КОЛЬЦЕВОЙ СЧЕТЧИК ИМПУЛЬСОВ Советский патент 1974 года по МПК H03K23/82 

В вычислительной технике и электронике известны кольцевые счетчики импульсов на ионных лампах с холодным катодом, соединенпым с шиной питания резистором, шунтированным конденсатором. В известных счетчиках сигнал с катода подается на сетку следующей лампы и в конденсаторно-резисторной интегрируюш,ей цепи суммируется с входным сигналом. При этом разброс отпирающего сеточного напряжения зажигания ламп суммируется с разбросом их выходного и входного сигналов. Поэтому такие счетчики и регистры недостаточно надежны. Они имеют ограниченное быстродействие и большое время восстановления, нотребляют относительно много энергии, требуют сложного формирователя входных сигналов, имеющих критичную амплитуду.

Целью изобретения является устранение названных недостатков и создание надежных и более быстродействующих кольцевых счетчиков импульсов, допускающих создание на их основе цепных и реверсивных счетчиков, экономичных и автоматизированных счетных приборов, распределителей, коммутаторов, регистров и преобразователей числа импульсов в напряжение.

Согласно изобретению для увеличения надежности и быстродействия сетки ионных ламп с холодным катодом соединены с источНИКОМ импульсов дподпо-резисторным ключом, управляемым сигналом с предыдущей лампы устройства; для уменьшения времени восстановления аноды ламп через диод и дополпительпый резпстор присоединены к дополнительному источнику напряжения; для умепьшения потребляемой энергпи лампы счетчика включены в качестве нагрузки входного усилительного каскада.

Для осуществления автоматизации измерений к выходам последующих декад многоразрядного счетчика с помощью переключателя подключен вход дополнительной ионной лампы, к которой подключен соленоид, связанньп с nycKOBoii кнопкой секундомера и с отключающими вход контактами.

Для получения напрялсения, пропорционального чпслу сосчитанных импульсов, каскады счетчика присоединепы каждый к отдельному отводу цепочки последовательно соединенных резисторов, присоединенной одним концом к источнику питания.

На фиг. 1-7 изображены варианты электрических схем ряда предложенных устройств. В этих схемах ионные лампы ,,7 с холодным катодом соедппены катодом с отрицательной шиной питания резисторами /,; и конденсаторами С,;. Сетки соединены рез 1сторамп с положительной шиной иптающего напряжения. Еслп это напряжение превышает сеточное напряжение зажигання, то вознтсает подготовительный сеточньп ток. Он уменьшает ннерцноикость срабатывания ламн и увеличивает чувствительноеть ламп во много раз но сравнению с входными н выходными сигналамн, носкольку на сетке устанав.чнвастся н ар/гоматическн етабилнзнруется нанбольп1ее возможное для данного экземнляра ламн начал1)Ное ианряясепие. Это обсснечнвает взаимозаменяемость ламн, большой занас надежности и возможность ностроення сложных многоламновых дюнных ycTpoiicTB, так как предотвращает случайное затухание сигналов в них.

С источником входных имнульсов сеткн ламн соединены диолчно-резисторным ключом, содержан,нм днод Д. В схеме на 4)иг. 1, нолучнвн1ей название Г1К-9, ключ образован днодом, катод которого подключен к катоду нредыдугцей ламны н ее катодным конденсатору и резисгору. Анод диода через резнстор Rn нодключен к нсгочннку входных имнульсов и через коиденсатор Су к сетке следующей ламны. Если нредыдун;ая ламна не горнт, то днод щунтнрует все входные имнульсы. Когда нредыдун1,ая ламна зажигается, то нанрялсение с ее катода занирает диод, и очередной входно - имнульс нроходит на сетку следуюн;ей лампы. Благодаря наличию катодного конденсатора Ск, являюн1,егося наконителем энергии, катодный ток ламиы может быть меньше входного им11ул)Са тока. Это нозволяет уменьщнт; иостоянньи расход энергии источника интання.

