книги из ГПНТБ / Бирюков Н.Е. Основы электронной вычислительной техники

близко к напряжению источника питания -- Ек. Если одновремен­ но иа все три входа подать отрицательные импульсы, триоды ото­

жение на выходе схемы уменьшится от — Е к почти до нуля, т. е. иа выходе возникнет положительный импульс напряжения. Если хотя бы на один из входов схемы не подать отрицательный им­ пульс, то соответствующий триод останется запертым, цепь для коллекторного тока будет разомкнута и сигнала на выходе не будет.

На рис. 16 приведена вторая импульсная схема совпадения на два входа. При отсутствии сигналов на входах триоды Т\ и Т2 от­ крыты и проводят ток, при этом сигнал на выходе близок к потен­ циалу базы. Параметры схемы и входных сигналов выбирают та­ ким образом, что только при одновременной подаче на вход поло­ жительных сигналов триоды запираются и на выходе схемы появляется положительный сигнал высокого уровня. При подаче положительного сигнала на один из входов сигнал на выходе отсутствует, так как один из триодов остается открытым.

Выход Р=А

Рис. 18

На рис. 17 приведена собирательная схема ИЛИ с непосред­ ственными связями. При отсутствии входных сигналов через со­ противление RKтечет очень малый коллекторный ток и выходное напряжение почти равно напряжению источника питания—

40

При появлении на любом входе отрицательного импульса соответ­ ствующий триод отпирается и через сопротивление RK начинает идти относительно большой коллекторный ток. При этом на вы­ ходе возникает положительный импульс напряжения.

На рис. 18 приведена схема инвертора на полупроводниковом триоде. Нормально триод заперт положительным напряжением, приложенным к его базе. При подаче на базу импульса отрица­ тельной полярности триод отпирается, и на его выходе появляется

§16. ОСНОВНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ФЕРРИТ-ДИОДНЫХ

ИФЕРРИТ-ТРИОДНЫХ ЯЧЕЙКАХ

1. Принцип действия ферромагнитного сердечника как двухпозиционного элемента

Наряду с электронными лампами и полупроводниковыми при­ борами в электронных цифровых вычислительных машинах ши­ роко используются магнитные материалы с прямоугольной петлей гистерезиса.

Принцип их действия основан на свойстве ферромагнитных ма­ териалов обладать двумя устойчивыми состояниями в точках по­ ложительной и отрицательной остаточной магнитной индукции.

Основными представителями ферромагнитных материалов яв­ ляются железо, никель, кобальт и их сплавы.

ная индукция В увеличивается сна­ чала быстро, а в дальнейшем по мере увеличения и при больших значениях Н магнитное состояние ее достигает насыщения. Кривая ОА называется первоначальной кривой намагничивания. Точке А кривой

намагниченности соответствуют наиоольшие значения индукции Вт И магнитного поля Нт.

41

При уменьшении напряженности внешнего поля магнитная ин­ дукция также уменьшается. Однако кривая В = )'(Н) располагается выше первоначальной кривой намагничивания. При поле Н рав­ ном пулю имеется остаточное намагничивание вещества и соответ­ ствующая ему остаточная магнитная индукция +ВГ. В состоянии, характеризуемом остаточной магнитной индукцией + В Г, магнит­ ное вещество может находиться сколь угодно долго.

Изменив направление внешнего поля на противоположное, на­ чинаем снова увеличивать его напряженность. Магнитная индук­

знака магнитной индукции, называется коэрцитивной силой и обо­ значается Н с.

стигается при напряженности поля, равной — Нт. Если теперь на­ пряженность поля уменьшать, то индукция также будет умень­ шаться и при Я = 0 наступит состояние остаточной магнитной ин­ дукции — В

Это второе устойчивое состояние ферромагнитного вещества. Если теперь увеличивать внешнее поле от 0 до + # т, магнитное состояние вещества изменится от точки — В,- до точки А. Таким образом, получилась замкнутая кривая, которая отражает харак­ тер изменения магнитного состояния вещества под действием внешнего магнитного поля. Эта кривая называется петлей гисте­ резиса. Точки пересечения петли гистерезиса с осью абсцисс опре­ деляют коэрцитивную силу ± Н с ферромагнитного вещества, а точ­ ки пересечения петли с осью ординат — остаточную магнитную индукцию ± В Г. Коэрцитивная сила определяет напряженность внешнего поля, которая необходима для перемагничивания веще­ ства. Чем меньше коэрцитивная сила, тем меньше энергии нужно затратить на перемагничиванне вещества из одного устойчивого состояния в другое.

