книги из ГПНТБ / Миловзоров, В. П. Электромагнитные устройства автоматики учебник

£ см, сумма базовых токов этих ячеек может создать во внутреннем Сопротивлении источника смещения и подводящих проводах значи­ тельное падение напряжения, которое, складываясь с э. д. с. источ­ ника Есм, ослабляет полезное напряжение UgC, подаваемое к тран­

зистору.

Схема рис. 10.5, в не является экономичной, так как в ней подобно схеме 10.5, а затрачивается значительная мощность от постоянно про­ текающего тока / см. Но от предыдущих схем она выгодно отличается

Рис. 10.5. Варианты схем предотвращения передачи помех введением напряжения смещения (а, б, в) и компенсирующих сердечников (г)

тем, что имеет единственный источник энергии Е к. Смещение в этой схеме создается за счет падения напряжения на сопротивлении в цепи эмиттера Ra от тока / см.

Помимо введения смещения, действие э. д. с. помех можно предот­ вратить, применяя компенсирующие сердечники, как и в магнитодиод­ ных ячейках.

На рис. 10.5, г приведена схема с двумя компенсирующими сердеч­ никами КСС и КСЗ. Базовые обмотки этих сердечников включены на­ встречу базовой обмотке рабочего сердечника PC. Индукция сердеч­ ника КСС изменяется под действием тактового тока только по ниж­ нему насыщенному участку петли гистерезиса около точки — Вг на величину осш, 2Вг и компенсирует помеху при считывании нуля. Ин­ дукция сердечника КСЗ изменяется на такую же величину под дейст­ вием входной обмотки, но по верхнему насыщенному участку петли

230

около точки + Вг, и компенсирует помеху заднего фронта при записи единицы. Обмотка сердечника RC3 создает, в отличие от рабочего сердечника, положительную напряженность и надежно удерживает его в состоянии + Вг.

Быстродействие МТЯ ограничивается временем ввода транзистора в состояние насыщения и временем вывода его из этого состояния. ПОС способствует улучшению быстродействия МТЯ, сокращая время ввода транзистора в состояние насыщения (время тпф), но время вывода транзистора из насыщенного состояния (тр + тзф на рис. 10.2, а) не изменяет. Помимо предотвращения ложных срабатываний, введение смещения благоприятно сказывается и на быстродействии МТЯ, со­ кращая тр. Это влияние объясняется следующим образом. Напряжение

Рис. 10.6. Варианты схем осуществления отрица­ тельной обратной связи (ООС) в МТЯ

смещения, приложенное минусом к эмиттерному р-п-переходу, в про­ цессе вывода транзистора из насыщения действует аналогично напря­ жению Е к, которое тоже приложено минусом к р-д-переходу коллек­ тора. В результате неосновные носители заряда рассасываются из «-об­ ласти базы не только в коллекторную, но и в эмиттерную цепь, чем и объясняется уменьшение времени тр при введении смещения.

Другим методом ускорения вывода транзистора из состояния насы­ щения является применение отрицательной обратной связи (ООС), которая осуществляется в виде падения напряжения на сопротивле­ нии R э от коллекторного тока, являющегося выходной величиной для транзистора (рис. 10.6, а). С ростом і„ падение напряжения на R 3 воз­ растает, а так как это напряжение действует в базовой цепи в запи­ рающем направлении, оно оказывается направленным навстречу э. д. с. базовой обмотки, являющейся входной величиной для транзистора, и, значит, осуществляет именно отрицательную обратную связь.

Величина этой связи зависит от величины сопротивления R e. При слишком сильной ООС э. д. с. базовой обмотки, возникающая при счи­ тывании единицы, может оказаться недостаточной для перевода транзистора в режим насыщения. При сравнительно небольшой ООС транзистор достигает режима насыщения, но время вывода его из этого состояния немного меньше, чем при отсутствии ООС. Поэтому в МТЯ, работающих на больших частотах, подбирают такую величину R э, которая обеспечивает минимальное время переключения транзис­ тора, не превышающее долей микросекунды.

231

Лучшие результаты достигаются при шунтировании R 3 конденса­ тором С (рис. 10.6, б). В этом случае в первый момент после подачи тактового импульса конденсатор шунтирует R 3 и как бы отключает ООС, а за счет ПОС транзистор быстро достигает режима насыщения. Когда же э. д. с. базовой обмотки падает до нуля, заряженная емкость, имея полярность запирающего напряжения, ускоряет вывод тран­ зистора из насыщения. На рис. 10.5, в цепочка R 3 С выполняет именно

такую роль.

