Дискретных элементах

технологическая установка). Тенденции унификации и миниатюризации сказываются на схемотехнике и подходе к проектированию функциональных узлов и комплексов. Весьма перспективным для средств автоматики является направление многофункционального использования матриц МОЗУ: как для хранения, так и для преобразования информации. Особенно удачными оказываются устройства, сочетающие применение матриц МОЗУ в накопителе с применением магнитно-транзисторных формирователей и магнитных переключателей импульсов тока в устройствах управления накопителем. По стоимости, габаритам и потреблению энергии такие дискретные устройства автоматики во многих случаях превосходят аналогичные устройства, выполненные на базе интегральных микросхем. При этом они обладают высокой помехозащищенностью и могут устанавливаться в непосредственной близости от технологической установки либо станка.

исполнительные механизмы и аппараты, приспособленные к работе в системе автоматического управления и регулирования, а также цифро-аналоговые и дискретные устройства регулирования и управления вспомогательными агрегатами.

Большая часть операций, выполняемых схемами автоматики, носит характер логических решений, когда то или иное действие может быть выполнено в данный момент только при наличии определенных условий. Такие решения могут быть представлены в виде алгебраических уравнений, в которых зависимости между переменными выражены специальными символами логических функций. Дискретные устройства, с помощью которых реализуются логические функции, называются логическими элементами. '

§5.!. МИКРОПРОГРАММНЫЙ ДИСКРЕТНЫЕ УСТРОЙСТВА И ПОРЯДОК ИХ ПИ)Е'К'ГИР(Н ЛНИЯ

§ 5.1. Микропрограммные дискретные устройства и порядок их

Параллельно развитию силовых полупроводниковых приборов достигнут большой прогресс в развитии информационной электроники. Сначала высоковакуумные электронные приборы были заменены транзисторами, а затем получили широкое развитие схемы с небольшой степенью интеграции. В настоящее время в распоряжении разработчиков имеются полупроводниковые микросхемы с высокой степенью интеграции, в которых на небольшой площади размещены тысячи транзисторных структур. С использованием таких микросхем можно создавать сложные аналоговые или дискретные, а также аналого-дискретные устройства с низкой стоимостью, высокой надежностью и постоянной

Дискретные устройства автоматики........................437

Дискретные устройства автоматики

8-4. ДИСКРЕТНЫЕ УСТРОЙСТВА АВТОМАТИКИ

'Дискретные устройства автоматики

§ 84 Дискретные устройства автоматики 443

Рассмотрим более подробно ретроспективу и перспективу развития одной из самых популярных отечественных ЭВМ для научных расчетов — БЭСМ-6, о которой мы уже коротко упоминали в гл. 4. Эта машина была выпущена в 1966 г. и пошла в серию с 1967 г. Она была задумана как ЭВМ для расчетов в самых различных областях науки и техники для оснащения ею крупных вычислительных центров. Формально ее относили к ЭВМ 2-го поколения, так как ее элементная база выполнена на дискретных элементах. Но по всем прочим признакам: иерархической системе памяти с постраничной организацией; наличию виртуальной (математической) памяти; большому числу каналов, обслуживающих периферийные устройства и внешнюю память; наличию эффективных операций с плавающей запятой; наличию сверхбыстрого ЗУ, системы индексации команд, системы прерывания; наличию операционной системы и т. д. — БЭСМ-6 являлась вычислительной системой 3-го поколения. В течение нескольких лет она была самой высокопроизводительной ЭВМ в Европе.

8.1.1. БИС с программированной функцией. Интегральные схемы, на базе которых в ВТ были построены ЭВМ 3-го поколения, использовались и как элементы систем автоматического управления в производственных системах и измерительных приборах с «жесткой» логикой управления. Благодаря малым габаритам, малой рассеиваемой мощности, большей надежности, чем устройства на дискретных элементах, они не только вытесняли последние, но проникали в новые сферы применения: в портативные бортовые системы, в бытовые приборы, в фотокиноаппаратуру и т. п. К 1970 г. уже насчитывались тысячи их различных применений.

Интегральный усилитель представляет собой законченный функциональный блок, изготовленный в одном корпусе, и в его принципиальной схеме недопустимы какие-либо изменения, не предусмотренные в описании ИМС. В большинстве случаев отпадает необходимость в расчете, сборке и настройке отдельных каскадов. На первый .план выдвигается разработка сложной электронной аппаратуры, специальных усилителей с применением готовых унифицированных узлов. Зная принципы построения усилительных каскадов на дискретных элементах и основные способы введения ОС, можно понять смысл построения и работу любой микросхемы. Однако отсутствие данных о многих компонентах ИМС в отсутствие предлагаемых схем включения с рекомендуемыми номиналами существенно затрудняет проектирование радиоаппаратуры на ИМС, вынуждает обращаться к дополнительным экспериментам.

