книги из ГПНТБ / Шляпоберский В.И. Элементы дискретных систем связи
.pdfТаким образом, сигналы помехи, передаваясь по регистру сдвигающими импульсами от элемента к элементу, растут и в итоге могут вызвать перемагничивание какого-либо сердечника в «1» со стояние, после чего в регистре будет иметь место передача еди ницы, хотя на вход она и не подавалась.
Во избежание этого при построении регистров необходимо при менять сердечники с коэффициентом прямоугольное™ не ниже 0,9 во всем диапазоне рабочих температур. Однако с ростом темпе- |ратуры коэффициент прямоугольности некоторых ферритов умень шается, что может привести к появлению в регистре ложной ин формации.
Для таких ферритов наиболее эффективным средством устра нения помех является применение дополнительного компенсацион ного сердечника (рис. 76,6), выходная обмотка которого вклю чается встречно по отношению к выходной обмотке основного сер дечника.
При таком включении происходит почти полное подавление (ком пенсация) помех при условии достаточной идентичности сердечни ков и равенства витков сдвигающих и выходных обмоток.
Рассмотренные выше регистры вследствие диодной связи между элементами получили название ферритдиодных.
В подобных регистрах для перемещения информации исполь зуется энергия внешнего генератора. Такой генератор должен обес печить постоянство амплитуды, формы и длительности сдвигающих импульсов тока.
Данное требование практически трудно выполнимо, особенно если количество подключенных к одному генератору магнитных эле ментов велико, а заполнение регистра единицами является величи ной переменной.
Таким образом, емкость и быстродействие ферритдиодных реги стров ограничиваются трудностями в выполнении генераторов, фор мирующих сдвигающие импульсы достаточно большой амплитуды (1—2 а) при крутом переднем фронте (0,5 мксек).
Указанные недостатки могут быть устранены, если в цепях связи сердечников использовать активные элементы —полупроводниковые триоды (транзисторы). Такие регистры получили название феррит транзисторных.
Ферриттранзисторные регистры
В ферриттранзисторных регистрах полупроводниковые триоды связи используются как усилители импульсов, обеспечивая пере магничивание последующих сердечников.
Рассмотрим принцип работы ферриттранзисторных регистров на примере наиболее распространенной схемы с заземленным эмиттером триода связи (рис. 77, а).
Пусть в сердечник / записана единица. Тогда для передачи единицы на сердечник II необходимо подать сдвигающий импульс,
100
достаточный для перемагничивания сердечника /. При этом в цепи выходной обмотки появится импульс, который откроет триод связи, и коллекторным током в сердечник // запишется единица.
Преимущество такой схемы по сравнению с ферритдиодными состоит в том, что для ее работы требуются меньшие сдвигающие
Рис. 77. Регистры с полупроводниковыми триодами в цепях связи:
а — схема с заземленным эмиттером триода связи; б — схема с допол нительной обмоткой обратной связи
импульсы тока и полностью исключается появление потока обрат ной информации.
Когда требуется еще больше уменьшить величину сдвигающих импульсов, используется дополнительная обмотка обратной связи, включаемая в коллекторную цепь (рис. 77,6).
Рис. 78. Условное изображение регистров:
а — однотактных; б — двухтактных
В этом случае для перемагничивания сердечника / достаточно подать такой сдвигающий импульс, который незначительно изме нил бы его магнитное состояние (точка а, рис. 76,а).
Появляющееся при этом в выходной обмотке напряжение ча стично откроет триод, и в коллекторной цепи потечет ток. Бла годаря дополнительной обмотке W3 (рис. 77,6), обеспечивающей
101
положительную обратную связь, появление коллекторного тока вы зовет увеличение отрицательного потенциала на базе триода, а следовательно, увеличение коллекторного тока. Этот процесс будет продолжаться лавинообразно до тех пор, пока сердечник / пол ностью не перемагнитится.
Работа схемы рис. 77, б от малых сдвигающих импульсов позво ляет использовать ее во всех случаях, когда формирование мощ ных импульсов затруднено. В то же время из-за высокой чувстви тельности возможны случаи срабатывания схемы под действием помех, появляющихся в базовых цепях триодов. Для устранения этого на базы триодов через выходные обмотки подают небольшое запирающее напряжение +0,3-^-0,4 в.
