ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ НА МАГНИТНОМ КЛЮЧЕ Советский патент 1970 года по МПК H03K19/166 

Предложение относится к автоматике и вычислительной технике.

Известны логические элементы на магнитном ключе, выполненном на трансфлюкооре с обмотками возбуждения, смещения, выхода и входа.

Предложенный элемент отличается тем, что обмотка возбуждения размещена в .центральном отверстии трансфлюксора, а каждая из Обмоток смещения, выхода и входа состоит из двух равных Частей, размещенных в периферийных отверстиях трансфлюксора и включенных последовательно и встречно относительно друг друга. Это позволяет новысить надежность реализации функций алгебры логики одной и двух переменных.

На фит. 1 приведена принципиальная электрическая схема логического элемента; на фиг. 2 показано перемагничнвание трансфлюксора переменным магнитным потоком возбуждения при отсутствии нодмагничивающего поля; на фиг. 3 - неремагничивание трансфлюксора при введении Положительного и отрицательного подмагничиваюших нолей; на фиг. 4- временные диаграммы, поясняющие принцип действия элемента; на фиг. 5 - таблицы соответствия четырнадцати логических функций.

трансфлюксора Трф1 с обмотками возбуждения W выходной WB , двух входных Wi и Wz и обмотками смещения

Для удобства изложения принципа действия логического элемента выделим два участка магнитопровода трансфлюксора, а именно две периферийные перемычки, которые обозначим соответственно буквами а и б. В дальнейшем обмотки, которые будут помещаться на этих перемычках, будут обозначены соответствующими индексами а или б.

Обмотка возбуждения W проходит через центральное отверстие и подключена к источнику переменного (синусоидального лрямоугольного типа меандр) напряжения.

Обмотка смещения WCM проходит через два периферийных отверстия и состоит из двух частей и cMff Обе части имеют одинаковые числа витков и включены последовательно и встречно одна относительно другой. Обмотка смещения подключена к источнику постоянного тока.

Обмотка выхода W проходит через оба периферийных отверстия и состоит из двух частей и Wyg. Обе части имеют одинаковые числа витков и включены последовательно и встречно одна относительно другой.

соответственно. Части входных обмоток имеют равные числа витков и включены последовательно и встречно одна относительно другой. Во входные обмотки подаются ситпалы (аргументы) постоянного тока двух уровней. Один уровень характеризуется отсутствием сигнала («нуль на входе), другой имеет некоторое фиксированное значение («единица на входе).

Принцип работы логического элемента состоит в следующем. При наличии в грансфлюксоре постоянного подмагничивающего поля данного направления (знака) в выходной обмотке наводится э. д. с. удвоенной частоты (относительно частоты возбуждения) и данной фазы. При изменении знака подмагничивающего поля на противоположный фаза выходной э. д. с. изменяется на 180°. Будем считать, что на выходе элемента «единица, когда имеется 3. д. с. данной фазы ф, и на выходе «нуль, когда имеется э. д. с. противоположной фазы ф + я. Выходная э. д. с. фазы ф наводится при наличии постоянного подмагннчнвающего поля, направленного так, как это показано на фиг. 3 (т. «. по часовой стрелке вокруг левого периферийного отверстия и против часовой стрелки вокруг правого). Будем считать такое направление нодмагничи.вающего поля положительным. Выходная э. д. с. фазы ф-1-rt «нуль наводится тогда при отрицательном подмагничивающем поле, т. е. направленном против часовой стрелки вокруг левого периферийного отверстия и но часовой стрелке вокруг правого (фиг. 3). Поэтому реализация функций алгебры логики одной и двух переменных достигается за счет создания соответствующего знака постоянного поля подмагничивания надлежащей комбинацией величии и направлений токов входных сигналов и смещения.

Рассмотрение физических процессов, с помощью которых В предлагаемом элементе реализуются логические функции, разделим на два этапа. Сначала рассмотрим процесс получения выходного напряжения удвоенной частоты той или иной фазы с помощью введения постоянного подмагничивающего поля того или иного направления (знака), а затем способы формирования Нужного знака этого поля с помощью двух входных сигналов (аргументов) и смещения.

При отсутствии постоянного подмагннчивающего поля переменный магнитный поток , создаваемый обмоткой возбуждения W, синфазно перемагничивает перемычки а и б (фиг. 2) сплошными линиями в один полупериод и штриховыми - во второй полунериод напряжения возбуждения. Поэтому в половинах выходной обмотки И Bff наводятся одновременно э. д. с. одной частоты, фазы и амплитуды в силу полной симметрии схемы. Так как половины выходной обмотки и WBS включены последовательно н встречно одна относительно другой, наводимые в них э.-Д. с, вааимнс ;:омпеас1 руются. Таким образом, при отсутствии постоянного подмагничивающего поля в ВЫХОДНОЙ обмотке сигнал отсутствует.

Пусть теперь, например, с помощью обМОтки смещения создано положительное постоянное подмагничивающее поле АФа+ и АФЙ+Постоянное поле подмагничивания сдвигает рабочую точку по петле гистерезиса в положение + В для перемычки бив положение -В

для перемычки а (фпг. 4,а). Тогда переменный магнитный -ноток Ф , создаваемый обмоткой возбуждения, может замыкаться только по пути, указанному на фиг. 3 сплощной линией Ф + в один .нолупериод напряжения возбуждения, и только по пути, указанном на фиг. 3 штриховой линией Ф - в следующий полупериод возбуждения. Благодаря этому в Первый полупериод перемычка б под воздействием намагничивающей силы обмотки

возбуждения перемагничивается из состояния + В .в состояние -В.. и назад в состояние + В ПОД воздействием постоянного подмагничивающего поля (фиг. 4). При этом в части выходной обмотки расположенной на

этой перемычке б, наводится два разнополярных импульса . Точно также, но во второй Полупериод возбуждения, .в части выходной обмотки WBO , расположенной на перелгычке а, наводятся два импульса, но противоположной полярности f/Bo . Так как части выходной обмотки WBO и WBS включены последовательно и встречно одна относительно другой, наводимые в них в противофазе пары импульсов слагаются так, что в результате в выходной обмотке при наличии постоянного подмагничивания течет сигнал удвоенной частоты

в.

Фаза выходного сигнала удвоенной частоты определяется знаком (направлением) постоянного подмагничивающего поля, так как при изменении знака подмагничивающего поляна противоположный направления прохождения перемычек а и б переменным магнитным потоком Ф изменяются на противоположные

Сна фиг. 3 сплошная линия Ф -f и штриховая линия ), перемычка б начинает перемагничиваться из состояния -В в +й и назад в -В , перемычка а соответственно наоборот, и фаза выходных сигналов изменяется

на противоиоложную Ug .

Таким образом, на .выходе логического элемента наводится э. д. с. фазы ф - «единица при положительном подмагничивающем поле и фазы ф + я - «ноль при отрицательном.

Для удобства объяснения способов формирования нужного знака подмагничивающего поля при реализации логических функций следует условиться, что положительное подмагничивающее поле создается положительным сигналом (или смещением), отрицательное - отрицательным сигналом (смещением). При этом, как это было отмечено ранее, положительным полем подмагничивания считается поле, направленное по часовой стрелке вокруг

pa и против часовой стрелки вокруг пра-во-го. На фит. 1, например, такое положительное лоле создается сигналом а. Сигнал b и смещение на этом рисунке следует считать отрицательными.

Логическая -функция «конъюнкция (фиг. 5,а) реализуется следующим образом.

Постоянно дейсгвующее отрицательное смещение создает отрицательное лодмагничивающее ноле. Поэтому при отсутствии сигналов в .выходной обмотке наводится э. д, с. фазы ф-fя-«ноль на выходе (первая строка таблицы соответствия). Величины намагничивающих сил (н. с.) сигналов выбираются равными друг другу, положительными и по абсолютной величине меньше, чем н. с. смещения

а--Р..(1)

Потому, если приходит только один сигнал, знак тюдмагничивающего ноля остается отридательным,- э. д. с. на выходе фазы - «ноль (вторая и третья строки таблицы соответствия). Если проходят оба сигнала одновременно, в трансфлюксоре создается положительное поле нодмагничивания, и на выходе наводится э. д. с. фазы ф - «единица (четвертая строка таблицы соответствия).

Если направления сигналов и смешения оставить прежними (т. е. смещение отрицател; ное, а сигналы положительные), .величины же н. с. сигналов сделать но абсолютной величине больше, чем Н. с. смещения

„,/-/ смЛ(2)

то реализуется логическая функция «дизъюнкция (фиг. 5,6).

Действительно, при отсутствии сигналов подмагничивающее поле отрицательно, на выходе э. д. с. фазы ф4-я - «ноль (первая строка таблицы соответствия) при поступлении хоть одного Из сигналов, а тем более обоих сразу, подмагничивающее поле становится положительным, и на выходе наводится э. д. с. фазы ф - «единица (вторая, третья и четвертая строки таблицы соответствия).

