нанизанных на одну обмотку Z, выбирается в том случае, когда под действием токов в координатных шинах перемагничивается и, следо вательно, посылает ток по линии Z тот или иной координатный транс форматор. Обмотка Z с сердечниками играет роль ч и с л о в о й л и - н е й к и, поэтому МОЗУ типа 2D называют также МОЗУ с линейным выбором. Каждая из выходных обмоток пронизывает все сердечники одного и того же разряда во всех числовых линейках. При считыва нии на выходных обмотках появляется параллельный код того числа, которое соответствует данному координатному трансформатору.
Рис. 11.2. МОЗУ типа 2D или Z:
асердечники с обмотками; б — работа координатного трансфор
матора; в —считывание и запись 1; г — считывание и запись О
Так как ток перемагничивает только сердечники, находящиеся па «своей» шине Z, и не влияет на сердечники соседних шин Z, при работе устройства отсутствуют полувыбранные сердечники и, следо вательно, помехи от них. Это позволяет создавать в сердечниках чис ловых линеек напряженность Нт, значительно превышающую поро говую, и, тем самым ^ускорять процесс выборки. Кроме повышения быстродействия, такой форсированный режим выборки увеличивает
амплитуду выходного сигнала в 5—10 раз по сравнению с МОЗУ типа 3D.
Однако кроме ускорения перемагничивания сердечников числовой линеики для уменьшения общего времени обращения необходимо дос таточно быстро перемагнитить и координатный трансформатор. Про
цесс перемагничивания координатного трансформатора происходит по принципу совпадения токов, но при этом замедляется вторичным током в обмотке Z трансформатора (ср. § 8.6). Ускорение процесса достигается за счет начального смещения, осуществляемого постоян ным током / см (рис. 11.2, о). Напряженность смещения и напряжен ности координатных шин выбирают так, чтобы при IIх = Ну соблю дались условия:
(111)
Первое условие означает, что полувыбранные координатные транс форматоры не будут перемагничиваться и, следовательно, в обмотках Z этих трансформаторов не будут протекать токи. Второе условие оз начает, что перемагничивание координатного трансформатора под действием импульсов тока в адресных шинах будет более энергич ным, чем обратное перемагничивание под действием II см, когда им пульсы в адресных шинах прекращаются.Необходимость второго ус ловия станет ясной из дальнейшего.
Ток Iz зависит от сопротивления цепи Z, а оно определяется кодом числа, записанного в числовой линейке. В самом деле, при считыва нии кода сердечники, в которых была записана единица, перемагни чиваясь на 2Вг и создавая э. д. с. в петле Z, окажут току Iz сопротив ление, в десятки раз большее, чем сердечники, с которых считывается нуль. Так как код числа может быть самым различным, сопротивле ние цепи Z может меняться в десятки раз.
Стабилизировать сопротивление цепи Z и величину тока в ней мож но введением достаточно большого балластного сопротивления. Такие системы запоминающих устройств называют системами 2D с одним сердечником на бит. Однако дополнительная мощность потерь в бал ластных сопротивлениях значительно снизит к. п. д. устройства.
Для стабилизации сопротивления цепей Z в запоминающем устрой стве, разработанном в ИТМ и ВТ АН СССР, применены с т а б и л и з и р у ю щ и е с е р д е ч н и к и СС, число которых равно числу основных р а б о ч и х с е р д е ч н и к о в PC (см. рис. 11.2, а). Каждая пара, состоящая из рабочего и стабилизирующего сердечников и образующая запоминающий элемент, прошивается записывающей и выходной обмотками-шинами определенного разряда запоминае мого числа и находится в одном и том же состоянии: или 1, или 0. Эти
системы называют 2D с двумя сердечниками на бит. |
|
Шина Z прошивает |
рабочие сердечники в одном направлении, |
а стабилизирующие — в |
противоположном. Поэтому |
когда импульс |
тока Iz создает в рабочих сердечниках, например, |
отрицательную |
напряженность, в стабилизирующих тот же импульс создает положи тельную напряженность. В результате, если, например, в паре сердеч ников записана 1, то импульс тока Iz перемагнитит рабочий сердеч ник от + ВТ до — Вт, а стабилизирующий — от + Вг до + Вт (рис. 11.2, б). Рабочий сердечник окажет току большое сопротивление, а стабилизирующий — малое. Если же в паре сердечников записан 0, то (рис. 11.2, г) по полному циклу перемагничивается стабилизи
рующий, а по частному — рабочий сердечник, так что сумма сопро тивлений, оказываемая току Iz парой сердечников, остается постоян ной и не зависящей от кода. Очевидно, что и полное сопротивление цепи Z, определяемое суммой сопротивлений всех пар сердечников, тоже не будет зависеть от записанного кода.
