+>6В через резистор R 1 переключается из базовой цепи тран зистора дайной схемы в коллекторную цепь предыдущей схемы.
Микросхемы 2ЛП171 и 2ЛП172 самостоятельного примене ния не имеют, они применяются для расширении логических возможностей микросхемы 2ЛБ173. Микросхема 2ЛП171 со стоит из двух логических расширителей е 4 входами на схему И. Число входов на схему И расширителя 2ЛП172 равно 8.
Микросхема 2ТК.171 (рис. 12.33) представляет собой триггер со счетным и раздельными! входами. Для .получения схемы триг гера необходимо вне микросхемы соединить контакты «Вых. О» (вывод 1) hi «Об;р. св.» (вывод :3).
Рассмотрим работу схемы в счетном режиме. Пусть для определенности в исходном состоянии триггера транзистор Т1 открыт, а транзистор Т2 — закрыт, т. е. триггер находится в состоянии! «О», и пусть на счетный вход подан низкий, уровень напряжения, а ,на все остальные — высокий уровень. В этих условиях триггер сохраняет свое .предыдущее .состояние.
При подаче на счетный вход высокого уровня напряжения в базу уже насыщенного транзистора Т1 потечет дополнитель ный отпирающий ток от источника +6 В через резистор R 1, через инерционный диод Д5, который накапливает заряд во включенном состоянии, что не приведет к изменению состояния триггера.
Накопленный заряд на диоде Д5 сохраняется после пре кращения действия высокого уровня напряжения. Вследствие этого диод Д5 .практически превращается в пассивный резистор с малььм сопротивлением.
«О )
Когда положительный счетный импульс снимается, т. е. на счетном входе появляется низкий уровень напряжения, ток от источника + 6 В через резистор R 1 переключается из базовой цепи транзистора Т1 в цепь источника 'входного низкого уровня. Часть тона, протекавшего ранее в базу транзистора Т1 через резистор R2, начнет ответвляться через диод Д5 .в цепь источ ника входного сигнала. Уменьшение тока в цепи базы транзис тора Т1 способствует выходу транзистора Т1 из насыщения. Входное сопротивление транзистора увеличивается, что способ ствует еще большему запиранию транзистора Т1Описанный процесс проходит до тех лор, пока транзистор Т1 закроется и на его выходе появится высокий уровень напряжения.
Положительная |
обратная связь воздействует на диоды ДЗ |
и Д4, вследствие |
чего ток, ’протекающий от источника + 6 .В, |
через резистор R4 из цепи входного диода направляется в цепь базы транзистора Т2. вызывая его отпирание, и вводит тран зистор Т2 и .насыщение. На 'Выходе транзистора Т2 появляется низкий уровень напряжения
Переключение триггера из состояния «I» в состояние «О» аналогично описанному выше, с тем лишь отличие?.!, что в этом случае после «подачи ..лоложительксго и?, пульсе па счетный вход заряд будет накапливать диод Д6.
Микросхема 21PI71 представляет собой р.'птео с ратдельяыми входами, состоящий по дз}х инкес: рсв, аналогичных
2ДБ171.
Микросхема 2ЛР171 выполняет логическую феккц.чго И—ИЛИ—НЕ. Инвертор имеет ьа входе две схемы И нл 2 и 3 входа, которые объединяются в схему ИЛИ.
•Микросхема 2ЛП173 — диодная сборка — саыестсятельлсго применения не имеет, сна используется для расширения дегюческих возможностей микросхемы 2ЛР171.
• Микросхемы 2НТ171, 1НТ172 2НТ173 (транзисторные матри цы) могут использоваться для построения вспомогательны::! элементов различных схем.
В табл. 12.12 приведены и другие серин ИМС, которые ре комендуется применять для построения схем и узлов цифровых вычислительных устройств. ■
В моделях ЕС ЭВМ 3-го поколения применяются нптегредькые логические элементы серии 155 среднего быстродействия и серий 137 и 1S7 высокого быстродействия. Их сскоскы-з схемы обеспечивают выполнение универсальных логических функций И—НЕ и ИЛИ—НЕ в различных сочетаниях.
Все эти серий логических элементов имеют единую конструк цию пластмассового корпуса тала ДИП с размерами
1 9 , 5 X 7 , 5 X 3 , 2 мм.
