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

Элементы типа биакс могут быть выполнены в виде слоистых фер­ ритовых пластин (см. рис. 11.7), если средний слой феррита сделать достаточно толстым, с тем чтобы он выполнял роль перемычки между взаимно перпендикулярными проводниками-шинами.

Характеристики ферритовых пластин и биаксов, выпускаемых отечественной промышленностью, приведены в [2.19].

Другие магнитные элементы с выборкой информации без разруше­ ния рассмотрены в гл. XII.

Г л а в а XII

МАГНИТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА РАЗВЕТВЛЕННЫХ СЕРДЕЧНИКАХ, ТОНКИХ ПЛЕНКАХ И МОНОКРИСТАЛЛАХ

§ 12.1. ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ РАЗВЕТВЛЕННЫХ СЕРДЕЧНИКОВ

Разветвленные сердечники (PC) в отличие от кольцевых имеют несколько возможных контуров замыкания магнитного потока. Это позволяет выполнять на них как простые, так и сложные логические операции без применения полупроводниковых приборов, а также соз­ давать МОЗУ без разрушения информации при считывании.

Если пренебречь полями рассеяния и считать петлю гистерезиса ферромагнитного материала идеально прямоугольной, то анализ ра­ боты PC упрощается и может быть проведен с использованием зако­ нов Кирхгофа для магнитных цепей.

PC различных форм (например, рис. 12.1—12.3) можно свести к конечному числу стержней, соединенных узлами. При этом, вопервых, в силу непрерывности магнитного потока для узла, в котором сходится п стержней, по первому закону Кирхгофа имеем

д и ,

т. е. алгебраическая сумма потоков (или их приращений),приходящих к любому узлу и уходящих от него, равна нулю.

Во-вторых, по закону полного тока (по существу представляющему аналогию второго закона Кирхгофа в магнитных цепях) для любого замкнутого контура, состоящего из т стержней, справедливо соот­ ношение

тр

<7=1

по р обмоткам, охватывающим рассматриваемый маг­ нитный контур.

270

Эти законы позволяют сформулировать положения [2.20], кото­ рыми следует руководствоваться при анализе процессов перемагничивания PC.

1.В произвольном замкнутом контуре невозможно изменить на­ правление магнитного потока на противоположное, если один из уча­ стков контура уже доведен до насыщения в желаемом направлении перемагничивайия.

2.Максимальное изменение (приращение) потока в замкнутом контуре при его перемагничивании

А Ф ш а х - 2 Br Smia,

где smln — минимальная площадь поперечного сечения участков, со­ ставляющих контур, в котором направление магнитного потока меняется на противоположное.

3. Минимальное значение н. с., необходимое для полного перемагничивания контура,

авызывает лишь уменьшение времени перемагничивания.

5.При параллельном соединении стержней равного сечения пото­ ки в стержнях распределяются обратно пропорционально их длинам.

6.При перемагничивании одного из участков PC изменение на­ правления магнитного потока на противоположное происходит по замкнутому контуру, не имеющему нагруженных выходных обмоток, с наименьшей длиной.

§12.2. МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕС.САМИ ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ РАЗВЕТВЛЕННЫХ СЕРДЕЧНИКОВ С МАГНИТНО-СВЯЗАННЫМИ

КОНТУРАМИ

У PC с магнитно-связанными контурами связь между выходными обмотками и входными (обмотками записи) осуществляется непосред­ ственно через общий магнитный поток.

Для управления процессами перемагничивания PC используют три метода: суммирования магнитных потоков, запрета перемагничивания и динамического смещения, а также из комбинации.

Метод суммирования магнитных потоков, являясь наиболее про­ стым, основан на положении перемагничивания по контуру с наимень­ шей длиной.

Пусть PC (рис. 12.1) имеет четное число вертикальных стержней, а сечение каждой из горизонтальных перемычек равно полусумме се­ чений стержней. Исходное состояние, показанное на рис. 12.1, а стрел­ ками, устанавливается обмоткой считывания wC4.

