Формирователь тока для доменной памяти Советский патент 1992 года по МПК G11C11/14 

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике, в частности к запоминающим устройствам на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД), и является усовершенствованием известного устройства, описанного в авт. св. № 1683071.

Известный формирователь тока для доменной памяти содержит линейный двухка- скадный, двухтактный усилитель мощности с местными отрицательными обратными связями и два источника напряжений питания.

Однако известный формирователь тока потребляет от источников питания и рассеивает на выходных транзисторах значительную мощность, что в ряде случаев ограничивает его применение из-за необходимости иметь принудительную вентиляцию аппаратуры,

Целью изобретения является снижение потребляемой формирователем тока от источников питания мощности с сохранением высоких показателей его эксплуатационных характеристик.

Цель достигается тем, что в формирователь тока введены компенсационный конденсатор, операционный усилитель, коммутатор, резистор обратной связи, токовый ключ, резисторный делитель напряжения и источник отрицательного напряжения, при этом вход формирователя соединен с выходом операционного усилителя, а его выход соединен с первым входом компенсационного конденсатора и является первым выходом формирователя, первый вывод резистора обратной связи соединен с инвертированным входом операционного усилителя и является вторым выходом формирователя, второй вывод резистора обратной связи соединен с шиной нулевого потенциала, прямой вход операционного усилителя соединен с выходом коммутатора, информационный вход которого соединен с входом синусоидального сигнала формирователя, управляющий вход коммутатора соединен с управляющим входом токового ключа и входом стартстопного сигнала формирователя, выход токового

сл

с

XI О 4 СЛ

СО GJ

ьо

ключа соединен с вторым выводом компенсационного конденсатора и выходом резет- сторного делителя напряжения, первый резистор которого соединен с источником отрицательного напряжения, а второй - с шиной нулевого потенциала.

Сопоставительный анализ с известным формирователем п6казьТва ёт°7что заявленный формиро вётель тока отличается, наличием новых признаков/ таких как компенсирующий конденсатор, операционный усилитель, резистор обратной связи, токовый ключ и их оригинальные связи, которые сообщают ему новое полезное качество в виде существенного снижения потребляемой от источников питания мощности, поэтому заявляемый формирователь соответствует критериям Новизна и Существенные отличия,

На фиг.1 представлена функциональная схема формирователя тока для доменной памяти с катушкой управления микросборки ЦМД; на фиг.2 - векторная диаграмма его работы в установившемся режиме.

На фиг.1 последовательно соединены коммутатор 1, операционный (дифференциальный) усилитель 2, известный формирователь 3 тока для доменной памяти, выполняющий в устройстве функции линейного усилителя мощности, катушка 4 микросборки 5, резистор 6 обратной связи. Эта цепочка формирует в катушке ЦМД ток продвижения доменов. К выходу усилителя 3 мощности подключена цепочка, обеспечивающая в катушке 4 ЦМД управляющего тока в стартстопном режиме. Цепочка содержит .компенсационный конденсатор 7, подключенный вторым выводом к токовому выходу 8 токового ключа 9, резисторный делитель напряжения с резисторами 10 и 11 и источник 12 отрицательного напряжения, Управляющий вход 13 ключа 9 соединен с .управляющим входом коммутатора 1 и подключен к входу 14 стартстопного сигнала формирователя. Информационный вход коммутатора 1 соединен с входом 15 синусоидального сигнала формирователя.

.-,

Формирователь функционирует следующим образом.

Двухтактный линейный усилитель 3 мощности с операционным усилителем 2 на его входе образуют разностный усилитель напряжения и мощности с большим коэффициентом усиления. Рабочей нагрузкой усилителя является катушка 4 микросборки ЦМД 5 с последовательно включенным резистором 6 обратной связи по току, а конденсатор 7, подключаемый к выходу усилителя посредством токового ключа 9, образует его компенсирующую нагрузку,

20

Входной сигнал усилителя поступает с выхода коммутатора 1 на прямой (неинвертирующий) вход операционного усилителя 2, а на его инвертирующий вход поступает

5 сигнал обратной связи по току с резистора 6 обратной связи. Без компенсационного конденсатора 7 схема, состоящая из последовательно включенных разностного усилителя (элементы 2 и 3), нагрузки в виде

10 катушки 4 и резистора 6 обратной связи с замкнутой петлей обратной связи по инверсному входу усилителя, является усилителем с отрицательной обратной связью по току или по функциональному существу ли-|с нейным преобразователем входного напряжения в ток нагрузки (катушки 4 в данном случае). Конденсатор 7 в рабочем режиме шунтирует на нулевую шину общую часть реактивной составляющей тока катушки 4, существенно уменьшая тем самым ток усилителя 3 мощности.

