Текст
П.Д.ВЕРХОПЯТНИЦКИИ
Конструирование судовой автоматики на микромодулях
о
оЪ оо оо/оо оо оо оо
о oo
о oo о
oo oo oo о
oo о
о oo
о oo
.OO о о о
О О О 00/0 о оо о оо
о
о
оогоо оо оо оо о
о
о
оо о
о
оо оо оо оо о
ОО ОО ОО ООО
о
О Q0^> О
о
о оо оо
о оо
о
оо
оооо о
оого
оо о
ОО 00700 оо оо оо оо оо о
00100X00 о о
о оо
ОО о
о
о о оо
оо о
оо о
оо оо
о о
о оо
ООО
bo ov opSS
о оо
Оо о о ockJ7
______ о О 00^)0 <^р о о о о
р оо оо оо 00^0 оо
ОО о
oo oo о
о оо оо оо оо о
Я^ХРО оо OO/^==XOOyg, - -
у -Упо ПО О П ПП ПО—_ _
ХгтОР^О О О ОО О О О о О О 00/3 0 00 ООДрДО
6Т) ор ОООСУООЬОО
о оо оо
ОЬО^
оо оЪ о
.о о
OO OO OOfOO ОО оо 6 QO JOQJ О ОО
о oo OO OO QO frO OO <xo CTO
ОО ОО ОО ОО О О 0(700 О О 0 0(00 Оу ОО ОО ОО О
.0 0 QO О О ОрЛОО^
р ooppqo о
оЪ о о
О ОО 00/00j00/>0 о оо оо
tfb оо оо оо оо оо оо оо оо ОО ОО ОО о0\р
О 0/0 О ОО ОО О ООО
оо оО< ^оР оъУ^0 °0
о ро opobyoo о о oq^o
о
П. Д. ВЕРХОПЯТНИЦКИЙ
КОНСТРУИРОВАНИЕ
СУДОВОЙ АВТОМАТИКИ
НА
МИКРОМОДУЛЯХ
Справочное пособие
Издательство „Судостроение" Ленинград 1971
Scan AAW
Верхопятницкий П. Д.
В36 Конструирование судовой автоматики на микромодулях. Л., «Судостроение», 1971.
328 с.
В книге изложены основные направления в конструировании современной радиоэлектронной аппаратуры и средств судовой автоматики на базе функциональных электрических узлов (плоских и объемных модулей), микромодулей этажерочкой и плоской конструкции и комплексов интегральных полупроводниковых и гибридных микросхем.
Особое внимание уделено прогрессивным способам соединения микромодуль-ных узлов, средствам их защиты от внешних климатических воздействий, особенностям технологии, проектирования и изготовления модулей, микромодулей, микросхемных узлов и многослойных печатных плат.
Книга предназначена служить пособием при конструировании новых средств судовой радиоэлектроники и дискретной автоматики.
3-18-5
50-71
629.12-52.001.2-181.4
ВЕРХОПЯТНИЦКИЙ
ПАВЕЛ ДМИТРИЕВИЧ
КОНСТРУИРОВАНИЕ СУДОВОЙ
АВТОМАТИКИ НА МИКРОМОДУЛЯХ
Рецензенты А. С. Бейлин и канд. техн, наук Г. А. Мирзоев
Научный редактор докт. техн, наук проф.
К. Ю. Аграновский
Редактор В. М. Вайц
Художественный редактор Н. Ф. Шакуро
Технический редактор А. П. Ширяева Корректоры Л. С. Кутузова, В. Д. Макаров Оформление переплета художника Л. А. Яценко
Сдано в набор З/П 1971 г. М-24300. Подписано к печати 28/V 1971 г.
Формат издания 60Х90’/1б. Печ. л. 20,5.
Уч.-изд. л. 25,9. Изд. № 2406—69.
Тираж 4000 экз. Заказ № 441.
Цена 1 руб. 59 коп.
Бумага для глубокой печати № 1.
Издательство «Судостроением 191065 Ленинград, ул. Гоголя, 8.
Ленинградская типография № 4 Главполи-графпрома Комитета по печати при Совете Министров СССР, Социалистическая, 14.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Современное судостроение характеризуется широким использованием новейших достижений науки и техники. Управление судами, их энергетическими, техническими и радиоэлектронными средствами осуществляется сложными и многофункциональными автоматическими системами аналогового и дискретного типов, в которых применены самые разнообразные технические средства электроавтоматики, электротехники и электронной техники.
Технической основой электроавтоматики и электротехники являются элементы электромеханического и электромагнитного принципов действия, сведения о которых систематизированы автором в книге «Электрические элементы автоматики» (Л., Судпромгиз, 1963).
Основой электронной техники являются электро- и радиоэлементы дискретного типа (нормального, малогабаритного, миниатюрного и микроминиатюрного исполнений) и унифицированные функциональные узлы в виде модулей плоского и объемного конструктивного оформления. Сведения по элементам электронной техники систематизированы автором в книге «Электрические элементы судовых радиоэлектронных и вычислительных устройств» (Л., «Судостроение», 1967).
Последние годы характерны значительными достижениями в области физики твердого тела, пленочной технологии и особенно полупроводниковой микроэлектроники, которая охватывает все области радиоэлектроники и развивается в направлении как совершенствования своих технических средств (микроэлементы, микромодули и интегральные микросхемы), так и разработки новых, еще более эффективных функциональных устройств на базе больших интегральных схем (БИС).
Функциональные узлы образуют функционально полные системы (ряды) логических и линейных элементов, конструктивно выполненных в виде унифицированных модулей, которые открывают новые пути в конструировании миниатюрных и микроминиатюрных судовых радиоэлектронных средств (РЭС).
В сочетании с миниатюрными элементами автоматики и электротехники средства микроэлектроники на основе методов рационального конструирования и внедрения новых схемотехнических решений обеспечивают успешное решение проблемы комплексной миниатюризации, в том числе и улучшения показателей эксплуатационной надежности судовой радиоэлектронной аппаратуры.
Применение технических средств микроэлектроники способствует не только дальнейшему улучшению весо-габаритных характеристик судовых РЭС, но и переходу к радикально новым принципам построения функциональных схем, сулящим переворот в традиционных методах конструирования.
Настоящая книга как раз и посвящена особенностям конструирования судовой дискретной и аналоговой автоматики на основе миниатюрных функциональных узлов электроники и микроэлектроники. Тем самым эта книга заключает задуманную автором трилогию по электрическим элементам кибернетических устройств.
Материал книги систематизирован с учетом основных особенностей функциональных узлов и трех наиболее прогрессивных направлений конструирования РЭС — модульного, микромодульного и микросхемного.
В первых двух главах приведены сведения о функционально полных системах (рядах) модулей плоской и объемной конструкций. Для каждой функциональной системы элементов приведены основные параметры технических и электрических характеристик модульных узлов, даны их электрические схемы, 1» 3
описаны методы сборки этих узлов в блоки и субблоки и помещены схемы согласования электрических параметров «вход—выход». Изложение проиллюстрировано примерами компоновки наиболее распространенных логических схем дискретной автоматики и дополнено указаниями на особенности сборки модульных узлов и блоков. Даны рекомендации по конструктивному оформлению этих узлов и блоков и по их защите от механических, электромагнитных и климатических воздействий окружающей среды.
В целях пояснения микромодульного метода конструирования в следующих двух главах книги рассмотрены способы компоновки микромодулей этажероч-ного и плоскостного вариантов исполнения, приведена номенклатура комплектующих микроэлементов и описана технология сборки, контроля и термотренировки микромодулей. Рассмотрены физические основы действия и методы расширения логических возможностей некоторых нетиповых функциональных узлов.
В заключительной, пятой, главе на основе анализа и обобщения сведений из зарубежной периодической печати и отечественного опыта по разработке судовых РЭС на интегральных микросхемах сформулированы основные требования, предъявляемые к судовой дискретной автоматике.
Рассмотрены и рекомендованы наиболее рациональные способы компоновки судовой радиоэлектронной аппаратуры на микросхемных узлах, приемы и средства осуществления их соединений в микроблоки и субблоки, методы и средства защиты от морского тумана, солей, плесневых грибков, климатических и механических воздействий. Этот раздел книги показывает перспективу развития средств судовой радиоэлектроники и дискретной автоматики на ближайшие годы и ориентирует читателя в выборе необходимых технических средств и рациональных методов конструирования.
В приложении к книге помещено объяснение терминов конструирования и производства функциональных узлов.
Надо надеяться, что книга восполнит некоторые из пробелов, еще имеющихся в литературе по конструированию судовых РЭС на основе функциональноузлового метода, и даст столь необходимые инженерно-техническим работникам и студентам радиотехнической специализации систематизированные данные по модульным функциональным элементам.
Автор приносит глубокую благодарность доктору техн, наук, профессору К. Ю. Аграновскому, кандидату техн, наук Г. А. Мирзоеву и инж. А. С. Бейлину за ценные советы и рекомендации, данные ими при редактировании и рецензировании рукописи книги и использованные при подготовке ее к изданию. Отзывы на книгу и замечания, касающиеся ее содержания, прошу направлять в издательство «Судостроение» по адресу: 191065 Ленинград, ул. Гоголя, 8.
Автор
ВВЕДЕНИЕ
Стремительный рост сложности и многообразия судовой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), технических средств и средств судовой автоматики, жесткие требования в отношении повышения эксплуатационной надежности, быстродействия и помехоустойчивости и резкого снижения габаритов, веса и стоимости в сочетании с требованиями, касающимися унификации и стандартизации, выдвинули на первый план задачи совершенствования конструктивно-технологических принципов построения систем и устройств, изыскания и применения новых типов элементов и новых методов технического решения функциональных задач.
Улучшение весо-габаритных характеристик образца на один-два порядка не может быть достигнуто эволюционными методами, основанными на старой, годами установившейся технологии производства. Широко используемому на практике критерию плотности упаковки дискретных элементов в единице объема (эл/сл£3), характеризующему совершенство конструктивной проработки образцов новой радиоэлектронной аппаратуры, отвечают следующие два основных направления прогресса в рассматриваемой области техники:
а) увеличение числа комплектующих элементов в единице объема путем уменьшения их габаритов;
б) уменьшение объема устройства путем рационального размещения элементов и резкого уменьшения числа проводников, паяных соединений и выводных концов.
Реализация этих направлений привела к появлению малогабаритной РЭА. Развитие этих направлений способствовало созданию сначала миниатюрных элементов, а затем и возникновению нового метода конструирования — миниатюризации РЭА. При этом выявились два существенно важных обстоятельства: а) уменьшение габаритов и веса элементов снижает вероятность их разрушения от механических перегрузок при больших ударных или вибрационных ускорениях;
б) экономическая неоправданность изготовления элементов на основе ручного труда делает необходимой автоматизацию технологического процесса их изготовления и сборочно-монтажных работ.