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 12.12 |
|
Мг |
№ серии |
|
Тип вход |
Количество |
|
Тип ИМС |
ИМС .в |
|
п. п. |
ИМС |
ных цепей |
|
|
|
|
|
серии |
|
1 |
1Ш |
Полупроводниковые |
DTL |
13 |
|
2 |
106 |
» |
TTL |
6 |
|
3 |
ШЮ |
.» |
RCTL |
57 |
|
4 |
1'20 |
|
DCTL |
4 |
|
■5 |
137 |
№ |
TTL |
16 |
|
6 |
162 |
& |
DTL |
5 |
|
7 |
165 |
t> |
TTL |
11 |
|
8 |
187 |
TTL |
12 |
|
9 |
201 |
Гибридные |
DCTL |
7 |
|
10 |
204 |
f» |
RCTL |
5 |
|
11 |
205 |
’0» |
TRL |
5 |
|
12 |
,210 |
■» |
TRL |
3 |
|
13 |
311 |
|
DTL |
12 |
*
§ 12.5. Запоминающие элементы
Запоминающие элементы цифровых вычислительных уст ройств предназначаются для хранения значений двоичных раз рядов 0 и 1. Различают две разновидности запоминающих эле ментов: пассивные и активные.
В .пассивных запоминающих элементах запись и считывание связаны с изменением физического способа представления ин формации. В активных элементах информация представляется их электрическим состоянием.
1. Ферритовые сердечники
Ферритовые сердечники (ферриты) изготавливаются из ма териалов, представляющих смеси окислов двухвалентных ме таллов, обязательным компонентом которых является окись железа Fe20 3. Наибольшее применение тол учили магниево-мар ганцевые ферриты. щ
Технологический процесс изготовления сердечников базиру ется на методах порошковой металлургии. Он состоит из сле дующих основных операций: приготовления ферритового порош ка заданного состава, прессования сердечников .нужной формы и термической обработки отпрессованных изделий. После тер мообработки сердечники приобретают большую механическую прочность и необходимые магнитные свойства.
Особенностью ферритовых сердечников является прямо угольная форма петли гистерезиса, которая представляет зави симость индукции от напряженности магнитного поля B = f(H ) (рис. 12.34) и образуется при низких частотах перем-агничивания.
Свойства .ферритовых сердечников определяются статическими н динамическими характеристиками.
Основными статическими характеристиками ферритового сер дечника являются:
—коэрцитивная сила Нс [А/м], представляющая напряжен ность мапнитиого поля, при которой происходит изменение знака магнитной индукции;
—максимальная величина магнитной индукции Bm [Т], со ответствующая уровню магнитного насыщения материала сер дечника;
—величина остаточной магнитной индукции ДДТ], опреде
ляемая при напряженности магнитного поля Н = 0;
— статический коэффициент прямоугольности петли гистере-
v |
|
Вг |
|
|
зиса Апр = |
р- ■•. |
|
|
|
|
^tn |
|
|
Для лучших образцов сердечников значение коэффициента |
прямоугольности лежит в пределах 0,92-г 0,96. |
+ Нгп фер |
При |
наличии магнитного поля |
напряженностью |
ритовый |
сердечник намагничивается до величины насыщения |
+ В т, а |
под |
действием магнитного |
поля —Нт — до |
величины |
—Вт. Однако оба эти состояния не являются устойчивыми н после прекращения действия магнитного поля (Я —0) уровень намагниченности сердечника изменяется соответственно до ве личин + Вг и — ВГ. представляющих значения остаточной ин дукции.
Предельная петля гистерезиса образуется .при изменении Н от +Нт до —Нт. Если изменение магнитного поля происходит в меньших пределах, то перемагничиванве сердечника происхо дит по так называемым местным циклам.