Однако сопротивление цепи Z резко упадет с момента, когда перемагничивание сердечников линейки закончится. Если к этому моменту координатный трансформатор полностью не перемагнитится (для надежной работы его коэффициент потери потока должен быть меньше единицы, как и в логических схемах, проанализированных в гл. IX), то на этапе «дочитывания» ток 1z резко возрастет, уменьшится на пряженность Нт координатного трансформатора и процесс «дочиты вания» может затянуться. Для предотвращения этого явления необ ходимо активное сопротивление самой шины Z сделать не меньше не которой определяемой расчетом величины.
Аналогичное явление происходит и в цепях Z полувыбранных ко ординатных трансформаторов, где сопротивление цепи Z также не велико и по шинам Z возможно протекание тока помехи IZn- Если этот ток не ограничить, то он вызовет частичное перемагничивание рабочих и стабилизирующих сердечников и, следовательно, появление помехи в выходных обмотках. Таким образом, для нормальной работы полувыбранных координатных трансформаторов сопротивление самой шины Z не должно быть меньше некоторой величины, но оно — при мерно на порядок меньше, чем балластное сопротивление в системах с одним сердечником на бит.
Рассмотрим работу запоминающего элемента, состоящего из ра бочего и стабилизирующего сердечников, в процессе записи и считы вания информации.
Координатный трансформатор создает в шине Z две полуволны тока. Первая полуволна в момент tC4 (рис. 11.2, в и г) создает в сер дечниках числовой линейки напряженность выборки HZb, значительно превышающую Я0, и обеспечивает энергичное перемагничивание этих
сердечников. |
Вторая полуволна в момент ta&u за счет второго условия |
(11.1) |
создает |
напряженность |
записи Н Zs, равную приблизительно |
2 |
и |
которая не в состоянии |
перемагнитить сердечники числовой |
-д |
по, |
линейки.
Предположим, что в элемент памяти надо записать единицу. Для этого в момент t3aTi в шину записи подается импульс тока, создающий напряженность Язап. Эта напряженность не должна превышать Яс, так как в противном случае перемагнитятся сердечники других чис ловых линеек, прошитые обмоткой записи. Обычно Язап = (0,20— 0,25) Нт. Первая полуволна тока Iz создает напряженность Я2в и переводит PC в состояние 0, а СС в состояние 1, где бы они до этого ни находились. Напряженность Я зап складывается с напряженностью полуволны Hz3 в PC и вычитается из Hz3 в СС (пунктирные кривые на рис. 11.2, в), в результате чего в PC записывается 1, а СС остается
в состоянии 1. Такое состояние пары сердечников соответствует за помненной единице.
Если надо записать нуль, то подается импульс тока записи противо
положной |
полярности (рис. |
11.2, г). |
Напряженность |
Яиап, взаимо |
действуя |
с напряженностью |
второй |
полуволны HZa, |
переводит СС |
в 0, а PC сохраняет 0, в который он был переведен импульсом напря |
женности |
Я гв в момент выборки. Состояние, когда оба сердечника |
находятся в точках 0, соответствует запомненному нулю. |
При необходимости выбрать из МОЗУ некоторое число с помощью координатных шин перемагничивают нужный координатный транс форматор, который посылает в числовую линейку импульс HZb. Е с ли
впаре сердечников была записана 1, то в момент /сч PC перемагничи вается «вниз», а СС остается в состоянии 1; в выходной обмотке наво дится импульс э. д. с. Если же в паре сердечников был записан 0, то
вмомент tC4 PC остается в состоянии 0, а СС перемагничивается «вверх» и, следовательно, в выходной обмотке наводится импульс э. д. с.