Реализация этих положений и обусловила появление так называемого функционально-узлового (модульного) конструирования РЭА, в основу которого было положено деление радиоэлектронной схемы на функциональные узлы (триггер, эмиттерный повторитель, мультивибратор, блокинг-генератор, усилитель и т. д.), имеющие приблизительно одинаковое количество элементов, входящих в схему. Конструктивно все эти элементы располагаются на стандартной по размерам плате с печатным монтажом. Сборка схемы на плате осуществляется на автоматической линии.
Переход на унифицированные модульные конструкции с широким применением автоматизации процессов производства облегчает труд разработчика РЭА, сокращает время проектирования, повышает уровень производства, улучшает качество и надежность изделий, снижает их стоимость.
Сравнение функционально-узлового метода конструирования с широко использовавшимися ранее функционально-блочным методом позволяет определить ряд его существенных преимуществ:
а) отпадает необходимость разрабатывать электрические схемы узлов РЭА;
б) появляется возможность общую схему компоновать на основе унифицированных функциональных узлов;
5
в) значительно сокращаются сроки разработки и производства новых образцов РЭА в результате ее комплектации модулями, поставляемыми специализированным предприятием;
г) повышается надежность РЭА благодаря пооперационному контролю модулей в процессе монтажа и автоматическому контролю в процессе эксплуатации;
д) повышается ремонтоспособность РЭА ввиду возможности заменять вышедший из строя модуль исправным;
е) сокращается объем технической документации на изготовление и эксплуатацию изделия;
ж) становится возможным создать на базе единой функциональной системы модулей прогрессивный ряд изделий, обладающих различными структурами.
В процессе конструирования необходимо учитывать, что радиоэлектронная аппаратура и средства дискретной автоматики, разрабатываемые и устанавливаемые на морских судах, должны удовлетворять множеству требований.
Формулирование требований к функциям и основным параметрам судовой РЭА, в том числе к конструкторско-технологическим показателям, является одним из важнейших этапов разработки конкретного радиотехнического устройства.
Эти требования должны быть одновременно и реальными (т. е. отвечать достигнутому уровню науки и техники) и нацеленными в будущее (т. е. учитывать перспективу развития, модернизационную способность РЭА и ее функциональное наращивание). Только такой подход к разработке новых радиотехнических средств служит гарантией создания высокоэффективных образцов, отвечающих показателям мировых аналогов.
Принимая решение об использовании новой элементной базы, новых схемотехнических и конструкторско-технологических решений, разработчик РЭА должен учитывать все физические явления, сопутствующие эксплуатации данного образца РЭА и оказывающие вредное влияние на его работу. При использовании микромодульных и микросхемных функциональных узлов особое внимание необходимо уделять локализации воздействия статических и динамических магнитных полей, электромагнитного излучения и электрических наводок.
Решение этих проблем требует глубоких знаний как в области физики твердого тела и пленок, так и в области магнитных, электрических и электромагнитных полей, а также связей между ними и элементами конструкций в условиях изменяющейся температуры среды в широких пределах.
Ниже приведен перечень основных требований, предъявляемых к судовой РЭА.
Требования общего характера. Это:
а) высокая эксплуатационная надежность (отсутствие катастрофических отказов и большой срок службы);
б) легкость обслуживания, в том числе отыскания повреждений, замены отдельных деталей, элементов и унифицированных узлов, а в некоторых случаях и ремонта;
в) высокий уровень стандартизации, упрощающей материально-техническое снабжение и комплектование запасных частей и приспособлений;
г) низкая стоимость;
д) небольшие размеры и вес, малая потребляемая мощность;
е) стойкость к вредным воздействиям окружающей среды;
ж) минимальное количество обслуживающего персонала.
Последнее требование имеет особое значение, так как каждый дополнительный член команды (вместе со средствами жизнеобеспечения) увеличивает вес корабля приблизительно на 10 т.
Перечисленные выше требования общего характера на разработку РЭА можно разделить на две группы частных требований. К ним относятся: эксплуатационные требования; конструктивно-технологические и производственные требования.
Эксплуатационные требования. В условиях длительного автономного плавания и непрерывного режима эксплуатации судовых радиоэлектронных средств (РЭС) исключительно важное значение приобретают стабильность параметров, 6
заданная точность и долговечность работы как самой аппаратуры, так и комплектующих ее функциональных узлов и изделий электронной техники. Выбор этих компонентов должен быть выполнен на основе условий эксплуатации РЭС, которые оговариваются в общих или специальных требованиях на разработку отдельных образцов аппаратуры.
Условия эксплуатации определяются, в основном, климатическими и механическими воздействиями. Но при этом необходимо учитывать условия хранения, транспортировки, размещения в судовых отсеках и доставки к месту установки через ограниченные по размерам корабельные люки, двери, трапы и т. д.
Эксплуатационные требования должны обеспечивать:
а) оперативность обслуживания — минимальное время на подготовку РЭА к работе; быстрый пуск; минимальное число обслуживающего персонала;
б) соблюдение правил техники безопасности обслуживания — наличие защитных кожухов, оградительных приспособлений, блокирующих устройств и устройств заземления; соблюдение противопожарных требований; наличие предостерегающих надписей; отсутствие на корпусах приборов и кронштейнах острых углов, кромок и выступающих частей; выполнение ряда других мер безопасности, исключающих возможность получения травм в различных условиях эксплуатации;
в) удобство обслуживания — рациональное расположение органов управления (ручек, выключателей, кнопок, штурвалов) и средств индикации (шкал, экранов, сигнальных лампочек, табло и т. п.); хороший доступ к блокам и регулируемым элементам; возможность быстрого осмотра и ремонта; удобное подключение контрольно-измерительной аппаратуры;
г) длительный срок службы и сохранность в заданных условиях эксплуатации;
д) приспособленность к длительному хранению — простота консервации и герметизации; непритязательность к условиям складирования;
е) механическая прочность и жесткость конструкции — высокая надежность работы комплектующих элементов, унифицированных узлов, ячеек и блоков, размещенных в приборных корпусах и подвергающихся различным внешним климатическим и механическим воздействиям, вызывающим вибрации, удары, линейные и угловые ускорения, коробления и коррозию; работоспособность схем, обеспечиваемая средствами защиты от механических и климатических воздействий как при эксплуатации, так и при транспортировке приборов;
ж) устойчивость параметров аппаратуры и сохранность ее в условиях воздействия различных климатических факторов (изменение влажности, температуры и давления); защищенность от дождя, брызг воды, морского тумана и плесневых грибков, мелкораспыленных солей и пыли в окружающей среде;
з) поддержание нормального теплового режима внутри корпуса прибора, обеспечиваемое вытяжной, приточной и приточно-вытяжной вентиляцией, а также различными способами охлаждения (естественными или принудительными, от индивидуальных вентиляторов или от общей магистрали, путем установки системы кондиционирования воздуха в приборном отсеке и др.);
и) специальные качества, обусловливаемые родом аппаратуры, областью ее применения и условиями ее эксплуатации.
Конструирование РЭА, устанавливаемой на судах различных классов, катерах и других плавсредствах, должно вестись с учетом необходимости обеспечить:
а) надежную работу отдельных приборов при кренах и дифферентах, воздействиях мощных электрических, магнитных, тепловых, инфракрасных и акустических полей, шумов и помех;
б) удобство обслуживания и производства мелкого ремонта в условиях качки корабля и длительного автономного плавания;
в) размещение аппаратуры, не исключающее обитаемости помещений, т. е. не нарушающее нормальных условий длительного плавания и пребывания обслуживающего персонала в рубках, кубриках, каютах, отсеках и кабинах.
Конструктивно-технологические и производственные требования. Эта группа требований, предъявляемых к разрабатываемой судовой радиоэлектронной аппаратуре и к устройствам дискретной автоматики, должна обеспечить:
7
а) необходимую по условиям эксплуатации механическую защищенность прибора и связей между функциональными узлами, ячейками и блоками, целесообразное их размещение и такую компоновку, которая открывала бы удобный доступ для осмотра, регулировки, замены вышедших из строя функциональных узлов или их мелкого ремонта при минимальной затрате времени;
б) отсутствие взаимных электрических наводок между ячейками, кассетами и блоками и электрическими цепями междублочного монтажа, между вводами и выводами кабеля, между клеммными платами и другими элементами;
в) эффективную и устойчивую экранировку электростатических и электромагнитных полей;
г) уменьшение потерь в электрических цепях и снижение вредных связей между узлами, ячейками, кассетами и блоками, максимальное сокращение длины монтажных проводов; надежное закрепление жгутов электрического монтажа; рациональный выбор мест укладки междублочного монтажа и т. д.;
д) оптимальные габариты, объем и вес прибора при максимальном коэффициенте заполнения корпуса; рациональное использование отведенного для прибора отсека;
е) взаимозаменяемость функциональных узлов, ячеек, кассет и элементов электронной техники и электротехники, устанавливаемых в приборах, а также отдельных конструктивных элементов;
ж) максимальную типизацию, стандартизацию и унификацию конструкций корпусов приборов и их узлов; использование наиболее рациональных апробированных или типовых конструкций; типовое оформление корпусов в виде стоек, шкафов, контейнеров, кожухов и ящиков; унификацию элементов арматуры корпусов, разъемов, кабелей и переключающих устройств; кратность размеров типовых блоков и узлов;
з) максимальное сокращение номенклатуры электрических элементов электронной техники и электротехники, материалов и полуфабрикатов;
и) технологичность деталей и узлов, обеспечивающую удобство сборки, механизацию и автоматизацию производственных процессов;
к) рациональный выбор материалов, обладающих прочностью, малым удельным весом, антикоррозийностью, малой стоимостью; выбор покрытий и отделок, защитных и декоративных окрасок с учетом требований производственной эстетики и психо-физиологических особенностей человека.
Подводя итоги сказанному, отметим, что стремление резко уменьшить габариты и вес судовых РЭА имеет важное значение для всех судов, но особенно для судов с малым водоизмещением. Для малых кораблей, например класса катеров, требования, предъявляемые к РЭА, как правило, не уступают, а в отношении длительности безотказной работы и надежности даже превосходят те, которые предъявляются к авиационным приборам. Объясняется это тем, что внешние механические и климатические воздействия, испытываемые судовыми РЭС, изменяются в широких пределах. Так, приборы судовых РЭС должны выдерживать:
а) изменение температуры воздуха от —50° до +65° С;
б) влажность воздуха, насыщенного морскими солями, до 96—98%;
в) вибрацию корпусов с частотой от нескольких герц до 100, а в отдельных случаях и до 500 гц;
г) кратковременные ударные перегрузки до 100 g;
д) бортовую качку (крен судна) при волнении на море до 30°, а в отдельных случаях и до 45°;
е) килевую качку (дифферент) до 7—10°;
ж) акустическую воздушную шумность механизмов до 70 дб.
Требования высокой эксплуатационной надежности, виброизоляции, ударостойкости, шумоизоляции, водо- и брызгозащищенности, эффективного использования площадей отсеков, удобства обслуживания и быстрого обнаружения неисправностей, теплоотвода, вентилируемости и т. д. диктуют конструирование судовой аппаратуры либо на основе многоблочных приборов, либо на основе отдельных одноблочных и малых приборов.
