Вниманию собирающих реплику ЯЗС

Тут выяснилось, что не все микросхемы одинаково полезны :) Даже когда они исправны и одинаково промаркированы.

Это обнаружилось при ремонте ЯЗС. Плата попала ко мне с одним нерабочим ключом К561КТ3 в 4-м тональном канале (D4). На штатной демке это не очень заметно (можно сравнить с отметки 3:03 здесь https://youtu.be/-AT1Qp43tv8?t=183 и с отметки 3:42 здесь https://youtu.be/Pyzk-iZwCPE?t=222), но с некоторыми другими программами это вылезало. Ну и окончательно я в этом убедился, когда начал писать тест для ЯЗС.

Кроме того, было ощущение, что в канале барабанов (6-й канал) тоже что-то не работает. В этом канале есть генератор огибающей, генератор тона и три ключа, которые меняют высоту тона. Ещё есть ключ, который включает модуляцию генератора тона шумовым сигналом. Так вот, на слух работу этого ключа не было слышно.

В результате я излазил весь канал с осциллографом и нашел странное: на выходе К555ТМ7, которая управляет ключами К561КТ3 были импульсы, частота которых совпадала с частотой генератора тона.

Это было очень похоже на утечку из К561КТ3, поскольку на выходе К555ТМ7 уже был высокий уровень и выдать напряжение еще выше она просто не могла.

Короче, я подумал, что К561КТ3 в канале барабанов (D9) тоже неисправна, и решил их обе поменять. В запасе у меня были К561КТ3 2006 года выпуска завода "Интеграл"...

* * *

Результат, как говорится, превзошел все ожидания. В худшую сторону.

Для начала разом сдохли две К555ТМ7 - D25 и D26. Ну, бывает, микросхемы часто дохнут без видимых причин. Что случилось с D26 вообще непонятно - она даже не связана ни с D4, ни с D9. Пришлось, конечно, хорошенько поискать эти ТМ7 - не везде их купишь.

На 9 выводе D25 постоянно был "0". Было непонятно - это сдох выход у ТМ7 или успела сдохнуть новая КТ3 и её вход замыкает на землю? К561КТ3 - это CMOS, её легко убить статическим электричеством. Короче, поменял D9 еще раз. Ничего не изменилось. Поменял обе ТМ7.

И вот что получилось после замены: если включить канал барабанов с низкой громкостью (записать $10 в управляющий регистр $C09D), то барабан выдавал короткое "бум", как и было до ремонта. А вот если включить канал барабанов с высокой громкостью (записать $18 в управляющий регистр), то барабан выдавал "бу-у-у-у" и продолжал гудеть, пока не запишешь в управляющий регистр 0.

Что за ерунда? Почему барабан гудит не выключаясь?

За "слышимость" барабанов отвечает генератор огибающей. Когда он выдает напряжение, сигнал с генератора тона поступает на усилитель-микшер. Значит, сломался генератор огибающей.

Как вообще он работает? Смотрим схему.

При включении канала на выводе 16 D25 устанавливается "1", конденсатор С27 начинает заряжаться, транзистор VT11 полностью открывается и мгновенно заряжает конденсатор C29. Когда C27 полностью заряжен, ток прекращается, VT11 закрывается. Конденсатор C29 начинает разряжаться через резисторы R100, R103. Напряжение на C29 открывает транзистор VT12, который управляет диодом VD15 и транзистором VT13. VD15 регулирует уровень сигнала с генератора тона, а VT13 - уровень сигнала с генератора шума.

Тут вот что важно: из-за наличия конденсатора C27 транзистор VT11 не может быть открыт дольше, чем несколько миллисекунд.
А чтобы с барабанов постоянно шел звук, транзистор VT12 должен быть открыт. Значит, на C29 откуда-то берется напряжение. Смотрим, а там вот что:

Вместо плавного спада напряжения до нуля, там какая-то пила. И частота этой пилы совпадает с частотой генератора тона.
То есть, получается, напряжение из генератора тона как-то попадает в генератор огибающей! Но как?

Может, пробит диод VD13? Нет, там последовательно включен резистор 510 кОм, из-за которого напряжение на базе VT12 будет меньше 0.5 Вольт. Этого не хватит, чтобы открыть VT12.

Может, это просто утечка ключа D9.1? Но ведь по даташиту у К561КТ3 уровень проникновения сигнала из одного ключа в другой -50 децибел. То есть, если на одном ключе 5 вольт, то в другие каналы попадет 15 милливольт. Этим транзистор не откроешь.

Но по всем признакам выходило, что на С29 попадал сигнал с генератора тона. Для проверки я попробовал отпаять VD13 и C29 и этот сигнал просто увидел в виде 5-вольтовых импульсов на эмиттере VT11. При нуле на базе.