При подаче в такт записи в одну из входных обмоток тока, соответ­ ствующего единице какого-либо из сигналов А, В или С, перемагничи­ ваются соответствующий «входной» стержень (1, 2 или 3) и ближайший

271

«выходной» стержень 4. При подаче любых двух входных сигналов пе­ ремагнитятся стержни 4 и 5. При подаче же всех трех сигналов перемаг­ нитятся все три входных стержня и стержни 4, 5 и 6.

Втакт считывания сердечник возвращается в исходное состояние

ипри обратном перемагничивании стержней 4, 5, 6 в соответствующей выходной обмотке наводится э. д. с.

G помощью обмотки йУВЬІх4 рассматриваемого PC можно осущест­ вить схему сложения ИЛИ на три входа (Р = А + Л + С), так как в такт записи при подаче любого из входных сигналов (или их различ­

нется неперемагниченным и на выходе схемы появится э. д. с. от об­ мотки wBhlx 8. При одновременном поступлении сигналов А — 1 и В = 1 перемагнитятся стержни 4, 5 и 6 и, значит, в такт считывания на выходе сигнал будет отсутствовать, так как э. д. с. обмоток wBbI%5 и даВЬІХв вза­

имно компенсируются. При поступлении только сигнала Л = 1 (А = 0) перемагнитится лишь стержень 4 и выходного сигнала также не будет.

Преимуществом PG, работа которых основана на методе суммиро­ вания магнитных потоков, является некритичность к амплитуде вход­

ных токов, так как приращение магнитных потоков ограничивается сечением входных стержней.

Их недостаток заключается в необходимости одновременной подачи входных сигналов. В самом деле подача, например, сигнала в обмотку ®вх з после прекращения сигнала в wBX2, перемагнитившего стержня 2 и 4, приведет к перемагничиванию стержня 3 по кратчайшему контуру

через стержень 2, а не 5, так это требуется для правильной работы схемы.

Метод запрета перемаеничивания заключается в том, что строго фиксированное изменение магнитного потока осуществляется лишь по одному из возможных контуров, который однозначно определяется

комбинацией входных сигналов, запрещающей перемагничивание по другим контурам.

272

Такой метод, например, использован в PC типа «лесенка» с количе­ ством стержней N = 2п + 2, где п — число входных обмоток, и с се­ чением стержней, равным сечению горизонтальных перемычек.

На рис. 12.2 приведен PC на три входа. Исходное направление маг­ нитных потоков сердечника, показанное на рисунке, устанавливается подачей импульса тока в обмотки считывания wC4, размещенные во всех нечетных окнах. При подаче импульса тока в обмотку записи wgan, расположенную на первом стержне, фиксированное изменение магнит­ ного потока (т. е. изменение, определяемое произведением сечения первого стержня на индукцию 2ВТ) стремится замкнуться по крат­ чайшему контуру через стержень 2. Однако если при этом одновремен­ но с импульсом записи в обмотку ®вх1 подан сигнал А, стремящийся

Рис. 12.2S Разветвленный сердечник с запретом перемагничивания

удержать стержень 2 в исходном состоянии, то перемагничивание про­ изойдет через следующий четный (четвертый) стержень. Если же пода­ ны все три входных сигнала, перемагничивание через четные стержни со входными обмотками будет запрещено и оно осуществится через крайний правый (восьмой) стержень. В следующий за записью такт считывания в сердечнике установится прежнее исходное состояние, а в обмотках, охватывающих перемагничивающиеся стержни или пере­ мычки PG, наведутся э. д. с.

Схема И {Р — А • В ■С) реализуется -с помощью обмотки швых 4 операцию можно осуществить как при записи, так и при считывании.

Схема НЕ (Р = А • В) реализуется с помощью обмотки швых 2; опе­ рацию также можно осуществить и при записи, и при считывании.

Схема ИЛИ (Р = А + В + С) реализуется при последовательном соединении всех выходных обмоток; операция осуществляется лишь при считывании, так как только в этом случае амплитуда выходного сигнала будет одинакова для любого сочетания входных сигналов и рав­ на э. д. с. в одной из выходных обмоток.