Возможны два принципа размещения аппаратуры в судовых отсеках;
а) децентрализованный способ, при котором каждый прибор устанавливают в отдельном отсеке, в месте, доступном для обслуживания, а приборы, имеющие
8
органы управления и индикации, собирают в одну группу и размещают около рабочего места оператора;
б) централизованный способ, при котором приборы, не требующие постоянного обслуживания, размещают в одном или нескольких корпусах-контейнерах (стойках), а их органы управления и индикации выносят на пульт управления.
Последний способ особенно рационален при использовании функциональных узлов модульной конструкции; он значительно сокращает занимаемые аппаратурой площади и позволяет резко сократить объем аппаратуры. При этом снижается и общий вес аппаратуры, главным образом благодаря укорочению кабельных связей между отдельными приборами и уменьшению количества арматуры, необходимой для ввода кабеля.
Разработанные системы функциональных модулей имеют различные конструктивные оформления. Указать какой-либо единый способ компоновки модулей в ячейки (кассеты) и блоки невозможно. При рассмотрении каждой системы модулей такие рекомендации будут предложены исходя из конструктивных особенностей функциональных модулей и их схемной топологии.
ГЛАВА I
КОНСТРУИРОВАНИЕ СУДОВОЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ НА ОСНОВЕ МОДУЛЬНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛОВ
Отечественные предприятия разработали и серийно выпускают ряд систем модулей. Все они в той или иной степени отвечают, наряду с частными требованиями заказчиков, еще и таким общим требованиям, как:
а) высокая надежность работы каждого модуля в условиях климатических и механических воздействий;
б) минимальные габаритные размеры, вес и потребляемая мощность;
в) достаточно низкая стоимость модуля, делающая экономически необременительной замену вышедшего из строя модуля новым:
г) широкая универсальность, обеспечивающая применение однотипных модулей в ряде изделий, устройств и систем;
д) полная взаимозаменяемость однотипных модулей без дополнительных регулировок или изменения схемы;
е) унифицированность, т. е. минимизация числа типовых модулей при функциональной полноте всей системы;
ж) возможность автоматического контроля работоспособности модуля в схеме изделия;
з) конструктивная способность компоноваться в ячейки, панели, блоки и стойки, располагаемые в судовых отсеках ограниченных размеров.
Широкая номенклатура разработанных и серийно выпускаемых комплексов функциональных узлов (модулей) невольно ставит перед конструктором аппаратуры вопрос об определении наиболее подходящего комплекса элементов путем сравнительной оценки показателей их качества. Правильный выбор комплекса функциональных узлов на этапе проектирования судовой радиоэлектронной аппаратуры позволяет создать оптимальный вариант образца в соответствии с техническим заданием на его разработку.
Сравнительная оценка комплексов элементов производится, как правило, по показателям (критериям), отражающим их технико-экономические характеристики. Наибольшее предпочтение отдается тем комплексам, которые оптимальны с точки зрения конструктивного оформления, функциональной полноты, технического совершенства (соответствие достигнутому уровню развития техники), экономических, технологических и эксплуатационных показателей.
Количество показателей (критериев), нужное для выполнения сравнительной оценки, варьируется в зависимости от глубины выполняемого анализа и методического подхода (обобщенного или детализированного).
Практикой установлено, что все показатели целесообразно разделить на две группы.
К первой группе обычно относят критерии, вносимые в виде паспортных данных в техническую документацию на функциональные узлы и характеризующие комплекс в целом. К ним относятся все виды устойчивости к механическим, климатическим и специальным воздействиям внешней среды, помехоустойчивость, количество основных модулей, функциональная полнота комплекса, количество номинальных питающих напряжений и их до
10
пустимые отклонения, технический ресурс, нагрузочная способность основных модулей, количество типономиналов элементов, патентоспособность, унифицированность по отрасли, возможность работы с другими комплексами и т. д.
Ко второй группе относят показатели, определяемые характеристиками функциональных схем, выполненных на основе того или иного комплекса функциональных узлов. В эту группу входят основные электрические параметры комплекса, надежность, потребляемая мощность, стоимость изготовления, стоимость комплектующих электрорадиоэлементов, общее количество деталей, количества триодов, диодов и импульсных трансформаторов, объем и вес приборов и т. п.
С точки зрения методики сравнительной оценки комплексов необходимо не только определить совокупность используемых при анализе показателей (критериев), но и определить их значимость (параметрический вес). Оценки значимости показателей целесообразно формализовать, выразив их однозначной количественной мерой с помощью условных коэффициентов. Очевидно, лучшему показателю необходимо придать большую величину условного коэффициента.
В настоящее время широко используют сравнительную оценку комплексов функциональных узлов по их критериям на основе метода экспертных оценок. Экспертные оценки получают проведением широкого опроса специалистов (числом не менее 50), имеющих опыт использования функциональных узлов, проектирования радиоэлектронной аппаратуры, ее изготовления и эксплуатации.
Тематика книги не позволяет подробно рассмотреть экспертный и другие методы сравнительной оценки комплексов функциональных узлов. Но и без этого очевидно, что никакой формализованный метод не будет в конечном результате объективным. Самым важным при выборе системы элементов и функциональных узлов различных конструкций (модульных, микромодульных и микросхемных) является, на наш взгляд, их соответствие техническому уровню и перспективам развития радиоэлектроники.
§ 1. Комплекс унифицированных схемных элементов ,,Урал-10“ и „Урал-10В“
Комплекс унифицированных функциональных схемных элементов, узлов и блоков типов «Урал-10» и «Урал-10В» освоен отечественной промышленностью в серийном производстве. Основой комплекса являются функциональные схемные элементы (модули плоской конструкции), составляющие универсальный набор полупроводниковых потенциальных логических схем, работающих в ключевом ненасыщенном режиме. Электрические схемы модулей дают возможность разработчику РЭС компоновать устройства, работающие либо по кодово-позиционному принципу, либо по совмещенному — кодово-позиционному и импульсно-потенциальному — принципу.
Комплекс, состоящий из набора элементов, платы ячейки Я-0, панели Ф-1, шкафов Ш-1 и Ш-2, блока питания П-1, технологичен. Его достоинством является малая номенклатура простых схем, выполненных на миниатюрных комплектующих элементах электронной техники, отсутствие импульсных трансформаторов, ограниченное число контролируемых параметров. Перечисленные достоинства комплекса позволяют автоматизировать изготовление и контроль входящих в его состав функциональных схемных модулей.
В зависимости от условий эксплуатации модули выпускаются в двух модификациях, первой («Урал-10»; ПС0.308.003ТУ) и третьей («Урал-10В»; ПС0.308.007ТУ). Обе модификации модулей могут эксплуатироваться при внешних климатических и механических воздействиях, указанных в табл. 1. Модули «Урал-10В» пригодны также для работы в условиях инея, росы и морского тумана. Величина питающего напряжения для комплекса «Урал-ЮВ» составляет— 27 р. По основным параметрам модули первой модификации подразделяются на девять типов, третьей — на пять типов. Условные обозначения
11
Таблица 1
Условия эксплуатации унифицированных модулей «Урал-10» и «Урал-10В»
Модификация модуля Температура окружающей среды, °C Относительная влажность воздуха, Атмосферное давление при температуре + 20.М00 С, мм рт. ст. Вибрация в диапазоне частот (гц) с ускорением, g Ускорение при многократных ударах, g Центробежное ускорение, g
рабочая предельная 10—70 50-1000
Первая («Урал-10») От —10 до +50 От —50 До 4-65 До 93 при 4-32° С До 460 3 — 35 —
Третья («Урал-10В») От —60 до 4- 70 До 98 при 4-40 °C До 5 — 15 35 50
Таблица 2
Условные обозначения, основные логические операции и параметры модулей «Урал-10» и «Урал-10В»
Тип модуля Логическая операция Время переключения, мксек Частота отказов, 10“6 отказов/ч
без модуля Д-1 (Д-З) с модулем Д-1 (Д-З)
А-1 «И—НЕ» «И—ИЛИ—НЕ» 0,25 '20
Б-1 «И—НЕ» «И—ИЛИ—НЕ» 0,63 10
Б-2 «И—НЕ» «И—ИЛИ—НЕ» 0,71 10
Г-1 «И—НЕ» «И—ИЛИ—НЕ» 6,3 10
Г-2 «И—НЕ» «И—ИЛИ—НЕ» 6,3 10
Д-1 «И—или» — — 2
Е-1 «НЕ» — 0,71 10
Ж-1 Задержка импульса длительностью 5 мксек ±10% — 20
И-1 — — — 10
Б-3* «И—НЕ» «И—ИЛИ—НЕ» 0,63 10
Г-3* «И—НЕ» «И—ИЛИ—НЕ» 6,3 10
д-з* «И—ИЛИ» или «И» — — 2
Е-3* «НЕ» — 0,71 10
И-3* — — — 2
Приме ч а и и я. 1. Типы модуле ей, не отмеченные зве здочкой, оть юсятся к первой
модификации («Урал-10»), а отмеченные звездочкой —к третьей модификации («Урал-10В»). 2. Модули типов И-1 и И-3 являются элементами сигнализации.
модулей и основные логические операции, выполняемые ими, приведены в табл. 2. Рабочим входным сигналом модулей как первой, так и третьей модификации является перепад напряжений от уровня —(0,5-М ,5) в до уровня —(64-7,9) в. В целях уменьшения времени переключения и устранения эффекта насыщения транзистора в схемах модулей широко используется отрицательная нелинейная обратная связь (нелинейность образуется в результате включения диодов в цепь обратной связи).
12
Таблица 3
Варианты конструктивного оформления модулей «Урал-10> и «Урал-10В»
Тип модуля Децимальный номер Расположение модуля на монтажной плате
однорядное двухрядное
горизонтальное вертикальное горизонтальное горизонтальное
в нижнем ряду в верхнем ряду
ПС3.088.028Сп — .1.