Чертовщина какая-то! Во всяком случае, я никогда с такими чудесатыми чудесами не сталкивался. И почему этот эффект возникает только при большой громкости, когда ключ D9.1 открыт?

* * *

Выяснение причин обеспечило мне головную боль на много вечеров :)

Для начала я вспомнил, что все микросхемы CMOS имеют защиту от статического электричества.
Как эта защита устроена? Чаще всего, это просто два диода подключенных внутри микросхемы к каждому входу, один анодом к земле, другой катодом к питанию.

Все, что ниже нуля утекает через эти диоды в землю. Все, что выше напряжения питания, утекает в источник питания.
Вроде все просто. Но, как показало курение интернета, есть одна проблема: эти защитные диоды имеют общие части с остальной схемой.

Диод - это ведь PN переход, то есть две соприкасающиеся площадки полупроводников разного типа. Так вот, у защитных диодов одной из таких площадок может служить подложка микросхемы.

В результате из этих переходов образуются паразитные структуры. Например, к двум входам микросхемы подключены площадки N типа, которые соединены с общей площадкой P типа. Получается, что между входами у нас бутерброд NPN. А какой полупроводниковый прибор имеет три перехода? Транзистор, конечно же!

При нормальной работе микросхемы эти "непрошенные" транзисторы никак себя не проявляют. Проблемы начинаются, когда работа перестает быть нормальной. Например, напряжение на входе оказывается меньше 0. И тут паразитные транзисторы могут открыться.

Самый плохой вариант такого открывания - это "защелкивание". При этом через два паразитных транзистора, которые вместе образуют тиристор, могут соединиться питание и земля.

Но даже если до защелкивания не доходит, открытие каких-то других паразитных транзисторов может сломать логику работы схемы. Почитать про это можно тут https://electronics.stackexchange.com/q … os-devices.
А вот картинка с примером:

Короче, получалось, что где-то в канале барабанов есть то ли повышенное, то ли пониженное напряжение, которое открывает паразитные транзисторы в К561КТ3.

* * *

Долго искать не пришлось.

Смотрим на выход генератора тона:

Напряжение меняется от -0.7 до 5.7 Вольт. Спрашивается, как оно умудряется быть выше напряжения питания?

Да запросто! Допустим, на выводе 3 D10.2 логическая "1", а на выводе 6 D10.3 логический "0". На левой обкладке C30 будет почти 5 Вольт, на правой - почти 0. Так как на входе D10.2 "1", то на выходе будет "0". Когда C31 разрядится, этот "0" приходит на вход D10.3. И на его выходе, а значит и на правой обкладке C30 появляется "1", то есть 5 Вольт.

Но левая-то обкладка C30 имеет потенциал на 5 вольт выше! И там в этот момент возникает напряжение... 10 Вольт!

Излишек через защитные диоды утекает в источник питания, поэтому больше 5.7 Вольт мы не видим.

Вот и причина всех неприятностей. Ситуация дополнительно ухудшается тем, что К561КТ3 питаются через фильтр R148, C61, C67. То есть, напряжение питания у ключей ниже, чем 5 Вольт и это повышает риск, что паразитные транзисторы откроются.

* * *

Короче, я поменял D9 на К561КТ3 1990 года выпуска завода "Октябрь".
Как и ожидалось, все проблемы исчезли!

Похоже, у микросхем более поздних годов выпуска что-то изменили в схеме защиты от статики. Это и дало такой интересный эффект.

Я на этом не остановился и попытался выяснить, а можно ли как-то заранее отличить хорошо работающие микросхемы от плохо работающих?

Да, можно. Тупо омметром. На картинке показано, какие примерно должны быть сопротивления при прозвонке (диапазон 20 кОм):

Что интересно, в работе тонального канала (D4) никаких проблем не возникло. То есть, если напряжения на входах К561КТ3 лежат в допустимых пределах, то нет разницы, какого года или завода микросхема.

Я не проверил, сохранилось ли попадание импульсов с КТ3 на выходы ТМ7, но скорее всего да, и ни с какими дефектами оно не было связано.

Ещё оставался вопрос про ключ D11.1, который включает модуляцию генератора тона шумовым сигналом.

Ну, тут тоже какой-то просчёт разработчиков. Генератор шума выдает псевдослучайную последовательность нулей и единиц с частотой 64 КГц. Нули и единицы распределены примерно равномерно (50% нулей и 50% единиц).

Частота генератора тона от 62.5 до 250 Гц. В результате, за один период генератора тона будут сгенерированы сотни нулей и единиц. Их среднее всегда будет примерно 0.5. То есть, эффект модуляции от генератора шума практически невозможно услышать.

Этот эффект мог бы работать, если бы генератор тона выдавал синус. Тогда возникало бы искажение формы волны. Но генератор выдает прямоугольную волну. Её форма не меняется, а частота меняется слишком слабо.