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

Условие возбуждения выполнено.

Рассчитаем цепь смещения. Среднее значение э. д. с. помехи, наводимой в w0 при считывании нуля или во время заднего фронта импульса записи (пред­

Необходимое сопротивление в цепи эмиттера

добавочное сопротивление в цепи смещения

Чтобы конденсатор С «выключал» ООС в процессе ввода транзистора в ре­ жим насыщения, он должен успеть разрядиться к моменту подачи тактового импульса, будучи заряженным до падения напряжения RaIa во время предыдуще­ го такта считывания. Так как частота работы МТЯ задана (/ = 250 кгц), проме­ жуток между тактовыми импульсами равен приблизительно половине периода, т. е. 1/2/ = 2 мксек. Следовательно, чтобы постоянная времени цепочки RaC не превышала, например, половины паузы между импульсами, т. е. тэ = 1 мксек, емкость должна быть не более

240

Предположим, что ООС отсутствует, а напряжение смещения создается ис­ точником э. д. с. Тогда ток /дг в процессе выхода транзистора из насыщения оп­ ределяется суммой э. д. с. помехи заднего фронта тактового импульса и напря­

жения смещения, а также сопротивлением база — эмиттер транзистора, равным приблизительно Рда ж 68 ом:

Время рассасывания без ООС

(2,18 + 0,38).ІО6 ________ ^ 32(70— 3)

= 4,6 мксек.

2л • 2,18 • 0,38 • ІО12 (1 — 0,97 • 0,64) П120— 32 • 3

Следовательно, полное расчетное время записи

тзап = тпф + тсч + тр + т3ф = 0,08 + 0,4 + 1,4 + 0,08 = 1,96 мксек.

На рис. 10.11 изображена осциллограмма коллекторного тока с нанесен­ ными длительностями отдельных участков импульса. Запуск ячейки считывания производился тактовым импульсом /т = 1 а при числе витков щ = 1.

Осциллограмма показывает, что приведенные формулы дают уменьшенные значения т 3ф и т п ф завышенное значение т р по сравнению с экспериментально из­

меренными. Тем не менее из приведенного примера очевидно влияние ООС на сокращение времени тр.

241

Если принять в соответствии с осциллограммой таап ж 1,0 мксек, то нагрузонная способность МТЯ по формуле (10.20)

§ 10.5. ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИТОТРАНЗИСТОРНЫХ ЯЧЕЕК В ЛОГИЧЕСКИХ И ДРУГИХ СХЕМАХ

Основные логические операции И, ИЛИ и НЕ можно осуществлять на МТЯ по тем же структурным схемам, по каким их строят на МДЯ. Так, например, схемы НЕ и И можно получить из схем рис. 9.5 и 9.6, а, заменив в них МДЯ на МТЯ.

Однако МТЯ позволяют в ряде случаев создавать логические схемы на отличной от МДЯ основе, используя свойства активных элемен­ тов в цепях связи — транзисторов.

На рис. 10.12 показана схема совпадения И на МТЯ для двух вхо­ дов. Схема представляет собой последовательно соединенные ячейки, число которых может быть больше двух и

вобщем случае равно числу входов. Работа осуществляется в два такта. Если в первом такте записывающие импульсы поступят во входные обмотки всех ячеек, то во втором так­ те при считывании все транзисторы откро­ ются и в нагрузку будет послан импульс тока. Если же входной импульс не поступит хотя бы

водну из ячеек, то во время такта считыва­

импульсы, будет происходить без «помощи» обмоток wK. В этом заключается различие работы ячеек в схеме И рис. 10.12 и рассмот­ ренных ранее МТЯ. Поэтому обмотки считывания (тактовые обмотки) должны быть в состоянии полностью считывать единицу с указанных сердечников, в то время как в обычной МТЯ с ПОС эти обмотки могли создавать лишь часть общей напряженности считывания Нт (основ­ ная часть этой напряженности создавалась обмоткой wK).