Необходимо отметить, что сегодня ферриттранзисторные ре гистры находят весьма широкое распространение.
Условное изображение преобразующих схем с однотактными и двухтактными регистрами показано на рис. 78. Часто такое изо бражение называют функциональной схемой.
§ 20. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В РЕГИСТРАХ НА МАГНИТНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ И НЕКОТОРЫЕ РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ
Для уяснения процессов, происходящих в регистрах на ферри тах с ППГ, и методики их расчета рассмотрим работу ферритдиодной ячейки, являющейся основой двухтактных регистров
(рис. 79, а).
Рис. 79. Распределение токов в цепях связи двухтактного регистра:
о — ферритдиодиая ячейка; б — эквивалентная схема феррнтдиодной ячейки
Пусть под действием сдвигающего импульса единица с сердеч ника II передается в сердечник III. Тогда в цепи связи сердечни ков II и III появится ток записи /зап, а в цепи связи с сердечни ком / ток обратной информации /0бр-
102
Начнем рассмотрение с наиболее простого случая, введя следую щие допущения:
—петля гистерезиса сердечников строго прямоугольна (р—1),
авихревыми токами и индуктивностями рассеяния можно пре
небречь;
—диоды связи имеют нулевое сопротивление в направлении пропускания и бесконечное в обратном направлении;
—сдвигающие импульсы имеют строго прямоугольную форму.
При принятых допущениях работа |
элементов регистра |
(рис. 79,а) будет происходить согласно |
эквивалентной схеме |
рис. 79, б. |
|
Процесс передачи информации с одного сердечника на другой
может быть описан следующей системой уравнений: |
|
+ / овр Я = °; |
(6.1) |
W ^ + W ^ + I^ R ^ O . |
( 6.2) |
Напряженность магнитного поля Ни создаваемая сдвигающим |
|
током, равна |
|
tfi = 0,4*/сдИ7Сд |
(6.3) |
I |
|
где I — средняя длина магнитной цепи сердечника. |
сердечника II |
Кроме тока / сд, напряженность магнитного поля |
|
обусловлена размагничивающим действием токов / 0бр и /3£Ш. Вслед ствие прямоугольности петли гистерезиса суммарная напряжен ность магнитного поля в течение времени перемагничивания сер
дечника, когда индукция |
изменяется от + ВГ до —Вт, равна коэр |
|||
цитивной силе Нс. Следовательно, |
|
|
|
|
0,4тс/о6р ^ |
0,4л/зап U^2 |
--Нс. |
(6.4) |
|
Иг |
I |
I |
||
Так как для перемагничивания сердечника III током записи не обходимо, чтобы создаваемая им напряженность магнитного поля равнялась
0/W3anlH |
■-Нс, |
(6.5) |
||
I |
||||
|
|
|
||
то, подставляя (6.5) в уравнение (6.4), |
получим |
|
||
0Mio6vWi |
Wt |
н с = н . |
( 6.6) |
|
Нг- |
Wi |
|||
Отсюда |
|
|
|
|
I ги |
и |
|
|
|
Пользуясь выражением (6.7), решим систему уравнений
/о о\ ^Ф3
и (6.2) относительно — f- и - r f - :
|
ДФ2 |
IR |
|
|
~df |
0,4л W |
|
А „ « |
i7м ,— и с— Ш- н с)— |
||
м |
0,4* Itff |
V 1 |
Wt Ч 0,4л w \ |
(6.1)
(6.8)
(6.9)
Для надежной передачи информации вдоль регистра необхо димо, чтобы скорость нарастания магнитного потока последующего сердечника была больше или в крайнем случае равна скорости на растания потока в считываемом сердечнике, т. е.
I |
ЙФ3 |
- .1 |
</Ф2 |
( 6. 10) |
|
I |
dt |
=^1 |
dt |
||
|
Если соотношение (6.10) не выполняется, то с каждой после дующей передачей единицы от одной ячейки к другой величина сигнала будет уменьшаться, что приведет к потере информации.
