Универсальный логический элемент

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 13.V.1965 (№ 1006553(26-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете 1т1инистрав

СССР

Опубликовано 21.Vll.1966. Бюллетень № 15

Дата опубликования описания 19. IX.1966

Авторы изобретения

А. П. Вишневский и В. A. Новиков

Заявитель

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ

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 напряжения смещения; на фиг. 5 спектральное разложение колебаний мультивибратора.

В качестве генератора автоколебаний может

10 быть использован любой автогенератор как синусоидальных, так и релаксационных колебаний, частоту которого можно изменять подачей напряжения или тока, При применении генератора релаксационных колебаний выделя15 ется одна из гармоник спектра, содержащаяся в этих колебаниях, Лвтогенератор 1 имеет несколько входов управления. Один из них (вход 2) служит для изменения начальной частоты колебаний или, иначе говоря, пастраи20 пает элемент II3 выполнение той или другой функции. Другие входы 8 и 4 необходимы для подачи сигналов входных переменных, их ко",è÷åcTâo определяется числом последних (в данном случае речь пойдет об элементе для

25 двух входных переменных х и у).

Сигнал управления представляется в виде дискретного уровня постоянного напряжения (тока). Количество уровней определяется числом выполняемых функций. Тот или иной уро30 вень подается на вход 2 либо вручную с по184520 мощью переключателя напряжения, либо снимается со статического выхода многоустойчивого элемента типа спектрогрона. Каждый из уровней п 1/а, U>, с а, Уа, U< обеспечивает соответственно начальные частоты генерации

f<, f>, f>, f3, f4 (см. фиг. 2). Причем величина приращений между уровнями напряжения должна быть одинакова Л U= U, — U„= Us > — U,, желательно также, чтобы f=f; — f.-i=f + — f;.

Двоичная информация имеет вид уровня постоянного напряжения (тока) определенной величины, равной ЛУ в пересчете ко входу 2.

Благодаря различию во входных сопротивле1 ниях по входам 8 и 4 (R., = — R ) сигнал, 2 действующий на входе Х, перемещает частоту колебаний генератора на 2 hf по сравнению с сигналом, действующим на входе 4. При одновременном воздействии сигналов на оба входа 8 и 4 частота генератора изменяется на

3 hf 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 f<.

Детектор б 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 напрякения, 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 8 или

4 или на обоих вместе, не приводит к настройке генератора на частоту, равную f<, и на выходе 7 сигнал отсутствует, т. е. реализована функция константы нуль z=0.

Уровень U> вызывает настройку генератора на f, а элемента — на выполнение функции конъюикция z=x у, Действительно, только при одновременном воздействии сигналов на вход 8 и 4 частота fq генератора и колебания с его выхода попадают в полосу пропускання контура.

Подача уровня Уа настраивает элемент на выполнение функции запрета по у z=x у (начальная частота автогенератора равна f ).

Приход информации только на вход 5 приводит к появлению сигнала на выходе 7. Hpí наличии информации только на входе 4 или одновременно на обоих входах частота авто;генератора меньше или больше f, и напряжепие на выходе равно нулю.

Легко заметить, что уровни Уа и U4 настраивают элемент на выполнение соответственно функций запрета по входу 8 z=x у и универсальную функцию «стрелка Пирса» z= х,/у.

Таким образом, описанный элемент реализует пять логических функций от двух переменных, которые сведены в табл. 1.

Таблица 1

10 г=х у г=х у

«=0 х=х,/р х=х g

0 0

0 1

1 0

0 0

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 добавлении 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

О хур хур хУр х) р хур хур хур

0

0

1

1

1

1

0

0

0

0

50 В общем случае количество возможных выполняемых функций при данной структуре многофункционального элемента равно

N=2"+7., где n — число входных переменных.

Максимальное N зависит от диапазона пере55 стройки генератора и добротности резонансного контура и повышается с их увеличением.

В экспериментально проверенной схеме многофункционального элемента на 5 функций от двух переменных (см. фиг. 3) в качестве авто60 генератора применен симметричный мультивибратор на триодах 9 и 10 с перестраиваемой напряжением частотой колебаний.

Управление частотой мультивибратора осуществляется по двум входам: входу 4 подачей

65 отрицательного напряжения через базовые со5 противления 11 и 12, и по входу 18 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

U<-†-2,5 в, так что начальная частота колебаний мультивибратора равна fo=205 кги,. Все остальные уровни настройки выбраны через

2,5 в равными: U,=5â, И,=7,5в, Уз=10в, U4=12,5 в, а частоты соответственно равны

/ — — 230 кги„ =270 кги, f —— 315 кги, f4 — — 360 кги.

Сигналы двоичной информации х и у подаются в точку 18 через сопротивления lб и 17. Суммирование сигналов входной информации и настраивающих уровней происходит на сопротивлении участков база — эмиттер триодов 9 и 10.

Величина напряжения сигналов на входах

5 и б равна с1= с1 = — 10в. Поскольку R

= 2 R, сигнал со входа х изменяет частоту мультивибратора на 2 Af, а со входа у — на

Af.

Колебания мультивибратора с выхода триода 10 через емкость 18 (С, = 51 пф) поступают на контур 5 (1.С ). Резонансная частота последнего выбрана равной f, =/, (1=0,375 мгн, С,=680 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 U>= — 10в. Элемент нормально функционирует при изменении частоты следования импульсов входной информации в пределах 0 — 2,5 кги, минимальная длительность импульсов 350 мсек.

Как видно из спектрального разложения колебаний (см. р»с. 5) симметричного мультивибратора, вторая гармоника отсутствует в спектре во всем диапазоне перестройки. Поэтому оказалось возможным выбрать f,. близкой к 2fo. 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

184520 генератор следует перестраивать из области высоких частот в область низких частот, а резонансную частоту контура выбирать в области низких частот, обеспечив возможность пол5 ного использования диапазона перестройки генератора и исключив влияние высших гармонических составляющих. Подобных проблем не встречается при применении управляемых генераторов синусоидальных колебаний.

10 Предложенный логический элемент можег быть применен в качестве универсального элемента вычислительной техники, из которого может быть получен необходимый элемент, выполняющий одну из заданных функций, пу15 тем переключения настроечного входа на клемму с соответствующим напряжением.

Предмет изобретения

1. Универсальный логический элемент, содержащий резонансный контур и детектор, отличающийся тем, что, с целью увеличения числа выполняемых элементом функций, он со25 держит управляемый по частоте генератор автоколебаний, к выходу которого подсоединены резонансный контур и детектор, первый вход генератора подключен к источнику сигналов управления, формирующего дискретные уровЗО ни напряжения или тока, количество которых соответствует числу выполняемых логических функций, а другие входы, количество которых равно числу переменных, — к источникам входных логических переменных.

35 2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что, с целью упрощения логического элемента для случая двух переменных при выполнении трех логических функций, составляющих полную систему, в нем в качестве управляемого по ча40 стоте генератора используется релаксационный генератор на транзисторах, базы триодов которого соединены диодами, включенными встречно, общая точка которых подключена через сопротивления к источникам входных

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

184520

Угу. g

200

4 ii ã4f4

Корректоры: Е. Д. Курдюмова и М, Il. Ромашова

Заказ 2543)7 Тирах< 1075 Формат бум. 60Х90 /з Объем 0,49 изд. л. Подписное

ЦНИИПИ Комитеза по делам изобретений и открытий прп Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр, Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель В. А. Субботин

Редактор Н. А. Джарагетти Техред Л. К. Ткаченко

I

7

I ! !