3. Переход к выполнению многих функций,, ранее выполнявшихся аналоговыми схемами, дискретной (цифровой) техникой. Например, гетеродин супергетеродинного приемника, выполненный в виде интегральной цифровой схемы синтезатора частоты, удобнее и компактнее аналоговой схемы на дискретных элементах. Он обеспечивает более точную установку частоты, облегчает цифровую индикацию настройки приемника, позволяет получить более высокую стабильность частоты. Второй пример — цифровые фильтры. Эквивалентные параметры, легко достижимые в цифровых фильтрах, в аналоговых схемах неосуществимы либо могут быть получены ценой больших затрат. В настоящее время в радиоэлектронике развивается направление, ставящее своей целью заменить обычный прием сигналов, поступающих из антенны, их непосредственной цифровой обработкой.

Диодно-транзисторная логика (ДТЛ). Этот тип логики широко применялся и ранее, в схемах на дискретных элементах, особенно в схемах автоматики ( 3.6). Он осуществляет логическую операцию И — НЕ. Схема работает следующим образом: в исходном состоянии, когда на все входы поданы логические «О», прямое падение напряжения на диодах во входных цепях не превышает 0,5 В. При этом потенциал базы транзистора оказывается ниже нуля, так как в цепи базы включены последовательно два диода. Транзистор надежно заперт, напряжение на выходе схемы соответствует логической «1». Такое положение сохранится и при подаче на часть входов логической «1»; и лишь .тогда, когда на все входы будут поданы «1», потенциал базы возрастает и транзистор откроется. На выходе схемы установится логический «О». Таким образом, схема осуществляет логическую функцию И — НЕ. Возможны и более сложные схемы ДТЛ, выполняющие логическую функцию И — ИЛИ—НЕ. Представителями этого широко распространенного типа логики являются серии 104, 109, 121, 152, 156 и 217.

Дифференциальный усилитель является основой всех схемных решений двухвходовых усилителей симметричных и асимметричных сигналов, имеющих постоянную составляющую. Как правило, такие усилители имеют непосредственные связи между каскадами ( 3.19, а). Важнейшее требование, которое должно выполняться в схеме дифференциального усилителя,— идентичность параметров элементов, входящих в противоположные его плечи. Небольшие различия характеристик транзисторов и резисторов, образующих эти плечи, после усиления приводят к недопустимому «дрейфу нуля» в оконечном каскаде усилителя. По этой причине схемы дифференциальных усилителей на дискретных элементах в «доинтегральный» период развития радиоэлектроники не получили такого широкого распространения как в настоящее время.

Ранние разработки усилителей для приемно-усили-тельной аппаратуры в известной степени копировали усилительные каскады аппаратуры на дискретных элементах, имеющие большое число конденсаторов, пассивные элементы в качестве нагрузки транзисторов и т. д. Эти элементы нередко требовали соблюдения жестких допусков. Такие микросхемы, осуществляющиеся преимущественно в гибридно-пленочном исполнении, стоили довольно дорого. При этом многие элементы выполнялись как навесные и монтировались вне корпуса микросхемы (например, усилители серии К218, К224, К228).

Для исследования процессов в ЭУ на дискретных элементах и их расчета до сих пор применяются аналитические методы. Вычислительные трудности при использовании этих методов быстро растут с увеличением порядка системы уравнений, являющихся математической моделью схемы (ММС) электронного устройства, поэтому ММС по необходимости подвергается упрощениям. Точность аналитических методов при упрощениях ММС оказывается недостаточной, поэтому обязательной процедурой проектирования ЭУ на дискретных элементах является исследование его физической модели (макета) с целью оптимизации структуры и значений выходных параметров ЭУ (см. В.1).

На дискретных элементах создают ЭУ, которые не могут быть построены на ИМС по следующим двум основным причинам: а) значения некоторых электрических параметров не могут быть получены с применением ИМС; б) промышленность не выпускает ИМС данного функционального назначения.

Отметим основные черты расчета ЭУ на дискретных элементах.

Большая трудоемкость и длительные сроки оптимизации сложных ЭУ на дискретных элементах с применением их физических моделей привели по мере совершенствования ЭВМ, их математического и программного обеспечения ко все более широкой автоматизации процесса оптимизации.