Усилитель считывания для запоминающего устройства

 

Использование: в вычислительной технике для построения запоминающих устройств на цилиндрических магнитных доменах, предназначенных для работы в условиях спецвоздействий и в широком диапазоне температур. Сущность изобретения: усилитель считывания содержит четыре генератора 1, 3, 10, 11 тока, стабилитроны 2, 7, транзисторы 8, 9, компенсирующий и информационный детекторы 4, 5 цилиндрических магнитных доменов, резистор 6, нагрузочные резисторы 13, 14, компаратор 16 напряжения, переменный резистор 15 и конденсатор 12. Технический результат состоит в повышении помехоустойчивости, надежности при работе в условиях спецвоздействий и в возможности упрощения запоминающего устройства, включая усилитель считывания. 1 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении запоминающих устройств на цилиндрических магнитных доменах, предназначенных для работы в условиях спецвоздействий и в широком диапазоне температур. Усилитель считывания предназначен для работы в составе цифровых автоматов, входящих в состав автономных радиоэлектронных комплексов.

Известны усилители считывания для запоминающих устройств на цилиндрических магнитах доменах (ЗУ на ЦМД).

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является усилитель считывания, который широко распространен в применяемых ЗУ на ЦМД различных вариантов.

Это устройство содержит первый генератор тока, соединенный с входом первого детектора ЦМД, второй генератор тока, соединенный с входом второго детектора ЦМД. Вход первого детектора через первый конденсатор соединен с первым входом операционного усилителя (ОУ). Вход второго детектора через второй конденсатор соединен с вторым входом ОУ, который через резистор соединен с общей шиной. Выход ОУ через резистивный делитель соединен с общей шиной. Средняя точка делителя через резистор обратной связи соединена с первым входом ОУ. Выход ОУ через конденсатор соединен с первым входом компаратора напряжения. Первый вход компаратора соединен с коллектором ключевого транзистора. Эмиттер этого транзистора подключен к общей шине, а база через резистор соединена с клеммой управляющих сигналов. Второй вход компаратора соединен со средней точкой делителя напряжения, выполненного на резисторах, а сам делитель подключен между клеммой входа порогового напряжения и общей шиной. Выход компаратора является выходом устройства.

Недостатками такого усилителя являются недостаточная надежность при работе в условиях спецвоздействий и в широком диапазоне температур, недостаточная помехоустойчивость, а также повышенная сложность. Недостаточная надежность обусловлена тем, что при работе в условиях спецвоздействий изменяются опорные напряжения, формирующие пороговое напряжение на втором входе компаратора, что приводит к снижению достоверности считываемой информации. Недостаточная помехоустойчивость в известных усилителях считывания обусловлена наличием разделительных ("продольных") конденсаторов, включенных между детекторами ЦМД и входами ОУ, и такого же конденсатора между выходом ОУ и входом компаратора. Известно, что такого рода цепи склонны к улавливанию импульсных помех, распространяющихся как по шинам питания, так и по эфиру. Кроме того, на выходе ОУ возможно возникновение помех в силу несимметрии входных RC и других цепочек. Несимметрия также приводит к недостаточному ослаблению синфазных наводимых импульсных помех, возникающих под воздействием импульсов формирователей вращающегося поля, а также трансферов ввода и вывода и импульсных источников питания.

Необходимость в таких разделительных конденсаторах обусловлена неопределенностью потенциалов постоянного напряжения на детекторах ЦМД в силу большого разброса сопротивления постоянному току, а также вследствие большой зависимости сопротивления детекторов ЦМД от окружающей температуры.

Повышенная сложность обусловлена необходимостью сигнала управления, который формируется в составе контроллера. Этот сигнал, поступающий на базу ключевого транзистора, вызывает открывание последнего, что необходимо для разряда разделительного конденсатора С3, расположенного между ОУ и входом компаратора. Управляющий импульс появляется перед ожидаемым информационным сигналом и осуществляет восстановление постоянной составляющей на конденсаторе. Величина постоянной составляющей может изменяться в зависимости от различного сочетания последовательности "единиц" и "нулей", поступающих от детекторов ЦМД. Необходимость указанного разделительного конденсатора обусловлена тем, что потенциал на выходе ОУ является плавающим.

Во всех известных усилителях чтения, как правило, применяются разделительные конденсаторы как на входе, так и на выходе ОУ.

Сущность изобретения заключается в том, что в усилитель считывания для запоминающего устройства на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД), содержащий первый генератор тока, соединенный с входом первого детектора ЦМД, второй генератор тока, соединенный с входом второго детектора, компаратор напряжения, выход которого является выходом устройства, дополнительно введены третий и четвертый генераторы тока, первый и второй транзисторы, резисторы нагрузки, потенциометр и конденсатор. При этом база первого транзистора соединена с входом первого детектора, база второго транзистора соединена с входом второго детектора. Выход третьего генератора тока соединен с эмиттером первого транзистора и через конденсатор с выходом четвертого генератора тока, и эмиттером второго транзистора. Коллекторы второго и первого транзисторов через второй и первый нагрузочные резисторы соединены с первым и вторым выводами переменного резистора. Средний вывод последнего подключен к шине питания. Первый и второй входы компаратора напряжения соединены соответственно с коллекторами первого и второго транзисторов.