ПС3.089.067Сп + — — — —
А-1 ПС3.089.070Сп — — — — —
ПС3.089.068Сп — 4- — — —
ПС3.089.071Сп — Г — — —
ПС3.088.013Сп 4- — — — —
R 1 ПС3.088.014Сп — t- — — —
D-1 ПС3.088.015Сп — — 4- — —
ПС3.088.016Сп — — — -7- —
ПС3.088.022Сп "Г — — — —
R О ПС3.088.023Сп — -Т- — — —
D-Z ПС3.088.024Сп — — 4- — —
ПС3.088.025Сп — — — -U —
ПС3.088.099Сп 4- — — — —
ПС3.088.100Сп — + — — —
D-O ПС3.088.101Сп — — । - — —
ПС3.088.102Сп — — — 4- —
ПС3.088.009Сп + — — — —
Г 1 ПС3.088.010Сп — т — — —
1 -1 ПС3.088.011Сп — — 4- — —
ПС3.088.012Сп — — — 4_ —
ПС3.088.018Сп ч- — — — —
Г О ПС3.088.019Сп — — —- —
1 -Z ПС3.088.020Сп — — -г — —
ПС3.088.021Сп — — 4- —
ПС3.088.128Сп ~г — 1 — — —
Г О ПС3.088.129Сп — — — —
1 -о ПС3.088.130Сп — — -1- — —
ПС3.088.131Сп — — — —
ПС3.081.013Сп — —
П 1 ПС3.081.014Сп — i — —
Д-1 ПСЗ;081.015Сп — — — —
ПС3.081.016Сп — — — г —
13
Продолжение табл. 3
Тип модуля Децимальный номер Расположение модуля на монтажной плате
однорядное двухрядное
горизонтальное вертикальное- горизонтальное горизонтальное
в нижнем ряду в верхнем ряду
ПС3.081.018Сп 4-
Д-З ПС3.081.019Сп — -1- — — —
ПС3.081.020Сп — — 4- — —
ПС3.081.021Сп — — — -- —
Е-1 ПС3.089.028Сп j.. — —
ПС3.089.029Сп — + — — —
Е-3 ПС3.089.031Сп + — — —
ПС3.089.032Сп — 4- — — —
ПС3.084.012Сп — 4-
П СЗ.089.061 Сп — , — — —
Ж-1 ПС3.089.062Сп — — — —
ПС3.089.064Сп -4- — — — —
ПС3.089.065Сп — 4- — — —
ПС3.088.050Сп +
И-1 ПС3.088.051Сп — — —
• ПС3.088.052Сп — -4 — —
ПСЗ-088.053Сп — — 4 —
ПС3.088.065Сп 4-
И-3 ПС3.088.066Сп 4 — — —
ПС3.088.067Сп — — + — —
ПС3.088.068Сп — — 4- —
Примечание. Знак «+» показывает, что модуль выпускается, а знак «—», что он не выпускается в данном конструктивном исполнении.
Характерной особенностью электрических схем модулей данного типа является также применение метода фиксации нижнего уровня выходного напряжения, что повышает быстродействие схем и помехоустойчивость на нижнем уровне.
Конструктивно модули выполнены на гетинаксовых платах с двухсторонним печатным монтажом и навесными радиоэлементами обычного малогабаритного исполнения, т. е. представляют собой обычную плоскомодульную конструкцию размером по площади платы 55X34 мм.
Модули А и Ж состоят из двух плат и выпускаются как в двухрядном, так и в однорядном исполнении. Все остальные модули скомпонованы на одной плате. Конструкция платы позволяет выполнять различные комбинации для построения более сложного логического элемента. Такие элементы компонуются на двух платах, расположенных в одной плоскости или в виде двухплатной этажерки как в горизонтальном, так и в вертикальном положении. Различные варианты конструктивного оформления модулей и их децимальные номера приведены в табл. 3.
14
Основные электрические характеристики модулей «Урал-10» даны в табл. 4, а их электрические схемы помещены на рис. 1.
Модуль А-1 (рис. 1, а)—универсальный логический элемент на рабочую частоту 1500 кгц— ненасыщенный потенциальный инвертор. Собран на двух дрейфовых транзисторах П416А и десяти диодах Д18, Д219А и Д220 по схеме с двухкаскадной диодной логикой на входе.
Модуль Б (Б-1, Б-2, Б-3; рис. 1, б)—ненасыщенный потенциальный инвертор на рабочую частоту 800 кгц. Собран на одном дрейфовом транзисторе П416А и семи диодах Д220 и Д219А по схеме с двухкаскадной диодной логикой на входе.
Модуль Г (Г-1, Г-2, Г-3; рис. 1, б) — ненасыщенный потенциальный инвертор на рабочую частоту 100 кгц, Собран на одном сплавном транзисторе П16Б (П16А) и семи диодах Д220 и Д219А по схеме с двухкаскадной диодной логикой на входе.
Модуль Д (Д-1 и Д-З; рис. 1, в) представляет собой две самостоятельные диодные логические схемы, каждая из которых собрана на трех диодах Д220. Предназначен для совместного использования с модулями А, Б и Г.
Модуль Е (Е-1 и Е-3; рис. 1, г)—выходной каскад усилителя мощности. В сочетании с другими элементами может переключать до 30 модулей типов А. Б, Г. Модуль собран на транзисторе П605 (П605А для Е-3) и пяти диодах Д219А.
Модуль Ж-1 (рис 1, д) —одновибратор, осуществляющий задержку положительного перепада напряжения с нестабильностью ±10% и длительностью задержки не менее 5 мксек. Собран на двух транзисторах П416 и девяти диодах Д219А.
Модуль И (И-1, И-3; рис. 1, е) —инвертор, предназначенный для работы на обмотку электромагнитного реле с потребляемым током до 50 ма и напряжением 10 в или для осуществления световой индикации.
Функциональные схемные элементы комплекса «Урал-10» компонуют на унифицированных ячейках. Ячейки комплекса представляют собой гетинаксовые платы размером 150X220X2 мм, нижняя кромка которых обрамлена тридцатиконтактными вилками и двумя установочными стержнями. Каждая ячейка обеспечивает установку 12 модулей любого типа. При двухэтажном расположении плат модулей на ячейке их количество возрастает до 24. Ячейки выпускаются двух видов: с универсальной печатной схемой (ячейка Я-0) и с полным печатным монтажом. Плата ячейки Я-0 не имеет законченной логической схемы и предназначена для этапа экспериментального макетирования логической схемы и для разработки опытного производства изделий. При этом монтаж любой схемы осуществляют установкой перемычек и разрывом печатных проводников. Ячейки с полным печатным монтажом выпускаются для серийного изготовления специализированных логических схем устройств ЦВМ. При этом монтаж унифицированной ячейки осуществляют установкой модулей, которые крепят пайкой выводов в металлизированных отверстиях печатной платы и изгибанием крепящих штырьков.
Комплекс «Урал-10» предусматривает установку ячеек в унифицированные панели типа Ф-1, которые служат основой при компоновке отдельных логических узлов и устройств. Конструктивно панель Ф-1 выполнена в виде стального сварного каркаса с установкой на нем 16 тридцатиконтактных розеток разъема. В панели Ф-1 можно разместить 14 ячеек. Размеры панели 580X343X195 мм.
Панели Ф-1 компонуют в шкафах Ш-1 и Ш-2, используемых только для РЭА, работающей в стационарных наземных и подземных отапливаемых сооружениях. В шкафу Ш-1 можно разместить 6 панелей Ф-1, 84 ячейки, 1250 модулей (в среднем) и один блок питания П-1, а также вентилятор, панель с разъемами и монтажные гребенки.
Шкаф Ш-2 по количеству размещаемого оборудования соответствует двум шкафам Ш-1. Конструктивно шкафы Ш-1 и Ш-2 представляют собой каркасы, сваренные из угловой стали и облицованные стальным листом. Размеры шкафа Ш-1 629X428X1855 мм, а шкафа Ш-2 1258X428X1855 мм.
Функциональные модули комплекса могут выполнять систему логических операций «И», «ИЛИ» «НЕ», достаточную для получения всех булевых функций,
15
-3000-
входы
Выход 0-
-6.36 0—Н—□=}
выход 0--
-306 0---------
Рис. 1. Комплекс унифицированных модулей «Урал-10».
Таблица 4
□
Верхопятницкий
Основные электрические параметры плоских модулей «Урал-1 Оэ
Тип модуля Нагрузочная способность (количество подключаемых модулей) Емкостная нагрузка на землю, пф Ток (ма), потребляемый от источников питания напряжением, в Напряжение на входе и выходе, в Число входов схемы Габаритные размеры модуля, мм Вес модуля, г
Верхний уровень Нижний уровень «И» «ИЛИ»
—30 —10 —6,3 +6,3
от ДО от ДО
А-1 Б-1 Б-2 Г-1 Г-2 Д-1 Е-1 Ж-1 И-1 5 модулей А, Б, Г, Д, И, или 2 модуля Ж, или 1 модуль Е 5 модулей А, Б, Г, Д, И, или 2 модуля Ж, или 1 модуль Е 3 модуля А, Б, Г, Д, И или 1 модуль Ж 5 модулей А, Б, Г, Д, И 3 модуля А, Б, Г, Д, И 30 модулей А, Б, Г, Д или 15 модулей Ж 3 модуля А, Б, Г, Д, И Обмотка реле с током срабатывания 50 ма или одна лампа нем 75 100 300 500 100 12 5,4 5,4 6 48 21 29 12 40 7,3 2,4 2,4 21 7,2 2,9 0,85 0,85 12 0,85 1 -0,5 —0,5 —0,5 —0,5 -0,5 -0,5 L JL L , L L 1 СП СП СП СЛ СП СП со со со . со со со 1 1 1 1 1 1 1 —7,9 —7,9 -7,9 —7,9 —7,9 —7,9 I | | | СП СП СП со ю ю | | | | 55 X 34,8 X X 22,3 54 X 34 X X 12,5 54 X 34 X X 12,5 54 X 35 X X 5,5 55 X 34 X Х22,5 55 X 34,8X X 22,3 54 X 34 X X 12,5 27,5 15,7 15,7 11,8 33,5 38,8 17,3
Таблица 5
00
Логические возможности комплекса <Урал-10>
Логическая схема или устройство Рабочая частота, кгц Время выполнения операции, мксек Количество модулей, шт. Объем, еле3 Нагрузочная способность (количество подключаемых модулей, шт.) Потребляемая мощность, вт
Схема «И—НЕ» («ИЛИ— / НЕ») I на два входа на четыре входа 1500/800 0,5/1,26 1 1,5 53/37,5 71/56 5 0,3/0,125 0,3/0,125
Схема «НЕ» 1500/800 0,5/1,26 1 53/37,5 5 0,3/0,125
Триггер с раздельными входами 100/400 0,55/1,3 2 106/75' 4 0,5/0,24
Счетчик | одноразрядный шестиразрядный 1300/500 0,6/1,6 6 50 285/225 2700/1900 3 1,2/0,7 11,2/6,2
Дешифратор на три входа 1500/800 0,5/1,26 8 420/300 5 1,7/0,9
Регистр со сдвигом влево и вправо 700/400 1,2/1,8 7 320/260 2 1,4/0,9
Параллельный сумматор | одноразрядный двадцатиразрядный 1000/400 400/150 0,7/1,8 2,0/5,4 7 140 340/260 6800/5200 4 1,6/0,9 32/18
Примечание. Числа до косой черты относятся к модулю А-1, , числа после к осой черт! э1 — к модулям Б-1, Б-2, Б-3.
что обеспечивает построение на базе этих модулей основных логических схем ЦВМ и устройств дискретной автоматики.
Конкретные возможности применения модулей и основные показатели по некоторым логическим схемам и устройствам, отражающие логические возможности всего комплекса, приведены в табл. 5. В этой таблице под рабочей частотой триггера подразумевается максимальная частота следования импульсов по одному из входов в режиме регистра со сбросом. Данные графы «Объем» относятся к случаю горизонтального однорядного расположения модулей-Б и Д. Нагрузочная способность модулей выражена в количестве стандартных
входов.
Рассмотрим некоторые логические схемы устройств дискретной автоматики, построенные на основе функциональных модулей комплекса «Урал-10».