В качестве запоминающих элементов вычислительной тех ники применяются ферритовые сердечники торроидальной фор мы (рис. 12,35). Геометрические размеры такого сердечника
характеризуются: внсшным диаметром D, внутренним диамет ром d и толщиной /;. Практическое применение в ЦВМ полу
чили |
ферритовые |
сетдсчнинн, |
имеющие |
следующие |
размеры |
в мм: |
3 X 2 X 1,3; |
2 X 1,4 \ 0,9; |
1,4 X 1 X 0,6; 0,8 X 0,5 X 0,35; |
0,6Х 0,4Х 0,3. |
Их |
статические |
характеристики |
приведены в |
табл. |
12.13. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
12.13 |
|
Марка |
Пс, |
А;М |
в ,; Т |
в г |
р, О м м |
Точка |
|
феррита |
К tip — g |
Кюри, °С |
|
|
|
|
|
|
°т |
|
|
|
|
|
i |
12,8 |
0.2 |
0,94 |
5 ■10е |
■150 |
|
0Д6ВТ j |
|
0.25БТ ' |
j |
2) |
|
0.2 |
0,91 |
2 • 1C7 |
|
125 |
|
0,3ВТ |
j |
21 |
|
0.1 1 |
0,91 |
1 • 1C7 |
|
КО |
|
0 4BT |
! |
32 |
|
с.;з |
0,£3 |
2 - 103 |
200 |
|
0,731 |
| |
ГС |
|
С.25 |
0,S I |
2 • Ю3 |
270 |
|
0.2ВТ |
|
72 |
|
с,:з |
0,22 |
2 - !05 |
2G0 |
|
1.3В Г |
|
К4 |
|
0,24 |
0,92 |
2,3 • 103 |
2SO |
|
i.-bT |
|
;_о |
|
с ,:: |
0,91 |
5- 1C* |
230 |
|
2БТ |
|
i-:o |
|
с,:о |
0.92 |
5 • 1-Г,-4 |
|
2S0 |
|
2БТ ■ |
|
|
|
С20 |
0.91 |
2 - 10е |
|
280 |
|
сот |
|
з:о |
|
0,78 |
0.S7 |
5- Ю3 |
|
320 |
|
евт |
|
417 |
|
C.1S |
0,90 |
3 • 10"> |
|
ZZO |
П р и м е ч а й т е - |
Ипф.ри перст Су.-.псиппм оСоз::п-:е:::;см мер:::: феррита |
сСо:::е-;е:ет Еелюпи.'у |
flc |
и эрстедах: |
|
|
|
|
1
1э = — ■10’
В цнфрссых вычислительных устройствах ферритовые сер дечники обычно подвергаются воздействию импульсных полей, частота повторения которых может достигать больших значе ний. При зто'м физические процессы перемагпнчиванил ферри тов имеют свои особенности и наряду со статическими харак теристикам!; нужно рассматривать их динамические характе-
П1щ п о ц "ячцх характеристик является зависимость сремсп» п^р^у^'ничиваипя от прицеженного поля. Для перемагинчнвающях импудьеозпрямоугольной фермы эта зависимость опреде-
л3тг:пн<‘ж Ж ^ лсй:’ |
’ , |
, |
-роф нонаг.вд |
|
ЛИЯ-Н„). |
где т — время полного перемагнмчивания сердечника от — В
до + B r [с[.
S,0— постоянная перемагничи1вания, характеризующая ве личину импульсного поля, необходимого для пере.магничиваниия сердечника [А/м • с];
Я0 — пороговая '(стартовая) .напряженность поля, превы шение которой вызывает перемапничивание сердечни ка, обычно # 0> # с [А/м];
Нт — напряженность перемагничивающего поля [А/м].
Основные динамические параметры ферритовых сердечников приведены в табл. 1-2.14.
|
|
|
|
|
Таблица 12.14 |
|
|
|
Марка |
феррита |
|
|
Параметр |
0.16ВТ |
0,2бВТ |
0,ЗВТ |
0.4ВТ |
• 0.7ВТ |
0.9ВТ |
|
Н,„ А'м |
56 |
46 |
86 |
128 |
144 |
128 |
5 ш, мк А/м - с |
32 |
32 |
40 |
32 |
37 |
36 |
|
|
|
Марка |
феррита |
|
|
Параметр |
-1,ЗВТ |
1.5ВТ |
2ВТ |
ЭВТ |
4ВТ |
5ВТ |
|
Я,„ А и |
140 |
160 |
1-84- |
200 |
330 |
350 |
5т,мк А.м-с |
47 |
40 |
36 |
0,36 |
36 |
34 |
Другой важной динамической характеристикой материала сердечника является зависимость э. д. с., наведенной в выходной обмотке, от напряженности перемагничивающего поля, опреде ляемая соотношением
е — ®вых ■
где аивых— число витков выходной обмотки; 5 — площадь поперечного сечения сердечника [м2].
