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

сердечников, записывая в них единицы.' С окончанием тактового им­ пульса индукция сердечника изменяется от — Вт до — Вг и наводит в базовой обмотке э. д. с. ев, которая приложена к транзистору в за­ пирающем направлении (рис. 10.1, б и в), что способствует рассасыва­ нию неосновных носителей заряда из области базы и уменьшению времени этого рассасывания.

При считывании нуля в обмотке w0 наводится э. д. с. помехи, про­ порциональная изменению индукции от — Вг до — Вт и имеющая то же направление, что и э. д. с. присчитывании единицы, незначительно меньше последней по величине (она равна еп). Под действием этой э. д. с. транзистор переходит из области отсечки в активную область и ток в коллекторной цепи возрастает. Параметры схемы необходимо подбирать так, чтобы этот ток создавал напряженность, значительно меньшую коэрцитивной силы, и воспринимающие сердечники остава­ лись бы в состоянии нулей.

В магнитотранзисторных ячейках, кроме э. д. с. помехи при считы­ вании нуля, существенное значение имеет э. д. с. п о м е х и з а д н е ­ го ф р о н т а гп, Зф. Электродвижущая сила этой помехи наводится

аналогичны помехе при считывании нуля. Уменьшить эту помеху можно путем повышения коэффициента прямоугольности петли гистерезиса сердечника, а также создания более пологих задних фронтов записы­ вающих импульсов.

В состоянии покоя, когда сердечник не перемагничивается и э. д. с. в обмотке w6 не наводится, напряжение база —эмиттер равно нулю и по обмоткам wBXвоспринимающих сердечников течет неуправляемый коллекторный ток / к0. Ток / к0 в схеме МТЯ в 3—5 раз превышает не­ управляемый ток схемы с общей базой [2.5], значения которого обыч­ но даются в справочниках. Это объясняется тем, что в состоянии покоя эмиттер и база по существу соединены накоротко через очень малое сопротивление провода базовой обмотки, в то время как ток / к0, обыч­ но приводимый в справочниках, измеряется при отключенном эмиттере.

Число витков wBX, как правило, таково, что напряженность Н к0, создаваемая током / ко, значительно меньше коэрцитивной силы (рис. 10.1, б). Однако повышение температуры транзистора на каждые 10° С примерно вдвое увеличивает / к0, а вместе с ним возрастает и Нк0. Само увеличение напряженности Н к0 не вызывает перемагничивания сердечника, так как условие Нк0 < Нс обычно сохраняется во всем диапазоне температур. Опасным является рост индукции АВ, так как при считывании нуля под действием тактового импульса увеличен­ ное изменение индукции может привести к созданию в базовой обмотке недопустимо большой э. д. с. помехи. Если коллекторный ток, соот­ ветствующий этой э. д. с., создает напряженность выше коэрцитивной силы, может произойти ложная запись единицы.

Изменения параметров ферритов Br, Sw и др. при изменении темпе­ ратуры зависят от коэрцитивной силы Нс, которой они обладают при нормальной температуре. Чем меньше Нс, тем сильнее проявляется

220

температурная нестабильность указанных параметров. Это объясняет­ ся тем, что ферритам с малой Нс свойственны меньшие точки Кюри. Поэтому, чтобы обеспечить стабильную работу схемы, особенно при высоких температурах, для МТЯ применяют сердечники с относитель­ но большой напряженностью Нс, хотя для их перемагничивания тре­ буется повышенная мощность.

Пока транзистор находится в режиме насыщения и производится запись единиц в воспринимающие сердечники, напряжение Е к уравно­ вешивается в основном э. д. с. обмоток wBXвоспринимающих сердечни­ ков и по коллекторной цепи течет ток ік = I к (рис. 10.1, в). Когда же перемагничивание воспринимающих сердечников заканчивается, э. д. с. уменьшается до близких к нулю значений и происходит прорыв тока, подобный прорыву тока в МДЯ дроссельного типа (ср. § 9.5). Для предохранения транзисторов от перегрузки в результате прорыва тока ік = /„ тах в коллекторную цепь вводят сопротивление R K, вели­

К к

где Uvs — падение напряжения на транзисторе между коллектором

иэмиттером в режиме насыщения;

/к. доп — наибольший допустимый ток коллектора в импульсном режиме работы.

На рис. 10.1, в приведены формы токов и напряжений при записи и считывании в предположении, что запись единицы производится вход­ ным током, т. е. коллекторным током предыдущей ячейки, а считы­ вание—импульсом тока от источника прямоугольных тактовых импульсов.

Для коллекторной цепи в процессе записи по второму закону Кирх­ гофа, выраженному в потокосцеплениях [см., например, выражения

(9.16), (9.33) и (9.35)),

АФ = 2s Вг — изменение потока воспринимающего сердечника;

°нп — коэффициент непрямоугольности воспринимающего сердечника, определяемый выражением (9.9).

