2.5. Імпульсна і потенційно-імпульсна система елементів. Магнітна схемотехніка

2.5.1. Імпульсна система елементів

В імпульсній системі елементів використовуються тільки імпульсні ін­формаційні сигнали. У цій системі як правило використовуються логічні еле­ме­н­ти ЧИ, І, НЕ та імпульсні (динамічні) тригери. Інформаційні сигнали з ви­ходів одних імпульсних елементів надходять до входів інших через конденсато­ри, об­мотки трансформаторів, які виключають взаємозв’язок елементів за пос­тійним струмом.

Імпульсні елементи характеризуються відносно простою схемою і ма­лою споживаною потужністю. Недоліком імпульсних елементів є труднощі реа­лізації конденсаторів великої ємності та трансформаторів методами інтеграль­ної технології.

С хема імпульсного діодного елемента ЧИ показана на рис. 2.30, а; вона відрізняється від аналогічного потенціального елемента наявності на вході роз­дільної RC-ланки, причому постійна часу τ = RC >> t_і – тривалість вхідних ін­фо­рмаційних імпульсів. Сигнал на виході елемента ЧИ з’являється у випадку наявності імпульсу хоча б на одному вході (рис. 3.30, б).

Схема імпульсного елемента І показана на рис. 2.31, а, вона відрізняє­ть­ся від аналогічного потенціального елемента наявністю на вході роз­дільної RC-ланки, причому постійна часу τ = RC >> t_і, і має виконуватись умова R1 >> R. Сигнал на виході елемента І з’являється при збігові імпульсів на всіх входах ( рис. 2.31, б).

Схема імпульсного елемента ЗАБОРОНА, яка реалізує логічну функцію Y=Х₁·Х₂, показано на рис. 2.32, а. Якщо Х₂=0, то на виході елемента повторює­ть­ся значення змінної Х₁. При наявності імпульсу на вторинній об­мот­ці W₂ тран­сформатора Тр наводиться напруга, яка компенсує закриваюче змі­ще­ння плюс U_ЗМ. З цієї причини діод VD2 відкривається і вихід елемента прак­тично під'єднується до потенціалу землі, тобто забезпечується значення лог. 0 (рис. 2.32, б).

В імпульсних схемах часто використовуються штучні лінії затримки, що складаються з rC-ланки Т-подібного типу. Тривалість затримки визначається із співвідношення t_З = n· , де n – кількість ланок, L – індуктивність, мкГн; С – ємність, пФ (рис 2.33, а).

Д ля виключення перешкод на вході лінії затримки вмикають резистори з хвильовим опором ρ= .

2.5.2. Потенціально-імиульсна система елементів

У потенціально-імпульсній системі елементів використовують потенці­альні та імпульсні інформаційні сигнали. У цій системі застосовують як чисто імпульсні та потенціальні елементи, так і спеціальні потенціально-імпульсні схеми на основі діодів, транзисторів та трансформаторів. Потенціально-імпуль­сні елементи широко використовувались в комп’ютерах першого та другого покоління; зараз їх використовують в спеціальних цифрових пристроях. Потен­ціально-імпульсні елементи за енергоспоживанням займають проміжне поло­ження порівняно з імпульсними та потенціальними схемами.. Схема потенці­а­льно-імпульсного діодно-трансформаторного логічного елемента І ЧИ, який реалізує функцію Y=І₁П₁І₂П₂, де І₁ і І₂ – імпульсні сигнали; П₁, П₂ – потенці­альні сигнали, зображена на рис. 2. 34, а. Наявність імпульсу позитивної поля­р­ності відображає лог. 1, а його відсутність – лог. 0.

У діодно-трансформаторній схемі І ЧИ діоди VD1 і VD2 виконують роль ключів: вони відкриваються в тому випадку, коли на аноді діє відкриваючий по­зитивний імпульс, а на катоді – потенціал землі. При цьому до первинної об­­мотки W₁₁ або W₁₂ подається імпульс напруги, який трансформується на вихі­д­ній обмотці W₂ трансформатора Тр (рис. 2. 34, б). Резистор R_ш і діод DV_ш утво­рюють шунтуючу (демпфіруючу) ланку, яка зменшує вихідні після імпульсні коливання. При наявності на потенціальних входах П₁ та П₂ високого рівня нап­руги, діоди VD1 і VD2 закриваються, і первинні обмотки відключаються від імпульсів напруги: на виході імпульсний сигнал відсутній.

С хема потенціально-імпульсного елемента з підсилювачем-формувачем на виході зображена на рис. 2.35. Підсилювач-формувач на тран­зисторі VT1 з імпульсним трансформатором Тр2 у електричному колі колекто­ра.

О сновне призначення підсилювача-формувача полягає в тому, щоб забе­зпечити вихідний сигнал необхідної форми (переважно прямокутний), ампліту­ди і тривалості. У початковому стані транзистор n-p-n типу VT1 закритий нега­тивною напругою зміщення Е_ЗМ = -1 В, яка подається через обмотку W₂ транс­форматора Тр1 на базу, струм в електричному колі не протікає, і вихідний ім­пульс відсутній.

При збігові імпульсного і потенціального сигналів на входах обмоток W₁₁ або W₁₂ (або обох одночасно) на вихідній обмотці трансформатора Тр1 ін­ду­кується напруга, яка компенсує закриваючу напругу і відкриває транзистор VT1. Потенціал між колектором і емітером насиченого транзистора близький до нуля, тому напруга джерела живлення U_СС практично повністю передається на до обмотки W_к трансформатора Тр2. На вихідній обмотці W_Н формується імпульс напруги з постійною амплітудою U_m = (U_СС W_Н)/ W_к. Тривалість вихід­ного імпульсу визначається часом заряду емітер ним струмом конденсатора С_Е до рівня напруги, яка закриває транзистор VT1. Ланка з резистором R_ш і діодом VD_ш зменшує після імпульсні викиди у вторинних обмотках трансформатора.

Для підвищення надійності цифрових систем викори­стовують мажори­тарні логічні елементи . Мажоритарні логічні елементи, інве­ртор, константи «0» і «1» створюють функціонально повну систему логічних елементів.

Мажоритарний логічний елемент має непарну кількість входів n = 3, 5, 7, … і один вихід, стан якого визначається за більшістю входів. У мінімізованій диз’юнктивній нормальній формі мажоритарної функції в кожному добутку є m = (n+1)/2 змінних без інверсії. Так мажоритарна функція для n = 3 має вигляд:

М(Х₁, Х₂, Х₃) = Х₁ Х₂ Х₁ Х₂ Х₂ Х₃.

В 1960 р. була введена операція мажоритарності із символічним зобра­женням . Тоді мажоритарна функція на n входів має вигляд

М(Х₁, Х₂, …, Х_n) = Х₁ Х₂ Х₃ …Х _n.

Найбільше практичне використання знайшли мажоритарні елементи з кількістю входів n = 3 (рис2. 36) рідше – з n = 5.

М ікросхема КР1533ЛП3 (рис. 2. 35, в) являє собою три мажоритарних елементи зі спільним входом стробування Е. При Е = 0 логічний стан кожного виходу визначається збігом одиниць на будь-яких двох входах з трьох. Якщо Е = 1, то виходи елементів повторюють стан третього входу.