Подставляя в неравенство (6.10) выражения (6.8) и (6.9), по лучим
IRWi 0,4nWl
|
|
IRHC у |
|
IR |
( 6.11) |
|
0,4л W'j |
0,4л Ц7( |
|||
|
|
||||
Обозначим |
HL |
— h и |
Г, |
= а. тогда неравенство (6.11) примет |
|
|
Я, |
|
|
|
|
вид
a [h — (а + 1)] — 1 h — (а + 1).
Отсюда получим
(6.12)
Чем меньше правая часть неравенства (6.12), тем леТче удов летворяются условия надежной передачи информации.
Можно показать, что минимум правой части будет при а = 2. Принимая оптимальное значение а равным 2:
«оп, = - ^ = 2, |
(6.13) |
получим |
|
h = # - > 4 . |
(6.14) |
**с |
|
Таким образом, для устойчивой работы регистра необходимо, чтобы напряженность магнитного поля, создаваемая сдвигающим током, превышала коэрцитивную силу Нс не меньше чем в четыре раза.
104
Приведенные соотношения определяют необходимые условия ра боты регистра, но не являются достаточными для расчета его эле ментов.
Для получения расчетных соотношений необходимо учесть со противление диодов, влияние обратной информации, а также со противление сердечника в момент опрокидывания.
Мощность сдвигающего импульса, расходуемая на перемагничивание одного сердечника (без учета потерь)
|
|
|
|
P CA = |
I CAe w |
|
|
( 6 . 1 5 ) |
где есд— э. д. с., индуктируемая |
в сдвигающей |
обмотке И7СДпри |
||||||
перемагничивании, |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
ксд1 = ^ Сд ^ - ю |
- 8. |
|
|
||
Подставляя |
вместо |
его выражение из (6.8) |
и заменяя |
|||||
через h, |
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К |
д I = |
Год |
(А - |
3 ). 10-8. |
|
(6.15а) |
- Г |
г |
Ш |
|
|
|
|
|
|
Так как |
/ сд |
о,4л1Гсд > |
|
|
|
|
|
|
то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т н |
с |
|
2h P H 2cR |
|
|
|
Рсд |
(0,4л)2 |
w2: ( А — |
3 ) - 1 0 - ! |
(0,4л)2 Щ У А (А— 3)-10-8. ( 6 . 1 6 ) |
||||
Энергия сдвигающего импульса равна |
|
|
||||||
|
|
|
|
4 Д= |
-РсддА |
|
|
( 6 . 1 7 ) |
где A t— длительность импульса, |
индуктируемого |
в |
выходной об |
|||||
мотке ]V2.
Так как продолжительность At определяется временем, необхо димым для изменения индукции В2 от —Вг до + В т, то, пользуясь
н |
найдем At: |
|
|
|
(6.8) и заменяя -rr- = h, |
|
|
|
|
At |
0,4л W xW tS |
C j b |
|
|
21RHC (Л — 3) |
.1 |
‘ |
|
|
\ |
|
|||
|
|
|
|
|
или |
|
|
В ,) |
|
д , |
0,4л 1^5 (В от + |
( 6 . 1 8 ) |
||
|
2 R lH c (h — 3) |
' |
||
|
|
|||
где A t — собственное время перемагничивания сердечника при воз действии прямоугольных продвигающих импульсов
(^фр= 0);
S — площадь поперечного сечения сердечника, см2.
105
Из (6.18) видно, что при прочих равных условиях время перемагничивания обратно пропорционально величине напряженности
магнитного поля (h). |
|
|
и (6.18), найдем |
Заменяя в (6.17) Рсд и At выражениями (6.16) |
|||
AeA = |
-% $ - S {B n + |
B,).W-*, |
(6.19) |
или |
0.796Я,5/ (Вт+ |
Вг) • 10-8. |
(6.20) |
Лсд = |
|||
Согласно [35] при рассмотрении эквивалентных схем регистров магнитные элементы можно заменить активным сопротивлением Дэ, на котором за время перемагничивания расходуется вся энергия, потребляемая сердечником.
Следовательно,
An = P„RJп, |
(6.21) |
где /п — время перемагничивания сердечника, учитывающее дли тельность фронта продвигающего импульса.
