Логическая Микросхема CD4012: Два 4-Входовых NAND (CMOS), Распиновка и Применение

CD4012 — классическая CMOS-микросхема серии 4000: два независимых 4-входовых элемента 2И-НЕ (NAND). Простая, дешевая, работает от 3–15 В (до 20 В для высоковольтных версий), низкое потребление. Используется в цифровой логике, генераторах, буферах, инверторах. И исторически — в беспроводных телефонах Motorola серии CD4012 (базис для DECT-телефонов). Разберем пины, параметры и применение.

Распиновка CD4012 (DIP-14 / SOIC-14)

Два 4-входовых NAND (U1, U2). Выводы:

Примечание: стандартная распиновка CD4012 (Two 4-Input NAND) — пины 1–5: входы/выход 1-го, 6: выход 2-го, 7: GND, 8–11: входы 2-го (в обратном порядке), 14: VDD. Пины 12,13 часто NC. Всегда сверяйтесь с даташитом вашего производителя (TI, ON Semi, STM, NXP).

Таблица истинности (NAND)

Выход LOW (0) только когда ВСЕ 4 входа HIGH (1). Во всех остальных случаях — HIGH (1).

Технические характеристики

• Технология: CMOS (Complementary MOS).
• Питание V_DD: 3–15 В (рекомендуемое), макс. 18–20 В.
• Рассеиваемая мощность: ~500 мВт (корпус).
• Выходной ток: ~0,5–1 мА (при 5 В), до 6,8 мА (при 15 В) — слабый драйвер, нужен буфер для нагрузок.
• Входное напряжение LOW: макс. 0,3×V_DD (при 5 В → 1,5 В).
• Входное напряжение HIGH: мин. 0,7×V_DD (при 5 В → 3,5 В).
• Задержка распространения (t_pd): ~50 нс при 5 В, ~30 нс при 10 В, ~25 нс при 15 В.
• Входная емкость: ~5 пФ.
• Корпуса: PDIP-14, SOIC-14, TSSOP-14, CDIP-14.

Применение CD4012

Цифровая логика (базовые элементы)

• Из NAND собирают ANY логику: NOT (входы вместе), AND (NAND + NOT), OR (де Морган), NOR, XOR, триггеры (RS, JK, D).
• Буферы, инверторы, задержки, генераторы импульсов.

Генераторы и осцилляторы

RC-генератор на 1-2 элементах CD4012 (Schmitt-триггер не нужен, обычный NAND с гистерезисом за счет обратной связи дает генерацию). Частота f ≈ 1 / (2,2 × R × C). Стабильно, просто.

Мультиплексоры / Демультиплексоры / Декодеры

Комбинация NAND собирает адресные декодеры, селекторы данных.

Сетевые/телефонные устройства (исторически)

Серия телефонов Motorola CD40xx (включая CD4012 базовую станцию/трубку) использовала эту линейку для цифровой обработки сигналов, управления дисплеем, клавиатурой, автоответчиком (10 мин записи), черным списком (10 номеров), полифонией, подсветкой. Пример применения CMOS-логики в потребительском устройстве 90-х/00-х.

Как использовать (подключение)

1. Питание: VDD (пин 14) → +5…+12 В, VSS (пин 7) → GND. Конденсатор развязки 0,1 мкФ рядом с корпусом.
2. Неиспользуемые входы обязательно завязать на VDD или GND (не оставлять висеть — ловит помехи, увеличивает ток).
3. Выходы не тянут нагрузки — только логические входы других CMOS/TTL (с учетом уровней). Для драйвера — добавьте транзистор/МОП.
4. Логика: выход = НЕ (Вход1 И Вход2 И Вход3 И Вход4).

Аналоги / Замены

• 74HC20 — два 4-вх. NAND, High-Speed CMOS, 2–6 В, быстрее, более сильные выходы.
• 74HCT04 — 6 инверторов (не NAND), но TTL-совместимые входы.
• 74LS00 / 74LS02 / 74LS08 / 74LS04 / 74LS140 — TTL/TTL-LS серии, другие функции, 5 В, выше потребление.
• FZH111 — специализированная замена в некоторых телефонах.

Заключение

CD4012 — «кирпич» CMOS-логики. Дешевый, низковольтный, гибкий по питанию. Идеален для обучения, простых генераторов, клеевой логики в схемах 5–12 В. Для высокоскоростных задач — 74HC/74HCT. Для управления нагрузками — добавьте буфер. Вопросы по схемам на CD4012 — пишите.