Логічні пристрої на МНЕ

Перед тим, як розглянути принципи побудови схем, що виконують логічні операції, розглянемо способи розгалуження інформації в схемах на магнітних елементах.

Схеми розгалуження використовуються для передачі інформації з виходу одного магнітного елемента одночасно на ряд інших елементів.

Розгалуження інформації можна здійснювати як паралельним, так і послідовним ввімкненням входів тих пристроїв, на які надходить інформація що розгалужується. На рис.1.2.1,а показано паралельне розгалуження вихідного сигналу МДЕ на два канали, на рис.1.2.1,б те ж для МТЕ. Слід відразу ж відмітити, що паралельне розгалуження є небажаним, особливо для ферит-діодних схем, так як із-за розбросу параметрів осердь і діодів один з приймаючих осердь може перемагнітитись раніше за інших, опір вхідної обмотки цього осердя різко зменшиться і в результаті інші приймаючі осердя будуть перемагнічені неповністю. В магніто-транзисторних елементах паралельне розгалуження призводить до ускладнення схем, а саме: необхідно намотувати додаткові обмотки, що ускладнюється введенням зворотного зв’язку.

Цих недоліків позбавлені схеми з послідовним розгалуженням, які приведені на рис.1.2.1,в для МДЕ і на рис.1.2.1,г для МТЕ.

Як при паралельному, так і при послідовному з’єднанні розгалужений елемент повинен мати достатню вихідну потужність, яка необхідна для приведення в дію декількох інших елементів. Звичайно з одного елемента інформацію розгалужують на два-три інші подібні елементи. При розгалуженнях на більшу кількість каналів необхідно значно підвищувати потужність розгалужувального елемента. Так, для магніто-діодних елементів це досягається за рахунок збільшення кількості витків вхідної і вихідної обмоток і числа витків тактової обмотки, а для магніто-транзисторних елементів — за рахунок збільшення колекторного струму чи напруги.

image002

Рис. 1.2.1. Схеми розгалуження інформації в магнітних елементах

а — паралельне розгалуження для МДЕ; б — те ж саме для МТЕ;

в — послідовне розгалуження для МДЕ; г — те ж саме для МТЕ

В табл. 1.2.1 приведені дані для МДЕ, ввімкнених за схемою, зображеною на рис.1.2.1,в, розрахованих на частоту повторення тактових імпульсів біля 200кГц і які допускають розгалуження на x приймальних осердь. Матеріал осердь — ферит марки 0,16ВТ, розмірами 3х2х1,3 мм.

Для МТЕ, виконаних на тих же осердях, можуть бути рекомендовані дані:

1. Для елементів без зворотного зв’язку (див. рис. 1.1.5, а) вихідна обмотка — 5 витків, тактова — 8 витків і базова — 12 витків, Rк = 120 Ом і U = 15В, транзистори типу МП41.

2. Для схеми зі зворотним зв’язком (рис. 1.2.1, а) обмотки вхідна, тактова і зворотного зв’язку по 8 витків, а базова 15 витків, Rк = 82 Ом і U = 15 В, транзистори типу МП41.

Обидва МТЕ розраховані на частоту повторення тактових імпульсів порядку 100 кГц і допускають розгалуження інформації на 3–4 аналогічних інших елементи.

Наведені дані отримані з розрахунків, які поки що базуються на цілому ряді припущень. Отже вони є лише першим наближенням для виготовлення дослідних зразків, за допомогою яких виконується остаточне уточнення наведених даних.

Давачі «1». В багатьох пристроях на магнітних елементах потрібно отримувати неперервну послідовність імпульсів, зазвичай, з частотою тактових імпульсів (ТІ), за формою таких же як ті, що надходять з виходу елемента, що переключає. Для цієї мети найчастіше використовують звичайне осердя з постійним підмагнічуванням (рис.1.2.2,а). Цим підмагнічуванням осердя переводиться в стан «1», і тому при надходженні ТІ у вихідній обмотці індукується напруга.

image004Рис.1.2.2. Давачі «1»

а — схема з підмагнічуванням; б — схема,що живиться від двох джерел ТІ;

в — схема з оксиферитовим осердям; г - умовне позначення

Дана схема є неекономічною, оскільки для підмагнічування неперервно витрачається енергія від джерела живлення. Крім цього, ТІ не тільки перемагнічує осердя в стан «0», але при цьому також повинен подолати ампер-витки підмагнічування. Від цих недоліків вільна схема, яка живиться від двох ТІ (рис. 1.2.2,б). Для однотактних схем в якості давача «1» використовують оксиферитове осердя (рис.1.2.2,в), яке має непрямокутну петлю гістерезису. Умовне позначення давача «1» показано на рис.1.2.2,г.

Схеми «ЗАБОРОНА». Вони можуть бути побудовані на різних принципах, наприклад, на принципі компенсації магнітних потоків, компенсації вихідної напруги за допомогою додаткового осердя з обмотками, на принципі закривання транзистора в МТЕ та на інших.

Розглянемо роботу схеми, засновану на першому принципі (рис.1.2.3,а). Припустимо, що осердя вхідним сигналом І1 переведено в стан «1», тоді при надходженні тактового імпульсу І3 осердя перемагнітиться в стан «0» і на вихідній обмотці з’явиться сигнал І2 . Якщо необхідно не допустити проходження вхідного сигналу на вихід схеми, то одночасно з вхідним сигналом на спеціальний вхід подається сигнал заборони image006. Магнітний потік від сигналу заборони має напрямок, протилежний напрямку магнітного потоку, який створюється вхідним сигналом. В результаті осердя під дією вхідного сигналу не перемагнітиться, і, відповідно, керувальний сигнал на виході відсутній.

Слід мати на увазі, що в цій схемі через коло заборони може проходити зворотний струм потоку інформації на попередні пристрої управління. Умовне позначення схеми «ЗАБОРОНА», яка основана на компенсації магнітного потоку, показане на рис.1.2.3,б.

Схема «ЗАБОРОНА», основана на компенсації вихідної напруги, приведена на рис.1.2.3,в. В ній при подачі вхідного сигналу перемагнічується тільки основне осердя А. При одночасному надходженні вхідного і забороняючого сигналів перемагнічується основне і додаткове осердя. ЕРС, які виникають при цьому у вихідних обмотках, компенсують одна одну.

Недоліком цієї схеми є можливість виникнення напруги завади під час перемагнічування забороняючого осердя при відсутності вхідного сигналу. Для того, щоб ліквідувати цей недолік, необхідно послідовно з вхідною обмоткою заборонюючого осердя ввімкнути таку ж обмотку на основному осерді, як показано на рис. 1.2.3, в. Тоді осердя також буде перемагнічуватися в стан «1», і в результаті цього буде виконуватись компенсація як при запису, так і при зчитуванні «1».

Перевагою схеми «ЗАБОРОНА», основаної на компенсації напруги, є те, що в ній забороняюче осердя є також осердям компенсації завад.

image008

Рис 1.2.3. Схема «ЗАБОРОНА» на магнітних елементах

а- схема, що основана на компенсації магнітного потоку; б — її умовне позначення;

в — схема, яка основана на компенсації вихідної напруги; г — її умовне позначення;

д — схема, що основана на закриванні транзистора

Умовне позначення схеми «ЗАБОРОНА», основаної на компенсації вихідної напруги, наведено на рис.1.2.3,г.

Схему «ЗАБОРОНА» можна виконати будь-яким з розглянутих способів. Однак найбільш зручно і досить надійно заборона здійснюється за методом закривання транзистора основного елемента А
(рис.1.2.3,д) струмом допоміжного елемента Б. Цей спосіб вимагає двох джерел колекторного живлення.

image010

Рис1.2.4 Схеми збігання «І»

а — на магніто-діодних елементах; б - на магніто-транзисторних елементах

У початковому стані на Т1 подано невелике, 0,1 — 0,2 В позитивне живлення, яке знімається з розподільника, що складається з резисторів Rб1 і Rзм . На елемент Б зміщення не подається, тому тривалість імпульсу, який генерується цим елементом, є більшою, ніж в елементі А, що досить бажане для роботи схеми «ЗАБОРОНА». Якщо одночасно зі струмом І1 надходить струм І 1 ,то при зчитуванні струмом І3 транзистор Т1 закривається і тим самим здійснюється заборона сигналу І1.

У випадку, якщо маємо лише одне джерело живлення, замість Rб1 встановлюється резистор Rе послідовно з емітером Т1, який в свою чергу є колекторним опором для елемента Б. Падінням напруги на Rе і здійснюється закривання транзистора Т1.

Схеми «НІ». Схеми інверторів отримують шляхом добавки до основного входу схеми «ЗАБОРОНА» (рис. 1.2.3) давача «1». Тоді при наявності сигналу на забороняючому вході сигнал на виході буде відсутнім (і навпаки), тому, так же як і в схемі «НІ», буде відбуватися перевертання фази сигналу, який надходить на забороняючий вхід, котрий в цьому випадку стає входом керування.

Схема збігання, що реалізує логічну операцію «І» і виконана на МТЕ, приведена на рис.1.2.4,а. При надходженні сигналу тільки на вхід 1 записуються «1» в обидва осердя, відповідно осердя Б здійснить «ЗАБОРОНУ», основану на компенсції магнітних потоків, і тоді сигнал, зчитаний з осердя А пройде на вихід.