Регистр для хранения одного двоичного разряда (рис. 2) представляет собой два усилителя, соединенных друг с другом положительными обратными свя-
зями. В качестве усилителей можно использовать модули А, Б или Г. Схема регистра имеет два устойчивых состояния. Переключение регистра осуществляется отрицательным сигналом (подаваемым через модуль Д на вход 4 модуля Б). Продолжительность сигнала должна по меньшей мере в 1,5—2 раза превышать время переключения модуля.
Реверсивный сдвигатель (рис. 3) скомпонован на двух регистрах. Сдвиг осуществляется во вспомогательном регистре переписью содержимого разряда п в разряд п+1 (сдвиг вправо) или в разряд п—1 (сдвиг влево). Следующим импульсом сдвинутое число переписывается в основной регистр.
Дешифратор (рис. 4) скомпонован на основе функциональных модулей Д и Б. Он представляет собой ряд одноступенчатых схем совпадения
Рис. 2. Функциональная схема регистра для хранения одного двоичного раз-
на низкие входные уровни сигналов. ряда.
При разработке комплекса унифицированных функциональных схемных элементов (модулей), узлов и блоков «Урал-10» и составлении технических условий (ПС0.308.003ТУ) на их применение в вычислительной технике и в устройствах дискретной автоматики были учтены результаты стендовых испытаний отдельных образцов и в соответствии с ними разработаны Рекомендации по применению модулей комплекса «Урал-10».
В этих Рекомендациях приведены примеры использования модулей в различных логических схемных построениях. Последние не являются единственно возможными, а служат, скорее, основой для построения других решений. Основываясь на свойстве модулей, согласованных друг с другом по входу и выходу, Рекомендации оговаривают условия работы различных типов модулей с кабелями, имеющими волновое сопротивление 50, 75 и 150 ом, а также с типовыми линиями задержки (ЛЗ, ЛЗТ) с волновым сопротивлением 600 и 1200 ом.
При построении логических схем, не указанных в Рекомендациях, нельзя нарушать условий согласования уровней сигналов, а также изменять тепловые
и электрические режимы комплектующих элементов.
В Рекомендациях указаны некоторые возможности расширения логической гибкости модулей (путем изменения времени переключения) и приведены графики распределения времени переключения в зависимости от температуры в диапазоне от —60 до +70°С.
Разработка отдельных образцов вычислительных устройств требует учета некоторых особенностей чисто схемного и технологического характера, возникающих при конструировании ячеек и блоков логических устройств. Модули могут работать как - от сигналов со стандартными уровнями напряжения, указанными в ТУ, так и от сигналов с нестандартными уровнями напряжения: —1,5 —10 —6 в.
2*
19
Рис. 3. Функциональная схема реверсивного сдвигателя.
66666
Рис. 4. Функциональная схема дешифратора.
20
При этом если нижний уровень напряжения сигнала на входе схемы «И» модулей А-1, Б-1, Г-2 нестандартный, то на второй вход схемы «И» должен обязательно подаваться либо сигнал со стандартным уровнем, либо напряжение —6,3 в ±10%.
Включение модулей при отсутствии напряжения смещения 6,3 в недопустимо.
Конструируя ячейки и блоки, необходимо предусмотреть, чтобы выводы, несущие напряжение питания, не могли случайно замкнуться на выводы входов и выходов модулей. Для этого рекомендуется между выводами, несущими напряжение питания, и выводами входов и выходов модулей иметь заземленный вывод.
Таблица 6
Согласование выходов линии задержки
Волновое сопротивление ЛЗ, ом Количество модулей А,Б, Г Ориентировочное значение согласующих сопротивлений, ом Волновое сопротивление ЛЗ, ом Количество модулей А, Б, Г Ориентировочное значение согласующих сопротивлений, ом
0 620 0 1200
600 1 820 1200 1 2000
2 1100 2 4300
Если модули работают на линию задержки, то на выходе последней
должно иметься внешнее сопротивление, согласующее выходные параметры модуля с параметрами линии задержки (значения этого сопротивления приведены в табл. 6), подключаемое к источнику напряжения фиксации —6,3 в. При этом на входе линии задержки с р= 1200 ом могут быть модули А-1, Б-1, Б-2, Е-1, а на выходе линии
задержки с р = 600 ом — модули А-1, Б-1, Е-1.
Если же модули работают на часть линии задержки, то
Таблица 7
Согласование модуля Е-1 при работе на кабель
оба ее конца должны быть согласованы двумя внешними сопротивлениями, подключаемыми к источнику фиксации —6,3 в. При этом на входе линии задержки с р = 600 ом может стоять модуль Е-1. Работа на радиочастотный или импульсный кабель допустима только с модуля Е-1. Условия согласования кабеля с волновым сопротивлением 50, 75, 150 ом приведены в табл. 7.
Два модуля из всего комп-
Волновое сопротивление кабеля, ом Согласующее сопротивление кабеля, ом
при количестве типовых схем «И» на его выходе
1—2 3-5 20
50 56 62 91
75 82 91 180
150 160 180 910
лекса, а именно Е-1 и И-1,
обладают некоторыми особенностями при работе в логических устройствах. Так, модуль Е-1 следует располагать в непосредственной близости к модулю А-1 или Б-1, причем длина соединительных проводов не должна превышать 10 см. К выводу 13* модулей А-1 или Б-1, работающих на модуль Е-1, подключать другие модули не разрешается. При работе модуля Е-1 на нестандартные нагрузки необходимо, чтобы ток через диод фиксации не превышал 30 ма. При работе модуля Е-1 вывод 12 обычно замыкают с выводом 13, однако при кабельной
нагрузке выводы 12 и 13 замыкать не надо.
* Номера выводов модулей обозначены на монтажной плате.
21
Модуль И-1 при работе на лампочку накаливания типа НСМ должен иметь заземленный вывод 10. Источник напряжения —10 о через лампочку НСМ подключают к выводу 12. Для увеличения яркости свечения разрешается использовать источник напряжением не —10 в, а —12,6 в. При работе модуля И-1 на реле с током срабатывания не более 50 ма напряжение питания —10 в (или —12,6 в) подается через обмотку реле на вывод 13. При этом заземлять вывод 10 нельзя. Обмотку реле необходимо шунтировать диодом (плюсом на источник). В низкочастотных схемах модуль И-1 можно использовать в качестве мощного усилителя с нагрузочной способностью 15 модулей Б, Г и временем переключения около 15 мксек. Совместно с модулем Д-1 модуль И-1 может осуществлять логическую операцию «И — НЕ».
§ 2. Комплекс типовых логических элементов „Мир-1 “
Комплекс «Мир-1» (ЯЦ0.308.014ТУ) является развитием комплекса «Урал-10». Расширение логических возможностей комплекса обеспечено включением дополнительных функциональных элементов, которые позволяют
Номенклатура модулей комплекса «Мир-1»
Таблица 8
Тип модуля Функциональное назначение модуля Логическая функция Максимальное время переключения, мксек Среднее время задержки на один модуль, мксек Частота отказов, 10““6 отказов/ч
для комплекса «Мир-1» соответствует комплексу «У рал-10»
А2М . А-1 Потенциальный инвертор на 1500 кгц «И—ИЛИ—НЕ» 0,25 0,07 20
В2М — То же То же 0,25 0,07 20
ЕЗМ — Усилитель мощности на 1500 кгц » » 0,25 0,07 20
Б1м, Б2М Б-1, Б-2 Потенциальный инвертор на 700 кгц » » 0,7 0,2 10
М2м — Усилитель-инвертор на 700 кгц » » 0,7 0,2 10
Е2М — Усилитель мощности на 700 кгц » » 0,7 0,2 20
Г1м, Г2М Г-1, Г-2 Потенциальный инвертор на 75 кгц » » 6,5 1,2 10
Л2М — Усилитель-инвертор на 75 кгц » » 6,5 1,2 10
Д1м д-1 Две самостоятельные диодные логические схемы «и-или» — — 2
Д2м — Диодная группа из шести отдельных диодов Вспомогательный — — 2
Ж2М Ж-1 Одновибратор на 700 и 1500 кгц Элемент задержки — — 10
Н1м — Мощный переключатель питающего напряжения «И—ИЛИ—НЕ» 0,3 — 30
Iм и Потенциальный усилитель-инвертор Элемент сигнализации — — 20
22
Таблица 9
Основные технические характеристики модулей «Мир-1:
Тип модул я Нагрузочная способность Напряжения питания, в Потребляемый ток (ма) при напряжении источника питания, в Напряжение, в Число входов схемы
на входе на выходе
активная ♦ емкостная Верхний уровень Нижний уровень • Верхний уровень Нижний уровень
—27 -6,3 + 6,3 -60 S V «ИЛИ» 1
от ДО от ДО от До от до
А2М В2М ЕЗМ Б1м (Б2М) М2м Е2М Г1м (Г2М) Л2М Д2м Ж2М Н1М С1м * Акт 5 12 25 5(3) 12 30 5(3) 12 3 44 ивная 75 150 400 100 250 500 300 500 100 600 на гр уз —27; —6,3; +6,3 —27 —27; —6,3; +6,3 —27; +6,3; —60; —30 —27; —6,3; +6,3 очная способность оценивай 9,7 13,3 32 5,1 7,5 20 5,1 7,5 4,6 19 5,4 2,3 ется i 3,1 4,7 12,4 1 3,1 5 1 3,1 7,2 26 50 соличес 3,7 6,8 13 1 6,8 8,5 1 6,2 0,85 3,9 1,2 :твом с 40 танда —0,5 ртных -1,6 ВХОДО1 -6 — 10 > —0,5 > -0,5 —0,5 —1,5 -1,5 —6 —6 —24,3 -7,8 -7,8 —10 -7,6 7,6 — 10 —7,6 —7,6 -7,9 -30,2 6 6 6 5 5 5 5 5 5 6 6 6 5 5 5 5 5 5
конструировать более экономичные и быстродействующие схемы ЦВМ и отдельные устройства дискретной автоматики.
По топологии схемных решений основных модулей и по их конструктивному оформлению рассматриваемый комплекс ничем не отличается от комплекса «Урал-10». Некоторое различие имеется лишь в составе комплектующих элементов. Так, в комплексе «/Мир-1» применены более дешевые германиевые диоды типа Д9. Все модули комплекса «Мир- 1» выполнены на стандартных платах размером 34X54 мм с односторонним печатным монтажом и малогабаритными электрорадиоэлементами. При конструировании РЭА можно использовать платы ячейки Я-0, панели Ф-1, шкафы Ш-1 и Ш-2, блок питания П-1 комплекса «Урал-10».
Модули «Мир-1» рассчитаны на эксплуатацию при рабочей температуре от —10 до +50°С (предельные значения — от —50 до +50°С), относительной влажности воздуха до 95% (при температуре +30°С). Они выдерживают вибрации с частотой до 25 гц и ускорением 2 g.
