Бесконтактные электрические логические элементы

Описанные выше электромагнитные контактные реле позволяют строить практически любые схемы автоматики и управления объектами в машиностроении, но обладают рядом недостатков, обусловленных потенциальной ненадежностью и недостаточной долговечностью контактных пар, вытекающей из их подверженности окислению и другим видам коррозии. Чтобы ограничить влияние этого явления, стараются герметизировать зону контактных пар и заполнять образовавшуюся при этом герметическую полость каким-либо восстанавливающим газом, чаще всего водородом. Однако радикальным решением этой проблемы является использование бесконтактных логических элементов, статическая характеристика которых имеет релейный характер.

Бесконтактные электрические переключательные элементы (элементы так называемой твердотельной логики, в английской терминологии — solid state logic) строятся на базе магнитных усилителей с глубокой положительной обратной связью и обмоткой смещения. Под обратной связью понимается такое построение схемы, когда определенная часть сигнала с выхода элемента подается на его вход. При положительной обратной связи сигнал, взятый с выхода элемента, суммируется с сигналом, подаваемым на его вход извне. Положительная обратная связь форсирует протекание переходных процессов, способствуя начавшемуся возрастанию или убыванию сигнала на входе элемента, охваченного ею. Глубокая обратная связь имеет место тогда, когда доля выходного сигнала, возвращаемого на вход элемента, достаточно велика.

Для придания характеристике магнитного усилителя релейного характера требуется, чтобы коэффициент обратной связи, равный отношению числа ампервитков обмотки обратной связи к числу ампервитков выходной обмотки переменного тока, был больше 1:

Принципиальная схема магнитного усилителя, предназначенного для работы в релейном режиме, приведена на рис. 8.8.

Схема релейного элемента на базе магнитного усилителя

Рис. 8.8. Схема релейного элемента на базе магнитного усилителя

Статические характеристики магнитного усилителя с глубокой обратной связью

Рис. 8.9. Статические характеристики магнитного усилителя с глубокой обратной связью

Статическая характеристика такого усилителя, совмещенная с характеристикой обратной связи, приведена на рис. 8.9.

Когда в таком усилителе ток управления отсутствует, т. е. /у = 0, статическая характеристика обратной связи, представляя собой прямую пропорциональную зависимость (прямую линию, проходящую через начало координат), пересекает его статическую характеристику в трех точках: К, М и N. Условию устойчивого равновесия соответствует только точка К. При увеличении тока управления прямая ОС (характеристика обратной связи) будет смещаться параллельно самой себе до точки В, в которой она лишь касается кривой статической характеристики данного усилителя. Ток в нагрузке, равный /_н, будет при этом плавно изменяться от 1_к до /_,. При дальнейшем увеличении /у рабочая точка скачком переместится в другое устойчивое положение (за точкой Д). Ток в нагрузке при этом также скачком увеличится до значения LD. При дальнейшем увеличении тока /у ток /. увеличивается незначительно.

При последующем уменьшении тока до нуля ток в нагрузке изменяется мало (реле продолжает находиться во «включенном» состоянии). Если изменить полярность тока управления /у, то при некотором его значении ток в нагрузке резко уменьшится с величины СА до величины /_?. Это соответствует отключению реле, и ток управления при этом равен току отпускания. В целом процессы аналогичны происходящим в электромагнитном контактном реле. При подаче определенного смещения путем введения обмотки смещения WCM можно добиться исключения необходимости перехода тока управления в отрицательную область.

На рис. 8.9, а показано исходное построение статических характеристик такого магнитного усилителя вместе с характеристиками обратной связи, а на рис. 8.9, б приведена перестроенная характеристика зависимости тока на выходе такого элемента от тока управления, т. е. его релейная характеристика.

Большое применение нашли так называемые переключательные элементы на кольцевых ферритовых сердечниках, которые имеют широкую и почти прямоугольную петлю гистерезиса.

На рис. 8.10, а представлена схема такого элемента, а на рис. 8.10, б— его статическая характеристика.

Если по входной обмотке Wn пропустить импульс тока достаточной величины, то после этого даже при прекращении импульса входного тока ферритовый сердечник будет находиться в состоянии 1, что соответствует остаточной магнитной индукции г.