Логическая функция «штрих Шеффера х

- (фиг. 5,-в) реал-изуется при подаче положительного смещения и отрицательных сигналов, н. с. которых но абсолютной величине меньше н. с. смещения

l-Fal- l-Fj F..(3)

Действительно, при отсутствии сигналов или даже ври наличии одного из них подмагничивающее Поле положительно, на выходе э. д. с. фазы ф - «единица (первая, вторая и третья строки таблицы соответствия). При приходе Обоих сигналов сразу подмагннчивающее поле становится отрицательным, и на выходе появляется э. д. с. фазы фч-л-«ноль (четвертая строка таблицы соответствия).

Логическая функция «стрелка Пирса х,- (фиг. 5,г) реализуется при нодаче положительного смещения и отрицательных сигналов, н. с. которых равны между собой и но абсолютной величине больше н. с. смещения

l-Pal l-Fbl F..(4)

Действительно, при отсутствии сигналов подмагничивающее поле положительно и на выходе э. д. с. фазы ф - «единица (первая строка таблицы соответствия). По приходе любого одного, а тем более обоих сигналов одновременно, подмагничивающее поле становится отрицательным и на .выходе наводится э. д. с. фазы ф + я - «ноль (вторая, третья н четвертая строки таблицы соответствия).

Логическая функция «имнлика.ция от о к & х (фиг. 5,(3) реализуется при подаче положительного сигнала b и отрицательного сигнала а; н. с. сигналов по абсолютной величине больше н. с. смещения

Fb l-Fal F.

(5)

Действительно, при отсутствии сигналов или по приходу сигнала b подмагнпчивающее поле положительно и на выходе э. д. с. фазы ф - «единица (первая и вторая строки таблицы соответствия). Если приходит один сигнал а, поле .нодмагничивания становится отрицательным, на вы.ходе э. д. с. фазы ф + я - «ноль (третья строка таблицы соответствия). Если приходят оба сигнала одновременно, их н. с. взаимно компенсируются. Знак подмагничивающего поля определяется положительным смещением и на выходе э. д. с. фазы ф - «единица (четвертая строка таблицы соответствия).

Логическая функция «импликация от b к а х (фиг. Ъ,е) реализуется при подаче положительного смещения, полол ительного сигнала а и отрицательного сигнала Ь н. с. сигналов по абсолютной величине больше н. с. смещения

Fa l-Fbl P (6)

Действительно, при отсутствии сигналов или нри поступлении одного сигнала а подмагнпчивающее поле в трансфлюксоре положительно, э. д. с. на выходе |фазы ф - «единица (первая и третья строки таблгщы соответствия).Если нр.иходит один сигнал Ь, поле становится отрицательным, на выходе э. д. с. фазы ф + я - «ноль (вторая строка).

Если Приходят оба сигнала одновременни, их н. с. взаимио компенсируются, знак поля подмагнпчивания определяется только положительным смещением - на выходе э. д. с. фазы ф «единица (четвертая строка таблицы соответствия) .

Логическая функция «запрет по « x (фиг. 5,ж) реализуется при подаче отрицательного смещеаия, отрицательного сигнала а и ноложительного сигнала Ь.