противоположной полярности.
Важно отметить, что ввиду весьма незначительного уровня помех от тех сердечников числовых линеек, которые соответствуют полувыбранным координатным трансформаторам, нет необходимости проши вать сердечники выходной обмоткой по диагонали в противоположных направлениях, как это делается в матричных ЗУ типа 3D. Выходная (а также записывающая) обмотка прошивает все сердечники одного и того же разряда в одном, и том же направлении. Поэтому считывание 1 с любой числовой линейки создает в выходной обмотке э. д. с. одного направления, а считывание 0 — другого.
Таким образом, сигналы, соответствующие 1 и 0, отличаются не по величине, как в МОЗУ типа 3D, а по полярности. Это важное пре имущество МОЗУ типа 2D упрощает распознавание сигналов и повы шает надежность работы.
После выборки числа все PC числовой линейки приходят в состоя ние 0, а все СС — в состояние 1 и информация стирается. При переза писи числа в МОЗУ сигналы, наведенные в момент ісч в выходных обмотках, после задержки во времени подаются в момент ^зап в об мотки записи и, таким образом, на числовой линейке снова записывает ся только что выбранное число.
В заключение, как и при рассмотрении МОЗУ типа 3D, оценим общее количество управляющих проводов, которыми необходимо про шить сердечники числовых линеек для записи в них информации.
Оно складывается из т проводов-шин Z и п проводов |
записи, т. е. |
Fiv> = m + п . |
( 1 1 . 2 ) |
§ 11.3. ВЫБОР СЕРДЕЧНИКОВ ДЛЯ МАТРИЧНЫХ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
Из описания работы матричных ЗУ видно, что их качество в зна чительной степени определяется величиной изменения индукции в сердечнике под действием поля Н т /2 по сравнению с величиной из менения индукции под действием поля Нт. Количественно работу сердечника в матричном ЗУ можно оценить с помощью к о э ф ф и-
ц и е и т а к в а д р а т н о с т и (рис. 11.3, а), который согласно действующей нормали на ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса определяется по формуле
Чем ближе к единице величина К, тем «квадратнее» петля гистерези са и меньше величина помех от полувыбранных сердечников.
В |
§ |
1.3 было показано, как соотношение напряженностей Н г |
и Н 2 зависит от геометрической формы |
сердечника: |
|
|
Н 2ІН |
|
где г 2 |
и |
Гу — наружный и внутренний |
радиусы сердечника. |
Из этого равенства очевидно, что для повышения устойчивости работы матричного ЗУ лучше применять сердечники в виде коротких тонкостенных трубок с достаточно близкими радиусами г2 и гъ чем плоских колец, при одинаковых сечениях тех и других.
Коэффициент квадратности определяют по петле гистерезиса, сня той в статическом режиме работы. Для оценки работы сердечников в ЗУ более правильно использовать параметры, снятые в импульсном режиме работы. Наиболее жесткие требования предъявляют к сердеч никам, работающим в режиме совпадения токов. Излагаемая далее программа испытаний сердечников составлена для этого режима. Вы сокое качество сердечников, определенное при испытании по такой программе, обеспечивает их качественную работу в ЗУ и других ти пов, например, работу сердечников числовых линеек в МОЗУ типа 2D.
На сердечники в МОЗУ могут действовать различные комбинации импульсов полной и половинной амплитуд. Рассмотрим их действие на сердечник с идеализированной петлей гистерезиса (рис. 11.3, а). При выборе или записи в данный сердечник импульсы полной ампли туды перемагничивают его из любого состояния и доводят индукцию до значений ± Вт. С окончанием импульса рабочая точка сердечни ка переходит в точку 1 или 0. Предположим, что в сердечник была за писана 1. После этого сердечник может неоднократно находиться в состоянии полувыбранного, подвергаясь действию серии импульсов половинной амплитуды (полуимпульсов), и лишь затем из него про изойдет выборка кода. Под действием серии указанных импульсов ра бочая точка сердечника окажется в точке разрушенной единицы 1р. Однако эксперименты показали [2.1 ], что основное смещение рабочей точки происходит под действием первого полуимпульса; под действием же следующих полуимпульсов этой же полярности рабочая точка постепенно приближается к точке 1р как к пределу и дальнейшего перемещения частных циклов к началу координат не наблюдается.