Преимуществом элементов на PC лестничного типа является воз­ можность существенного уменьшения мощности входных сигналов, энергия которых не расходуется на перемагничивание материала (пе­ ремагничивание происходит за счег энергии обмоток записи и считыва­ ния), а недостатком—необходимость жесткой синхронизации импуль­

273

сов записи и входных импульсов, которые должны перекрывать во времени импульсы записи.

Метод динамического смещения заключается в создании для одногоиз контуров, имеющих одинаковую длину, более благоприятных усло­ вий для перемагничнвания за счет подмагничивания этого контура входным сигналом. На рис. 12.3 изображен простейший PC, на котором удобно проиллюстрировать этот метод.

Все ветви (1, 2, 3 и 4) расщепленных участков вертикальных стерж­ ней имеют одинаковые сечения, равные половине сечения нерасщеп-

подан входной импульс, то в зависимости от полярности этого импульса его и. с. будет действовать согласно с и. с. импульса записи в одной вет­ ви (например, 4) и встречно —в другой. Напряженность поля в каждой из ветвей определяется выражениями:

Определить необходимую величину входного сигнала при импульс­ ном перемагничивашш можно исходя из следующего. При заданном быстродействии элемента известно время записи тзап и напряженность, создаваемая обмоткой записи,

Чтобы ветвь 3 не смогла перемагнититься, напряженность в ней не должна превышать величины Н0, т. е.

Н. -ЯЕХ< Я 0,

274

где Нвх — напряженность от входной обмотки. Следовательно,

где Ітп — длина ветви между точками т и п.

Преимуществами PC, работа которых основана на методе динами­ ческого смещения, по сравнению с рассмотренными ранее являются: значительно меньшая величина входных сигналов (их назначение сво­ дится лишь к подмагничиванию одной из ветвей короткого расщеплен­ ного участка магнитопровода) и возможность построения схем, в ко­ торых нуль от единицы отличается по полярности э. д. с. сигнала, а не по величине (подобно МОЗУ типа 2D).

Недостаток этого вида PC заключается в необходимости подавать входной сигнал одновременно с импульсом записи или несколько опе­ режая последний, так как при запаздывании входного сигнала нару­ шается правильное распределение изменений потока между перемыч­ ками.

§12.3. ТРАНСФЛЮКСОР - РАЗВЕТВЛЕННЫЙ СЕРДЕЧНИК

СМАГНИТНО-РАЗВЯЗАННЫМИ КОНТУРАМИ

Разветвленными сердечниками с магнитно-развязанными контура­ ми называют PC, в которых отсутствует непосредственная магнитная связь между входными и выходными обмотками, что дает возможность построить на них чисто магнитные логические схемы и создавать МОЗУ без разрушения информации при считывании. Наибольшее распрост­ ранение из этой группы магнитных элементов получили трансфлюксоры.

Т р а н с ф л ю к с о р ы представляют собой сердечники из фер­ рита с несколькими отверстиями, вокруг которых с помощью обмотки управления может перераспределяться магнитный поток. Простейший из них показан на рис. 12.4, а. Кроме управляющей обмотки wy, трансфлюксор имеет обмотки питания wn и выходную wBblx. Сечения перемы­ чек 2 и 3 одинаковы н в сумме равны или немного меньше сечения пере­ мычки 1.

Различают запертое (блокированное) и открытое (разблокирован­ ное) состояния трапефлюксора. Перевод из одного состояния в другое производят с помощью обмотки управления wy.

Если в обмотку Wy подан запирающий импульс тока НслРцар

Ѵ з п р = щ ’

который создает напряженность, направленную по часовой стрелке, то вся магнитная система будет доведена до насыщения в одном на­ правлении и после прекращения импульса останется в состоянии 4-Вг с направлением потоков, показанным стрелками на рис. 12.4, а.

Если в питающей обмотке wn течет переменный ток синусоидальной или импульсной формы с частотой /, то в один полупериод н. с. этой

275

обмотки будет совпадать по направлению с потоком, доведенным до насыщения в перемычке.?,а в другой полупериод—с потоком в пере­ мычке 2. Поэтому кольцевая зона вокруг малого отверстия перемаг­ ничиваться не будет, в результате чего в выходной обмотке при иде­ альной прямоугольности петли гистерезиса материала э. д. с. будет равна нулю, а в реальных условиях будет наводиться лишь э. д. с.