Рабочий сигнал на выходе коммутатора 1 формируется путем коммутации входного синусоидального сигнала, непрерывно поступающего от системного синхронизатора

25 по входу 15 синусоидального напряжения. При отсутствии стартстопного сигнала на входе 14 на выходе коммутатора 1 устанавливается нулевое напряжения, которое поддерживает в катушке 4 нулевой (пренеб30 режиме малый в реальных конструкциях) ток.

С поступлением стартстопного сигнала по входу 14 синусоидальное напряжение входа 15 пропускается через коммутатор 1

35 на вход разностного усилителя (элементы 2 и 3), в нагрузке которого, т.е. в катушке 4, формируется ток, гтрого соответствующий величине, форме и фазе входного напряжения усилителя независимо от разброса

40 электрических параметров катушки. Одновременно по стартстопному сигналу открывается токовый ключ 9, через который компенсационный конденсатор 7 замыкает часть выходного тока усилителя 3 мощ45 ности на нулевую шину. Компенсирующее действие конденсатора 7 в установившемся режиме иллюстрируется векторной диаграммой фиг.2.

Векторная диаграмма построена для нуgQ левой фазы входного сигнала UBx (неинвертированный вход операционного усилителя 2), так как вектор UBX (вектор ОА) направлен по действительной оси диаграммы, Вектор тока катушки 4 iK (вектор OF) также направ- лен по действительной оси, поскольку ток нагрузки в усилителе с глубокой отрицательной обратной связью по току в точности совпадает по форме и фазе с его входным напряжением. Вектор напряжения на катушке 4 ик (вектор ОН) складывается из вектора ее индуктивной составляющей ULK (вектор OG), опережающей вектор тока катушки к на 90°, и вектора ее активной составляющей URK (вектор GH), совпадающей по направлению с вектором тока катушки, Пренебрегая падением напряжения на открытом токовом ключе 9 (динамическое сопротивление насыщенных типовых токовых транзисторов не превышает долей ома), вектор напряжения на конденсаторе 7 Uc (вектор OL) есть сумма вектора напряжения на катушке UK и вектора напряжения на резисторе 6 обратной связи (вектор HL), совпадающего с вектором входного напряжения UBX.

Вектор тока конденсатора 7 ic опережает вектор напряжения на нем Uc на 90°, а его величина однозначно определяется величиной емкости конденсатора.

На векторной диаграмме для более наглядной иллюстрации существа и положительного эффекта заявляемого устройства представлены токи конденсатора для двух значений его емкости, из которых вектор тока ico (векторОВ) соответствует оптимальному значению емкости, обеспечивающему максимальный положительный эффект, а вектор тока ic-20 (вектор ОС) дает количественное представление о снижении этого эффекта при 20%-ом разбросе емкости конденсатора 7,

Вектор выходного тока усилителя 3 мощности iy равен сумме векторов токов катушки 4 IK и конденсатора 7 ic. При оптимальном значении емкости конденсатора 7 его ток ico полностью компенсирует индуктивную составляющую тока цепи, состоящей из катушки 4 и резистора 6 обратной связи (вектор DF), в результате чего выходной ток усилителя 3 iyo (вектор OD) равен активной составляющей тока этой цепи (вектор OD, совпадающий по направлению с вектором выходного напряжения усилителя 3 (OL) и имеет минимальное значение. При отклонении емкости конденсатора 7 от ее оптимального значения компенсация индуктивной составляющей тока цепи катушки нарушается и появляется реактивня составляющая выходного тока усилителя 3 мощности, увеличивая его абсолютное значение. Так, при токе конденсатора ic-20, меньшем оптимального тока ico на 20%, нескомпенсированная часть индуктивной составляющей тока цепи конденсатора Д1Р (вектор DE) суммируется с активной составляющей тока цепи iyo, увеличивая выходной ток усилителя 3 до величины iy-2o (вектор ОЕ).

Векторная диаграмма на фиг.2 построена для катушек управления типовой микросборки ЦМД К1605РЦ1, средние значения

индуктивного и активного сопротивлений которой равны а) Ц 30 Ом и R к 2 Ом, а сопротивление резистора 6 обратной связи Roc 2 Ом. Из визуального сопоставления

векторов OD, ОЕ, OF видно, что даже при 20%-ном отклонении величины емкости конденсатора 7 от его оптимального значения выходной ток усилителя 3 мощности ic-20 в несколько раз меньше рабочего тока ка0 тушки iK. Расчет схемы показывает, что выходной ток усилителя мощности уо меньше тока катушки iK в 7,5 раза для оптимальной емкости конденсатора 7 и в 4,2 раза для конденсатора с 20%-м отклонением емко5 сти от оптимальной. Очевидно, что эти цифры показывают во сколько раз в заявляемом формирователе потребление тока ог источников питания и мощности рассеивания на выходных транзисторах усилителя 3 мощноQ сти меньше, чем в известном устройстве.