При подаче отрицательного импульса Uc на считывающую обмотку Wc произойдет полное перемагничивание сердечника, а после снятия этого импульса сердечник окажется в состоянии 0, что соответствует остаточной магнитной индукции — Вг. Во время изменения индукции сердечника от г до —Вг в выходной обмотке (Jmx индуцируется ЭДС, которая может быть соот-

Схема обмоток и статическая характеристика ферритового сердечника ветствующим образом зарегистрирована и использована

Рис. 8.10. Схема обмоток и статическая характеристика ферритового сердечника ветствующим образом зарегистрирована и использована. Если сердечник был в положении 0, то при подаче считывающего импульса на обмотку Wc сердечник останется в этом же состоянии 0. При этом в выходной обмотке Ушх появится лишь пренебрежимо малый импульс ЭДС, так как индукция сердечника в пределах от —Вг до — Вп изменяется весьма незначительно. Подавая на считывающую обмотку отрицательный импульс («импульс опроса»), по амплитуде сигнала в выходной обмотке Ш% можно определить, в каком состоянии, 0 или 1, находился ферритовый сердечник к моменту подачи считывающего импульса. После подачи считывающего импульса сердечник независимо от его предыдущего состояния оказывается в состоянии 0. Это соответствует считыванию с разрушением информации. Для считывания без разрушения информации применяются специальные схемы, автоматически восстанавливающие считанную информацию.

На таких элементах могут быть построены устройства оперативной памяти дискретных (цифровых) вычислительных машин. В ранних образцах цифровых машин устройства оперативной памяти и представляли собой буквально матрицы из физических ферритовых сердечников (разумеется, малого диаметра), пронизанные обмотками записи и считывания, направленными по строкам и столбцам матричной памяти. В такой памяти задача адресования к той или иной строке, образованной отдельными ферритовыми сердечниками, изображающими двоичные разряды считываемого или записываемого числа, сводится к выбору того или иного провода, что достигается с помощью соответствующей переключательной схемы. Запоминающую ячейку, т. е. ячейку, сохраняющую свое состояние и после снятия импульса, вызвавшего переход в это состояние, можно реализовать и другими способами, например с помощью электромагнитных контактных реле («схема самопитания»), описанных выше. Такая ячейка может быть реализована и чисто электронными средствами, на основе так называемых триггерных схем (см. далее). Использование технологии напыления для реализации ячеек памяти позволило получить схемы высокой степени интеграции (с большим количеством переключательных элементов в единице объема), что привело к появлению малогабаритных запоминающих устройств большой информационной емкости.

Схема фсррит-транзисторной ячейки

Рис. 8.11. Схема фсррит-транзисторной ячейки

Для решения чисто переключательных задач в свое время большое распространение получили гак называемые феррит-транзистор- ные ячейки (ФТЯ). Схема такой ячейки приведена на рис. 8.11.

На этой схеме WK — коллекторная обмотка обратной связи. При перемагничивании ферромагнитного кольца в состояние 1 на обмотке базы транзистора возникает положительный импульс, который не оказывает никакого влияния на закрытый транзистор. При поступлении синхронизирующего тактового импульса на базу транзистора подается отрицательный импульс, транзистор открывается и увеличивается его коллекторный ток, который, проходя по обмотке WK, приводит к увеличению магнитного потока в ферромагнитном кольце, в результате чего отрицательный потенциал на базе триода, в свою очередь, возрастает. Транзистор полностью открывается, его коллекторный ток возрастает, и ферритовый сердечник из состояния 1 переходит в состояние 0. Процесс открывания транзистора происходит лавинообразно. После окончания переходного процесса транзистор снова закрывается.

Если ферритовый сердечник в момент поступления тактового импульса находится в состоянии 0, то он не перемагни- чивается. Резистор ограничивает ток коллектора, резистор представляет собой нагрузку, а включенный в цепь эмиттера резистор R} служит для установления режима работы транзистора.

Подобная схема используется для реализации бесконтактных логических переключающих элементов, заменяющих в ряде случаев электромагнитные контактные реле.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >