini bekerja?

Saya mencoba memecahkan masalah dalam synthesizer yang saya miliki, synthesizer awal 80-an dari Roland bernama RS-09. Saya baru mulai mempelajari logika dan bingung dengan apa yang terjadi. Dalam synthesizer ini, 4013 digunakan sebagai pembagi frekuensi untuk membagi atau tidak membagi sinyal pemicu dari osilator utama berdasarkan pada apakah pengguna telah memilih fitur yang disebut "Oktaf bawah" melalui sakelar. Output Q dari 4013 kemudian beralih ke "generator oktaf atas" yang menggunakannya untuk menghasilkan 12 not dari skala kromatik dari mana semua not lainnya dibuat. Saat ini hanya berfungsi dalam mode "Oktaf"; tanpa "Octave down" dipilih, semua tombol hanya menghasilkan noise. Berikut ini adalah bagian dari skema ini. Garis vertikal berlabel "10" terhubung ke sakelar,

The 4013 diatur sehingga tegangan "tinggi" adalah 0V dan tegangan "rendah" adalah -10V (panah bawah adalah -10V pasokan). Ketika "Oktaf turun" dipilih dan 4013 seharusnya membelah, saklar berlaku -10V yang mengirimkan sedikit kurang dari itu -10V ke SET (pin 8) melalui resistor 15kohm; ketika "Oktaf ke bawah" tidak dipilih, 0V terhubung ke jalur itu. Dalam mode oktaf bawah, -10V itu juga dapat melewati dioda D206 ke RESET (pin 10) (kurang 0,6-0,7V dari penurunan dioda) dan dengan reset dan diatur diadakan di keadaan rendah, flip flop berada di mode clock, merespons sinyal pemicu dari osilator master. Ini tampaknya berfungsi dengan baik. Dengan Q / terhubung ke D apa adanya, flip flop juga "biner membagi" dan Q menghasilkan gelombang persegi pada 1/2 frekuensi pemicu.

Masalah saya adalah saya tidak mengerti apa yang seharusnya terjadi ketika "Oktaf" tidak dipilih. Saya tidak melihat bagaimana itu bisa berhasil, dan tidak. Inilah pengertian saya, tapi pasti ada yang salah:

The ~ 0V pada SET membuatnya dalam keadaan tinggi tetapi tidak dapat melewati D206 ke RESET, membiarkan reset terbuka untuk menerima "instruksi" dari osilator (mode langsung). Pemicu osilator mulai berosilasi antara +5 dan -10V tetapi dioda menjepitnya pada 0V untuk memotong bagian positif dan kemudian dikirim ke RESET [edit: ini tidak persis apa yang sebenarnya terjadi - lihat gambar osiloskop di bawah]. Tetapi dengan Set yang dipegang teguh, satu-satunya hasil yang mungkin untuk Q adalah keadaan tinggi ketika osilator berada pada titik rendahnya mengirim ~ -10V ke Reset, ketika Q tinggi dan Q / adalah 0, dan "keadaan tidak diizinkan" dari keduanya Atur dan Setel ulang menjadi tinggi, mengarah ke Q dan Q / sedang tinggi, ketika osilator berada pada titik tinggi. Oleh karena itu, Q hanya mengirimkan "tegangan tinggi" yang konstan (0V dalam kasus ini) dengan sedikit noise. Itulah yang saya harapkan dan apa yang saya lihat lakukan. Pengukuran meter dan osiloskop saya mengkonfirmasi bahwa inilah yang terjadi.

Bagaimana cara kerjanya? Jelas ada sesuatu yang salah baik dalam interpretasi saya tentang bagaimana seharusnya bekerja dan dalam cara sirkuit sebenarnya bekerja, tetapi saya sudah berkali-kali melihatnya dan masih tidak bisa mengetahuinya.

Bantuan Anda sangat kami hargai!

Sunting: Saya menambahkan bidikan osiloskop ini yang menunjukkan berbagai input dan output dalam pengaturan yang tidak berfungsi (oktaf lebih tinggi). Saya meninggalkan posisi vertikal di mana pusat adalah 0V untuk menunjukkan posisi relatif mereka. Saya menggunakan 0.5V / div. Saya terkejut melihat seberapa negatif bentuk gelombang pada Reset dan seberapa kecil amplitudo. Ini sedikit berbeda dari apa yang saya pikir saya amati sebelumnya dan lebih tampaknya "salah".

Output dari master osilator (di mana ia tiba di CLOCK) juga bukan pemicu bentuk gelombang yang bagus, dan pemahaman saya adalah bahwa 4013 membutuhkan pemicu yang baik, tetapi tampaknya bekerja dalam mode clock jadi mungkin itu bukan masalah.

Saya tahu utas ini sudah tidak aktif, tetapi saya pikir akan lebih baik untuk memposting bagaimanapun jika itu berguna bagi seseorang yang bekerja pada synth Roland tua dengan masalah berbasis 4013.

Secara khusus, saya telah mengerjakan jam arpeggiator internal pada papan pemberi kunci Roland Jupiter-4 (Jupiter-4 dirilis pada tahun yang sama dengan RS-09). Sirkuit yang dimaksud adalah di bawah ini:

Pada awalnya, akan terlihat bahwa, dengan garis Set (pin 6) dari flip-flop pertama diikat tinggi, tidak akan ada cara bahwa 1Q (pin 1) akan menjadi apa pun selain tinggi, sehingga sinyal pada CP5 akan tetap tinggi, jelas bukan gelombang pulsa yang ditunjukkan pada diagram. Dan memang inilah yang terjadi jika seseorang menggunakan CD4013 modern dengan perilaku Set / Reset konvensional (yaitu, ketika kedua Set dan Reset tinggi, Q dan Q / tinggi). Namun, tampaknya tidak semua 4013 berperilaku seperti ini.

Intinya, kemudian dalam manual layanan Jupiter-4, Roland menentukan bahwa TC4013 Toshiba akan digunakan (khususnya, TC4013BP, sesuai dengan bill of material):

Bahkan kemudian dalam manual layanan, Roland menyediakan tabel pin-out dan kebenaran untuk TC4013, dan, lihatlah, TC4013 menggunakan fungsi Set / Reset yang berbeda dari CD4013 konvensional. Secara khusus, TC4013 berperilaku seperti itu, ketika Set dan Reset keduanya tinggi, Q rendah dan Q / tinggi; yaitu, Reset diutamakan daripada Set, karena tabel ini dari manual layanan menunjukkan:

Perilaku Set / Reset ganjil inilah yang sangat penting untuk menghasilkan gelombang pulsa pada CP5 di sirkuit Jupiter-4 di atas. Saya percaya bahwa masalah berbasis 4013 di synths Roland era ini - seperti RS-09 di utas ini serta masalah "kompatibilitas" yang diidentifikasi di tempat lain untuk SH-101 - mungkin berasal dari perbedaan ini dari Set CD4013 konvensional. tingkah laku. Roland rupanya membuat keputusan desain yang meragukan untuk bergantung pada apa yang mungkin dipikirkan oleh produsen chip sebagai konfigurasi "Tidak Diijinkan" Pengaturan / Reset ...

Bagaimanapun, Toshiba masih membuat TC4013BP dalam paket DIP 14-pin , tetapi muncul dari lembar data saat ini bahwa Toshiba telah mengadopsi perilaku Set / Reset CD4013 konvensional, tanpamengubah akhiran bagian. Saya tidak dapat menemukan dokumentasi apa pun ketika perubahan ini terjadi, tetapi, jika dilihat dari lembar data yang pernah saya lihat di web, tampaknya perubahan perilaku ini dilakukan beberapa saat sebelum akhir 1990-an. Ini berarti, sementara TC4013 yang lebih lama mungkin tersedia di, katakanlah, eBay, saya tidak tahu bagaimana Anda akan tahu jika mereka sudah cukup tua untuk mendahului perubahan fungsi ini. Anda mungkin perlu menguji chip pada papan tempat memotong roti - mengikat garis Set dan Reset tinggi dan melihat bagaimana output Q bereaksi - untuk dapat menentukan apakah TC4013BP lama dapat digunakan dalam synth Roland. Dan, sejauh yang saya tahu, tidak ada chip 4013 modern menunjukkan perilaku Set / Reset aneh yang diperlukan oleh Roland synths era ini.

Bagaimanapun, saya harap ini membantu lebih memahami apa yang terjadi dengan RS-09 Anda ...!

Berikut ini simulasi cara kerjanya. Penjelasan di bawah ini.

Perhatikan bahwa IC204, pembagi jam utama TC4013BP, diketahui gagal pada Roland RS-09. Ini rekaman yang gagal.

Jika resoldering IC204 dengan fluks (untuk memastikan bukan hanya sambungan solder dingin) tidak memperbaiki masalah, Anda bisa mendapatkan IC pengganti di sini.

Pin RESET dari IC204 ditarik melalui resistor R215 dan didorong dari garis clock melalui diode D205.

Ketika jam hampir habis, diode D205 melakukan dan menarik RESET rendah. Ketika jam menjadi tinggi, dioda berhenti melakukan dan R215 perlahan mengisi kapasitansi pin RESET. Setelah beberapa saat, tegangan pada RESET mencapai logika ambang batas tinggi dan output Q diatur ulang. Ouput tetap rendah sampai jam naik berikutnya. Efek bersihnya adalah output berganti pada frekuensi yang sama dengan jam.

Ketika sakelar Oktaf-Bawah ditutup, RESET ditekan rendah melalui dioda D206. Dengan RESET rendah, output berganti setengah frekuensi clock karena output terkait dengan input-D.$\overline Q$

OK, saya tidak yakin apakah ini dianggap sebagai "jawaban" karena saya merasa saya tidak mengerti mengapa ini terjadi, tapi setidaknya saya menyelesaikan masalah synthesizer saya.

Saya akhirnya mendapatkan RS-09 yang dimaksud untuk bekerja dengan mengganti 4013 dengan yang saya tarik dari RS-09 lainnya (saya akan menyebutnya RS-09-2 untuk penjelasan ini). Ketika saya meletakkan 4013 baru di RS-09-2, itu JUGA tidak berfungsi. Dengan mengganti mereka kembali (dan kembali lagi) dan menempatkan 4013 baru di masing-masing untuk berjaga-jaga kalau yang pertama saya uji dengan buruk, saya mengkonfirmasi bahwa kedua RS-09 hanya akan bekerja dengan CD4013 yang sangat tua di dalamnya. Saya akan berasumsi semua RS-09 adalah seperti ini. Saya telah melihat ini terjadi satu kali, di mana sirkuit yang dirancang pada 1980-an tidak akan bekerja dengan IC CMOS baru. Dalam kedua kasus itu tidak ada sesuatu tentang sirkuit yang menawarkan penjelasan mengapa. Melihat skema pada 2017 atau 1982, seseorang akan memiliki reaksi yang sama: Ya, itu akan berhasil. Tetapi jika Anda memasukkan IC CMOS yang dibuat pada tahun 1982 itu berfungsi,

Saya tidak begitu senang dengan hasilnya karena pertanyaan "Kenapa ?!" masih ada, tapi itu dia.

Saya ingin mengucapkan terima kasih kepada semua orang yang mencoba membantu saya mencari tahu!