Если считывание единицы окажется неполным, а на вход этой ячейки новый сигнал не поступит, то в следующем такте считывания транзистор данной ячейки откроется за счет э. д. с. «дочитывания» и может произойти ложная выдача информации.

242

Таким образом, условие надежной работы рассмотренной схемы И состоит в полном перемагничивании сердечников за счет одной лишь напряженности считывающей (тактовой) обмотки. В этом отношении работа ячеек в схеме напоминает работу МТЯ без ПОС.

Другой особенностью данной схемы И является пониженная на­ грузочная способность за счет э. д. с. всех обмоток wK.

Несмотря на указанные недостатки схема И рис. 10.12 широко рас­ пространена, так как выгодно отличается от схем И, в которых ис­ пользуют обмотки запрета (например, от схемы рис. 9.6, а), тем, что допускает большой разброс параметров ферритов и транзисторов и не требует строгого совпадения во времени входных импульсов.

. 5)

Рис. 10.13. Схемы одновременного (а) и разновремен­ ного (б) запрета на МТЯ

Чтобы пояснить последнее преимущество схемы рис. 10.12, рас­ смотрим простейшую схему запрета НЕ на одной ячейке (рис. 10.13, а),

реализующую логическую операцию Р = А-В.

Сигнал А, поступая в обмотку wBX, создает положительную, запи­ сывающую напряженность. Сигнал В, поступая в обмотку запрета w3U, создает отрицательную напряженность. Оба сигнала поступают в первый такт. Если В = 0, каждому сигналу А = 1 соответствуют запись единицы в первом такте и появление импульса в нагрузке во втором такте. Если 5 = 1 , записи в сердечник произойти не должно. Очевидно, что для надежного запрета импульс В должен начинаться раньше и кончаться позднее импульса Л, а также превосходить импульс А по амплитуде. В этом заключается основной недостаток схем одно­ временного запрета, когда А и В одновременно действуют на один и тот же сердечник. Небольшие сдвиги импульсов во времени приводят к появлению ложной информации.

Для осуществления операции запрета целесообразнее применять схемы разновременного запрета, например, как на рис. 10.13, б. В этой схеме сигналы А и В могут подаваться с любым сдвигом относительно друг друга, лишь бы они предшествовали подаче считывающего им­

243

пульса, последовательно проходящего по обмоткам шсч всех трех сердечников. Базовые обмотки w62 и шбз включены встречно, и на­ пряжение эмиттер — база нижнего транзистора определяется раз­ ностью э. д. с. этих обмоток. Если В = 0, то сигнал А = 1 записывает единицу в сердечниках / и 2 и в такте считывания открываются оба транзистора. Если В = 1, то в сердечнике 3 тоже записывается еди­ ница и при считывании в обмотке w63 наводится э. д. с., направленная навстречу э. д. с. обмотки щб2. Нижний транзистор остается закрытым. Правильный выбор напряжения Е сж, действующего согласно с э. д. с. обмотки w63 при считывании единицы с сердечника 3, позволяет сде­ лать работу схемы достаточно надежной.

держки ЛЗ необходима для того, чтобы разнести во времени процессы считыва­ ния и записи одного и того же сердечника.

Перед счетом все сердечники находятся в состоянии нуля.

Первый импульс, поступивший на вход счетчика, прежде всего поступает в обмотку хюсч сердечника 1, но состояния нуля его не изменяет. Через некоторое время, определяемое параметрами линии задержки, первый импульс достигает обмотки wBX сердечника / и перемагничивает его в состояние единицы, в котором сердечник остается до прихода второго импульса.

Этот импульс поступает сначала в обмотку wC4 сердечника 2, не меняя его состоя­ ния, а потом, пройдя Л 3 2, подается на вход wBX сердечника 2 и записывает в нем единицу. На этом роль импульса не кончается. Он проходит по обмотке запрета wna сердечника / и компенсирует действие импульса со входа счетчика, который к этому времени через ЛЗХдостигает обмотки сердечника 1.