Таким образом, к моменту выборки единицы с помощью полного импульса — Нт может оказаться, что э. д. с. в выходной обмотке бу
дет соответствовать перемагничиванию сердечника до — Вт лишь от точки 1р, а не от точки 1.‘
Рис. 11.3. Метод испытания и характеристики сердецников МОЗУ:
а —- перемещение |
рабочих |
точек; |
б — программа импульсов; |
в *■« осдилограмма; |
характеристики |
феррита; г — 1,ЗВТ; <?— |
|
4ВТ; |
t? — 2ВТ |
Аналогичные процессы происходят с кодом 0.
Исходя из изложенного, для испытания сердечников МОЗУ мож но рекомендовать программу импульсов, показанную на рис. 11.3, б. В этой программе первый импульс считывает разрушенный нуль 0р, второй записывает 1, третий разрушает 1, четвертый считывает 1р, пятый разрушает 0. Так как переходные процессы замедляются при меньших напряженностях, для достижения устойчивости разрушен ных точек 1р и 0р длительность полуимпульсов необходима более продолжительная.
Испытания проводят на установке, подобно изображенной на рис. 8.2, а. Осциллограмма э. д. с. имеет вид, показанный на рис. 11.3, в, где Е0р — амплитуда сигнала помехи при выборке 0р; Е1р — ампли туда полезного сигнала при выборке 1р; Е — амплитуда э. д. с. при записи 1. Для определения оптимального режима работы перемагничивание осуществляют при различных значениях напряженности Нт‘
На рис. 11.3, г для феррита |
1,ЗВТ |
с размерами 2 ,0 X 1,4 X |
X 0,9 мм3 приведены зависимости |
Е1р и |
£ ор от Нт, а также зависи |
мости отношения Е !р /Еор и времени перемагничивания xlt определен ного на уровне 0,,1 Е1р, от Нтдля случая, когда полуимпульсы равны
0,5 Нт. |
|
|
испытаний |
ферритов |
по |
программе |
Некоторые результаты |
рис. 11.3, б, |
проведенных в ИТМ и ВТ |
АН СССР [2.11, |
даны |
в табл. |
11.1. |
Применяют и другие варианты программы испытаний, |
в частности, |
программу с полуимпульсами, |
равными 0,6 |
Н т. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
11.1 |
Марка |
Размеры кольцевого |
^опт, |
^опт, |
а |
ЕІР’ |
^ ІрІ^Ор xt, мксек |
феррита |
|
сердечника, мм3 |
а/см |
|
|
мв/вит |
|
|
|
1.3ВТ |
|
2,0X1,4X0,9 |
1,60 |
0,85 |
|
220 |
8,5 |
|
1,15 |
2ВТ |
|
1, 4x1,0 X 0,6 |
2,55 |
0,96 |
|
140 |
13,0 |
|
0,55 |
4ВТ |
|
1, 4x1,0 X 0,6 |
4,38 |
1,65 |
|
200 |
17,0 |
|
0,30 |
ЗВТ |
|
1,0X0,7X0,35 |
3,55 |
0,92 |
|
80 |
7,2 |
|
0,48 |
5ВТ |
|
0,6X0,4x0,13 |
5,40 |
0,85 |
|
45 |
7,6 |
|
0,22 |
101П-6 |
|
0,6 x0 ,4x0,13 |
5,40 |
0,85 |
|
45 |
9,6 |
|
0,19 |
7ВТ |
|
0,5X0,35X0,12 |
7,50 |
1,00 |
40 |
14,0 |
|
0,17 |
Из табл. 11.1 видно, что наибольшим быстродействием обладают сердечники из феррита 7ВТ, используя которые можно создать МОЗУ со временем обращения до 0,5 мксек. Однако и величина напряжен ности Допт для этого феррита наибольшая. Поэтому от координатного трансформатора или источников координатных импульсов требуется повышенная мощность. Кроме того, с увеличением Н0ПТ увеличивает ся и нагрев сердечников (см. § 8.5). С точки зрения экономичности наи более выгодны сердечники из феррита 1,ЗВТ, несмотря на то, что они имеют меньшее отношение сигнал/помеха.
