книги из ГПНТБ / Евреинов Э.В. Цифровые автоматы с настраиваемой структурой (однородные среды)

затухающих

токов

как

угодно долго без какого-

либо питания

извне, ис­

пользования

двусторон­

ней

идеальной

проводи­

мости д л я выполнения

соединительных

функций.

_ ]

Поперечный

криот-

рон

представляет

собой

Рис. 5-4. Схема трикона на крио-

систему

из

двух

пересе-

тронах.

кающихся

изолирован­

ных

друг

от

друга

про-

мость, а верхняя пленка

остается сверхпроводящей . Д л я

реализации трикона требуется

всего

лишь два

криотро-

на (рис. 5-4). Контакт

м е ж д у

х и у

считается

замкну ­

тым, если в контуре а нет тока и полюсы х н у

соеди­

нены сверхпроводящим

путем. Контакт разомкнут, если

вентиль

криотрона

к\

имеет сопротивление.

Запись

тока

в

контур

а

прозводится

подачей

импуль­

сов

тока

1Ц

и h по

двум настроечным

шинам:

горизон­

тальной

и

вертикальной. П р и этом вентиль криотрона kz

пленке

криотрона

k\.

Такое

положение

сохраняется

и

после отключения

тока

/ в

и

возвращения

вентиля

кг

в

сверхпроводящее

состояние. Если теперь отключить

ток / г ,

то

б л а г о д а р я

энергии,

запасенной в

магнитном

поле

контура та,

в

нем

сохранится

незатухающий

ток.

Схема

элемента

О С

на

криотронах

приведена

на

2

х3

if?

Рис. 5-5. Схема элемента ОС на криотронах.

криотрона

kim Соединительные

функции реализуются

с помощью криотронов

kz,

k3, kk и

k5.

У п р а в л я ю щ и е пленки

этих криотронов вместе с вен­

тилями

криотронов ks,

kj,

&в-образуют настроечные конту­

ры щ,

а%,

аз.

П р и записи незатухающего тока в настроечные кон­

туры с

помощью импульсов токов, подаваемых по ши­

ответствующей

ветви элемента,

что

эквивалентно

полному ее размыканию .

Функции,

выполняемые

элементом,

приведены

в табл . 5-1.

К а к видно

из рассмотренного

примера,

использова­

номные схемы

(8 криотронов

на элемент) .

Некоторое

упрощение

структуры

элемента

возможно

при разбиении

элемента

О С

на две

части: настроечно-

соединительную и функциональную .

К а к .известно,

при

реализации различных схем

автоматов в' ОС

основные

з а т р а т ы приходятся на

построение

соединительных

ка­

удобно

представить О С

в

виде однородной

структуры

из двух

типов элементов:

функциональных

и соеди­

нительных.

Схема соединительного элемента, реализующего со­

единительные функции Р,

D

и 0, приведена на

рис. 5-6,а,

Реализуемая функция

Возбуждены на­

Возбуждены

Шины

строечные контуры

крпотроны

иастроПкн

Xf

Хз

У и Уг

9хз

а , , а г

/е2

, А,, /г5

<л. г/г- г/*

г=х

\хз=х2

Щ

/г2 , ft,

У н У г, Уз

единительных

элементов

в

зависимости

от

особеннос­

/

S

/

/

/

тей

реализуемых

в

ОС

схем. Кроме того, можно

изменять

структуру

функ­

/

/

ционального

элемента,

ус­

_

f '

—

л о ж н я я

его

в

той

мере,

в какой это необходимо д л я

/

/

/

/

реализации

заданного клас ­

са

схем.

/

i

/

/

.

Разделение элемента

ОС

на

функциональный

и

со-

—

t

—

/

1-

единительный

позволяет

ис­

Рис.

5-7.

Структура

ОС

из

пользовать

особенности

ра­

боты этих

элементов

в

схе­

функциональных

н

соедини­

мах д л я упрощения их кон­

тельных элементов.

струкции,

а т а к ж е

всей

ОС

в целом. В частности,соеди­

нительные

элементы

при

их

работе

не

требуют

большо­

го

числа

переключений,

так

к а к

изменение

их

структу­

ры

требуется,

как

правило,

только

при

настройке

О С

на

реализацию

новой

схемы.

Во

время

работы

этой

позволяет

применять

элементы с небольшим

ресурсом

по

числу

переключений (105 —10°). Поскольку

'измене­

ние

схемы

происходит

сравнительно редко, то

допусти­

тактовой частотой переключения (102 —10а l/сек).