На чертеже представлена электрическая схема предлагаемого усилителя считывания для запоминающего устройства на цилиндрических магнитных доменах.

База транзистора первого генератора тока 1 соединена с анодом стабилитрона 2. База транзистора второго генератора тока 3 соединена с анодом стабилитрона 2. Выводы резисторов, входящих в генераторы тока 1 и 3, соединены с шиной питания. Катод стабилитрона 2 соединен с шиной питания. Коллектор транзистора генератора тока 1 соединен с входом первого компенсирующего детектора ЦМД 4. Коллектор транзистора генератора тока 3 соединен с входом (информационного, основного) детектора ЦМД 5. Другие выводы детекторов ЦМД 4 и 5 соединены с общей шиной.

Анод стабилитрона 2 через резистор 6 соединен с катодом стабилитрона 7, а анод последнего подключен к общей шине. База усилительного транзистора 9 соединена с входом детектора ЦМД 4. База усилительного транзистора 9 соединена с входом детектора ЦМД 5. Эмиттер транзистора 9 соединен с коллектором транзистора генератора тока 11. Коллектор транзистора генератора тока 10 соединен с эмиттером транзистора 8 и через конденсатор 12 с коллектором транзистора генератора тока 11. Базы транзисторов генераторов тока 10 и 11 соединены с катодом стабилитрона 7. Коллектор транзистора 8 соединен с первым выводом нагрузочного резистора 13. Коллектор транзистора 9 соединен с первым выводом нагрузочного резистора 14. Между вторыми выводами резисторов 13 и 14 подключен потенциометр 15. Элементы 8-15 образуют предварительный линейный импульсный усилитель. Движок потенциометра 15 соединен с шиной питания. Первый вход компаратора 16 соединен с коллектором транзистора 8, второй вход компаратора 16 с коллектором транзистора 9. Выводы питания компаратора 16 подключены к общей шине и к шине питания соответственно. Выход компаратора 16 является выходом устройства.

Рассмотрим работу усилителя при отсутствии входных сигналов в статическом режиме. После подачи напряжения питания на детекторах ЦМД 4 и 5 устанавливаются постоянные напряжения, определяемые как произведение величины сопротивления детекторов на токи, поступающие от генераторов тока 1 и 3. Поскольку сопротивления детекторов имеют большой разброс величины при изготовлении и сильную зависимость от температуры, постольку и величины падения напряжения на детекторах могут изменяться в широких пределах. Величины токов через транзисторы 8 и 9 определяются не потенциалами на детекторах 4 и 5, а величинами токов, создаваемых генераторами 10 и 11. По этой причине потенциалы на коллекторах транзисторов 8 и 9 определяются только положением движка потенциометра 15. Генераторы тока 10 и 11, транзисторы 8 и 9, нагрузочные резисторы 13 и 14 и потенциометр 15 образуют почти сбалансированную мостовую схему. Две вершины моста подключены между шинами питания, а две другие вершины подсоединены к входам компаратора. Движок потенциометра 15 устанавливается так, чтобы напряжение на входе 2 компаратора 16 было выше, чем на входе 1, на несколько единиц или десятков милливольт. Порог срабатывания компаратора устанавливается с помощью потенциометра 15.

Известно, что всякий компаратор (элемент 16) или же операционный усилитель имеет такой параметр, как напряжение смещения нуля. Напряжение смещения нуля зависит от температуры, в связи с чем вводится такой параметр, так температурный коэффициент смещения нуля. В рассматриваемом усилителе чтения амплитуда импульса на выходе предварительного усилителя на транзисторах 8 и 9 при прохождении сигнала единицы должна быть заведомо больше порога срабатывания компаратора 16. Порог срабатывания определяется положением потенциометра 15. Таким образом, усиление предварительного усилителя должно быть достаточным, чтобы можно было не считаться с температурным коэффициентом смещения нуля компаратора. В предложенном усилителе это требование выполняется, так как смещение нуля может составлять десятки милливольт, в то время как амплитуда импульса на выходе предварительного усилителя составляет сотни милливольт.

Таким образом, мостовая схема оказывается в положении, близком к сбалансированному. При этом напряжение на выходе компаратора 16 принимает низкий уровень.

Рассмотрим работу усилителя при наличии входных синфазных помех. Источниками таких помех могут быть следующие устройства: формирователь вращающегося поля; формирователь импульсов генераторов ЦМД, трансферы ввода и вывода; импульсные источники питания.

В силу того, что усилитель представляет собой полностью симметричное дифференциальное устройство, он обладает способностью к полному подавлению синфазной помехи.