В схеме, изображенной на фи1-, 2, названной Г1К-8, ключ образован диодом Д, катод которого иодключен к источннку входных импульсов, соединенному с отрицательной шиной нитающего нанряження. Анод диода через резистор RK нодключен к катоду и катодному конденсатору Сц предыдущей но схеме лампы и через конденсатор Су подключен к еетке следующей ламны. Если предыдущая ламна не горит, то днод запирает входные импульсы. Когда предыдущая лампа зажигается, то напряжение с ее катода и катодного конденсатора Ск в момент положительного входного нмнульса проходит через резистор RK п конденсатор Су на сетку следующей ламны. Схема 11К-8 требует меньщего количества деталей, чем схема ПК-9.

В схеме на фиг. 3, названной ПК-7, ключ содержит диод Д со стабилитроппо11 характеристикой. Его катод нодключен к катоду п катодному конденсатору Ск предыдуще ламны, а анод - к сетке следующей лампы, резистору и конденсатору Су, соединенному с источником входных импульсов. Если предыдущая ламна горит, то панряжеиие на ее катоде близко к нулю и диод шуичируег входные импульсы на конденсатор С,;. Когда напряжение на катоде предыдущей лампы повытнается в результате ее зажигания, то диод этим нанмженпем запирается и перестает шунтировать входные импульсы.

Для применения прерыдущих схем в качестве распределителей, ко; 1мутаторов и регистров сеткн ламп соединяются с мсточникамн импульсов к.л.очамк, управляемыми с выхода предыдущих ламп в различных сочетаниях. Пример таких схем дан на фиг. 4. В них катод каждой ламны счетчика-раснределптеля (верхний ряд ла.ми) унравляет двумя диодно-резпсторнымп ключа.ми. Один ключ входит 13 схему счетчика-распределителя, лампы которого в верхнем ряду схемы коммутируют управляюо ее напряжение для второй группы ключей, образующих с нижним рядом ламп запоминающий регистр.

Схема на фиг. 4 позволяет коммутировать раснределепные во времени импульсы но соответствующим каналам регистра. Счетные ламиы верхнего ряда схемы ирн каждом импульсе, постунаюи1,ел: па вход Вх. 1, осуи1,ествляют поочередно подключепие сеток ламп нижнего рЯ;Да к входу Вх. 2 или к л,ругим разделенным входам регистра.

Магрузко ламп регистра могут служит резнсторно-копдсисаторные пени, обмотки реле, цифровые индикаторные ламиы п иные элеменчы. Они условно показаны па фнг. 4 и 5 в анодной цени ламн нрямоугольникамн. Такие нагрузочные элементы можно нодключать н к ламиам счетч1п а в их катодную и в анодную цень, например, в случае иеобходнмостн нолучення отрпца.тельных выходп1 1Х сигналов с анодов его ламп.

лами регистра осуп1,ес7вляется 5пеи1пнм сигналом, крат овременно сниж.аюHtH.M па них нитаюи1,ее иаиряжеиие. ашеппе ла.мп счетчика чан1,е всего осуществляется включением в их анодную или катодную цень общего гасящего резнстора Ra, на котором автолаатически образуется гасящи; сигнал при срабатывании очередной ламиы за счет зарядки через лампу и гасящий резистор ее катодпого конденсатора.

При наличии одного гасящего резиетора счетчик является регистром сдвига одного состояния. При включении вместо оби;его гасящего резистора индивидуальных резисторов последовательно с каждой ламной носледние ьерестают гаситься автоматически, и счетчик за1юминает состояния сработавших ламп. Гашеиие их возможно внешним сигналом, ностунаюидим, панример, иееколько раньще входных импульсов. В этом случае счетчик работает как сдвиговый регистр, запоминая состояния каскадов па время гащения ламн нотенциалом катодных конденсаторов СкДля увелпчепия времени запоминания между этим коиденсатором и ключом вводится донолиительная интегрируюндая RC-цепь.

Кольцевой счетчик и регистр превращаются в цеппо искл 0чеиие.м из диодиорезисторных ключеГ, соед1п-1Я1он1его обычно последнюю лампу схемы с первой.

Па ot:;;oBe описаиных схем строится реверсивный счетчнк-регистр. Для этого схема доiKLiiiiieiCH BFOpoii входно иенью с диоднорезисторнымн ключами и элементами, осуществляющими связь в обратиом иаиравлении.

На фиг. 5 сирава приведеиа схема кольцевого реверсивного счетчика, получившего название РСК-1 и построенного иа основе схемы ПК-9. В ней сеткн ламн Л соединены с двумя источниками входных имнульсов диодно-резисторными ключами, уиравляемыми с катодов обеих соседних ламп.

