Кольцевого генератора

1.21. Ферритовый кольцевой сердечник с внешним диаметром D = 3 мм и внутренним диаметром d = 2 мм выполнен из магнитного материала, имеющего прямоугольную статическую характеристику ( 1.21). Построить статическую характеристику сердечника.

На 4.4, а, б приведены соответственно конструкция и схема такого модулятора. Кольцевой сердечник модулятора состоит из двух половинок, имеющих кольцевой паз по всей длине, в которой перед объединением половинок закладывается кольцевая рабочая обмотка и;,,. Для уменьшения магнитного сопротивления соприкасающиеся поверхности половинок сердечника тщательно шлифуются.

В §2.8 был рассмотрен кольцевой сердечник с ППГ как техническое средство реализации двоичной системы счисления. Кольцевые сердечники могут быть использованы в ЗУ с разрушением и без разрушения информации при считывании, в накопительных и пересчетных схемах. Однако иногда целесообразно применять сердечники других конфигураций или другие магнитные элементы. Помимо кольцевых сердечников широкое распространение получили ферритовые платы и числовые линейки, трансфлюксоры, биаксы, твисторы, тонкие (плос-

зованпи вместо отдельных сердечников ферритовых плат и числовых линеек — многоотверстных пластин с отверстиями, расположенными определенным образом, и с системой проводов, нанесенных методами печатного монтажа. Такие платы являются готовыми матрицами, из которых собирают «кубы памяти». Числовые линейки в зависимости от распределения отверстий и проводов используют в различных ОЗУ, например линейку с тремя рядами отверстий применяют в ЗУ со считыванием без разрушения и электрической перезаписью информации. В многоотверстных пластинах ( 7.5) зона вокруг каждого отверстии представляет собой как бы один кольцевой сердечник. Ширина этой зоны определяется величиной участка, на котором происходит перемагничиванпе материала токовыми импульсами. Для исключения взаимного влияния отверстия должны быть расположены на определенном расстоянии друг от друга. Отверстия, расположенные по краям пластины, находятся в несколько отличных условиях от других отверстий и выполняют, как правило,технологические функции. - Для нанесения системы проводов н применяют различные приемы. Например, плату выполняют так, чтобы над ее поверхностью выступали ребра, расположенные в двух взаимно перпендикулярных направлениях и разделяющие плату на отдельные ячейки. Всю плату,

Проволочный переменный резистор выполняют в виде однослойной обмотки из высокоомного (манганинового, константанового или нихромового) провода, намотанного на разрезанный кольцевой сердечник из керамики или пластмассы. По виткам обмотки перемещается подвижный контакт. Промышленность выпускает проволочные переменные резисторы следующих типов: ПР (проволочные регулируемые); ППБ (проволочные переменные бескаркасные); ПП (проволочные переменные).

Задача 3.4. На кольцевой сердечник из неферромагнитного материала, диаметр которого (по средней линии) D = 20 см, уложены две обмотки с числом витков NI =800, #2 = 300. Определить магнитный поток в сердечнике и индуктивность при токе в обмотках / = 5 А в двух случаях: а) обмотки включены согласно; б) обмотки включены встречно.

9.5. Кольцевой сердечник из литой стали ( 9.5) с равномерно распределенной катушкой имеет размеры: внутренний диаметр d~20 см, наружный диаметр D = 24 см и воздушный зазор 6 = 2 мм. Определить магнитодвижущую силу F, необходимую для создания в воздушном зазоре магнитной индукции В= 1 Вб/м2.

Кольцевой сердечник с равномерно намотанной намагничивающей обмоткой и с измерительной обмоткой; в сердечнике имеется небольшой (около полумиллиметра) воздушный зазор; сердечник изготовлен из электротехнической стали; милливеберметр Ml 19; амперметр; аккумуляторная батарея; ключ (кнопка); калиброванная катушка; реостат; штангенциркуль; автотрансформатор.

7.4. Кольцевой сердечник с числом виткэв w= 128 можно выполнить из стали 3411 или пермаллоя 79НМ 'см. Приложение 7.1). Длина средней линии сердечника /ср=12,8см сечение стали (с учетом &3 с) 5,. = 1,37 см2. В каком из сердечников можно получить больший магнитный поток при двух значениях тока в обмотках: 0,01 и 0,4А ? Чему равны эти потоки?

Если на кольцевой сердечник — тороид, выполненный из материала проницаемостью ц > (д,0, нанести обмотку не по всей его длине ( 1.13), то только часть потока проходит по сердечнику, остальная часть — поток рассеяния — замыкается в воздухе. Тороид же, содержащий витки, плотно и равномерно распределенные по всей длине сердечника ( 1.14), замечателен тем, что практически весь магнитный поток сосредоточивается в сердечнике, т. е. потока рассеяния нет. Линии вектора напряженности поля представляют собой ок-

Воспользуемся законом полного тока для определения напряженности поля в катушке с w витками, намотанной с равномерной плотностью на кольцевой сердечник ( 5-15).