Подставляя в (6.21) вместо Лсд и / сд их значения, получим
0,7965/ (Вт+ |
В,) Я, • 10-в = |
( - |
^ - ) 2 |
/?э/п. |
(6.22) |
Отсюда |
l,26W72ca(Bm + Br)5-10-8 |
|
|
||
Яэ = |
|
(6.23) |
|||
Htlt„ |
|
|
|
||
Разделив выражение |
(6.23) на W CA,2 |
найдем эквивалентное со |
|||
противление, отнесенное к квадрату числа |
витков: |
|
|
||
Рис. 80. Эквивалентная схема цепей связи сердечника двухтактного регистра
r : _з> wi
- 1,26(М , У — " . (6.24)
Hi**п
Для используемых на практике режимов работы произведение H\ta можно считать величиной постоян ной, следовательно, величи на R'a также постоянна.
На основании этого экви валентную схему звена двух тактного регистра (рис.79, а) с учетом сопротивлений дио дов и приведенных сопро тивлений сердечников мож но изобразить, как показано на рис. 80.
106
Здесь W \R 'a — приведенное к входной обмотке эквивалентное со
противление III сердечника;
W\R'a — приведенное к выходной обмотке эквивалентное
сопротивление / сердечника; /?д — сопротивление диода;
R — добавочное сопротивление, учитывающее сопро тивление входной обмотки.
Для получения необходимых расчетных соотношений восполь зуемся предложенной в [36] методикой.
Известно, |
что |
|
|
|
|
|
|
|
|
e2 = ~ W 2^ - |
Ю- I |
|
|
(б.25) |
|
Рассуждая так же, |
как при выводе формулы |
(6.15а), |
получим |
||||
|
е 9 |
= W o R lH c (Л Т 3) • 10~8. |
т |
(6.26) |
|||
|
2 |
- 0 |
, |
4 |
к |
’ |
|
Учитывая, |
что ЬЛ (6.18) есть не что иное, |
как время перемагни- |
|||||
чивания t„, которое для упрощения анализа будем считать одина
ковым для II и III сердечников, согласно (6.18) |
и (6.26) будем |
|
иметь |
+ В,)-10-а |
|
„ _ |
(6.27) |
|
e2 _ |
|
|
Напряжение на входной обмотке |
|
|
и , = |
ъЩЯ3 |
(6.28) |
R + Ra + w\Ra |
||
С другой стороны, это напряжение при перемагничивании сер дечника по полной петле уравновешивается э. д. с., наводимой «а этой обмотке;
и 2 |
WiS (B m + B r) |
10_ я |
(6.2Э) |
|||
|
|
|
|
|||
Приравнивая (6.28) |
и (6.29) |
и подставляя е2 из |
(6.27), получим |
|||
|
|
, |
, |
r + ra |
(6.30) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Отсюда, обозначив |
w, |
через а, |
имеем |
|
||
|
W1 |
|
|
|
|
(6.31) |
R |
+ |
R , = |
W * R 3’ ( a |
- l \ |
||
Выполнение соотношения (6.31) обеспечивает передачу наиболь шей мощности.
Однако сопротивления R, /?д и число витков обмоток Wi и W2 должны выбираться как из условий передачи максимальной мошно-
107
сти в прямом направлении, так и минимально допустимой мощности в обратном направлении.
Из практики известно, что при а = 2 и R = Ra величина тока об ратной информации не влияет на работу регистра.
Приведенный анализ позволяет рассчитать элементы двухтакт ного ферритдиодного регистра.
Для этого следует пользоваться формулами (6.12), (6.24) и (6.31).
