В компьютерной схемотехнике применяют магнитные элементы на ферритовых кольцевых сердечниках. Предельная кривая намагничивания В = /(Н) представляет собой почти прямоугольную петлю гистерезиса (рис. 2.37, а). На этой характеристике используются следующие обозначения: Н — напряжение магнитного поля; В — магнитная индукция; ±Вr — остаточная магнитная индукция; Вm — индукция насыщения (максимальное значение), достигаемое в сердечнике под действием импульса напряжения Нт.
Простейшим магнитным элементом является кольцевой ферритовый сердечник с информационной, управляющей и выходной обмотками (рис. 2.37, б).
Информационная W зп и управляющая WСЧ обмотки служат для записи и считывания информации. Выходная обмотка предназначена для получения электрического сигнала, который отображает значение функции элемента. В общем случае количество обмоток, их использование и наименование определяются назначением данного магнитного элемента.
Обычно допускается, что положительная остаточная индукция плюс Вг отображает состояние “1”, а отрицательная минус Вr — состояние “0”. Начала обмоток сердечника обозначены точками. Условно считают, что ток считывания Iсч, втекающий в начало обмотки намагничивает сердечник в состояние “0”, а ток записи Iзп, вытекающий из начала обмотки Wзп, перемагничивает сердечник в состояние “1”. Намагничивающая сила, действующая в сердечнике, определяется алгебраической суммой ампервитков во всех одновременно действующих обмотках. Поэтому, в зависимости от направления тока и включения обмоток, отдельные составляющие магнитной индукции могут складываться или вычитаться, что расширяет возможности использования магнитных элементов. Ток записи и ток считывания должны иметь амплитуду, которая обеспечивает расчетное значение напряжения поля Нm, и длительность, не меньше времени переключения τ сердечника.
|
|
В процессе перемагничивания сердечника из одного состояния в другое на выходной обмотке WB индуцируется знакопеременный импульс напряжения B/τ, где WB— количество витков выходной обмотки; S — площадь поперечного сечения сердечника; В = 2Вr + ,
где = Вт - Вr τ — время переключения (рис. 2.37, б). Переключение сердечника в состояние “1” сопровождается индуцированием на выходной обмотке отрицательного импульса напряжения; для его отсечки от нагрузки в выходной цепи включается ограничивающий диод VD 1 (рис. 2.37, в).
При повторной подаче импульсов записи или считывания магнитная индукция изменяется на , и на выходе возникают импульсы помехи небольшой амплитуды. К особенностям кодирования информации относится то, что входной электрический сигнал записи преобразуется в магнитную остаточную индукцию и только при считывании вновь преобразуется в электрический сигнал. Наличие положительного импульса на выходной обмотке в момент считывания считается лог. 1, а его отсутствие— лог. 0.
|
|
Для изображения магнитного элемента используют “зеркальный” метод, при котором сердечник обозначают утолщенной вертикальной линией, обмотки — в виде горизонтальных тонких линий. Ток по входных обмотках протекает слева направо. Способ включения обмоток изображен тонкими наклонными линиями под углом 45°. Входной ток, отражаясь по наклонной линии вверх, переключает сердечник в состояние “1”, а отражаясь вниз — в состояние “0”. На выходной обмотке появление положительного импульса напряжения возникает в момент переключения из состояния “1” в состояние “0” (рис. 2.38).
В магнитных схемах используют ферродиодные и ферротранзисторные элементы.
Функционально полным набором логических элементов на ферродиодных схемах являются дизъюнктор, НЕТ и генератор “1”. Схема дизъюнктора, который реализует функцию показана на рис. 2.38, а. Сердечник переключается в состояние “1” в первом такте сигналами X 1 или Х2 или одновременно обоими. Выходной сигнал F возникает в выходной обмотке во втором такте при считывании.
Схема НЕТ, которая реализует функцию F =Х1Х2 показана на рис. 2.38, б. Информационные входные обмотки включены встречно, поэтому переключение сердечника возможно только при условии X1 = 1, Х2 = 0.
Упрощенная схема ферротранзисторного дизъюнктора, в которой с помощью транзистора V Т\ и коллекторной обмотки WК образована положительная обратная связь, ускоряющая перемагничивание сердечника из состояния “1” в состояние “0”, показана на рис. 2.38, в. В исходном состоянии транзистор УТ1 закрыт, при считывании лог. 1 на базовой обмотке возникает положительный импульс напряжения, который открывает транзистор V Т 1. Ток коллектора создает дополнительный пере- магничивающий поток, действующий согласно с потоком обмотки считывания. В результате время переключения сердечника значительно уменьшается.
Универсальная магнитная схема для реализации восьми минтермов для трех переменных Х1Х2, Х3 (рис. 2.39) имеет вид:
Если прошить общим проводом несколько сердечников, то реализуется дизъюнкция минтермов. Для примера в схеме (рис. 2.39) с помощью прошивки реализуются следующие функции:
Для усиления сигналов в соединениях между магнитными схемами используются интегральные усилители и формирователи тока (серии 146, 169, 170), а также диодные и транзисторные микросборки.