Для записи единицы во входную обмотку каждого сердечника дол­ жен быть подан полный импульс поля Q3an, зависящий от необходи­

/ к ,

221

откуда

Если заданы число воспринимающих сердечников п, их параметры и время записи, можно найти оптимальное число витков обмотки ьуБХ, обеспечивающих минимальное напряжение источника питания Е к из условия

с п сердечников и передача информации в следующие логические эле­ менты. Если при записи информации э. д. с. в обмотках wBXвсех сердеч­ ников была направлена навстречу напряжению Е к, то при считывании единиц в обмотках wBX всех сердечников наведется э. д. с., поляр­ ность которой совпадает с полярностью Ек. Рассматриваемый тран­ зистор во второй такт заперт и к нему приложено напряжение кол­

Если импульсы тока в тактовых (считывающих) обмотках и тока в базовых обмотках воспринимающих сердечников (на рис. 10.1 эти обмотки не показаны) принять прямоугольными, то среднее и ампли­ тудное значение э. д. с., наводящихся во входных обмотках, можно свя­ зать коэффициентом формы кф, вычисленным по выражению (8.22). Тогда максимальное напряжение между коллектором и эмиттером

Для нормальной работы транзистора это напряжение не должно

222

Кроме того, если положить тзап л; тсч и учесть, что для ферритст вых сердечников обычно £ф = 0,55—0,65, получим

Заметим, что допустимая величина UK3_доп зависит от схемы вклю­ чения транзисторов и для транзисторов МП13 — МП16, применяе­ мых в МТЯ, колеблется в пределах 15—30 в. Поэтому напряжение питания Е к в различных разработках МТЯ принято равным от 8 до

15е.

При заданном Е к можно воспользоваться зависимостью (10.7) для

определения наибольшего допустимого числа ячеек, которые могут быть перемагничены одним транзистором:

Если число ячеек п, включенных в качестве нагрузки, меньше пдоп, то они перемагнитятся быстрее, и для уменьшения прорыва тока можно увеличить сопротивление R K.

Рассмотрим базовую цепь. Число витков w6 определяется напряже­ нием и бэ> которое необходимо для надежного перевода транзистора из режима отсечки в режим насыщения, и его можно найти по формуле

либо по характеристикам / к тах = / (7б) и входному сопротивлению транзистора R 6g в импульсном режиме.

Импульс тока в тактовой обмотке должен не только считать инфор­ мацию, но и скомпенсировать размагничивающее действие н. с. ба­

ров, рекомендуемых для электромагнитных элементов дискретного действия [2.18].'

223

Таблица 10.1

Времена тПф, тр и тзф имеют определенную связь со статическими параметрами транзистора [2.18]. Для схемы с общим эмиттером эту связь можно представить так:

Здесь коэффициент усиления по току ß связан с коэффициентом

а ток коллектора определяется током эмиттера:

Рассмотрим на примере зависимость нагрузочной способности МТЯ. т. е. допустимого числа воспринимающих ячеек, оттипа феррита.

2 2 4

открыт. Выберем ток / ктах равным 150 ма = 0,15 а при Е к = 15 в. Найдем ог­

раничивающее сопротивление RK по формуле (10.1):

Рис. 10.2. Для транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, в режиме переключения:

1,0 мксек, время рассасывания неосновных носителей заряда тр = 0,6 мксек, а неуправляемый ток коллектора не более 0,5 ма. Допустим, что частота повто­ рения тактовых импульсов fr=» 150 кгц и, следовательно, процесс передачи ин­ формации должен занимать время V2fr = 3 мксек.

Примем для упрощения, что форма тактового импульса, тока базы и тока коллектора близки к прямоугольным, и будем оперировать со средними значе­ ниями токов и напряжений. Длительность тактового импульса, считывающего единицу с передающего сердечника, тсч примем равным 2 мксек, а время проте­

кания тока в коллекторной цепи, т. е. возможное время записи, тзап будет боль­

вых импульсов МТЯ с ферритом 0,16 ВТ имеет почти вдвое большую нагрузочную способность (восемь ячеек против пяти).

как и магнитодиодных, производите помощью характеристик передачи. Характеристика передачи магнитотранзисторного элемента зави­ сит от схемы ячейки, числа нагрузочных ячеек, величин коллекторного напряжения и тактовых импульсов, температуры, параметров деталей

и, в частности, транзисторов [2.6].

Начальный участок характеристики передачи Ь0 — Ькр опреде­ ляется в основном такими параметрами, как прямоугольность петли гистерезиса сердечника, начальный ток транзистора и время его пере­ хода из области отсечки в область насыщения. На конечный участок йкр — &і оказывают влияние параметры S wl # 0, Вг сердечника, форма тактового импульса и коллекторного тока, а также падение напряже­ ния на транзисторе.