По абсолютной .величине н. с. сигналов равны друг другу и больше, чем н. с. смещения Действительно, при отсутствии сигналов или при ноступлении одного сигнала а подмагничивающее ноле отрщательно, на выходе э. д. с. фазы ф + я - «ноль (первая.и третья строки таблицы соответствия). При поступлении одного сигнала b иоле подмагничивания становится ноложительным, на выходе э. д. с. фазы ф «единица (вторая строка таблицы соответствия). Если нриходят оба сигнала одновременно, их н. с. взаимно комиенсируются, знак подмагничивающего лоля Определяется только отрицательным смещением, и на .выходе э. д. с. фазы ф + я - «ноль (четвертая строка таблицы соответствия). Логическая функция «запрет по Ь ж (фиг. 5,3) реализуется при- подаче отрицательного смещения, ноложительного сигнала отрицательного .сигнала Ь. Ло абсолютной величине н. с. сигналов равны между собой и больше н. с. смещения Fa /-Pb/ /-fcJ(8) При отсутствии сигналов или при поступлении одного сигнала b по.дмагничивающее поле отри1цательно, на выходе э. д. с. фазы ф-я - «ноль (первая и вторая строки таблицы соответствия). Если приходит один сигнал а, поле подмагничивания становится положительным, на выходе наводится з. д. с. фазы ф - «единица (третья строка). При поступлении обоих сигналов одновременно их н. с. компенсируют одна другую, знак поля подмагничивания определяется только отрицательным смещением, на выходе э. д. с. фазы ф-Ья - «ноль (четвертая строка таблицы соответствия). Логическая функция «повторение а (фиг. 5,ы) реализуется при подаче отрицательного смещения, ноложительного сигнала а и отрицательного сигнала Ь. По абсолютной величине н. с. сигнала а должна быть больше абсолютной величины н. с. смещения и больше абсолютной величины суммы н. с. сигнала Ь и н. с. смещения ,,l,(9) ЧТО может быть достигнуто соответствующим секционирОванием обмотки сигнала (иметь, например, отвод от середины каждой части этой обмотки Waa/a и Wjo/a соответственно). Тогда при отсутствии сигналов или по приходу только одного сигнала b подмагничивающее поле отрицательно и на выходе наводится э. д. с. фазы ф + я - «ноль (первая и вторая строки таблицы соответствия). Если цриходит сигнал а, то, так как его н. с. ло абсолютной величине -больше .как и н. с. смещения и н. с. сигнала b в отдельности, так и их суммы, подматничивающее поле становится положительным и на .выходе наво.дится э. д. с. фазы ф - «единица (третья и четвертая строки таблицы соответствия). Логическая функция «повторение Ь (фиг. 5,«:) реализуется при лодаче отрицательных смещения сигнала а и положительного сигнала b должна быть больше абсолютной величины н. с. смещения и больше абсолютной величины суммы н. с. сигнала а, и н. с. смещенияРь 1-Ра-Р 1 1-Рс что может быть достигнуто соответствующим секционированием обмотки сигнала а-W (иметь, например, отвод от середины каждой части этой обмотки: Wia/2 и W.o/z соответственно). Тогда ири отсутствии сигналов при поступлении только сигнала а подмагничивающее ноле отрицательно, на выходе э. д. с. фазы Ф + л - «ноль (первая и третья строки таблицы соответствия). Если приходит сигнал Ъ, то, так как его н. с. ло абсолютной величине больше как и н. с. смещения и н. с. сигнала а порознь, так и их суммы, подмагничивающее поле становится положительным и на выходе наводится э. .д. с. фазы ф «единица (вторая и -Четвертая строки таблицы соответствия). Логическая функция «отрицание а (фиг. 5,л) реализуется при подаче полол ительного смещения, положительного сигнала b и отрицательного сигнала а. По абсолютной величине н. с. сигнала должна быть больше н. с. смещения и больше абсолютной величины суммы н. с. смещения и н. с. сигнала + .(И) Действительно, при отсутствии сигналов при поступлении только одного сигнала b ноле подмагничивания положительно, нд выходе э. д. с. фазы ф-«единица (первая и вторая 1строки таблицы соответствия). Если приходит сигнал а, поле подмагничивания становится отрицательным и на выхо.де наводится э. д. с. фазы ф + я -«ноль (третья и четвертая строки таблицы соответствия). Логическая функция «отрицание Ь (фиг. Ь,м) реализуется при подаче ноложительного смещения, положительного сиглала а и отрицательного сигнала Ь. По абсолютной величине н. с. сигнала b должна быть больше н. с. смещения и больше абсолютной величины суммы я. с. смещения и н. с. сигнала а /-Pj Fa + .(12) Тогда при отсутствии сигналов или при поступлении только одного сигнала а ноле лодмагничивания положительно и на выходе э. д. с. фазы ф - «единица (третья и первая строки таблицы соответствия). Если приходит сигнал Ь, то поле подмагничивания становитотрицательным и на выходе наводится ся э. д. с. фазы ф + я - «ноль (вторая и четвертая строки таблицы соответствия). Единичная функция (на фиг. 5,к) реализуется при подаче положительных сигналов и смещения . F.«-(13)

и при постзплении одного или обоих сигкалов сразу в трансфлюксоре непрерывно имеется положительное подмагничивающее поле и в выходной обмотке наводится э. д.с. фазы ф - «единица.

Аналогично реализуется нулевая функция

(фиг. 5,0) при условии, что смещение и сигналы подаются отрицательными.

.(14)

Вышеизложенное по реализации логических функций на магнитном ключе проиллюстрированно в таблице.

Таблица

Предмет изобретения Логический элемент на магнитном ключе, содержащем трехот.верстный транофлюксор с обмотками возбуждения, смещения, выхода и входа, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности реализации функций алгебры логики одной и двух переменных, обмот4045 ка возбуждения размещена в центральном отверстии трансфлюксора, а каждая из обмоток смещения, выхода и входа состоит из двух равных частей, размещенных в периферийных отверстиях трансфлюксора и включенных последовательно и эстречно относительно друг друга.

..

в.

ifsUB

f

. 1%

/ V JJ f W

X .rf

Фиг. 3