Таким образом, после двух импульсов, поступивших на вход счетчика, пер­ вый сердечник оказывается в состоянии нуля, а второй — в состоянии единицы.

Если рассматривать и дальше работу счетчика — при поступлении третьего импульса, можно убедиться, что первый и второй сердечники окажутся в состоя­ нии единицы, а третий — в состоянии нуля. Четвертый импульс переведет первый и второй сердечники в состояние нуля, а третий — в состояние единицы и т. д.

Таким образом, положение, которое принимают сердечники счетчика, пред­ ставляет собой записанное в двоичной системе счисления число поступивших на вход импульсов. Очевидно, что емкость счетчика определяется количеством ячеек, каждая из которых соответствует одному из разрядов двоичного кода, причем первая ячейка соответствует самому младшему, а последняя — самому старшему разряду.

При создании цифровых устройств автоматики, вычислительной и измери­ тельной техники широко используют модульный принцип, при котором любая

244

логическая схема может быть собрана из модулей, т. е. однотипных конструктив­ ных и схемных элементов.

Разработано и применяется несколько комплексов магнитотранзисторных элементов на частоты от 50 до 250 кгц. В табл. 10.2 [2.6] приведены основные ха­ рактеристики некоторых комплексов, условно обозначенных ФТМ50, ФТЭ50, ФТЭ65, ФТЭ125, ФТЭ150, ФТЭ250. Для их сравнения значения потребляемой мощности, приходящиеся на один элемент, приведены для одной частоты 30 кгц. При этом к мощности элемента прибавлена мощность генератора тактовых

245

Г л а в а XI

ЭЛЕМЕНТЫ МАГНИТНЫХ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

§11.1. МАТРИЧНЫЕ СИСТЕМЫ ПАМЯТИ

Влюбой электронной цифровой управляющей или вычислительной машине имеется устройство, в котором некоторое время хранится (запоминается) дискретная информация, выраженная кодом, состоя­ щим из нулей и единиц. Такие устройства называют з а п о м и н а ю ­

щ и м и у с т р о й с т в а м и (ЗУ).

Качество ЗУ характеризуется рядом показателей; из них основными являются емкость и быстродействие.

Е м к о с т ь определяется количеством двоичных чисел, которые может хранить ЗУ, или двоичных цифр (так называемых бит), т. е.

нулей или единиц.

Быстродействие характеризуется временем обращения, т. е. време­ нем, необходимым для отыскания нужной ячейки ЗУ и записи в нее или считывания (выборки) из нее информации.

Требования емкости и быстродействия противоречивы. ЗУ подразде­ ляют на о п е р а т и в н ы е (внутренние), обладающие малым вре­ менем обращения (от нескольких микросекунд до долей микросекун­ ды) и небольшой емкостью (в несколько тысяч двоичных чисел), и д о л г о в р е м е н н ы е (внешние), время обращения которых мо­ жет достигать нескольких минут, а емкость — нескольких миллионов чисел.

Магнитная память является основным видом памяти электронных управляющих и вычислительных машин, что объясняется такими ее преимуществами, как сохранение информации неограниченное время без необходимости ее восстановления и затраты энергии, высокая надежность и большой срок службы, небольшие габариты и стоимость устройства.

Внастоящей главе рассмотрены магнитные элементы магнитных оперативных запоминающих устройств (МОЗУ).

Вмагнитных элементах МОЗУ, как и в логических магнитных элементах, остаточная индукция + Вг соответствует «запомненной»

единице, а индукция — Вг — нулю.

Из набора сердечников, количество которых равно количеству раз­ рядов запоминаемого двоичного числа, можно создать простейшее ЗУ.