На ­

конец, небольшое

число соединительных

функций

в функционально-полном наборе позволяет

реализовать

ром такого

прибора

м о ж е т с л у ж и т ь пленочное

электро­

статическое

реле,

конструкция

которого

приведена

на рис. 5-8.

Главными элементами

конструкции являют -

Рнс.

5-8. Конструкция пленом-

Рис.

5-9. Конструкция пленочного

пого

электростатического

реле.

электростатического

реле

с дву­

сторонним притяжением.

ся:

мембрана

1 — подвижный

электрод, выполненный

в виде тонкой

пластинки,

закрепленной на концах в 'На­

тянутом состоянии;

у п р а в л я ю щ и е электроды

2,

покры­

щий

над

диэлектриком .

Б л а г о д а р я

небольшим

разме­

рам

м е м б р а н ы

(толщина

Ю - 3

мм)

и

малому

зазору

м е ж д у

мембраной и у п р а в л я ю щ и м и электродами

( 1 , 5 х

Х Ш ~ 3 )

быстродействие

такого

реле

м о ж е т

быть

зна­

чительным

(до

100 кгц).

При подаче н а п р я ж е н и я источника

к у п р а в л я ю щ и м

электродам и мембране последняя притягивается

к элек­

тродам и соединяется с-контактом 4.

В

результате

меж ­

ду мембраной и контактом образуется

гальваническая

связь.

П р и снятии

н а п р я ж е н и я

мембрана

возвра­

щается

в

нормальное

положение и

контакт

разъеди ­

няется.

1

(рис. 5-9). Это.

реле

.состоит

из неподвижных

проводя­

щих

пластин

/,

закрепленных

на

изолирующем

основа­

нии

2. П о д в и ж н а я

проводя-

щ а я

мембрана

4

жестко

за

креплена

иа

своих

концах

7

1

3

на

основании

2

и

покрыта

Г '

гТТПI

с обеих сторон изолирую­

щими слоями 5 я 6, на ко­

торых закреплены

контакты

7 и

8.

Р е л е

имеет

т а к ж е

о-

неподвижную

пластину

9,

х-1

о

| х3

расположенную

над

под­

1-0

вижной

пластиной

4

и

по-

щ

.1}

крытую

изоляционным

сло­

ем 3, на котором жестко за­

охр

креплен

контакт

10.

При

Рис. 5-10. Схема соединитель­

подаче н а п р я ж е н и я

на ниж­

ного

элемента

иа

пленочном

нюю

неподвижную

пласти­

электростатическом

реле.

ну 1 и подвижную 4 по­

следняя прогибается, в результате чего

н и ж н я я

пара

контактов замыкается .

П р и

подаче потенциала

со­

ответствующей

полярности

на

пластину

9

подвижная

пластина

перемещается

вверх,

р а з м ы к а я

нижнюю

пару

тростатическое реле

с

тремя устойчивыми

состояниями:

з а м ы к а н и е

верхних

контактов,

'Нейтральное

положение,

з а м ы к а н и е нижних контактов. П р и этом возможно

до­

стичь

механической

блокировки контактов,

благодаря

чему

сохраняется устойчивое

состояние д а ж е

при

вы­

ключенном питании. Пленочное электростатическое

реле

с т р е м я устойчивыми

состояниями м о ж е т

с л у ж и т ь

ос­

новой

д л я

реализации

соединительных функций

Р , D h O .

Схема

такого соединительного

элемента

приведена

на

зует функцию Р ,

в состоянии 2 — функцию 0, и в

состоя­

нии 3 — функцию D .

П е р е х о д из

состояния

в

состояние осуществляется

с помощью посылки импульсов соответствующей

поляр­

ности в у п р а в л я ю щ и е

шины

yi,

у%, уг-

Соединительный

элемент,

реализующий

функции

Р , D и 0, может

быть

получен

в виде одного

физическо­

10—235

145

Ф у н к ц и о н а л ь н ый элемент /•' может быть

реализован

на

любой

физической основе,

как

и

в обычных

схемах,

например

на М Д П - т р а н з и с т о р а х .

Из приведенных примеров легко видеть, что при усло­

вии

реализации соединительных

и

автоматных

функ­

ций

без их взаимного совмещения, а

допуская л и ш ь со­

вмещение

функций настройки

и

хранения

настроечной

получить

сложность

соединительного

элемента

пример­

но

равной

сложности

S

с

функционального

элемен­

S

S

та

(в

случае

специально

разработанного

физиче­

ского

прибора

для

реа-

5

F

S

F

л из а ци и

соед и н ител ы-ю-

го э л е м е н т а ) .