Номенклатура модулей, их шифр и выполняемые ими логические функции приведены в табл. 8. Основные технические характеристики модулей сведены ц табл. 9, в которой за стандартный вход принят вход любого из модулей А2М, Б1м (Б2М), В2М, Г1м (Г2М), Д1м, Л2М, М2М, С1м. Инструкция по применению комплекса допускает расширение логических возможностей модулей «Мир-1». Дополнительные функциональные модули комплекса «Мир-1» (В2М, М2м и др.) являются некоторой модификацией схем основных модулей (А2М, Б1М и Др.), осуществленной путем изменения параметров ряда комплектующих элементов или подключения к выходному каскаду модуля дополнительного эмиттерного повторителя в схемах усилителей мощности.
§ 3. Комплекс унифицированных функциональных схемных элементов М-2К
Комплекс модулей М-2К (ПЭ0.308.005ТУ) предназначен для компоновки малогабаритных ЦВМ и отдельных устройств и систем дискретной автоматики, работающих на основе либо кодово-позиционного принципа, либо комбинации кодово-позиционного и импульсно-потенциального принципов. В зависимости от выбранного типа транзистора модули комплекса М-2К имеют различные рабочие частоты: 250 кгц с транзистором 1Т308В; 150 кгц с транзистором П416Б; 30 кгц с транзистором П16Б.
Помимо функциональных схемных элементов (модулей), комплекс М-2К включает в себя ячейки ЯК-0 (1, 2, 3), на которых можно компоновать до 30 модулей. Эти ячейки предназначены для различных логических устройств.
Построение логических схем и устройств дискретной автоматики на модулях обеспечивается достаточной логической гибкостью комплекса. Модули выполняют систему логических операций «И», «ИЛИ», «НЕ», вполне достаточную для получения всех булевых функций. Комплекс модулей М-2К технологичен. Малая номенклатура диодно-транзисторных и резистивно-транзисторных логических схем, имеющих простейшую объемную конструкцию без печатных плат, малые габариты и вес модулей, отсутствие импульсных трансформаторов, сокращенный расход малогабаритных электро- и радиоэлементов в сочетании с широкими логическими возможностями и сравнительно высокой климатической и механической стойкостью делают комплекс удобным при изготовлении, пооперационном контроле и эксплуатации как в стационарных, так и в судовых радиоэлектронных устройствах.
Унифицированные функциональные модули комплекса М-2К делятся на три модификации (группы):
первая — типы Б-4К, Д-4К, Е-4К, И-4К с логикой на диодах Д220;
вторая — типы Б-5К, Е-5К с логикой на резисторах;
третья — типы Б-4М, Е-4М, Д-4М, И-4М с логикой на диодах Д9, Д18, Д220 или Д223.
Все три группы составляют единый набор потенциальных элементов, работающих в ключевом ненасыщенном режиме. На их основе можно конструиро-24
вать радиоэлектронную аппаратуру, предназначенную для эксплуатации в условиях климатических и механических воздействий, указанных в табл. 10. Конструктивно каждый из модулей оформлен в виде объемной схемы, состоящей из диодов и резисторов, расположенных в прямоугольном плоском корпусе, и выносного транзистора, расположенного вне корпуса. Диоды и резисторы залиты эпоксидным компаундом. Характерной особенностью модулей комплекса М-2К является отсутствие монтажной печатной платы. Все комплектующие электрорадиоэлементы имеют вертикальное двухрядное расположение в корпусе, а их верхние выводы соединены между собой медной луженой проволокой в соответствии с принципиальной электрической схемой. Внешними выводами модуля служат нижние выводы радиоэлементов. Все электрические контакты внутри модуля защищены компаундом от воздействия внешних механических и климатических воздействий. Число паяных соединений внутри модуля сокращено до числа радиодеталей. Все модули имеют единую конструктивную форму корпуса унифицированного размера. Номенклатура модулей сокращена благодаря тому, что к одному и тому же модулю можно подключать транзисторы различных типов.
Таблица 10
Условия эксплуатации модулей комплекса М-2К
Модификация (группа) модулей Относительная влажность воздуха, % Пониженное атмосферное давление (мм рт. ст.) при 25 + 10° С Вибрация в диапазоне частот (гц) с ускорением, g Ускорение, g (при многократных Ударах) Линейное (центробежное) ускорение, g
5—1000 10—70
Первая и вторая До 98 при +40° С До 5 10 — 35 50
Третья До 93 при +30° С — — 2 — —
Примечания. 1. Модули всех трех групп рассчитаны на работу при температуре от —60 до +70° С. 2. Модули первой и второй групп допускаются к эксплуатации в условиях воздействия инея, росы и морского тумана.
Габаритные размеры каждого из модулей этого комплекса 21X9X17 мм, вес — не более 6,5 г (без транзисторов). Все модули нормально функционируют при изменении питающих напряжений в пределах ±10% от номинальных значений. Номенклатура модулей комплекса М-2К, их назначение и основные параметры приведены в табл. 11—13. Электрические схемы модулей показаны на рис. 5.
Модуль Б-4К (рис. 5, а) — насыщенный потенциальный инвертор со схемой на одном транзисторе с двухступенчатой диодной логикой на входе. Модуль осуществляет логическую операцию «И — НЕ» («ИЛИ — НЕ»), а совместно с модулем Д-4К — функцию «И — ИЛИ — НЕ» («ИЛИ — И — НЕ»). В соответствии с инструкцией по применению модулей число входов первой ступени диодной логической схемы «И» при использовании в схеме модуля транзисторов 1Т308В или П416Б может быть увеличено до 250, а число входов второй ступени «ИЛИ» — до 20. Число входов у модуля Б-4М может быть увеличено при схеме «И» до 75, а при схеме «ИЛИ» — до 10.
Модуль Д-4К (рис. 5, б) представляет собой две универсальные диодные логические схемы, предназначенные для работы с модулем Б-4К.
Модуль Е-4К (рис. 5, в) — выходной каскад усилителя мощности на транзисторе П604А, управляемый модулем Б-4К и предназначенный для переключения 25
93
и
Рис. 5. Модули комплекса М-2К.
—П6 Q-
Таблица 11
Номенклатура и основные параметры модулей комплекса М-2К
Тип модуля Назначение Используемый тип транзистора Максимальное время переключения, мксек Среднее время задержки, мксек Частота отказов, 10“6 отказов/ч
при включе- нии (-60° С)' при выключе- нии ( + 70° С)
Б-4К Универсальный логический элемент 1Т308В П416Б П16Б 1,7 3 10 2,5 4,5 20 0,8 Г,2 6,5 5
Д-4К Е-4К И-4К Диодная схема Усилитель мощности Вспомогательный элемент П605А П16А 2/3 10 3/4,5 25 — 2 5 10
Б-5К Универсальный логический элемент 1Т308В П416Б 1,7 3 3(3,5) 5,5(6,5) 1 1,5 5 5
Е-5К Усилитель мощности П605А 2/3 3/5,5 — 5
Б-4М Универсальный логический элемент 1Т308В П416Б П16Б 1,7 3 10 2,5 4,5 20 0,9 1,3 7 10
Д-4М Е-4М Е-4М Диодная схема Усилитель мощности Вспомогательный элемент П605А П16А 2/3 10 3/4,5 25 — 2 10 10
П Ку СИ1 зистор 2. примечания. 1. Время перек гнала модулей типа Б, при это1 ом 1Т308В, а числа после косой ’ Числа в скобках относятся к ра лючения мод и числа до f черты — к сх< [боте модуля .улей типа I :осой черты еме с транз; Б-5К на мс 1 включает в относятся к истором П416 эдули Б-4К » i себя 32 схеме с >Б. i Б-4М. 1держ-! тран-
модулей Б или для согласованной работы на кабель длиной до 50 м с волновым сопротивлением 150 ом. При установке модуля в аппаратуру, рассчитанную на работу в диапазоне температур от — 60 до +50° С, в схему необходимо включать транзисторы П601Б или П602А. Во всех других случаях можно включать транзисторы П601А, П602 или П605.
Модуль И-4К (рис. 5, г)—потенциальный усилитель-инвертор, выполняющий роль усилителя мощности, управляющего переключением модулей Б при работе на обмотку реле или сигнальную лампочку с потребляемым током до 50 ма, В последнем случае применимы, помимо транзистора П16А, также транзисторы П14Б, П15, П16Б, П25Б и П26Б. Модуль И-4К можно использовать для запуска модуля Е-4К, увеличив при этом ток нагрузки до 200 ма.
Модуль Б-5К (рис. 5, д) — насыщенный потенциальный инвертор со схемой, выполненной на транзисторе 1Т308В или П416Б, и с тремя резистивными связями на входе. Модуль осуществляет логическую функцию «И — НЕ» («ИЛИ — НЕ»).
Модуль Е-5К (рис. 5, е) — выходной каскад усилителя мощности, управляемый модулем Б-5К, может переключать до 30 схем типа Б-5К; в схеме использованы те же транзисторы, что и в модуле Е-4К.
27
Таблица 12
Нагрузочная способность модулей комплекса М-2К
Тип Активная (количество входов модулей типов) Емкостная, пф
модул я Б-4К. Д-4К Б-5К Б-4М, Д-4М, И-4М (И-4К) на выход на схему «И» на схему «ИЛИ»
Б-4К Е-4К И-4К Б-5К Е-5К Б-4М Е-4М И-4М П р и I типа Б, ра( интервале i 6/8 30 20 3 4/5 25 20 и е ч а н и е. Зотающих 1 гемператур 3/4 3/4 30 3/4 Цифры д< в интервале от —10 до И 3/4 15 10 2 4/5 25 10 з косой черты с г температур oi г 50° С. 100 500 250 100 500 100 500 250 1ТНОСЯТСЯ к г —60 до +' 50 50 50 50 активной нагр Г0° С, после ко< 50 50 >узке модулей сой черты — в
Модули Б-4М, Д-4М, Е-4М и И-4М, образующие третью группу (см. табл. 13), по электрическим схемам и логическим возможностям соответствуют модулям первой группы, но отличаются от них применением более дешевых комплектующих диодов и резисторов; к применению в судовых РЭС не рекомендованы.
Для улучшения свойств модулей комплекса М-2К допускается подключать к ним внешние емкости. Это уменьшает максимальное время переключения модулей Б-5К до 1 мксек, Б-4К и Б-4М до 1,5 мксек, И-4К и И-4М до 15 мксек.
При конструктивном оформлении различных устройств дискретной автоматики комплекс М-2К предусматривает компоновку модулей на ячейках ЯК-0 (1,2, 3).
Ячейка ЯК-0 представляет собой плату с двухсторонним печатным монтажом размером 150X100 мм, оканчивающуюся тридцатиконтактным штыревым разъемом. На плате ячейки имеется 30 гнезд, в которых могут размещаться модули Б, Д и И вместе с транзисторами. Плата ЯК-0 не имеет законченной логической схемы и предназначена для экспериментальных работ на стадии разработки и опытного производства изделий. Монтаж любой схемы осуществляется путем установки перемычек и разрыва печатных проводников. Для монтажа модулей Е и И можно использовать специализированные ячейки ЯК-1 (2, 3) с полным печатным монтажом. При этом на ячейке ЯК-1 размещается семь каскадов модулей Б-4К и Е-4К (Б-4М и Е-4М), на ячейке ЯК-2 — двенадцать модулей И-4К (И-4М), а на ячейке ЯК-3 — семь каскадов модулей Б-5К и Е-5К.