Введение ПОС и ООС уменьшает зависимость формы и длительности выходного импульса от разброса параметров транзистора и влияние этих параметров на характе­ ристику передачи ячейки.

Для оценки работоспособ­ ности системы элементов наи­ больший интерес представ­ ляют характеристики переда­ чи, снятые в двух режимах: наиболее благоприятном для помехообразования и наибо­ лее тяжелом для передачи сигнала единицы [2.61. В пер­ вом случае испытываемую ячейку собирают из деталей с предельными отклонениями параметров. Например, сер­

дечник должен иметь Фг П1ах, Нст1п и amln, транзистор — твклгп1п, со­ противления— mln и Ramin. Испытание проводят при Екmln, £ CMmln, 0піах, / ттах. Во втором режиме отклонения должны быть противо­ положными.

Для определения зоны устойчивой работы элементов его помехо­ устойчивость и регенеративность проверяют в замкнутом регистре; причем помехоустойчивость — в схеме с объединением сигналов, по­ ступающих на вход каждой ячейки замкнутого регистра (рис. 10.7, а), а регенеративность — в схеме с разветвлением информации (рис. 10.7, б). Зона устойчивой работы в схеме рис. 10.7, а определяется по самопроизвольному появлению сигнала единицы в непрерывно опрашиваемом тактовыми импульсами замкнутом регистре, а в схеме

§ 10.3. АНАЛИЗ РАБОТЫ И РАСЧЕТ МАГНИТОТРАНЗИСТОРНЫХ ЯЧЕЕК С ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Вопросы расчета МТЯ с ПОС рассмотрены рядом авторов. Далее изложен метод расчета МТЯ с ПОС в цепи коллектора, изложенный в [2.5].

Условия работы коллекторной цепи ячейки с ПОС и ячейки без ПОС почти одинаковы. Отличие по существу заключается лишь в том,

232

что, кроме перемагничивания сердечников воспринимающих ячеек, транзистор должен перемагнитить совместно с тактовым импульсом еще и «свой» сердечник. Поэтому вместо выражения (10.2) по второму закону Кирхгофа запишем

совпадающее с выражением (10.6) для МТЯ без ПОС, а формулы

(10.7) и (10.10) примут вид

wK уточнить Н д 0 п .

Подставив в (10.18) значение /ктах, найденное из (10.19), призаданных Е н и хзап, можно получить

которое показывает, что оптимальное число витков щвх.0пт, обеспе­ чивающее тзап = const, зависит от числа воспринимающих сердечни­ ков. Эту зависимость можно объяснить так: для сохранения неизмен­ ной скорости перемагничивания dB!dt, например при меньшем числе

в целях унификации все ячейки, предназначенные для одного устрой­ ства, выполняют с одним и тем же числом витков щвх, которое является оптимальным для ах. В случае меньшего числа воспринимающих сердечников согласование с ними передающей ячейки производится за счет увеличения сопротивления R K.

Наибольшую сложность в расчете МТЯ представляет определение количества витков обмоток: базовой доб, коллекторной wKи тактовой и>т. Для повышения быстродействия устройства с МТЯ необходимо, во-первых, всемерно уменьшать задержку между началом считываю­

233

щего импульса и вводом транзистора в режим насыщения, т. е. умень­

щения, то длительность тпф при прочих равных условиях зависит от тока базы. Чем больше импульс іб, тем скорее транзистор достигает насыщения. Оптимальные числа витков должны обеспечить макси­ мальное значение гб, а следовательно, минимальную задержку между подачей считывающего импульса и появлением импульса коллекторно­ го тока.

Рис. 10.8. Схема МТЯ для общего случая расчета

На рис. 10.4—10.6 предполагалось, что считывание единицы с передающей ячейки производится подачей втактовую обмотку импульса тока от специального генератора тактовых импульсов. Возможен другой случай считывания, когда в считывающую обмотку поступает импульс коллекторного тока от предыдущей

в лзаіІ ячеек.

На рис. 10.8 показаны пзап ячеек, обмотки швх которых включены в коллек­ торную цепь для рассматриваемой ячейки. Такой случай нагрузки ячеек являет­ ся наиболее общим

Каждый из псч сердечников перемагничивается под действием суммарной

В равенстве (10.22) ток /к зависит от нагрузки рассматриваемой ячейки, ток

АФ (1 + а нд)

(10.23)

Тсч

где /?вх — входное сопротивление транзистора.