В цифровых вычислительных машинах применяются ферромаг­ нитные материалы, имеющие почти прямоугольную петлю гистере­ зиса. Ферриты представляют собой смеси твердых растворов двух­ валентных металлов с окислами железа. Обобщенная формула ферромагнитных материалов, применяемых для изготовления фер­ ритов, имеет следующий вид:

Fe20 3M0,

где М — какой-либо из двухвалентных металлов -- Mn, Mg, Ni,

Со, Cd.

Для уменьшения мощности, расходуемой на управление рабо­ той магнитного сердечника, стараются уменьшить его габариты, Внешний диаметр таких сердечников доходит до 1,2 мм,

42

Если условно принять положительно намагниченное состояние

стояния1«1» нужно создать положительное поле, для получения со­ стояния «О» — отрицательное. Напряженность поля, необходимая для перевода сердечника из одного устойчивого состояния в дру­ гое, создается при прохождении импульсов тока по соответствую­

даются считывающие импульсы, устанавливающие сердечник в со­ стояние «0». В качестве считывающих импульсов используются так­

товые импульсы / т тока постоянной частоты. Поэтому обмотку считывания часто называют тактовой обмоткой н обозначают гс'т .

Обмотка ауВЫх — выходная. С нее считываются импульсы ^вЫхЧтобы при записи «1» сигнал на выходе не появлялся, в выходной обмотке включен соответствующим образом диод Д х.

Если знак создаваемых импульсом ампервитков, который по­ сылается во входную или тактовую обмотку, совпадает со знаком остаточной магнитной индукции, то знак последней не изменяется. В выходной обмотке появляется небольшой сигнал (за счет непрямоугольности петли гистерезиса), соответствующий коду 0.

Если же знак ампервитков, создаваемых входным или такто­ вым импульсом, не совпадает со знаком остаточной магнитной ин­ дукции, то магнитный поток резко меняется. Переходный процесс сопровождается наведением э.д.с. При считывании в выходной об­ мотке появляется сравнительно большой сигнал, соответствующий коду 1.

43

Схема феррита с полупроводниковым триодом (рис. 21) назы­ вается феррит-траизисториой ячейкой. Эта схема обеспечивает

этом напряжение, возникающее в базовой обмотке триода ыу,, бу­ дет такой полярности, что триод останется запертым. При подаче импульса в тактовую обмотку произойдет перемагничивание сер­ дечника от + В,-до —В

Напряжение, возникающее в базовой обмотке триода, будет такой полярности, что триод откроется, и сигнал считывания, уси­ ленный триодом, пройдет на выход. Как только триод откроется, гок в коллекторной обмотке ыгк создаст дополнительное прираще­ ние напряженности ЛЯ, которое в свою очередь увеличит напря­ жение на базе триода, и т. д.

Возникающий процесс будет носить лавинообразный характер и будет способствовать быстрому перемагничиванню феррита, т. е. ускорит считывание. Коллекторная обмотка сердечника играет роль положительной обратной связи.

В феррит-транзисторной ячейке при считывании информации триод работает в качестве усилителя.

Одной из наиболее важных характеристик магнитного сердеч­ ника является коэффициент прямоуголыюсти петли гистерезиса—к.

Он выражает отношение остаточной магнитной индукции В,- к магнитной индукции при насыщении В„,, т. е.

к = Вг_ Вт

44

Чем больше коэффициент прямоугольное™, тем лучше сердеч­ ник выполняет функции двухпозиционного элемента.

2.Основные логические элементы на феррит-диодных

иферриг-транзисторных ячейках

Схема запрещения. В большинстве логических схем, построен­ ных на феррит-диодных и феррит-транзисторных ячейках транс­ форматорного типа, используется операция запрета, т. е. подавле­ ния сигнала, поступающего во входную обмотку.

Схема запрещения на феррит-диодных ячейках показана на рис. 22. В этой схеме основную функцию выполняет ячейка запре­ та 3, остальные две ячейки — 1 и 2 — играют вспомогательную роль. Ячейка запрета отличается от обычной феррит-диодной ячей­ ки тем, что в ней есть обмотка запрета которая включается навстречу входной обмотке. Схема имеет двухтактное питание, т. е.

Рис. 22

Пусть в начальный момент все ячейки находятся в положе­

сигнала на выходе не будет.

При подаче импульса на вход В п последующем действии оче­ редного тактового импульса / т (А) в обмотке запрета ячейки 3 возникает импульс. Однако этот импульс не меняет магнитного со­ стояния сердечника 3 и при действии очередного тактового им­ пульса / т (А) сигнала на выходе не будет. Сигнал на выходе ячей­ ки 3 возникает только при подаче импульса на вход А ячейки /.

45

Таким образом, с помощью схемы запрещения реализуется ра­

венство Р = А- В. Это равенство читается так: «Р — есть А и не есть В».