Оценивая комплекс М-2К в целом, необходимо отметить, что по своим техническим характеристикам (табл. 14) он несколько лучше комплексов «Урал-10» и «Мир-1».
В настоящее время выпускается усовершенствованный комплекс М-2К-М, по своим электрическим схемам совпадающий с комплексом М-2К и рассчитанный на те же условия эксплуатации, но отличающийся от него, во-первых, меньшими размерами корпусов элементов (13x7X13 мм, вес не более 3,5 г) и, во-вторых, иными комплектующими электроэлементами (диоды 2Д503А). В состав комплекса входят семь типов модулей (Б-1К; Д-1К; Д-2К; Е-1К; И-1К; Б-2К; Е-2К), являющихся универсальными логическими элементами диодно-транзисторного и резистивно-транзисторного типов. Сокращение номенклатуры модулей достигнуто расширением нагрузочной способности основных модулей. Модули комплекса М-2К-М предназначены для построения радиоэлектронных устройств, работающих с частотой 250 кгц (транзисторы 1Т308В) и 150 кгц (транзисторы П416Б).
28
Таблица 13
Основные электрические характеристики модулей комплекса М-2К
Номинальный ток (ма), потребляемый от источника питания напряжением, в Напряжение, в Число
4S О ч на входе | на выходе входов
' Тип Уровень S
w SS модуля верхний нижний верхний нижний «и» ч S
S Е <=С >» -27 —10 -6,3 от до от До от До от ДО схемы схемы
Б-4К 1,2/1,8 3,4/0 0,45/0,4 0 —0,7 —8,4 —12,5 0 0,7 —8,4 — 12 5 5
К CQ СП СХ Д-4К Е-4К 3,6/2,4 6,6/4,3 0/4,3 3,8/3,3 0 —0,7 —8,4 —12,5 0 —0,7 -9 — 12,5 — —
О) С И-4К 2,3/3,3 — 1,5/1,3 0 —0,7 —8,4 —12,5 0 —0,7 —8,4 —12,5 — —
Вторая Б-5К Е-5К — 3,4/1,7 7,5/40 0,2/0,17 3,2/8,2 —0,4 +0,4 —4,5 —11 0 —0,4 —о,з +0,4 —4,5 —5 1 1 1 3 —
Б-4М 2,3/3,3 4,6/0 1/0,9 0 —1 —7,6 —12,5 0 — 1 —7,6 —12,5 5 5
Д-4М 6,6/4,6 — — 0 —1 —7,6 —12,5 — — — — — —
к Л Е-4М 6,6/4,3 0/4,3 3,8/3,3 — — — — 0 —1 —9 —12,5 — —
И-4М 2,3/3,3 — 1,5/1,3 0 —1 —7,6 —12,5 0 —1 —7,6 —12,5 — —
При меч ан и 2. Для модуля «ИЛИ» равно 3. я. 1. Числа до косой черты относятся Б-4М с транзистором П16Б верхний к нулевому, после косой черты уровень напряжения лежит в — к единичному состоянию схемы. пределах от 0 до —0,7 а, а число входов схемы
g
Основные технические характеристики комплекса М-2 К
Таблица 14
Логическая схема или устройство Максимальная рабочая частота, кгц Время выполнения операции, мксек Количество модулей, шт. Объем, см3 Нагрузочная способность в интервале температур, °C Потребляемая мощность, вт
от —10 до +50 от —60 до +70
Схема «И—НЕ» («ИЛИ—НЕ») ( ™ п_я v ' ( на четыре входа Схема «НЕ» Триггер с раздельными вхо- ( вариант 1 дами | » 2 » 1 * Одноразрядный счетчик < » 2 1 » 3 |' » 1 * Шестиразрядный счетчик < » 2 1 » 3 Дешифратор на три входа Регистр со сдвигом и выда- , « # чей информации в парал- i » о лельном коде * Последовательный сумматор ( одноразрядный Параллельный сумматор < двадцатиразряд- 1 ный Примечания. 1. Числа до косой черты действитель зовании транзистора П416Б. 2. Звездочка указывает на использование в устройстве д< 3. Числа в скобках относятся к модулям третьей группы 250/150 250/150 250/150 125/75 180/100 75/75 125/75 180/100 75/75 60/40 180/100 250/150 75/75 125/75 125/75 125/75 45/30 НЫ При ИС1 эполнителы 1. 3,5/6 3,5/6 3,5/6 3/4,5 5/9 2,5/4 3/4,5 3/4,5 12/18 3/4,5 3/4,5 3,5/6 2,5/4 6,5/10 3/4,5 5,5/9 20/30 гользованик 1ыХ элемен! 1 1,5 1 2 4 2 5,5 8 12 33 48 8 3 7 10 7 140 [ транзи 'ОВ. 6,1 8 6,1 12,2 22,4 30,8 42,8 185 257 60,5 37 52,6 40 800 стора Г 8(5) 8(5) 8(5) 7(4) 7(4) 5(2) 7(4) 6(3) 5(2) 7(4) 6(3) 8(5) 6(3) 5(2) 8(5) 7(4) 7(4) Г308В; посл< 6(4) 6(4) 6(4) 5(3) 5(3) 4(2) 5(3) 4(2) 4(2) 5(3) 4(2) 6(4) 4(2) 3(1) 6(4) 5(3) 5(3) г косой чер1 0,065(0,11) 0,065(0,11) 0,65(0,11) 0,12(0,2) 0,28(0,48) 0,13(0,21) 0,34(0,61) 0,57(0,87) 0,8(1,3) 2,1(3,7) 3,4(5,2) 0,42(0,74) 0,12(0,2) 0,42(0,82) 0,76(1,4) 0,5(0,85) 10(17) гы — при исполь-
§ 4. Комплексы типовых импульсно-потенциальных логических элементов
Комплекс „Магний*
Характерным представителем импульсно-потенциальных логических элементов является комплекс «Магний» (ЩК0.308.005ТУ), который в отличие от комплексов, рассмотренных ранее, не имеет логически связанной системы модулей.
Этот комплекс представляет собой набор типовых ячеек, выполненных на платах с печатным односторонним монтажом на фольгированном гетинаксе размером 180X62 мм. Из ячеек комплекса (каждая из них унифицирована) комплектуются блоки ячеек. Ячейки комплекса обрамлены двадцатичетырехштырьковыми вилками. В каждом блоке размещается 20 ячеек любого типа. Компоновка ячеек в блоке осуществляется установкой их на плате с печатным монтажом. Блок оканчивается двумя тридцатиконтактными вилками. Размеры блока 78X219X435 мм. Ячейки комплектуются обычными электрорадиоэлементами, соответствующими ГОСТам, ТУ и нормалям.
На основе типовых ячеек можно конструировать любые логические устройства универсальных и специализированных ЦВМ и отдельных устройств дискретной автоматики. Ячейки комплекса можно эксплуатировать при рабочей температуре от—10 (предельно от — 50) до +50° С (предельно до +65° С) и при относительной влажности воздуха до 98% (при 40°С). Они выдерживают вибрации в диапазоне от 10 до 70 гц с ускорением 3,5 g и многократные удары (при общем числе 2000) с ускорением до 75 g.
Функциональные схемы ячеек, узлов и устройств просты и удобны в наладке и эксплуатации.
В состав комплекса входят ячейки десяти типов: потенциальные ячейки Тг, Д, И и Имк, импульсные ячейки Ф1, Фг, Фз, Ф4 и Фк, ячейки фильтра источника питания Фл.
Основные параметры входных и выходных сигналов для ячеек комплекса приведены в табл. 15 и 16. Ячейки комплекса нормально функционируют при изменении питающих напряжений в пределах ±5% от их номинальных значений.
Во всех ячейках комплекса в качестве основных комплектующих электрорадиоэлементов использованы полупроводниковые диоды Д10Б и Д220 и транзисторы П416А.
Ячейка Тг (рис. 6) — статический триггер с инверторами на выходах. Предназначена для счета и хранения информации. Имеет один счетный вход и три выхода, один из которых используется для подключения сигнальной лампочки.
Ячейка Д (рис. 7) предназначена для выполнения логической операции «И — НЕ» («ИЛИ — НЕ») верхних (нижних) уровней потенциальных сигналов. Собрана на транзисторах П416А. Состоит из двух идентичных и независимых друг от друга схем на пять входов.
Ячейка И (рис. 8) состоит из двух идентичных и независимых друг от друга схем, выполняющих каждая в отдельности логическую функцию «НЕ» для потенциальных сигналов. Собрана на транзисторах П416А.
Ячейка Имк (рис. 9) состоит из двух идентичных и электрически независимых схем, выполняющих логическую функцию «НЕ» (режим мощного инвертора) и функцию элемента связи (режим работы на кабель). Предназначена для усиления по мощности выходных сигналов потенциальных элементов и для работы на кабель марки ИКМ-3 длиной 20 м с волновым сопротивлением 100 ом.
Ячейка Ф1 (рис. 10) —двухкаскадный усилитель-формирователь с шестью импульсно-потенциальными клапанами на входе, из которых три имеют по три входа, а все остальные — по два входа. Собрана на транзисторах П416А. Предназначена для выполнения логических функций «И», «ИЛИ», а также для усиления и формирования импульсных сигналов.
Ячейка Фг — разновидность ячейки Фь отличается от нее тем, что имеет вместо шести клапанов только два, каждый на три входа.
31
Таблица 15
Входные сигналы ячеек комплекса «Магний»
Тип ячейки Полярность * Импульсные Потенциальные
Начальный уровень, в Амплитуда в Длительность, мксек Максимальная длительность, мксек Допустимая помеха
Уровни, в
фронта спада амплитуда в длительность, мксек разрешающий запрещающий
Ф1 ф, Фз ф4 Фк п От —0,4 до —0,6 3,4—7,0 3,4—7,1 3,4—7,0 3,4—7,1 3,4—7,0 От 0,09 до 0,35 0,05 0,06 0,05 0,06 0,05 0,15 0,16 0,15 0,16 0,15 1,6 1,5 1,6 1,5 1,6 0,41 0,42 0,41 0,42 0,40 От 3,5 до 7 От —0,4 ДО —1,6
Тг — От —0,4 ДО —1,6 4,3—7,1 От 0,1 до 0,34 0,06 0,15 1,5 0,41 — —
Д — 0,12 0,25 0,40
И О — — — 0,12 0,26 1,0 0,41 От 4,4 до 7 От —0,4 ДО —1,6
Имк — 0,13 0,25 0,40
• П — положительные импульсы; О — отрицательные импульсы. Амплитуды сигнала и помехи даны относительно уровня нулевого потенциала.