Как видно, величина э. д. с. в выходной обмотке зависит от скорости изменения индукции, которая определяется величиной
Hm. Зависимость dB представляется в виде графика
рис. 12.36.
Важным с точки зрения эксплуатации запоминающих эле ментов на ферритовых сердечниках является зависимость тих параметров от температуры. С повышением температуры умень шаются такие параметры, как Вт, В г, Нс, Н0, 5 Ши /Слр. Это обстоятельство ухудшает качество работы ферритовых сердеч ников и построенных на них устройств. При некоторой темпера туре, называемой точкой Кюри, магнитные свойства .ферритов исчезают полностью. Для каждого типа магнитного материала
точка |
Кюри |
различна и находится в пределах 150-т-350°С |
(табл. |
12.13). |
Однако существенное влияние на изменение ха |
рактеристик сердечников оказывает также повышение темпера туры до 60-г70° С. Поэтому при построении схем цифровых вычислительных устройств с использованием ферро-магнитных элементов помимо электрических и частотных свойств ферритов необходимо учитывать температурные условия.
■аВ, d t
В ^качестве запоминающих элементов ферритовые сердеч ники ^используются путем .присваивания значениям их остаточ ной индукции значений кодов двоичных разрядов. Обычно со стояние намагниченности + В Г принимается за 1, а состояние
— В Т— за 0.
Запись и считывание ‘Двоичной информации производятся при помощи токовых сигналов, подаваемых на обмотки. Разли чают три основные обмотки: записывающую w3, считывающую wc и выходную швых (рис. 12.37). Запись на сердечник двоич ной информации производится путем подачи сигналов на за писывающую обмотку. При записи 0 сигнал не подается и сердечник остается в исходном состоянии! намагниченности —В г
При записи 1 подается 'импульсный сигнал единичной ампли туды,- под действием которого создается магнитное поле вели
чины +Нт и сердечник принимает -второе состояние с остаточ ной индукцией + В С. Таи как эти состояния являются устой чивыми, то сердечник, находясь в них, хранит двоичную инфор мацию (0 или 1).
Для считывания хранящейся на сердечнике информации не обходимо подать на обмотку wc импульсный сигнал считыва ния. Под действием этого сигнала образуются ампер-нитки, соз дающие магнитное поле величины —Нт. При этом, если была
записана |
1 (значение остаточной |
индукции сердечника -j- В г), |
сердечник |
перемагничивается и в |
его выходной |
обмотке |
швых |
создается э. д. с. величины |
|
|
|
|
*1 = П ы х - 5 - гН :^ я-[В], |
|
|
|
|
“Z |
|
|
где |
-S— сечение сердечника |
[м2]; |
|
|
Вг + |
т — среднее время леремапничивания сердечника [с]; |
Вт — суммарная величина изменения |
индукции |
[Т]; |
™Вых— количество витков выходной обмотки.
Эта э. д. с. имеет импульсный характер и единичную ампли туду.
Еслш считывается 0 (значение остаточной индукции —Вг), то за счет непрямоугольное™ петли гистерезиса в выходной обмотке создается э. д. с. величины
e0 = wBax- S ? m~ -Br [В],
которая является помехой.
2. Магнитные пленки
В последние годы ведутся исследования по использованию в качестве запоминающих и других элементов цифровых вы числительных устройств тонких магнитных пленок (толщиной 5000А° и менее). Имея одинаковую с ферритовыми) сердечника ми природу, магнитные пленки отличаются очень малой дли тельностью переходных процессов при изменении их состояния, измеряемой десятками наносекунд. Положительным качеством тонких магнитных .пленок является также высокая температур^ ная стабильность (до +200° С и выше).
Малые вихревые токи и благоприятные условия для тепло отдачи, в связи с большим отношением поверхности пленки к ее объему, приводят к тому, что нагрев пленочного элемента практически отсутствует. Тонкие магнитные пленки обладают свойством сохранять устойчивое состояние легкого скриентированного намагничивания, которое возникает в процессе изго товления или образуется принудительно,
Для построения запоминающих элементов плен.ка .наносит ся на подложку в виде пятен прямоугольной или круглой фор мы диаметром около 5 мм. На этой же подложке изолированно от магнитной пленки выполняются проводинкн, (при помощи которых производится управление работой элемента (рис. 12.38). Пунктиром показано направление устойчивого легкого намаг- н.ичив!а|Ния. При использовании пленки в .качестве двоичного запоминающего элемента одно устойчивое состояние N прини мается за 0, а другое 5 — за 1.