Схема запрещения на феррит-транзисторных ‘ячейках показана на рис. 23. Схема содержит три феррит-гранзисторные ячейки и работает аналогично предыдущей схеме. На вход А ячейки 1 по­ дается входной сигнал, а на вход В ячейки 2 — запрещающий сиг­ нал. Ячейка 3 отличается от первых двух тем, что она имеет об­ мотку запрета Ь.

Пусть на оба входа схемы поданы импульсы, которые перево­ дят ячейки 1 и 2 в состояние кода 1. Очередной тактовый импульс возвращает эти ячейки в состояние 0, а возникшие при этом вы­ ходные импульсы поступают в обмотки а и b ячейки 3, где эти им­ пульсы взаимно компенсируются. Поэтому при поступлении оче­ редного тактового импульса сигнала на выходе ячейки не будет.

Импульс, поданный на вход А ячейки 1, передается па выход ячейки 3 после прохождения тактовых импульсов только при от­ сутствии запрещающего импульса, который подается на вход В,

т. е. реализует равенство Р = А • В.

На рис. 23 видно, что данная схема имеет однотактное питание. Некоторый сдвиг (на полпериода) между кодовыми и тактовыми импульсами осуществляется при помощи линий задержки ЛЗ.

Схема совпадения. Схема совпадения на два входа, изображен­ ная на рис. 24, построена на трех феррит-диодных ячейках с ис­ пользованием обмотки запрета.

Пусть в начальный момент все ячейки находятся в положе­ нии 0. При поступлении сигнала только на вход В ячейки 2 перво­ начальное состояние схемы не изменится, так как этот сигнал по­ ступает в обмотку запрета ячейки 3, не изменяя ее магнитного

46

состояния. Если сигнал подается только на вход А, то в обеих ячей­ ках 1 и 2 записывается код 1. Затем эти коды считываются оче­ редным тактовым импульсом /т (^).

Сигнал с ячейки 1 поступает во входную обмотку записи ячей­ ки 3, а сигнал с ячейки 2 — в обмотку запрета. Эти сигналы скомпенсируются, вследствие чего код 1 в ячейку 3 записан не будет. Тактовый импульс / т (/а) не изменит магнитное состояние ячейки 3, т. е. на выходе сигнала не будет.

При одновременной подаче сигналов на входы А и В код 1 за­ писывается только в ячейку 1, так как в ячейке 2 эти импульсы взаимно компенсируются. Затем он перезаписывается тактовым импульсом / т (11,) в ячейку 3, поскольку в ее обмотку запрета не поступал сигнал. Затем тактовым импульсом / Т(С) ячейка 3 воз­ вращается в исходное магнитное состояние «О», а на выходе схемы появляется сигнал.

Рис. 25

Таким образом, на выходе схемы сигнал появляется лишь в том случае, если сигналы поданы одновременно на оба входа, т. е.

Р = А • В.

47

Схема совпадения на два входа, построенная на трех ферриттранзисторных ячейках, показана на рис. 25. Ячейки 2 п 3 имеют соответственно обмотки запрета Ь\ и Ь2. В схеме используется двух­ тактное питание. Сигнал А поступает во входные обмотки ячеек I и 2, а сигнал В — в обмотку запрета ячейки 2. Порядок работы схемы такой же, как и в аналогичной схеме совпадения на ферритдподных ячейках.

Схема разделения. Схема разделения на два входа, изображен­ ная на рис. 26, построена на трех феррит-диодных ячейках. Ячей­ ки 1 и 2 первого каскада содержат по три обмотки: входную, так­ товую и выходную, ячейка 3 второго каскада — четыре обмотки, из них две— входные, одна — тактовая и одна — выходная.

При подаче сигналов на один из входов или на оба входа одно­

писывается из ячеек первого каскада в ячейку 3, после чего такто­ вым импульсом / т(/а) перебрасывает ячейку 3 в первоначальное состояние намагниченности, и на выходе схемы появляется им­ пульс, соответствующий коду 1.

48

Схема разделения, реализующая логическую операцию ИЛИ.

гично предыдущей схеме разделения на феррит-диодных ячейках.

Наиболее распространенным элементом ЭЦВМ является триг­ гер. Триггерная схема представляет собой быстродействующее электронное реле, имеющее два устойчивых положения, соответ­ ствующие кодам 1 или 0. Чаще всего триггерные ячейки исполь­ зуются как запоминающие элементы, однако во многих случаях путем включения сравнительно простых дополнительных схем удается превратить триггер в суммирующий элемент.

Принципиальная схема триггера на электронных лампах при­ ведена на рис. 28. На рисунке видно, что схема триггера имеет две электронные лампы и характеризуется наличием взаимных анод­ но-сеточных связей между ними, а также общим смещением для этих ламп. /