С целью устранения тока переходного режима конденсатора 7 при коммутации управляющих токов в катушках микросборки ЦМД в стартстопном режиме и тем самым устранения перегрузки выходного усили- теля 3 мощности по току и искажения формы тока в катушке 4 конденсатор 7 предварительно заряжается до начального напряжения Uco. Заряд конденсатора 7 осуществляется со стороны токового клю0 ча 9 в отсутствие стартстопного сигнала, когда токовый ключ закрыт, от источника 12 отрицательного напряжения питания до потенциала минус Uco, задаваемого резистор- ным делителем 10 и 11 напряжения.

5 Стартстопный сигнал с выхода 14 поступает от внешнего синхронизатора в момент прохождения входным напряжением 15 нулевой фазы, поэтому в соответствии с теорией переходных процессов в элект0 рических цепях начальное напряжение на конденсаторе 7 UCc устанавливается рези- сторным делителем 10 и 11 равным напряжению на этом конденсаторе в установившемся режиме для нулевой фазы

5 выходного напряжения. На векторной диаграмме напряжение Uco соответствует длине отрезка OG и равно амплитуде напряжения UL.K на индуктивном сопротивлении катушки 4.

Q С поступлением стартстопного сигнала по входу 14 токовый ключ 9 открывается, потенциал на его выходе 8 (на нижней обкладке конденсатора 7) устанавливается близким к нулю, а потенциал на выходе уси лителя 3 мощности (на верхней обкладке конденсатора) скачком увеличивается до значения плюс Uco. Это потенциал в точности равен начальному напряжению на катушке 4, ток переходного режима конденсатора 7 отсутствует и в дальнейшем

процесс формирования тока в управляющей катушке4 не отличается от процесса формирования в установившемся режиме.

Стартстопный сигнал с выхода 14 снимается в момент прохождения входным напряжением 15 нулевой фазы, после чего токовый ключ 9 закрывается и конденсатор сохраняет значение напряжения, равное Uco, до начала очередного цикла работу ЗУ ЦМД.

Таким образом, формирование тока в управляющей катушке микросборки ЦМД посредством усилителя с глубокой обратной связью по току обеспечивает высокую стабильность его амплитуды, формы и фазы, а подключение к выходу усилителя компенсирующего конденсатора в несколько раз снижает его выходной ток, и следовательно, мощность потребления энергии от источников питания и мощность рассеивания на выходных транзисторах усилителя

Формула изобретения Формирователь тока для доменной памяти по авт. св. № 1683071,0 т л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью снижения потребляв- мой мощности, он содержит компенсацион0

5

0

5

ный элемент в виде кбнденсатора, операционный усилитель, коммутатор, резистор обратной связи, токовый кпюч, резисторный делитель напряжения и источник отрицательного напряжения, причем вход формирователя соединен с выходом операционного усилителя, а его выход соединен с первым выводом конденсатора и является первым выходом формирователя, первый вывод резистора обратной связи соединен с инвертированным входом операционного усилителя, второй вывод резистора обратной связи соединен с шиной нулевого потенциала, прямой вход операционного усилителя соединен с выходом коммутатора, информационный вход которого соединен с входом синусоидального сигнала формирователя, управляющий вход коммутатора соединен с управляющим входом токового ключа и входом стзртстопного сигнала формирователя, выход токового ключа соединен с вторым выводом конденсатора и выходом резисторного делителя напряжения, первый резистор которого соединен с источником отрицательного напряжения, а второй - с шиной нулевого потенциала.

Изобретение относится к вычислительной технике и может использоваться в запоминающих устройствах на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД). Цель изобретения - снижение потребляемой мощности. Для этого в формирователь введены компенсационный элемент в виде конденсатора, операционный усилитель, коммутатор, резистор обратной связи, токовый ключ, ре- зисторный делитель напряжения и источник отрицательного напряжения. Положительный эффект состоит в значительном снижении (6-6,5 раз) тока, проходящего через усилитель мощности, по сравнению с током продвижения в катушках микросборки ЦМД. 2 ил.

Фиг,

Фиг-Z

40 45 50

«с,Ц,

F H