Если в схеме РСК-1 горит какая-либо лампа, то очередной входной имнулье вызовет срабатывание либо следующей ламны кольца, либо предыдуп1,ей, в зависимости от того, ноетунит он на вход прямого счета или на вход обратного счета. Если импульсы ностунают только на вход нрямого счета, то счетчик их суммирует. Если вслед, за этим или в промежутке между импульсами прямого счета на вход обратного счета поступают такие же импульсы, то счетчик ироизводит их вычитание.

Таким образом, реверсивньп счетчик может быть использован для получения разности, например, для измерений на уровне фона меняющихся имнульсов. Такой счетчик быть использован как индикатор неодинаковости двух величин, если эти величины выражены числом имнульсов.

Каждая декада счетчика РСК-1 содержит, кроме десяти ламн Ло-Лд кольца, две выходные ламны Лр., которые формируют пмиульсы для запуска следующей декады но обеим ее входам. Если же выходные клеммы соединить конденсатором, то выходные лампы служат указателем знака набранного числа. Схема управления (фиг. 5 слева) содержит релаксатор с регулировкой частоты в широких нределах неременным резистором, снабженным включателем добавочного резистора. Релаксатор может нодключаться к входу прямого или обратного счета.

Введение диодно-резисторных ключей супдественно увеличивает быстродействие схем, так как устраняет интегрирующую конденсаторно-резисторную переходную цепь и этим исключает этап ее зарядки, вызывающий запаздывание в подготовке очередной ламны. Диодно-резнсторная цепь открывается с фронтом сигнала без задержкн.

Для увеличения крутизны этого фронта с укорачиванием времени восостановления напряжения иа аиоднрй шине ламп последняя подключается через диод Да и донолнительный резистор к донолнительному источнику опорного напряжения на схеме фиг. 6. В этой схеме с нелинейной анодной цепью нри срабатываиии очередной лампы ее катодный конденсатор быстро заряжается через лампу, диод и дополнительный резистор небольшой величины. Соответственно быстро восстанавливается нанряжение на анодах ламн до онорного донолннтельного нанряжения. Величина носледнего несколько меньше конечного напряжения на анодной

шине, питаемой резистором большей велиЧ1П1Ы от источника большего нанряжения. Это предотвращает обрывание тока после быстрой зарядки катодных конденсаторов и обеспечивает устойчивость .

Благодаря : 1алой длительности гасящего импульса на анодной nnnie ламн разрепдаюН1,ее время схемы многократно улучшено отпоснтельно временн деионнзацнн ламп. Короткпй гасящий анодный импульс быстро обрывает разряд, но нанряжение на катоде погагненной лампы восстанавливается медлсппее и пе к приходу очередного входного импульса, а к тому времени, когда иоочередно сработают все другие ламиы кольца. Поэтому лампа пмеет достаточное время для деопизацпи и быстродействие десятичного счетч1п а увеличивается почтп в десять раз по сраппенпю с временем депонизации ламп при рабочем пптаюн1:ем напряжении. Увеличивает быстродействие также повышение чувствите,)Иости ламп током подготовки, при которой очередная лампа способна работать при неполпом восстановлении напряжения на пей и нри понижении амплитуды пусковых импульсов в случае неполной зарядки катодных конденсаторов.

Для зануска схем ПК-9 и РСК-1- особенно нрн большом количестве ламп, после формирователя имиульсов целесообразно применять катодный или эмиттерный новторитель. Для запуска схем ПК-8 в качестве формирователя удобно использовать открытую электронную лампу НЛП транзистор, нагрузко1{ которого служпт счетное кольцо. Такое носледовательное включение уменьшает расход электроэнергии и ирименено, в частности, в батарейном автоматизированном радиометрическом приборе ПК-ЮБ, схема которого показана на фнг. 7. Здесь пунктиром обведен входной усилительный каскад, к которому подключены щунтирующие и отключающие его контакты «Стоп. Эти контакты связаны с пусковой кнопкой ил еющегося в прпборе секундомера, благодаря чему при его запуске включается счет. Секундомер п счет автоматически останавливаются солепоидом «Стоп при срабатыванги дополнительной кампы Лд, вход которой через переключатель Я связан с выходами дополнительных двоично-десятичных декад ЛЯ, обеспечиваюп1их коэффипиепты пересчета (емкость счета) /(10000, /(1000, / 100. Переключателем Я производится изменение этого коэффициента, подключеиие ко входу контрольного генератора, а также выключение пптания.