Из формулы (6.12), задаваясь отношением числа витков выход
ной и входной обмоток, |
находим h = |
|
|
|
|
|
|
Зная характеристики магнитного материала сердечника (Нс, Вг |
|||||||
и Вт) и его габариты (/ и S), определяют Н\ |
и по формуле (6.24) — |
||||||
|
R'*. Полагая R = Rn и зная |
R' |
|||||
|
по формуле |
(6.31) определяют |
|||||
|
Wi (W2 = aW1). |
|
|
|
|||
|
В качестве примера приве |
||||||
|
дем |
данные |
применяемых |
на |
|||
|
практике двухтактных феррит- |
||||||
|
диодных регистров: сердечни |
||||||
|
ки ВТ-5, |
d = 3 мм, Wi= 15 вит |
|||||
|
ков, |
W2 = 40 |
витков, |
Wca = |
|||
|
= 2 |
витка, |
/ сд = 2,0 а, |
^,р = |
|||
|
= 1 |
мксек, |
диоды Д9Д, |
R = |
|||
|
= 27 |
ом. Одним сдвигающим |
|||||
|
генератором |
одновременно |
пе- |
||||
|
ремагничивается до 40 сердеч |
||||||
Рис. 81. Схема генератора |
ников. |
Схема |
такого |
генера- |
|||
сдвигающих тора |
представлена на рис. 81. |
||||||
импульсов |
В ы ш е у к а з ы в а л о с ь , |
ч т о п р и |
|||||
правильном соотношении числа , витков W\ и W2 в ферритдиодных регистрах для ослабления тока обратной информации нет надобности применять шунтирующие диоды (рис. 73).
Например, при а, равном 5 (Й72 = 35 витков, W\ — 1 витков), ток обратной информации настолько мал, что практически не оказы вает влияния на работу регистра. Однако с увеличением а требуе мая величина напряженности магнитного поля Н\, создаваемая продвигающими импульсами, возрастает. Экспериментально уста новлено, что при о = 5 напряженность поля Н\ должна быть по крайней мере в шесть раз больше Нс.
Таким образом, для работы регистров без шунтирующих диодов требуются более мощные генераторы продвигающих импульсов. Однако простота регистров, а следовательно, и большая надеж ность работы обеспечивают весьма широкое распространение их.
* С достаточной для практики точностью можно принять tn = 1,5 мксек для сердечников с ППГ d —3 мм и ta —2,5 мксек для сердечников с d —4 мм.
108
§ 21, БИНАРНЫЕ И КОЛЬЦЕВЫЕ СЧЕТЧИКИ ИМПУЛЬСОВ (ДЕЛИТЕЛИ)
Счетчиками импульсов называются устройства, в которых каж
дый выходной импульс появляется |
только после поступления на |
||
их вход определенного |
числа |
(Д)) |
импульсов. Величина К\ назы |
вается коэффициентом |
счета. |
- |
|
Счетчики импульсов находят широкое применение во многих узлах дискретных систем связи. Так, например, они используются при построении коррекционных и распределительных устройств, преобразователен циклов и др.
Бинарные счетчики импульсов
Бинарными называются такие счетные устройства, основным счетным элементом которых является триггер.
Выше указывалось, что одним из режимов управления работой триггеров является счетный запуск. При счетном запуске посту пающие импульсы подаются одновременно на два входа триггера, который срабатывает от каждого входного импульса одной поляр
ности.
Очевидно, что если на вход триггера со счетным запускомпо дать периодическую последовательность положительных и отрица тельных импульсов, то частота работы триггера будет в два раза меньше, чем частота входных импульсов.
JVJx. |
Л |
ж |
|
—- —1-— Выход |
41 |
.г*С |
---I --н |
||
-г*~С - о |
-J"* С — О— -Г*-* |
|||
|
Рис,- 82. Блок-схема двоичного |
счетчика |
|
|
Из сказанного следует, что при счетном запуске любой триггер является счетчиком (делителем на два).
Если соединить последовательно два триггера со счетным запу ском, то частота работы второго триггера будет в четыре раза меньше частоты входных импульсов.
Таким образом, последовательное соединение п триггеров со счетным запуском представляет собой бинарный счетчик импуль сов с коэффициентом счета К\, равным 2п (рис. 82).
В бинарных счетчиках импульсов могут использоваться любые триггерные элементы: на лампах, полупроводниковых триодах или тиратронах с холодным катодом.
На рис. 83 и 84 представлены схемы счетчиков, выполненные на полупроводниковых триодах и тиратронах с холодным катодом.
Принцип работы бинарных счетчиков можно пояснить, поль зуясь диаграммой, приведенной на рис. 85.
На рис. 85 изображена работа трех последовательно соединен ных триггеров на тиратронах с холодным катодом.
109