Д а л ь н е й ш е е

упроще­

S

S

S

5

ние

структуры

элемента

ОС возможно при допу­

щении

совмещения

со­

5

S

F

единительных

функций с

автомат и ы м и фу н к ци я м и.

П р а в д а ,

в этом

случае

Рис. 5-11.

Структура

ОС.

соединительные

элемен­

ты

будут содержать

ак­

тивные

компоненты

и, следовательно,

з а д е р ж к а

в

них

станет сравнимой с

з а д е р ж к о й в

функциональных

эле­

нельзя

пренебрегать

з а д е р ж к о й

в

соединительных

эле­

ментах

по сравнению

с

функциональными

элементами .

Д л я

совмещения

с функциональным

элементом

удобно

•использовать соединительные

функции

типа

Р и 0, функ­

ции

типа D .не имеют

аналогов

по

структуре

среди

авто­

матных

функций,

в лучшем

случае

их

можно

совмещать

с функциями з а д е р ж к и

или

функциями

отрицаний.

Рассмотрим

возможность

разделения

элемента

О С

на две

составляющие:

функционально-соединительный

элемент

и соединительный

элемент типа

D.

В

функционально-соединительном

элементе

совме­

элементе типа

D

постоянно

реализуется соединительная

функция D. В

этом

случае

соединительный элемент D

может быть

з а д а н

с

фиксированной структурой. П р и

объединении

в

одном

функционально-соединительном

но-соединительные элементы

п р и н а д л е ж а т

к классу

ан­

тисимметрических.

Д л я реализации

ОС

необходимо

предусмотреть возможность

построения

двусторонних

связей элементов

друг с другом по двум

к а н а л а м с

про-

представление

функционально-соединительного

элемента

относительно

к а ж д о й его грани (стороны), что

позволя­

ким образом,

к а ж д о й

стороне элемента ОС д о л ж н а со­

ответствовать

симметричная часть

функционально-соеди­

нительного элемента,

в которой

реализуется з а д а н и е

10*

147

бор находится в проводящем состоянии, то

прохождение

сигнала со

входа

х на

выход z

з а п р е щ е н о

и

иа выходе

схемы z = l .

Если

ж е

5-прибор

находится

в

непроводя­

щем состоянии, то на выходе имеем z = x.

5- прибор удерживается в одном из состояний

при

помощи тока, з а д а в а е м о г о через сопротивление R2-

Пе­

лении. Комбинируя

различное число управляемых инвер­

торов,

можно

построить

с а м ы е разнообразные

схемы'

функционально-соединительных элементов.

В качестве примера можно привести схему четырех-

полюсното

функционально-соединительного

элемента

(рис. 5-13).

IV с л у ж а т

Здесь

шины

/,

/ /

/ / / ,

для выбора

и на­

стройки

входов

/,

2,

3, 4

с помощью

у п р а в л я е м ы х

S-об-

Элемент

описывается

следующей

системой урав ­

нений:

Z i (t +

5) =

у

[Jd (t) Л gt (01. » =

1. 2,

3,

4;

(' + 1 ) = ( 0

V [У, (*) Л у, (t) V хг

(t) д

у 3

W1.

яЛ+1)=ч>

(0 V [у,

(0 Л Уз (*) V

(0 Л

Уз (01;

<73 (t + 1 ) = q t

(t) v [у2

(0 Л уAt) V

(0 Л У* (01;

1) = 7 ,

(0 V [у, (0 Л У., (0 V

(0 Л У, (01 •

где

Xi — входные

переменные;

г/,- — у п р а в л я ю щ и е

пере­

менные;

— состояние

г'-ro элемента

памяти; zt

— вы­

ходные логические переменные; б — з а д е р ж к а .

Д л я

построения

ОС необходимо ввести т а к ж е

соеди­

нительные

элементы D с фи­

Вход

Выход

ксированной структурой. Та­

Г

кие

элементы

представляют

1

собой две п а р ы

шин, пересе­

к а ю щ и е

друг

друга

в

пер­

вход 1

пендикулярных

направлени ­

лВыход

i

ях

без взаимодействия

друг

!

с другом

(рис. 5-14).

Выход \

1

\Вход

Структурная

схема

ОС

j

для

данного типа

'Элементов

i

имеет вид (рис. 5-15). Сов­

мещение

соединительных

и

Выход

Вход

функциональных

элементов

Рис. 5-14.

Схема

элемента D

позволяет

получить

простую

топологию

схемы

элемента

с фиксированной

структурой.

ОС

и

существенно

умень­

шить число компонентов

в схеме. Пр и

р а з р а б о т к е спе­

кцию трикона

и инвертора, можно получить

очень

простую схему

функционально-соединительного

элемен-