УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ Советский патент 1966 года по МПК H03K19/02 

Известны универсальные логические элементы, содержащие резонансный контур и детектор, входы логических переменных, а также сигнала управления.

Предлагаемый элемент отличается тем, что он содержит управляемый по частоте генератор автоколебаний, к выходу которого подсоединены резонансный контур и детектор. Первый вход генератора подключен к источнику сигналов управления, формирующего дискретные уровни напряжения или тока, количество которых соответствует числу выполняемых логических функций, а другие входы, количество которых равно числу переменных, - к источникам входных логических переменных.

Это позволяет увеличить число выполняемых элементом функций.

С целью упрощения логического элемента для случая двух переменных при выполнении трех логических функций, составляющих полную систему, в нем в качестве управляемого по частоте генератора используется релаксационный генератор на транзисторах, базы-триодов которого соединены диодами, включенными встречно. Их общая точка подключения через сопротивления к источникам входных логических переменных, а непосредственно к базам подключены сопротивления, общая точка которых подключена к источнику сигнала управления.

На фиг. 1 приведена блок-схема многофункционального элемента; на фиг. 2 - амплитудно-частотная характеристика элемента; на фиг. 3 - принципиальная схема элемента; на фиг. 4 - зависимость частоты колебания симметричного мультивибратора от иапрял ения смещения; на фиг. 5 - спектральное разложение колебаний мультивибратора.

В качестве геиератора автоколебаний может быть использован любой автогенератор как синусоидальных, так и релаксационных колебаний, частоту которого изменять подачей напряжения или тока. При применении генератора релаксационных колебаний.выделяется одна из гармоник спектра, содержащаяся в этих колебаниях. Автогенератор / имеет несколько входов управления. Один из них (вход 2) служит для изменения начальной частоты колебаний или, иначе говоря, настраивает элемент на выполнение той или другой функци. Другие входы 5 и необходимы для подачи сигналов входных переменных, их количество определяется числом последних (в данном случае речь пойдет об элементе для двух входных неременных х и у).

Сигнал управления представляется в виде дискретного уровня ностоянного нанрял ення (тока). Количество уровней определяется числом выполняемых функций. Тот или иной уровень подается на вход 2 либо вручную с номощью переключателя напряжения, либо снимается со .статического выхода многоустойчивого -элемента типа спектрогрона. Каждый из уровней п UQ, Ui, f/9, t/3, обеспечивает соответственно начальные частоты генерации /о, fi, /2, /3, /4 (см. фиг. 2). Причем величина приращений между уровнями напряжения должна быть одинакова Д if f/;, лселательно также, чтобы

M4i-fi i fi+i fiДвоичная информация имеет вид уровня постоянного напряжения (тока) определенной величины, равной At/ в пересчете ко входу 2. Благодаря различию во входных сопротивлеЗи4 (., Ry)

сигнал.

ниях по входам действующий на входе X, перемещает частоту колебаний генератора на 2 Д/ по сравнению с сигналом, действующим на входе 4. При одновременном воздействии сигналов на оба входа 3 и частота генератора изменяется на 3Д/ относительно любой из начальных частот. Резонансный контур 5 предназначен для выделения частоты генератора при совпадении ее с резонансной частотой контура. При использовании генератора релаксационных колебаний контур настраивается на частоту одной из гармоник спектра колебаний. Резонансная частота контура выбирается равной /4. Детектор 6 служит для выпрямления высокочастотного напряжения, поступающего с контура. С его выхода снимается сигнал на входы других логических элементов. Таким образом, элемент имеет два выхода информации; статический выход 7, с которого сигнал снимается в виде уровня постоянного напряжения, и динамический выход 8, на котором сигнал представлен в виде амплитуды синусоидальных колебаний. Рассмотрим работу устройства на примере многофункционального элемента от двух входных переменных. При поступлении на вход 2 уровня Uo сигнал входной информации, появляющийся на одном из входов 3 или 4нли на обоих вместе, не приводит к настройке генератора на частоту, равную /4, и на выходе 7 сигнал отсутствует, т. е. реализована функция-константы нуль 2 0. Уровень (У вызывает настройку генератора на /1, а элемента - на выполнение функции конъюикция z x-y. Действительно, только при одновременном воздействии сигналов на вход 3 л 4 частота /4 генератора и колебания с его выхода попадают в полосу пропускания контура. Подача уровня f/a настраивает элемент на выполнение функции запрета по у z x-y (начальная частота автогенератора равна /з). Приход информации только на вход 5 приводит к появлению сигнала на выходе 7. При наличии информации только на входе 4 или одновременно на обоих входах частота автогенератора меньше или больше f4, и напряжение на выходе равно нулю.