помехи. Такое состояние трансфлюксора называют запертым, и оно соответствует нулю.

е) ' ' /

Рис. ]2.4. Трансфлкжсор:

а —запертое состояние; б — открытое состояние; в — характеристики' г и б — распределение магнитных потоков вблизи малого отверстия в первый и вто­

рой полупериоды тока питающей обмотки полностью открытого трансфлюктора; е — то же, что для рис. д, но при меньшем токе питающей обмотки

Подадим в обмотку wy отпирающий импульс тока (с полярностью, противоположной запирающей), который создает напряженность, на­ правленную против часовой стрелки. Оптимальная величина отпи­ рающего тока должна быть достаточна для перемагнтшания в состоя­ ние — В Т только слоя вокруг большого отверстия с сечением, равным

сечению перемычки 2, но недостаточна для перемагничивания осталь­ ной, наружной части магнитной системы, т. е.

Нс яОСр

276

После окончания этого импульса потоки в трансфлюксоре примут направление, показанное стрелками на рис. 12.4, б, а поток в заштри­ хованной зоне будет направлен по часовой стрелке. В этом случае в первый полупериод питающего тока, когда его н. с. направлена по часовой стрелке, т. е. совпадает с остаточным потоком в заштрихован­ ной зоне, распределение потоков будет соответствовать рис. 12.4, г, а во второй полупериод (при встречном остаточному потоку направ­ лении н. с.) поток заштрихованной зоны может изменяться пока не достигнет потока насыщения другого знака, и распределение потоков примет вид рис. 12.4, д. В следующий полупериод будет восстанавли­ ваться прежнее распределение потоков (рис. 12.4, г) и т. д. В резуль­ тате в выходной обмотке будет наводиться э. д. с., соответствующая единице. Такое состояние трансфлюксора называют открытым. Сред­ нее значение э. д. с., наводимой в выходной обмотке, определяется ве­ личиной изменяющейся части потока ДФ:

£ пых = 2 К ы * А ф .

а эта часть в свою очередь зависит от сечения перемагничпвающегося слоя:

ДФ = 5слоя2В,.

Ширину данного слоя можно регулировать двумя способами. Первый способ состоит в том, что может быть подан ток / у, мень­

ший или больший, чем / Уі опт- В первом случае остаточной индукции, направленной против часовой стрелки, достигнет лишь слой с диамет­ ром, меньшим, чем DCp, а значит, под действием н. с. wa будет пере­ магничиваться лишь часть сечения перемычки 2. Во втором случае оста­ точной индукции, направленной против часовой стрелки, достигнет слой с диаметром, большим, чем DCp, захватив часть сечения перемыч­ ки 3. При этом под действием н. с. wa перемагниченная против часовой стрелки часть перемычки 3 (и соответствующая часть перемычки 2, прилегающая к малому отверстию) перемагничиваться не сможет. Оче­ видно, что и в первом, и во втором случаях э. д. с. выходной обмотки

то и в открытом состоянии н. с. wa будет недостаточной для перемагничиваиия даже самого ближайшего к малому отверстию слоя и э. д. с. выходной обмотки будет оставаться равной нулю. По мере роста ам­ плитуды тока 1^ перемагничивающаяся кольцевая зона вокруг малого отверстия будет расширяться и э. д. с. на выходе будет возрастать.

277

При амплитуде тока

эта зона занимает всю ширину перемычек 2 и 3 (конечно, при условии, что импульсом / у = / у опт трансфлюксор был предварительно открыт)

флюксор потеряет управляемость, так как даже в запертом состоянии н. с. wn сможет перемагничивать слой материала сердечника, охватыва­ ющий оба отверстия, и в обмотке швых появится э. д. с.

в вычислительных устройствах непрерывного действия, учитывая связь между выходным напряжением и сигналом управления.