Материал координатных трансформаторов, работающих со сме щением, должен обладать, помимо достаточной квадратности, высоким коэффициентом прямоугольности.
В самом деле, если принять Нх ~ Я см по абсолютной величине (рис. 11.2, б), то в обмотке Z полувыбранного координатного транс форматора наведется э. д. с. помехи, среднее значение которой про порционально изменению индукции от — В см до — Вг. Чем ближе к единице коэффициент а, тем меньше эта помеха.
Кроме того, сердечники как матриц или числовых линеек, так и координатных трансформаторов должны иметь высокую температур ную стабильность.
Требованиям, предъявляемым к сердечникам координатных транс форматоров, наиболее полно удовлетворяют ленточные «микронные» сердечники (см. § 8.3). Однако сложность их изготовления в больших количествах, а также высокая себестоимость ограничивают исполь зование таких сердечников в качестве координатных трансформаторов. Поэтому для координатных трансформаторов чаще применяют фер риты, хотя они и не обладают всеми положительными качествами лен точных сердечников.
§ 11.4. ОСНОВЫ РАСЧЕТА МАГНИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МОЗУ ТИПА 2D
На основании рассмотренного в § 11.2 принципа работы МОЗУ типа 2D расчет системы координатный трансформатор — числовая линейка можно произвести по методу, предложенному ИТМ и ВТ АН
СССР 12.7], несколько изменив и упростив его.
Пусть числовая линейка (рис. 11.2, а) состоит из п рабочих и ста билизирующих сердечников, где п — число разрядов запоминаемого числа.
Уравнение второго закона Кирхгофа для числовой линейки при протекании по ней iz запишем в виде
w |
Z |
4Фк.т |
iz R + /швх * Ф р .° |
, nwn |
dOc, с |
(11-4) |
|
dt |
d t |
^ |
dt |
|
где швх — число |
витков числовой линейки для |
каждого |
рабочего и |
стабилизирующего сердечника, принимаемое в дальнейшем равным одному витку.
Величины, относящиеся к координатному трансформатору, обоз начены индексом «к», а к рабочим или стабилизирующим сердечникам числовой линейки — индексом «л».
Обозначим, как и раньше, изменение потока сердечников от точки
—Вг до точки + Вг через ДФ и воспользуемся коэффициентом не прямоугольное™ (9.9). Тогда полное изменение потока координатного
трансформатора в |
процессе выборки от — ß CM до + Вт приблизи |
тельно равно ( 1 + 2 |
а нп.к)ДФк, |
изменение потока рабочего сердеч |
ника при выборке |
1 |
(или стабилизирующего при выборке 0) равно |
(1 + ос[Шл) ДФЛ, |
а |
парного ему |
сердечника числовой линейки — |
а 1Шл ДФЛ. Интегрируя (11.4) |
за |
время полного перемагничивания |
9 Зак. 528 |
|
|
|
257 |
сердечника числовой линейки в процессе выборки информации ти) по лучаем выражение
wz a( 1 + 2апп.к) АФК = /2в RrB+ п (1 + а ІПЬЛ) АФЛ +
-1- л а ІШ-л Д Ф Л = / 2в |
+ п (1 + 2 а нп .J А Ф Л, |
(1 1 .5 ) |
где І2я — среднее за время выборки значение тока в шине Z; о — коэффициент потери потока координатного трансформатора, обеспе" чивающий надежное перемагничивание сердечников числовой линейкиУравнение (11.4) справедливо в общем случае и для полувыбран' ного координатного трансформатора. Однако следует помнить, что в режиме полувыборки сопротивление, которое оказывает числовая линейка, значительно меньше, чем в режиме выборки. Кроме того, длительность тока помехи / также меньше, чем длительность тока
/2В, так как координатный трансформатор перемагничивается по на
сыщенному участку петли гистерезиса за время, определяемое лишь передним фронтом импульса тока в координатной шине. Тем не менее для упрощения расчета можно принять время протекания тока помехи равным времени выборки тв. Под действием тока помехи IZa происходит небольшое перемещение рабочих точек сердечников чис ловой линейки по горизонтальным участкам петли. Если принять наклон этих участков, соответствующих диапазону напряженностей