Сброс показаний производится отрицательным cигпaлo i па катоде ламп У/о нулевого положенпя. Это равпоценно положительному сигналу на сеткп, но не требует добавочных деталей {конденсаторов, диодов).

Сеточные резисторы лами счетчика для уменьшения их величины нри заданном сеточном токе подключаются к источнику питающего наиряження через общий балластiibiii резистор RO (фиг. 1. 2, 5, 7). Шунтирование его, паиример, цеи1зЮ, иоказаиной иуикTiipoM иа фиг. 7, позволяет останавливать счет.

В.место ионных лами в схемах могут бьггь применены тиристоры и другие элементы с аналогичными характеристиками. ПреимуИ1,еством ламн е холодным катодом является малая иотребляемая мощность, нростота изготовления и их свечение ири работе, даюи,ее возможность снимать иоказания счетчиков без дополнительных индикаторов i делающее нх экс11луатаци10 достуиной и ионятной даже малоквалифиннрованному иерсоналу.

Благодаря иостояиству иадения нанряжеимя на ионных ламиах и тиристорах количество нмиульсов, сосчитанное счетной схемой, может быть иреобразоваио в ианряженне, ироиорциональное количеству нмиульсов. Для этого в цень каждой ламны включается но одинаковому доиолнительному сонротивлению, на которых нри горении ламны надает небольнюе наиряжение. Эти сонротивления нодключаются к соответствующей шине иитапия носледовательно таким образом, чтобы из доиолнительных сонротивлеиий образовалась цепочка. К 1ииие питания подключается тот конец ценочки, к которому нодключеиа иервая ламна. С последней ламны кольца, к которой подключен другой конец ценочки, снимается выходное напряжение. При таком в люченнн чем блоьше помер гасящей лампы в кольце, тем через большее количество дополнительных сопротивлений нроходит ток горения ЭТО ламны и, следовательно, тем больше оказывается выходное нанряженне.

При неодинаковв1х величинах дополнительных сонротивлений может быть получена функциональная зависимость.

Для преобразования в напряжение числа имнульсов от двоичной и двоично-десятичной счетной схемы на фиг. 7 дополнительные сонротивления включаются в цепь цифровв1Х

ламн. причем для ио,:1учения линейной зависимости величина каждого носледуюн1,его сопротивления (начиная с третьего в декаде), должна быть вдвое больще величины предыдущего.

П р е д м е т и з о б р е т е н и я

1.Кольцевой счетчик импульсов на понных лампах с холодным катодом, соединенным с шипог питания резистором, шунтированным конденсатором, о т л н ч а ю щ и и с я тем, что, с целью увеличення быстродействия н надежности работы, сетки ионных ламп соединены с источником импульсов диодно-резисторнььм ключом, уиравляемым сигналом с катода предыдуплей лампы счетчика.

2.Счетчик импульсов по н. 1, отличаюHI, и и с я тем. что, с целью уменьшения времени восстановления, аноды ламн через диод и дополнительный резистор присоединены к дополИнтельпому источнику нанряжения.

3.Счетчик импульсов по п. 1, отлпчаюnUi и с я тем, что, с целью умепьшепня потребляемой энергии, ламиы счетчика включены в качестве нагрузки входного усилительного каскада.

4.Счетчик имиульсов ио ни. 1-3, отличаю и; и и с я тем, что. с целью осуществления автоматизации измерений, к выходам последующ1х декад с иомощыо переключателя подключен вход дополнительной ионной .лампы, к которой подключен соленоид, связанный с нусковой кнопкой секундомера и с отключающими вход контактами.

5.Счетчик имиульсов по н. 1, отличаюHU-I и с я тем, что, с целью нолучения напряжения, иропорционального числу сосчитанных имиульсов, каскады счетчика нрисоединены каждый к отдельному отводу цепочки носледовательно соединенных резисторов, присоединенной одним концом к источнику иитания.

СП

р

Ш, :

|

u

boi-ihC: Ж.

.§

О-ЧН-О O-4i--O Q--- 5QCHhO p 4bOnO-I

M

1

В

с

i Q-rl6