В литературе часто приводят среднее время задержки в кольцевом генераторе, представляющем замкнутую в кольцо цепочку нечетного числа kr инвертирующих ЛЭ. Схема кольцевого генератора, содержа-

Кольцевые генераторы наиболее широко используют для измерения средней задержки ЛЭ в составе БИС. Эти ЛЭ имеют очень малые емкости нагрузки по сравнению с входной емкостью измерительного прибора, например осциллографа, поэтому непосредственно измерить среднюю задержку одного ЛЭ невозможно. Для уменьшения влияния входной емкости измерительного прибора к выходу кольцевого генератора подключают усилитель с малой входной емкостью, изготавливаемый на том же кристалле. При единичной нагрузке каждого инвертора задержка, измеренная в кольцевом генераторе, минимальна и служит для оценки предельного быстродействия ЛЭ. Кольцевой генератор удобен также для измерения малых значений средней задержки (менее 1 не), поскольку период его колебаний в 2kr раз больше

51. Найдите период генерации в схеме кольцевого генератора ( 7.6), выполненного на инверторах ( 8.1), при /гг = 21, La = Lu —

Среднее время задержки распространения сигнала в ИС может быть определено по схеме кольцевого генератора ( 12.16).

6.2.7. Форма сигнала 21-каскадного кольцевого генератора [ Упг. i = 30 В инвертор: DD '

Для оценки скорости переключения МОП-полевого транзистора на основе поликристаллического кремния проводилось измерение задержки распространения посредством сборки кольцевого генератора. 21-Каскадный генератор состоял из инверторов с нагрузочным множителем по выходу 3,5 и трехкаскадных выходных буферных инверторов. Форма сигнала кольцевого генератора, наблюдаемая в выходной точке, показана на 6.2.7. Зависимость времени задержки распространения сигнала от напряжения питания VDD для и-МОП-(7) ир-МОП-(2) транзисторов приведена на 6.2.8. Время задержки распространения сигнала на затворе составляет < 200 не.

6.2.7. Форма сигнала 21-каскадного кольцевого генератора [ I Упг, i = 30 В инвертор: DD '

Для оценки скорости переключения МОП-полевого транзистора на основе поликристаллического кремния проводилось измерение задержки распространения посредством сборки кольцевого генератора. 21-Каскадный генератор состоял из инверторов с нагрузочным множителем по выходу 3,5 и трехкаскадных выходных буферных инверторов. Форма сигнала кольцевого генератора, наблюдаемая в выходной точке, показана на 6.2.7. Зависимость времени задержки распространения сигнала от напряжения питания VDD для и-МОП-(7) ир-МОП-(2) транзисторов приведена на 6.2.8. Время задержки распространения сигнала на затворе составляет < 200 не.

Пока нельзя точно указать, до каких пределов будет повышаться степень интеграции МОП СБИС, однако ограничения, существующие в этом процессе, уже начали принимать во внимание. В разд. 5.4 показано, насколько заметно уменьшились размеры транзисторов. Однако если они станут слишком малы при масштабировании, то напряжение (т. е. амплитуда сигналов) тоже уменьшится и станет соответствовать тепловой энергии при комнатной температуре. В результате станет невозможно обеспечить достаточное отношение сигнал/шум, т. е. вступит в действие тепловое ограничение. Если проанализировать другие возможные ограничения, которые могут встретиться на практике, то можно выделить еще один воп При создании на кристалле размером несколько сантиметров множества элементов размерами 0,2—0,4 мкм степень интеграции настолько возрастет, что их число достигнет 1010. Однако нельзя точно сказать, является ли это ограничением. На практике уже реализованы опытные образцы схемы кольцевого генератора на КМОП-структурах с п-канальными МОП-транзисторами с длиной канала L = 0,3 мкм и р-каналь-ными МОП-транзисторами с длиной канала ? = 0,4 мкм. В этих схемах при напряжении на затворе 5В достигнуто время задержки распространения сигнала 49 пс. Имеются сообщения об исследованиях стабильно действующего транзистора с длиной канала /- = 0,15 мкм.

логика с прямыми связями) — схемы с задержкой около 6 пс/1 вентиль и потребляемой мощностью до 2 мкВт на 1 вентиль. Сообщалось о разработке кольцевого генератора на основе транзисторов с высокой подвижностью электронов с временем1 задержки на 1 цикле 12 пс при комнатной температуре. Принципиальное ограничение быстродействия переходом Джозефсона связано с тем, что электроны должны преодолевать энергетический зазор сверхпроводимости, не возбуждаясь, и определяется величиной й/2А(Г), что соответствует ~1 пс. Это обстоятельство необходимо учитывать в будущих разработках. кольцевых генераторов. Поскольку рабочее напряжение схем на переходах Джозефсона определяется уровнем 2A(T)/q, что составляет порядка 10~3 В (примерно в 1000 раз меньше, чем для полупроводниковых ИС), то и потребление энергии схемами Джозефсона чрезвычайно мало. Низкое потребление энергии-является важнейшей особенностью ИС Джозефсона, значение которой очевидно при сравнении с биполярными ИС.