Рассмотрим работу усилителя при считывании сигнала единицы. Во время прохождения цилиндрического магнитного домена под основным детектором 5 на входе последнего и на базе транзистора 9 возникает импульс колоколообразной формы положительной полярности с амплитудой в единицы милливольт. Вследствие этого на коллекторе транзистора 9 появляется усиленный импульс отрицательной полярности. Амплитуда этого импульса оказывается по абсолютной величине больше, чем величина начального смещения между входами компаратора 16. В результате происходит переключение компаратора 16 и на его выходе формируется импульс положительной полярности амплитудой, близкой к напряжению питания. При прохождении нулей под детектором ЦМД амплитуды возникающих сигналов оказывается недостаточно для переключения компаратора 16. Величина коэффициента усиления предварительного усилителя на транзисторах 8 и 9 зависит, в основном, от величины нагрузочных резисторов 13-15 и напряжения питания, так как по импульсной составляющей эмиттеры транзисторов 8 и 9 замкнуты через конденсатор 12 достаточно большой емкости.

Предложенный усилитель считывания может быть реализован в виде интегральной микросхемы. В одном корпусе располагается четыре усилителя считывания.

Повышенная помехоустойчивость в предложенном усилителе обеспечивается за счет того, что в предложенном устройстве удалось отказаться от разделительных ("продольных") конденсаторов, включенных между детекторами ЦМД и входами предварительного усилителя. Кроме того, удалось отказаться от разделительного конденсатора между выходом предварительного усилителя и входом компаратора. Известно, что такого рода разделительные конденсаторы склонны к улавливанию импульсных помех, распространяющихся как по шинам питания, так и по эфиру. Кроме того, в известных устройствах на входе СУ возможно возникновение помех в силу несимметрии входных RC и других цепочек. Несимметрия в известных усилителях также приводит к недостаточному ослаблению синфазных помех.

Повышенная надежность предложенного усилителя чтения обеспечивается за счет того, что в нем отсутствует вход порогового напряжения (как это имеет место в известном усилителе чтения). Это обусловлено тем, что при возникновении спецвоздействий и широком диапазоне температур возможно изменение внешнего порогового напряжения, что приведет либо к ложным срабатываниям компаратора, либо к пропаданию выходного сигнала. Кроме того, повышенная надежность в предложенном устройстве обеспечивается благодаря тому, что мостовая схема предварительного усилителя на элементах 8-15 не критична к изменению напряжения питания. Это объясняется известным свойством моста в некритичности сбалансированной мостовой схемы к изменению питания. Поскольку в рассматриваемом усилителе при напряжении питания 24 В мост разбалансирован всего на десятые доли вольта, его балансировка практически не изменяется при изменении напряжения питания.

Предложенный усилитель считывания по сравнению с известным является более простым устройством. В нем нет необходимости в восстановлении постоянной составляющей на разделительном конденсаторе между предварительным усилителем и компаратором, как это принято в известных усилителях считывания. Это объясняется тем, что в предложенном усилителе считывания нет такого разделительного конденсатора и, следовательно, нет необходимости в сигнале управления. Кроме того, отпадает необходимость в формировании такого сигнала в составе контроллера управления.

Отмеченные отличия позволили впервые обеспечить продолжительную непрерывную работу ЗУ на ЦМД при повышенной температуре (75^оС).

Использование предложенного усилителя считывания для запоминающих устройств ЗУ на ЦМД позволит повысить помехоустойчивость; повысить надежность при работе в условиях спецвоздействий; упростить запоминающее устройство, включая усилитель считывания.

Формула изобретения

Усилитель считывания для запоминающего устройства, содержащий первый стабилитрон, анод которого через резистор подключен к катоду второго стабилитрона, анод которого подключен к выходам компенсирующего и информационного детекторов цилиндрических магнитных доменов и общей шине усилителя, шина питания которого подключена к аноду первого стабилитрона и входам первого и второго генераторов тока, выходы которых соединены с входами компенсирующего детектора цилиндрических магнитных доменов и информационного детектора цилиндрических магнитных доменов соответственно, выход компаратора напряжения является выходом усилителя, отличающийся тем, что в него введены третий и четвертый генераторы тока и предварительный усилитель, выполненный на первом и втором транзисторах, первом и втором резисторах нагрузки, переменном резисторе и конденсаторе, причем база первого транзистора соединена с входом компенсирующего детектора цилиндрических магнитных доменов, база второго транзистора соединена с входом информационного детектора цилиндрических магнитных доменов, выход третьего генератора тока соединен с эмиттером первого транзистора и через конденсатор с выходом четвертого генератора тока и эмиттером второго транзистора, коллекторы которого и первого транзистора через второй и первый нагрузочные резисторы соединены с первым и вторым выводами переменного резистора, средний вывод которого подключен к шине питания усилителя, первый и второй входы компаратора напряжения соединены соответственно с коллекторами первого и второго транзисторов, общая шина усилителя подключена к входам третьего и четвертого генераторов тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1