от |
+ Н тдо — Н г или от — Нт до + //, (рис. 11.3, |
а), неизменным, |
то, |
учитывая, что под действием тока выборки 1Zb изменение потока |
в неперемагничивающемся |
сердечнике равно а нп л |
АФЛ, изменение |
потока под действием тока помехи IZn можно |
представить в виде |
|
|
‘Zu |
^НП.Л АФл |
|
( 11. 6) |
|
«шил А Ф л ‘ Z b |
к |
|
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k — / Zb! I Zw |
|
(11.7) |
|
При этих допущениях, интегрируя (11.4) для режима полувыборки, |
получаем выражение |
|
|
|
|
|
Wz 0„„.„ АФК= IZn RrB+ 2п - '" л |
, |
(11.8) |
|
|
|
k |
|
|
где |
/ z„ — среднее значение |
тока |
помехи. |
в |
начале расчета, |
|
Допустимой величиной |
тока |
помехи задаются |
считая, что он будет несколько меньше (обычно в 3—5 раз), чем ток, соответствующий коэрцитивной силе
|
Izn — |
Нея ln |
(11.9) |
|
5) w в х . л |
|
( 3 ~ |
|
В начале расчета обычно известны материал и размеры сердечников числовой линейки, материал и размеры колец, из которых может быть сделан наборный сердечник координатного трансформатора (если по расчету потребуется сечение, большее сечения одного кольца). Необ-
ходимо определить обмот очные данные, ток смещения и токи координат ных шин.
Задаваясь временем выборки тв по кривой Q = f (т) (рис. 8.4, о) или формуле (8.19), определяют импульс поля Q„. л, необходимый для перемагничивания сердечника числовой линейки, а по нему — вели чину тока выборки
Qa.л |
Arc |
(11.10) |
I Za = |
|
|
Тв И'в х . |
л |
|
и оценивают отношение токов k по (11.7). |
|
Исключая из (11.5) и (11.8) RxB |
и |
подставляя ДФК= 2s„ ßrfe, |
получаем для координатного трансформатора |
|
WZSK А Ф л |
п |
|
( 11. 11) |
|
|
2 ВГК а (1 ^ 2 а нп |
к ) — &<Гнп.к |
|
Это выражение позволяет по числу витков wz, которое можно разместить в окне с учетом других обмоток, найти необходимое сечение сердечника координатного трансформатора, а если он наборный, то определить необходимое число ферритовых колец.
Из (11.11) очевидно, что увеличение отношения токов k приводит к увеличению габаритов координатного трансформатора, а при мак симальном значении
^ шаХ= (2 + 1 / « „ п . н ) с - |
(11. 12) |
произведение wz$к для координатного трансформатора становится бесконечно большим и расчет теряет смысл.
Выражение (11.12) показывает также непосредственное влияние коэффициента прямоугольности координатного трансформатора на
предельно возможное |
в числовой |
линейке |
отношение тока выборки |
к току помехи. |
и (11.8) wz ДФКс учетом (11.7), получим необ |
Исключив из (11.5) |
ходимое активное сопротивление |
шины Z |
|
_ А Ф Л п ^ а и п .і ; (1 Т 2 « 1 Ш -Л ) 2 д д ІШ - л (1 - f 2а.ип , t) |
^ Z b |
0 ( 1 |
-f- 2 а , ш к ) |
й И ц п .к |
Для определения н. с. первичных обмоток координатного транс форматора используют закон полного тока. Применим этот закон для процесса записи. Ток записи І 2з в числовой линейке создается во время «возврата» рабочей точки координатного трансформатора из
точки Вт в точку — В см, который происходит |
под действием н. с. |
смещения |
по мере прекращения токов |
Іх и / |
у . Ток IZs |
произво |
дит |
на координатный трансформатор |
размагничивающее |
действие |
(рис. |
11.2, |
б). Намагничивающая сила смещения должна компенсиро |
вать н. с. от тока записи, проходящего по обмотке Z координатного трансформатора IZ3, и создавать импульс поля Q3i к, обеспечивающий