234

Так как ток !сч представляет собой коллекторный ток предыдущей ячейки, то, найдя / к из уравнения (ІО 17), получим

Подставляя (10.23)—(10.25) в (10.22), получим первое уравнение, связы­ вающее три неизвестные величины wC4, wls и wq:

Если считывание с рассматриваемой ячейки производится не коллекторным током предыдущей ячейки, а по схеме рис. 10.4, а, т. е. от достаточно мощного источника тактовых импульсов, обеспечивающего режим /т = const, то вместо выражения (10.26) получим

= 0 при соответствующих значениях вторых производных), которые вытекают из сформулированного ранее условия минимального времени тПф, получим в до­ полнение к (10.26) второе и третье уравнения, связывающие шсч, и>к и wß. Так как обычно выполняется условие

235

При совместном решении уравнений (10.26), (10.29) и (10.30) можно найти потимальные числа витков трех обмоток, обеспечивающие максимум тока /д, а следовательно, и минимальную задержку между подачей считывающего им­ пульса и появлением импульса коллекторного тока:

н. с. коллекторной обмотки. Число витков аук определяют, найдя предваритель­

но ток / к из (10.15). Если условия (10.14) не соблюдаются, уточняют расчет при новом значении £ см. г

В случае, если задано быстродействие, расчет начинают с определения до­ пустимой нагрузочной способности ячеек язап. Если считывание информации производится не от предыдущих ячеек, а от генератора тактовых импульсов за исходное вместо (10.26) принимают уравнение (10.27).

„ П р и м е р 10.2. Введем положительную обратную связь в МТЯ на ферри­

236

Намагничивающую силу коллекторной обмотки найдем по (10.33):

Проверим величину чсч, которой задались в начале примера:

і1сч=дак/О)сч= 8 /9 = 0,89 ж 0,9.

§ 10.4. РАСЧЕТ МАГНИТОТРАНЗИСТОРНЫХ ЯЧЕЕК ПО ЭКВИВАЛЕНТНОМУ СОПРОТИВЛЕНИЮ СЕРДЕЧНИКА

В.ряде проектных организаций применяют методы расчета МТЯ,

вкоторых в качестве одного из параметров используют эквивалентное сопротивление феррита (под ферритом в данном случае подразумевают сердечник из любого ферромагнитного материала).

Пусть в одну из обмоток ферромагнитного сердечника с числом витков w посылается ток /, а остальные обмотки разомкнуты. Тогда ток / является чисто намагничивающим, а энергия, затрачиваемая на

перемагничивание,

н т/т

237

У д е л ь н ы м э к в и в а л е н т н ы м с о п р о т и в л е н и е м ф е р р и т а назовем

начала перемагничивания сердечника (под действием тактового им­ пульса) МТЯ должна создавать только за счет положительной обрат­ ной связи напряженность не меньше Нт даже в том случае, если такто­ вый ток уже прекратился.

Выведем условие возбуждения для схемы МТЯ с ПОС в цепи кол­ лектора (см. 10.4, а). Так как после прекращения тактового импульса сердечник будет находиться под действием намагничивающей напря­ женности обмотки wK и размагничивающей напряженности обмотки w0y условие возбуждения можно записать в виде

(10.39)

Здесь и в дальнейшем подразумеваются средние значения токов, напряжений и сопротивлений.

Базовый ток схемы

коллекторный ток связан с базовым формулой

Рдпн ^б’

где [ідин — динамический коэффициент усиления транзистора по току. Заменив в (10.39) токи / к и / б согласно (10.40), получим

Если в этом равенстве сделать подстановку (10.38), то условие воз­ буждения для схемы МТЯ с ПОС в цепи коллектора можно привести к виду

Для МТЯ с ПОС в цепи эмиттера (рис. 10.4, б) условие возбужде­ ния выводится аналогично; отличие только в том, что намагничиваю­ щая напряженность создается не коллекторным, а эмиттерным током:

Fs = I3wB— /б щб> Я т /.

Эмиттерный ток связан с током в базовой цепи выражением

^э — ^б(Рдии+ О-

238

Выполнив соответствующие предыдущему случаю подстановки получим условие возбуждения для МТЯ с ПОС в цепи эммитера:

вивалентное сопротивление феррита и условия возбуждения, на примере расчета

=0,126 мквб.

ВМТЯ применен транзистор МП16Б. Частота работы МТЯ 250 кгц.

239