Однако для записи и считывания информации с т сердечников тре­ буется не менее т управляющих проводов (по одному на каждый сердеч­ ник) и схема управляющего устройства получается слишком громозд­ кой. С целью упрощения аппаратуры управления ЗУ сердечники соби­ рают в матрицы (рис. 11.1).

На рис. 11.1, б приведены девять сердечников, собранных в плос­ кую матрицу. Число управляющих или, как их часто называют, адрес­ ных или координатных проводов для управления матрицей сокращает-

246

ся до 2 У т, где/п — число сердечников в матрице. Это преимущество матричного расположения сердечников проявляется тем сильнее, чем больше т. Часто матрицы делают квадратными с одинаковым числом сердечников в строке (по горизонтали) и в столбце (по вертикали). Если число сердечников в столбце и в строке, например, равно 64, то емкость такой матрицы т — 64 X 64 = 4096 бит, а количество управляющих проводов — лишь 128.

Рис. 11.!. Матричное запоминающее устройство типа 3D:

а — принцип работы; 6 — сердечники с обмотками; в — магнит­ ный куб

На рис. 11.1, б показаны три горизонтальных адресных провода X lt Х 2 и Х3 и три вертикальных Y и Y 2и Y 3, которые образуют одновитковые обмотки-шины и служат как для считывания, так и для за­ писи информации в зависимости от направления токов, посылаемых управляющим устройством.

Работа матричных ЗУ основана на принципе с о в п а д е н и я

то к о в , который состоит в следующем.

Вадресную шину от управляющего устройства может быть подан

импульс тока, создающий напряженность Нх — НтІ2, которая не превышает коэрцитивной силы Я с. Поэтому все сердечники, нанизан­ ные на эту шину, перемагничиваются по частным циклам, например,

247

от -f- Вг до точки а при считывании единицы или от — Вг до точки b при записи (рис. 11.1, а) и почти не изменяют начального состояния после прекращения импульса.

Если одновременно с током в горизонтальной шине подан импульс тока в одну из вертикальных шин, также создающих напряженность Ну = НтІ2, то сердечник, находящийся на пересечении этих шин, окажется под воздействием суммарной напряженности, равной Нт. В зависимости от направления напряженности произойдет либо счи­ тывание информации с этого сердечника, либо запись в него единицы.

При записи нуля импульсы напряженностей Нх и Ну совпадают во времени, но поданный в это же время импульс запрета Язп (обмот­ ка запрета показана пунктиром) не позволяет сердечнику перемагни­ титься и он остается в состоянии нуля (рис. 11.1, а). Подавая считываю­ щие импульсы тока в шины Х и К в разных сочетаниях, можно опро­ сить любой сердечник матрицы и получить информацию о записанных нуле или единице в виде э. д. с. Е0или Е г (рис. 8.4, г), которая наведется в выходной обмотке-шине, проходящей через все сердечники матрицы. (На рис. 11.1, б шины Х2 и F s опрашивают зачерненный сердечник).

В одной матрице устройства запоминаются цифры какого-либо одного разряда для всех т чисел. Если в числах п разрядов, для их запоминания п матриц объединяются в магнитный накопитель (магнит­ ный куб), емкость которого, таким образом, составляет т чисел по п разрядов каждое (рис. 11.1, е).

Выходная шина и шина запрета прошивают все сердечники одной

матрицы. Поэтому общее число каждой из этих систем шин равно числу матриц п.

Одноименные адресные шины X и Y всех матриц соединены после­ довательно (рис. 11.1, в) и прошивают все сердечники, находящиеся в одном и том же месте (адресе) у всех матриц, где хранятся цифры разрядов, принадлежащих одному числу.

Поэтому, когда считывающие импульсы тока подаются в какуюлибо пару шин Х і и Y і, на выходных обмотках появляется параллель­

ный код числа, т. е. двоичные цифры всех разрядов числа, которое хранилось в ЗУ.