Легко заметить, что уровни U и U настраивают элемент на выполнение соответственно функций запрета по входу 3 г х-у и универсальную функцию «стрелка Пирса 2 л-V УТаким образом, описанный элемент реализует пять логических функций от двух переменных, которые сведены в табл. 1.

Таблица 1 Количество выполняемых элементом функций может быть различным при одной и той же сложности схемы. С увеличением числа входных переменных объем затрачиваемого оборудования возрастает незначительно и выражается в добавлеиии входа переменной. Однако необходимо изменить режим работы элемента и увеличить число уровней настройки. Так, для трех переменных конфигурация схемы не меняется, необходимо сделать еще один вход переменной и иметь 9 задающих настроечных уровней по максимальному числу выполняемых функций. Последние показаны в табл. 2. Таблица 2 В общем случае количество возможных выполняемых функций при данной структуре многофункционального элемента равно N , где rt-число входных переменных. Максимальное Л зависит от диапазоиа перестройки генератора и добротности резонансного контура и повыщается с их увеличением. В экснериментально проверенной схеме многофункционального элемента на 5 функций от двух переменных (см. фиг. 3) в качестве автогенератора применен симметричный мультивибратор на триодах 9 и 10 с перестраиваемой напряжением частотой колебаний.

противления 11 и 12, и по входу 13 через диоды 14 и 15. Зависимость частоты колебаний от напряжения (см. рис. 4) снята по входу 4. Для работы используется линейный участок АВ зависимости. С этой целью первоначальный уровень настройки выбирается равным (70 - 2,5 в, так что начальная частота колебаний мультивибратора равна кгц. Все остальные уровни настройки выбраны через 2,58 равными: , f/2 7,5s, , ,5 в, a частоты соответственно равны /1 230 кгц, /2 270кгц, /з 315кг1(, f ЗQOкгц.

Сигналы двоичной информации х и у подаются в точку 13 через сопротивления 16 и /7. Суммирование сигналов входной информации и настраивающих уровней происходит на сопротивлении участков база-эмиттер триодов 9 и 10.

Величина напряжения сигналов на входах 5 и 5 равна Ux Uy -Юе. Поскольку Ry 2 Rx, сигнал со входа х изменяет частоту мультивибратора на 2 А/, а со входа у - на

А/.

Колебания мультивибратора с выхода триода 10 через емкость У8 (Ci 51 яф) поступают на контур 5 (LCz) Резонансная частота последнего выбрана равной ( 0,375 мгн, пф). Добротность контура Q 70 .

Детектор выполнен на диоде 19. Его нагрузкой служит входное сопротивление подсоединяемого к выходу логического элемента. Выходное постоянное напряжение при возбуждении контура равно /2 -Юе. Элемент нормально функционирует при изменении частоты следования импульсов входной информации в пределах О-2,5 кгц, минимальная длительность импульсов 350 мсек.

Как видно из спектрального разложения колебаний (см. рнс. 5) симметричного мультивибратора, вторая гармоника отсутствует в спектре во всем диапазоне перестройки. Поэтому оказалось возможным выбрать f. близкой к 2/0. Опасность выделения контуром нежелательной второй гармоники полностью исключена и тем самым обеспечена надежность работы устройства. Можно использовать и другие перестраиваемые генераторы со скважностью колебаний больше двух. В этом случае

генератор следует перестраивать из области высоких частот в область низких частот, а резонансную частоту контура выбирать в области низких частот, обеспечив возможность полного использования диапазона нерестройки генератора и исключив влияние высших гармонических составляющих. Подобных проблем не встречается нрн применении управляемых генераторов синусоидальных колебаний.

Предложенный логический элемент можег быть применен в качестве универсального элемента вычислительной техники, нз которого может быть получен необходимый элемент, вынолняюший одну из заданных функций, путем переключения настроечного входа на клемму с соответствующим напряжением.

Предмет изобретения

20

1. Универсальный логический элемент, содержащий резонансный контур и детектор, отличающийся тем, что, с целью увеличения числа выполняемых элементом функций, он содержит управляемый по частоте генератор автоколебаний, к выходу которого подсоединены резонансный контур и детектор, первый вход генератора подключен к источнику сигналов управления, формирующего дискретные уровни напряжения или тока, количество которых соответствует числу выполняемых логических функций, а другие входы, количество которых равно числу переменных, - к источникам входных логических переменных.

2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что, с целью упрошения логического элемента для случая двух переменных нри выполнении трех логических функций, составляющих полную систему, в нем в качестве управляемого по частоте генератора используется релаксационный генератор на транзисторах, базы триодов которого соединены диодами, включенными встречно, обшая точка которых подключена через сопротивления к источникам входных

логических неременных, а непосредственно к базам подключены сопротивления, общая точка которых подключена к источнику сигнала управления.

- 4 - K

fus. Z

-mlк

f,

кгц 400

300