Лабораторные работы по электротехнике

Магнито-полупроводниковые логические элементы

В дискретной автоматике применяют магнитные элементы, выполненные на сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса. В этих материалах Вr » Bs.

Сердечники из материалов с ППГ могут находиться в двух устойчивых состояниях (+Вr) или (-Br). В дискретной автоматике этим состоянием сердечника условно приписывают смысл логической единице и логического нуля. Для изменения магнитного состояния сердечник из ППГ снабжают управляющей обмоткой, создающей в сердечнике намагничивающие поле. Напряженность этого поля пропорциональна величине тока в обмотке.

Сердечник из ППГ с одной намагничивающей обмоткой представляет собой RS – триггер, в котором роль S – входа приписывается положительному импульсу намагничивающего тока (положительное значение Н), а R – входа – отрицательному импульсу тока. Выводной величиной Q является остаточная индукция +Вr или -Вr.

Специфическая особенность состоит в том, что выходная информация записывается не в электрической, а магнитной форме, и непосредственно не обнаруживается.

Считывание информации возможно только в момент изменения логического состояния сердечника, когда магнитная индукция изменяется, а в электрических обмотках наводится ЭДС. Из этого вытекает, что в магнитных логических элементах операции записи и считывания информации должны быть во времени разделены. Обычно их выполняют по принципу синхронных дискретных устройств с раздельными тактами записи и считывания.

Магнитный сердечник имеет три обмотки:

W1 – входная, служит для записи информации;

W2 – выходная;

W3 – тактирующая.

Исходное логическое состояние сердечника будем считать нулевым.

Если во время первого такта в W1 подан положительный импульс тока I1, то сердечник перемагничивается из состояния +Bs до –Bs, что соответствует логической единице.

Во всех обмотках логического элемента при этом индуцируется ЭДС одинаковой полярности.

Если предположить, что возрастающий ток I1 входит в начало обмотки W1, то противо – ЭДС самоиндукции в этой обмотке будет направления навстречу току – от конца обмотки к началу. Такое же направление будет иметь ЭДС взаимоиндукции в обмотке W2. Эта ЭДС запирает диод VD1. В результате предотвращается ложная передача информации в виде импульса тока отрицательной полярности, который мог бы пройти в последующий логический элемент.

В следующий такт отрицательный тактирующий импульс тока Iт1 переводит сердечник из состояния логической единицы в состояние логического нуля (-Вr). При этом на выходной обмотке W2 наводится ЭДС обратной полярности, VD1 открывается, и через нагрузку протекает ток. Обычно на таком принципе строят регистры сдвига, поэтому выходная обмотка W2 связана с входной обмоткой следующего сердечника. Логическая единица переходит в следующий разряд. Диод VD2 шунтирует входную обмотку и устраняет обратное влияние ЭДС, возникающий в последующих логических элементах.

Описанная схема представляет собой сочетание магнитных сердечников, используемых для хранения информации, и диодов, которые обеспечивают передачу информации в необходимом направлении. Поэтому такие элементы называют магнитно-диодными (МДЛ).

Кроме этого существуют магнитно-транзисторные логические элементы. Отличие состоит в том, что транзисторы предотвращают взаимное влияние последовательно включенных элементов и надобность в разделительных диодах отпадает. На магниченных элементах строят устройства памяти (МТЛ).

Полупроводниковые логические элементы

Простейшие логические элементы могут быть построены на резисторах и диодах. При этом используют нелинейные свойства диодов – резкое различие величины прямого и обратного сопротивления. Диодные логические элементы базируются на схемах диодных ключей.

 ИЛИ

Принцип последовательного диодного ключа

Rн включена параллельно R, если на входах х1 и х2 сигнала нет, на выходе напряжение тоже равно нулю. При подаче напряжения хотя бы на один вход появляется выходной сигнал.

При этом в образовании самой логической операции диоды участия не принимают. Их основная роль – развязка цепей, исключающих взаимное влияние входов.

 И

Схема параллельного диодного ключа

В этом случае нагрузка Rн включается параллельно диодам, которые при нулевых входных сигналах находятся в проводящем состоянии. В результате Rн зашунтирован и выходной сигнал равен нулю. Если сразу запирать оба диода – на выходе появится сигнал. Отличие схемы состоит в изменении полярности включения вентилей и наличия R1, подключенного к +Un.

Диодные логические схемы отличаются простотой, но имеют существенный недостаток – отсутствие усиления, приводит к

тому, что при последовательном включении нескольких логических элементов входное напряжение постепенно уменьшается, возникает взаимное влияние входных цепей и снижается быстродействие схемы.

Кроме того, диодные элементы не образуют полную систему логических функций, поскольку реализация функции НЕ на диодных ключах невозможна. Поэтому диодные логические схемы редко применяются в качестве самостоятельных логических элементов, но широко используются в сочетании с другими полупроводниковыми элементами.

Инвертор (элемент НЕ) может быть реализован на транзисторе, работающем в ключевом режиме (р-n-р).

Транзисторы Полупроводниковый элемент, работающий в цепях как постоянного, так и переменного тока, используется в усилительном и релейном режимах. Его можно рассматривать как управляемое сопротивление.

МДП – транзисторы В отличие от полевых транзисторов с р-n переходом, в которых затвор имеет непосредственный электрический контакт с ближайшей областью токопроводящего канала в МДП транзисторах затвор изолирован от указанной области слоем диэлектрика. Поэтому их относят к классу полевых транзисторов с изолированным затвором.

Особенности логических элементов на интегральной основе Логические элементы предназначены для реализации определенных логических зависимостей между входными и выходными сигналами. Они имеют один или несколько входов и один или два выхода (часто прямой и инверсный).

Функция И (для положительной логики)

Условные обозначения ИС. Силовые полупроводниковые приборы

Дискретный датчик приводимости вентилей

Электромагнитные преобразователи Такие преобразователи составляют большую группу преобразователей для измерения различных физических величин и в зависимости от принципа действия бывают параметрическими и генераторными.

Трансформаторные датчики На сердечнике располагают две обмотки w1 и w2, они одинаковы и включены таким образом, что когда по ним протекает ток, создаваемые ими магнитные потоки Ф1 и Ф2 направлены встречно в центральном сердечнике, на котором расположена выходная обмотка w0.

Индукционные преобразователи Это генераторные преобразователи постоянного тока. Для преобразования механического перемещения в электрический сигнал используется явление электромагнитной индукции – наведение ЭДС в электрическом контуре, связанном с изменяющимся магнитным потоком.

Датчики угла рассогласования Сельсины. Сельсины представляют собой трансформаторы с воздушным зазором, у которых при вращении ротора происходит плавное изменение величины ЭДС, наведенной в обмотке ротора. Обычно сельсины работают в паре: сельсин, связанный с ведомым валом, называют сельсином-приемником, а сельсин, связанный с ведущим валом, - сельсином-датчиком.

Схема фазовращения Используется для дистанционной передачи угла поворота. Сельсин-датчик связан с осью механизма, угол поворота которой необходимо передать. На оси сельсина-приемника закреплена стрелка, отсчитывающая этот угол поворота (режим индикации). Обе обмотки возбуждения подключены к источнику переменного тока.


Исследование линейной электрической цепи постоянного тока