Импульсная система элементов

В импульсной системе элементов используются только импульсные информа­ционные сигналы. В этой системе обычно применяются логические элементы ИЛИ, И, НЕ и импульсные (динамические) триггеры. Информационные сигналы с выходов одних импульсных элементов поступают на входы других через конденсаторы, об­мотки трансформаторов, которые исключают взаимосвязь элементов по постоянно­му току.

Импульсные элементы характеризуются относительно простой схемою и малой потребляемой мощностью. Недостатком импульсных элементов являются трудности реализации конденсаторов большой емкости и трансформаторов методами инте­гральной технологии.

Схема импульсного диодного элемента ИЛИ показана на рис. 2.30, а. Она отли­вается от аналогического потенциального элемента наличием на входе раздели­тельной RС-цепи, причем постоянная времени τ = RС >> t_i , где t_i — длительность входных информационных импульсов. Сигнал на выходе элемента ИЛИ возникает в случае наличия импульса хотя бы на одном входе (рис. 2.30, б).

Схема импульсного диодного элемента И показана на рис. 2.31, а, она отли­чается от аналогичного потенциального элемента наличием на входе разделитель­ной RС-цепи, причем постоянная времени τ = RС >> t_i , и должно выполняться ус­ловие R1 >> R. Сигнал на выходе элемента И возникает при совпадении импульсов на всех входах (рис. 2.31, б).

Схема импульсного элемента НЕТ, которая реализует логическую функцию Y = Х₁Х₂, показана на рис. 2.32, а. Если Х₂ = 0, то на выходе элемента повторяется значение переменной Х₁. При наличии импульса на входе Х₂ на вторичной обмотке W₂ трансформатора Тр наводится напряжение, которое компенсирует запирающее смещение плюс U_см. По этой причине диод VD2 открывается и выход элемента практически подключается к потенциалу земли, то есть обеспечивается значение лог. 0 (рис. 2.32, б).

В импульсных схемах часто используются искусственные линии задержки, со­стоящие из LС-звеньев Т-образного типа. Длительность задержки определяется из соотношения , где n — количество звеньев, L — индуктивность, мкГн; С — емкость, Пф (рис. 2.33, а).

Для исключения помех на входе и выходе линии задержки включают резисторы с волновым сопротивлением .

Потенциально-импульсная система элементов

В потенциально-импульсной системе элементов используют потенциальные и импульсные информационные сигналы. В этой системе применяют как чисто им­пульсные и потенциальные элементы, так и специальные потенциально­импульсные схемы на основе диодов, транзисторов и трансформаторов. Потенци­ально-импульсные элементы широко применялись в компьютерах первого и второго поколений; сейчас их используют в специализированных цифровых устройствах. Потенциально-импульсные элементы по энергопотреблению занимают промежуточ­ное положение в сравнении с импульсными и потенциальными схемами. Схема по­тенциально-импульсного диодно-трансформаторного логического элемента И ИЛИ, который реализует функцию — импульсные сигналы; II₁ II₂ — потенциальные сигналы, показана на рис. 2.34,а. Наличие импульса положи­тельной полярности заданной амплитуды отображает лог. 1, а его отсутствие — лог. 0. Низкий уровень потенциального сигнала кодирует лог. 1, высокий уровень — лог. 0.

В диодно-трансформаторной схеме И ИЛИ диоды VD1 и VD2 выполняют роль ключей: они открываются в том случае, если на аноде действует отпирающий поло­жительный импульс, а на катоде — потенциал земли. При этом к первичной обмотке W₁₁ или W₁₂ прикладывается импульс напряжения, который трансформируется на выходной обмотке W₂ трансформатора Тр (рис. 2.34, б). Резистор R_ш и диод Д_ш об­разуют шунтирующую (демпфирующую) цепь, которая уменьшает выходные яосле- импульсные колебания. При наличии на потенциальных входах П₁ и П₂ высокого уровня напряжения, диоды VD1 и VD2 закрываются, и первичные обмотки отключа­ются от импульсов напряжения: на выходе импульсный сигнал отсутствует.

Схема потенциально-импульсного элемента И ИЛИ с усилителем- формирователем на выходе показана на рис. 2.35. Усилитель-формирователь по­строен на транзисторе VT1 с импульсным трансформатором Тр2 в электрической цепи коллектора.

Основное назначение усилителя-формирователя состоит в том, чтобы обеспе­чить выходной сигнал необходимой формы (обычно прямоугольный), амплитуды и длительности. В исходном состоянии транзистор п-р-п типа VT1 закрыт отрицатель­ным напряжением смещения EСМ = -1 В, которое подается через обмотку W2 трансформатора Тр1 на базу, ток в электрической цепи коллектора не протекает, и выходной импульс отсутствует.

При совпадении импульсного и потенциального сигналов на входах обмоток W11 или W12 или обеих одновременно) на выходной обмотке трансформатора Тр1 индуцируется напряжение, которое компенсирует запирающее напряжение и откры­вает транзистор VT1. Потенциал между коллектором и эмиттером насыщенного транзистора близок к нулю, поэтому напряжение источника питания UCC практически полностью прикладывается к обмотке WК трансформатора Тр2. На выходной обмот­ке WH формируется импульс напряжения с постоянной амплитудой Um = (UCCWH)/WK. Длительность выходного импульса определяется временем заряда эмиттерным током конденсатора Сэ до уровня напряжения, которое закрывает тран­зистор VT1. Цепь из резистора Rш и диода Дш уменьшает послеимпульсные выбросы во вторичных обмотках трансформаторов.

Для повышения надежности и помехоустойчивости цифровых систем исполь­зуют мажоритарные логические элементы. Мажоритарные элементы, инвертор, кон­станты “0” и “1” создают функционально полную систему логических элементов.

Мажоритарный логический элемент имеет непарное количество входов п = 3, 5, 7, ... и один выход, состояние которого определяется по большинству входов. В ми­нимизированной дизъюнктивной нормальной форме мажоритарной функции в каж­дом произведении имеется т = (и+1)/2 переменных без инверсии. Например, мажо­ритарная функция для п = 3 имеет вид:

В 1960 г. была введена операция мажоритарности с символическим изображе­нием #. В этом случае мажоритарная функция на п входов имеет вид:

М(Х1 ,Х2,.... Хn) = Х1#X2#X3#...#Xn

Наибольшее практическое применение нашли мажоритарные элементы с ко­личеством входов n = 3 (рис. 2.36) реже — с n = 5.

Микросхема КР1533ЛГ13 (рис. 2.36, в) представляет собой три мажоритарных элемента с общим входом стробирования Е. При Е = 0 логическое состояние каждо­го выхода определяется совпадением единиц на любых двух входах из трех. Если Е = 1, то выходы элементов повторяют состояние третьего входа.