Схеми «І» на МТЕ здійснюється шляхом послідовного з’єднаня елементів (рис. 1.2.4,б).

image012

Рис 1.2.5 . Збиральні схеми «АБО»

а - з розподіленими вихідними обмотками;

б — з розподіленням входів за допомогою діодів

Збиральна схема. Схема, яка реалізує логічну операцію «АБО», утворюється додаванням кількох вхідних обмоток до осердя (рис 1.2.5,а) чи шляхом паралельного приєднання входів до однієї обмотки через діоди (рис. 1.2.5,б), яке виключає взаємний вплив між входами.

Схема працює таким чином. Припустимо, що на один з входів чи на декілька входів одночасно надійшла інформація. Тоді в осерді записується «1» (вихідним станом є «0»). При надходженні тактового імпульсу Іт.і. осердя повертається у вихідний стан. При цьому на виході схеми з’явиться сигнал позитивної полярності.

Схема незбігання, що реалізує логічну операцію «АБО-НІ» для двох незбігань, основана на компенсації магнітних потоків, приведена на рис.1.2.6,а. Припустимо, що інформація надійшла на вхід 1. Тоді в осерді А запишеться «1», в осерді Б «0». При надходженні тактового імпульсу осердя А прийде у вихідний стан і видасть сигнал керування. Якщо ж сигнали надійдуть на обидва входи, тоді на кожен вхід осердь А і Б надійдуть як основний, так і заборонюючий сигнали. Стан осердь не зміниться. Сигнал на виході буде відсутнім. Таким чином виконується логічна операція «НІ».

image014

Рис 1.2.6. Схеми «АБО — НІ», що основані на компенсації

магнітних потоків (а) і компенсації вихідної напруги (б)

Інший варіант схеми «АБО-НІ», заснований на компенсації вихідної напруги, наведений на рис.1.2.6,б. При надходженні інформації на вхід 1 зчитана інформація проходить через діод Д2 , а при надходженні інформації на вхід 2 — через діод Д1. При надходженні інформації одночасно на обидва входи перемагнічуються обидва осердя.

Напруги, які індукуються у вихідних обмотках при надходженні тактового імпульсу, взаємно компенсуються, і сигнал на виході відсутній.

Схема отримання зворотного коду. Припустимо, що з виходу регістра зсуву знімається послідовність імпульсів, яка відповідає двійковому числу 1001 («1» — наявність вихідного сигналу, «0» — відсутність сигналу). Від цього коду, який називається прямим, повинен переключатися, наприклад, тригер Тг. Від «1» тригер спрацьовує, а від «0» не спрацьовує. Тому, щоб перемикання тригера відчувалося як від «1» (в один стійкий стан), так і від «0» (в інший стійкий стан), необхідно на один з його виходів подати прямий код, а на другий — зворотний. Для наведеного числа зворотним кодом є число 0110.

Схема отримання зворотного коду зображена на рис. 1.2.7. Власне, вказана схема складається з осердь Б,В і Г. Осердя А є вихідним осердям будь-якого пристрою. При відсутності вхідного сигналу також відсутні сигнали і на виходах осердь А і Б. В той же час з давача «1» (осердя Б) безперервно надходять сигнали, які переводять осердя Г в стан «1». При надходженні ТІ2 з виходу останнього надходить сигнал (зворотний код), який діє на праву сторону тригера Тг.

image016

Рис 1.2.7. Схема отримання зворотного коду

При надходженні вхідного сигналу відбувається перемагнічування осердя А. Напруга, яка виникає на його вході від тактового імпульсу, посилає в осердя Г сигнал заборони і в той же час записує «1» в осердя В. В результаті перемикання осердя Г від давача «1» не відбувається. Імпульс напруги, який з’являється на виході осердя В (прямий код), надходить на ліву сторону тригера.

Таким чином, за допомогою давача «1» і схеми «ЗАБОРОНА» отримано зворотний код двійкового числа, який в свою чергу дозволив спільно з тригером Тг перетворити імпульсні сигнали «0» і «1» в посилання тривалістю t = 1/fт.і.2, де fт.і.2 — частота повторення імпульсів ТІ2 .

Однорозрядний суматор, призначений для підсумовування чисел, може бути виконаний за схемою, зображеною на рис.1.2.8,а. Він складається з схеми «АБО-НІ», утвореної осердями А, Б і В і схеми «І», утвореної осердями Г і Д. Сумування чисел здійснюється за два періода тактових імпульсів.

Схема має два входи 1 і 2, по яким надходять числа (сигнали), з яких належить взяти суму, і два виходи, на одному з яких отримується «сума», а на іншому — «перенесення» в старший розряд. Робота схеми аналогічна роботі розглянутих схем «І» та «АБО-НІ», вихідний результат якої показано на рис. 1.2.8, б.

image018

Рис. 1.2.8. Однорозрядний суматор

а — блок-схема; б — таблиця, яка роз’яснює роботу схеми

Васюра А.С. – книга “Електромагнітні елементи цифрової техніки”

Оставьте комментарий к статье