При увеличении числа ячеек нагрузки коллекторный ток умень­ шается, и импульс поля, поступающий во входные обмотки сердечни-

226

тактовых импульсов в отношении стабильности амплитуды, продолжи­ тельности и мощности этих импульсов. Однако мощность тактовых импульсов все-таки еще высокая, так как перемагничиванію передаю­ щего сердечника и компенсация н. с. базовой обмотки производятся за счет энергии только тактового импульса. Уменьшить в несколько раз мощность тактовых импульсов позволяют МТЯ с положительной обратной связью (ПОС), или МТЯ с регенерацией.

Широкое распространение получили, в частности, МТЯ с ПОС в цепи коллектора (рис. 10.4, а). Процесс записи в ячейке с ПОС ничем не отличается от процесса записи в ячейке без ПОС, а процесс считы­ вания имеет отличия. Процесс считывания начинается с подачи им-

Рис. 10.4. Магнитотранзисторные ячейки с положительной об­ ратной связью в цепи коллектора (а) и в цепи эмиттера (б)

пульса тока в тактовую обмотку. Коллекторный ток, появившийся в первый момент перемагничивания сердечника, протекая по коллектор­ ной обмотке wK, создает дополнительную напряженность, направлен­ ную согласно с напряженностью тактовой обмотки. Скорость перемаг­ ничивания сердечника возрастает, а вместе с ней растет напряжение еб и ток ік. Этот процесс приводит к энергичному перемагничиванию сердечника и быстрому переводу транзистора в область насыщения. Причем время переднего фронта тпф (рис. 10.2, а) выходного импульса ік укорачивается и меньше зависит от параметров транзистора, чем в случае МТЯ без ПОС. Когда перемагничиванію сердечника закан­ чивается, э. д. с. обмотки wg и ток іб падают до нуля, а после рас­ сасывания неосновных носителей заряда прекращается ток и в коллек­ торной цепи. При этом состояние сердечника изменяется от — Вт до

— ВТи в обмотке w6 наводится небольшой импульс э. д. с., оконча­ тельно запирающий транзистор.

Таким образом, в МТЯ с ПОС тактовый импульс тока осущест­ вляет лишь начальное, небольшое перемагничивание сердечника, после которого лавинообразно растущий ток коллектора полностью завершает перемагничивание. Поэтому мощность тактового импульса в МТЯ с ПОС намного меньше, чем без ПОС, значительно меньше и влияние его изменений на характеристику передачи.

228

МТЯ с ПОС в цепи эмиттера, показанная на рис. 10.4, б, работает также, как МТЯ с ПОС в цепи коллектора, и обладает такими же пре­ имуществами. Отличается эта ячейка от предыдущей только тем, что ПОС осуществляется в ней током эмипера, а не током коллектора.

МТЯ с ПОС имеет еще одно преимущество. Если обмотка швх рас­ сматриваемой ячейки включена в коллекторную цепь предыдущего транзистора, то в состоянии покоя по ней течет неуправляемый ток / „ о , создающий положительную напряженность Н к0. Одновременно по обмотке wKили wg тоже течет ток / к0, но «своего» транзистора; на­ пряженность этого тока отрицательна и компенсирует напряженность входной обмотки. Поэтому влияние неуправляемых коллекторных токов на величину э. д. с. помехи при считывании нуля в значительной мере ослабевает.

Однако опасность ложных передач информации в результате действия э. д. с. помехи при считывании нуля и э. д. с. помехи заднего фронта в ячейках с ПОС не только не уменьшается, но часто даже возрастает. Это происходит вследствие повышенной чувствительно­ сти ячейки с ПОС к э. д. с. в базовой обмотке, которая объясняется действием положительной обратной связи. Одним из методов предот­ вращения ложных передач информации от упомянутых э. д. с. являет­ ся ввод в базовую цепь напряжения смещения с запирающей поляр­ ностью. Величина напряжения смещения должна удовлетворять не­ равенствам

т зф

где т3ф — время заднего фронта коллекторного тока записи; Тпфт — время переднего фронта тактового считывающего импульса. Обычно более жестким является первое из условий (10.14).

На рис. 10.5 приведены три варианта осуществления смещения. В схеме рис. 10.5, а напряжение смещения получают за счет падения напряжения на сопротивлении R6 под действием тока /см, создавае­ мого специальным источником Есм. Сопротивление R6, кроме того, стабилизирует общее сопротивление базовой цепи, включая входное сопротивление транзистора. Последнее различно у разных образцов, поэтому введение R6 способствует взаимозаменяемости транзисторов. Недостатком данного варианта смещения является постоянная за­ трата мощности от тока /см, которая может в несколько раз превышать мощность, расходуемую на передачу информации.

Подобного недостатка нет у схемы рис. 10.5, б, в которой э. д. с. источника Е ом держит базовую цепь запертой до тех пор, пока ее не откроет э. д. с. обмотки даб при считывании единицы. Кроме того, схема проста и не требует дополнительных элементов. Однако этой схеме присущ другой недостаток. При одновременном считывании единиц с большого числа ячеек, подключенных к общему источнику

229