Отметим, что обмотка wn должна питаться от источника тока,

так как ее сопротивление близко к нулю у запертого трансфлюксора и возрастает по мере отпирания (вследствие наведения э. д. с. в обмотке wn). При питании от источника напряжения, например, в запертом состоянии ток в wn будет возрастать настолько, что заставит поток в слое, охватывающем оба отверстия, изменяться и создавать э. д. с., \ равновешивающую напряжение источника. При этом, как в трансфор­

маторе, будет создаваться и э. д. с. в выходной обмотке, т. е. трансфлюк­ сор потеряет управляемость.

Трансфлюксор как элемент с двумя устойчивыми состояниями мо­

жет быть применен в различных устройствах управляющих и вычис­ лительных машин.

На рис. 12.5,а показана часть МОЗУ матричного типа на трансфлюксорах. Здесь, как и в МОЗУ матричного типа на кольцевых феррито­ вых сердечниках, используется принцип совпадения токов; разница только в том, что адресные шины записи и считывания выполнены раз­ дельными. В каждом трансфлюксоре две шины записи проходят через большое отверстие, а две шины считывания — через малое.

Для записи информации в адресные шины записи (одновременно в вертикальную и горизонтальную) подаются записывающие импуль­ сы того или другого знака. Запись осуществляется суммарным дейст­ вием обоих импульсов. Если под действием этих импульсов трансфлюк­ сор, находящийся на их пересечении, переходит в запертое состояние, то он запоминает нуль, если в открытое, то единицу.

В основе считывания лежит также принцип совпадения. Считыва­ ющие импульсы в отличие от записывающих подаются парами (отри­ цательный и положительный). Каждая пара импульсов подается в го­ ризонтальную и вертикальную считывающие шины. Выборке подлежит информация с трансфлюксора, находящегося на пересечении шин. -ели трансфлюксор был открыт, то сумма отрицательных импульсов считывающих обмоток перемапшчивает кольцевую зону вокруг малых

0 7 ü

отверстий против часовой стрелки, а сумма положительных импуль­ сов — в обратном направлении, восстанавливая первоначальное на­ правление потоков. В результате в выходной обмотке, проходящей по диагонали матриц через малые отверстия, наводится двухполярный импульс э. д. с. Если же трансфлюксор был заперт, в выходной обмотке наведется лишь двухполярный импульс э. д. с. помехи из-за непрямо­ угольное™ петли магнитного материала. Следовательно, 1 и 0 разли­ чаются по амплитуде.

Как видно из предыдущего, при выборке информации странсфлюксоров не происходит стирания информации и отпадает необходимость ее перезаписи.

Шины записи

Щины считывания

тырьмя отверстиями (рис. 12.5, б).

Для запирания трансфлюксора в обмотку а>у1 подается импульс, достаточный для насыщения двух магнитных контуров: 1-4-2-6-1 и 1-8-3-9-1. Направление потоков показано стрелками. Питающие импульсы, подаваемые в таком состоя­ нии в обмотку wn, не будут перемагничивать кольцевую зону 3-7-2-5-2, так как перемычки 2 и 3 намагничены в одном направлении, и в выходной обмотке э. д. с. близка к нулю.

Для открывания трансфлюксора в обмотку Wy%подается импульс, достаточ­ ный для перемагничивания контура 1-8-3-9-1 в противоположном направлении. В результате потоки в перемычках 2 и 3 станут противоположными и кольцевая зона 3-7-2-5-3 сможет перемагничиваться, создавая сигнал на выходе.

На трансфлюксоре можно выполнить логическую схему ИЛИ. На перемыч­ ках 8 и 9 помещены две управляющие обмотки Wy2 и юуз, в которые могут пода­ ваться отпирающие импульсы. Пусть в обмотку шу2 подается сигнал Л, а в

обмотку шуз—сигнал В. Если амплитуда каждого из сигналов достаточна для пе­ ремагничивания наружного контура 1-8-3-9-1,то подача одного из этих импульсов или обоих будет отпирать трансфлюксор и выдавать на выход сигнал, соответст­ вующий единице, до тех пор, пока запирающий импульс в обмотке wyl не закроет трансфлюксор.

279