Сердечник, с которого напряженностью Нт считана информация, называют полностью выбранным. Однако остальные сердечники, расположенные на тех шинах X и Y , в которые подаются импульсы, тока с напряженностью H J 2, перемагничиваясь по частным циклам] наведут в выходной шине э. д. с. помехи. Эти э. д. с. складываясь, могут значительно превзойти э. д. с. выбранного сердечника и исказить ин­ формацию. Для компенсации э. д. с. помехи этих полувыбранных сердечников (заштрихованы на рис. 11.1,6) выходную шину пропускают по диагоналям матрицы так, чтобы два соседних сердечника по го­ ризонтали или вертикали пронизывались выходной шиной в противо­ положных направлениях. Тогда равные э. д. с. двух сердечников, пере­ магничивающихся, например, по частным циклам от + Вг д.о а, взаим­ но компенсируются. Но и это не обеспечивает полной компенсации вследствие разброса параметров сердечников и потому, что э. д. с. помехи сердечников, хранящих единицу, отличается от э. д. с. помехи

248

сердечников, хранящих нуль. В самом деле, помеха первых сердечни­ ков определяется изменением индукции от + Вг до а, а вторых — от — Втдо с. Эти изменения индукции различны; значит отличаются и э. д. с. помехи.

Поскольку для записи информации в МОЗУ этого типа каждый сер­ дечник прошит тремя управляющими проводами (X , Y и запрета), данное МОЗУ называют т р е х м е р н ы м или 3D.

Общее число управляющих проводов, прошивающих сердечники такого МОЗУ, равно сумме шин X, Y и п проводов запрета, т. е.

^3d = 2 Y m + n.

Недостатками МОЗУ типа 3D можно считать следующие:

1. Необходим тщательный подбор сердечников с возможно более близкими параметрами; причем для уменьшения помех полувыбранных сердечников петля гистерезиса должна быть возможно ближе

кпрямоугольной.

2.В диагонально расположенной выходной шине при считывании единицы наводится либо положительная, либо отрицательная э. д. с.

взависимости от того, в каком направлении эта шина пронизывает сердечник матрицы (слева вниз или справа вверх). Поэтому на выходе матрицы ставят устройства, переводящие все сигналы в одну поляр­ ность, и отличать единицу от нуля можно только по амплитуде сигнала, а не по его полярности.

3.Время выборки информации из матричного МОЗУ не может быть меньше некоторой величины, определяемой Нт [ср. (8.15)],которая

всвою очередь не может превышать 2Н с, так как иначе полувыбрэнные сердечники начнут перемагничиваться полностью.

§ П.2. МАТРИЧНОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ТИПА 2D (С ЛИНЕЙНЫМ ВЫБОРОМ)

Недостатки, присущие МОЗУ типа 3D, отмеченные в пп. 2 и 3 § 11.1, отсутствуют у ЗУ, называемого д в у х м е р н ы м или 2D (его называют еще типа Z). Это МОЗУ также относится к матричным. Но в отличие от предыдущего в МОЗУ типа 2D имеется лишь одна матри­ ца, каждый сердечник которой соответствует запоминаемому числу. Перемагничивание сердечника этой матрицы производится, как и в МОЗУ типа 3D, посылкой импульсов тока в вертикальную и гори­ зонтальную адресные шины, а возвращение в исходное состояние — под действием постоянного смещения. Однако по сравнению с преды­ дущей схемой каждый сердечник, называемый к о о р д и н а т н ы м т р а н с ф о р м а т о р о м , имеет кроме обмоток X и Y петлеобраз­ ную обмотку Z (отсюда прежнее название такого ЗУ), которая является вторичной для координатного трансформатора. На эту обмотку нани­ заны сердечники меньшего размера, число которых равно количеству разрядов в запоминаемых числах (рис. 11.2, а).

В МОЗУ типа 2D адресные шины пронизывают только координат­ ные трансформаторы. Ряд сердечников, хранящих какое-либо число и

249