Для выполнения операции записи создаются два магнитных поля: управляющее, образуемое управляющим током, и июле записи 0 и 1, образуемое током записи. Управляющее поле
составляет 2/3, а поле записи — 1/3 порогового поля. |
|
|
При записи 0 пленка остается |
|
в состоянии намагниченности (V, |
|
так как поле записи |
вычитается |
|
из управляющего поля и действует |
|
только 1/3 порогового .поля, пово |
|
рачивающего |
вектор |
намагничен |
|
ности на угол, |
меньший 90°. При |
|
записи 1 поле записи и управляю |
|
щее поле складываются, образует |
|
ся суммарное пороговое поле, под |
|
действием которого вектор легко |
|
го намагничивания поворачивает |
Рис. Ii2.38. |
ся на угол, больший 90°, и пленка |
|
переходит в состояние 5. |
■Считывание производится полем, которое создается управ ляющим токовым сигналом. Под действием этого поля происхо дит вращательное перемагничивание пленки в направлении управляющего магнитного поля. Причем, если считывается 0, направление намагниченности пленки изменяется от N к R, а если считывается 1, то направление намагниченности изменя ется от S к R. При этом в проводнике считывания наводятся сигналы различной .полярности, изображающие 0 и 1. После считывания исходное состояние пленки восстанавливается. Та ким образом, создаются условия для считывания записанной информации без ее разрушения.
3. Феррит-диодные и феррит-транзисторные ячейки
Обычный ферритовый сердечник с обмотками, как запоми нающий элемент, имеет существенные недостатки. Во-первых, не обеспечивает направленную передачу сигналов на выход. В выходной обмотке сердечника н'аводится э. д. с. как в момент считывания, .так и в момент записи. Во-вторых, для получения
на выходе 'Сигналов большой амплитуды требуются мощные считывающие импульсы. Первый недостаток устраняется путем включения в выходную обмотку сердечника полупроводниково го диода. Такой элемент носит название феррит-диодной ячей ки (ФДЯ). Схема феррит-диодной ячейки изображена «а
рис. 12.39.
Л и о н Д включается таким образом, чтобы не допустить про хождения на выход сигнала, возникающего в момент записи кеда сд”нииы и обеспечить ппохождение сигнала п.ри считы вании. Таксе разделение обеспечивается диодом потому, что эти сигналы имеют различную полярность. Однако феррит-ди- одная ячейка является пассивным элементом, поэтому второй кедэстстгк у нее сохраняется. В феррит-транзисторной ячейке fr.H'c. 12 лгл r,TQT недостаток устраняется. Феррит-трвнзиеторная ячейка (ФТЯ) состоит из фер.гдтового сердечника с обмотками п пелупрс:гсс1'щ<оряго триода fnna.HSiHCTapa). Tip-ашистар Т, как и дисд в ФДЯ. обеспечивавналравленную передачу сигнала, соответствующего написанной на -сердечник информации, в мо мент считывания. Кроме того, за счет транзистора .производится
усиление выходного |
и м п у л ь с н о г о |
сигнала по амплитуде и раз- |
г - т . д ячеек между |
гобоп п р и |
построении сложных схем на |
ФТЯ. Триод включен по схеме г- заземленным эмиттером; его гиганте сс’пдествляетсл ст источника постоянного тока напря женном —Гк.
Обметки кя сел деннике имеют следующие наименования: за-
п;;ы*:;оютт'зч кс. |
считывающая wc, |
базовая щ , коллекторная wK. |
Пг-пншш работы ФТЯ состоит |
в следующем. Для записи |
в c-ttjHtj-v 1 из |
ее записывающую |
обмотку необходимо подать |
импульсный сигнал положительной полярности такой величины, '•-обы обпазующиеся ампер-витки были достаточны для созда- j---n Мяянитно-’-п поля величины + Н т. Это должен быть токовый импульс, так как
Я - — [ А/„] t