Таблица 16
Выходные сигналы ячеек комплекса «Магний»
Тип ячейки Полярность Начальный уровень, в Амплитуда, в Длительность импульса, мксек Максимальная длительность, мксек Задержка выходного импульса, мксек Уровни, в Максимальное время, мксек
фронта спада нижний верхний включения выключения
4,3—7,0 0,05 0,16 0,03—0,1
$2 4,3—7,1 0,06 0,15 0,03—0,1
Фз п От—0,4 До —1,4 3,5—7,0 От 0,1 до 0,34 0,05 0,16 0,05—0,1 — — — —
4,3—7,1 0,06 0,15 0,03—0,1
Фк 3,5—7,0 0,05 0,16 0,03—0,1
Тг 0,12 0,25 0,20 0,32
Д О 0,12 0,25 0,35 0,40
И 0,12 0,26 От —0,4 ДО —1,4 От 4,6 до 6,2 0,35 0,40
Имк 0,13 0,15 0,26 0,30 0,45 0,80 0,45 0,80
Примечания. 1. Амплитуда сигнала дана относительно уровня нулевого потенциала. 2. Параметры сигналов ячейки Имк, указанные в знаменателе, относятся к режиму работы на кабель. 3. П — положительные импульсы; О — отрицательные импульсы.
Рис. 6. Ячейка Тг.
Диоды (помимо особо обозначенных) — Д220.
Рис. 7. Ячейка Д.
Диоды (помимо особо обозначенных) — Д220.
34
Рис. 8. Ячейка И.
Диоды (помимо особо обозначенных) — Д220.
Рис. 9. Ячейка Имк.
Диоды (помимо особо обозначенных) — Д220.
Рис. 10. Ячейка Фь
Диоды (помимо особо обозначенного) — Д10Б.
Рис. 11. Ячейка Фк.
Диоды (помимо особо обозначенного) — Д10Б.
36
Таблица 17
Электрические параметры типовых ячеек комплекса «Магнийэ
Тип ячейки Нагрузочная способность Ток (ма) от источника питания напряжением, в
+ 6,3 +20 —15
Тг Д И 4 входа ячеек Д, И, Имк; 4 одновременно опрашиваемых импульсно-потенциальных клапана из числа 10 подключаемых 43 36(0) 36(0) 4 7(6) 7(6) 56 51(42) 51(42)
Имк 20 (4)* входов ячеек Д, И, Имк; 15 (3)* одновременно опрашиваемых импульсно-потенциальных клапанов из 25(10)* подключаемых 140(0) 120(0) И(Ю) 12(11) 165(120) 88(80)
Ф1 Ф2 Ф4 4 импульсно-потенциальных клапана; 1 вход Тг и 2 импульсно-потенциальных клапана; 1 вход линии задержки и 1 импульсно-потенциальный клапан 24 24 24 10 3,5 7 18 18 18
фз 10 импульсно-потенциальных клапанов; 1 вход линии задержки ц4 импульсно-потенциальных клапана 28 10 31
Фк 3 импульсно-потенциальных клапана; 1 вход линии задержки и 1 импульсно-потенциальный клапан 42 7 18
Примечания. 1. Числа в скобках относятся к ла в знаменателе — к работе ячейки Имк на кабель. 2. Числа в скобках со звездочками относятся к бель. нулевому состоянию схемы; чис-ячейке Имк, работающей на ка-
Таблица 18
Основные технические показатели логических схем и устройств, выполненных на типовых ячейках комплекса «Магнийэ
Логическая схема или устройство Рабочая частота, Мгц Время выполнения операции, мксек Количество ячеек, шт. Объем, сл<3 Потребляемая мощность, вт
Импульсно-потенци- ( две схемы «И» по три входа 1,5 0,34 1 195 0,47
альная схема 4 три » «И» » » » 1,5 0,34 1 195 0,5
«И—ИЛИ» 1 » » «И» » два » 1,5 0,34 1 195 0,6
Потенциальная схема «И—НЕ» на пять входов 1,5 0,6 Ъ 97 0,55
» » «НЕ» 1,5 0,6 Ъ 97 0,55
Триггер с раздельными входами 1.5 0,6 2 390 1,7
г „о „„„ 1 одноразрядный 1,5 0,6 1 195 1,2
Счетчик | шестиразрядный 1,5 0,6 18 3500 13,2
Дешифратор на три входа 1,5 0,6 4 780 2,2
Регистр со сдвигом влево и вправо 1.2 0,8 3 585 1,9
„ ( одноразрядный Параллельный сумматор ( двухразрядный 1,5 0,5 0,6 2,0 3 60 585 11700 2,2 34,0
Примечание. Под рабочей частотой триггера подразумевается частота егс ) пере-
ключения.
37
Ячейка Ф3 по своим логическим возможностям соответствует ячейке Фр Предназначена для усиления и формирования мощных импульсных сигналов, имеет несколько большую нагрузочную способность.
Ячейка Ф4, являясь модификацией ячейки Ф1, отличается от нее тем, что имеет на входе три импульсно-потенциальных клапана, каждый на три входа. В ячейке имеется также свободная линия задержки, выходные сигналы которой могут запускать формирователь.
Ячейка Фк (рис. 11) предназначена для работы на согласованный кабель марки ИКМ-3 длиной 20 м с волновым сопротивлением 100 ом. Выполняет логические функции «И», «ИЛИ», а также усиливает и формирует импульсные сигналы. Собрана на транзисторах П416А. Представляет собой двухкаскадный усилитель-формирователь с двумя импульсно-потенциальными клапанами на входе, каждый на три входа.
Ячейки Фл — блок конденсаторов, предназначенный для фильтрации питающих напряжений.
Нагрузочные способности основных ячеек комплекса «Магний» и токи, потребляемые ими от источника питания, приведены в табл. 17. Основные технические показатели некоторых логических схем и устройств дискретной автоматики, отражающие возможности комплекса типовых логических элементов «Магний», представлены в табл. 18.
По образцу только что рассмотренного комплекса «Магний» разработаны и другие описываемые ниже комплексы плоских модулей с логическими схемными элементами для судовых радиоэлектронных устройств дискретной автоматики и вычислительной техники.
Система логических схемных элементов с импульснопотенциальными связями на предельную частоту 330 кгц
Плоские модули этой системы конструктивно скомпонованы на стеклотекстолитовой печатной плате с односторонним и двухсторонним монтажом размером 160X60X1,5 мм. На одной из длинных сторон платы расположены выходные ламели тридцатиодноконтактного разъема (КА3.647.006Сп). Разъем выполнен под запайку и имеет параллельный фрикционный контакт. На углах другой длинной стороны платы размещены две колодки питания (КА3.656.054Сп). На платах в удобных для обзора и монтажа комбинациях находятся комплектующие схемные элементы. Количество типов элементов строго ограничено (не более 10).
Набор комплектующих элементов содержит транзисторы МП 16 (А, Б) и МП26А, диоды Д9Б и Д9Д, конденсаторы МБМ, БМ-2 и КСОТ, резисторы МЯТ и УЛМ, импульсные трансформаторы и дроссели на основе ферритового сердечника «Оксифер-ЮОО» размером 7X4X2 мм.
Электропитание модули комплекса получают от стабилизированных источников номинальным напряжением 1,2; 1,5; 9 и 13 в. Плоские модули рассчитаны на работу в условиях рабочих температур от —10 до +50° С, относительной влажности до 98% (при 40°С), механических вибраций с частотой до 120 гц при ускорениях до 2,5 g, многократных ударов с ускорением до 15 g, ускорений при одиночных ударах до 500 g.
Комплекс состоит из следующих функциональных модулей и элементов запоминающих устройств для ЦВМ: а) статический триггер 1Т1; б) плата с четырьмя ключами 1К и четырьмя вентилями 1В1; в) плата с семью вентилями 1В1; г) плата с четырьмя вентилями 1В2; д) плата с шестью однокаскадными усилителями 1У1; е) плата с четырьмя двухкаскадными усилителями 1У5 для работы на вентили 1В1 и 1В2; ж) плата с четырьмя двухкаскадными усилителями 1УК для работы на кабель с волновым сопротивлением 50 (75) ом; з) плата 1ДТ4 — дешифратор триодный; и) плата 10Д — диодная сборка из девяти диодов; к) плата Ин, содержащая 14 схем индикации; л) плата Пк, содержащая 11 параллельно соединенных конденсаторов МБМ по 0,5 мкф каждый; м) кассета ОЗУ (оперативного запоминающего устройства), плата ДЗУ (долговременного запоминающего устройства) и кассета ЗУК (запоминающего устройства команд),
38
представляющие собой магнитные запоминающие устройства типа «куб памяти» (табл. 19); н) платы 1У48, 1У48А и 1У49 для усиления и выделения полезных сигналов воспроизведения, считываемых с сердечников куба ЗУК, ОЗУ и ДЗУ (соответственно); о) плата типа 1ДМУ — дешифратор с усилителями для расшифровки импульсов кода, формирования и усиления выходных импульсов.
Таблица 19
Основные технические характеристики элементов запоминающих устройств
Запоминающее устройство Информационная емкость, количество слоев Разрядность Время обращения, мксек Диаметр сердечника, мм Материал сердечника Число сердечников
Кассета ОЗУ 128+8 30+2 12—16 2 1,ЗВТ 4352
Плата ДЗУ 96 64 6—8 7 Ф-1000А —
Кассета ЗУК 132 64 16 4 1,ЗВТ 8448
Примечание !. Тип выр аботки — не посредственный (Z).
Основные технические характеристики модулей 1У и 1ДМУ приведены в табл. 20.
Таблица 20
Основные технические характеристики модулей 1У и 1ДМУ
Тип модуля Максимальная частота следования импульсов, кгц Входные импульсы Выходные импульсы Коэффициент усиления по мощности
длительность, мксек амплитуда, мв длительность, мксек амплитуда, в
1У48 120 0,3—0,8 >10 1,0—2,5 4—7 50 000
1У48А 65 0,3—0,8 >100 1,0—2,5 4—7 50 000
1У49 120 0,8—5,5 <150 0,8—2,5 4—6 >1 000
1ДМУ 80 1—4 (10-13). 10» 2—6 15—20 —
Система логических схемных элементов „Азов-Г‘ с импульсно-потенциальными связями на максимальную частоту 1—1,5 Мгц
Эта система (технические условия КА0.308.072ТУ) представляет собой усовершенствование описанной выше системы на 330 кгц.
Конструктивной основой модулей комплекса «Азов-1» является та же печатная плата, но комплектующие электрорадиоэлементы выбраны более надеж
39
ными. Это: транзисторы 1Т308 и П605А, диоды Д311А и Д220, конденсаторы К22У-1Б и МБМ, резисторы МТ и МТБ.
Конструкция плат, как и в предыдущем комплексе, обеспечивает довольно высокую плотность упаковки элементов в единице объема, доступность любой точки монтажа, возможность автоматизировать изготовление при серийном производстве. Состоит комплекс из следующих блоков:
Тг, В (КА3.088.519Сп) —два статических триггера с эмиттерными повторителями, диодно-конденсаторными вентилями и просто вентилями;
УСМ (КА3.088.439Сп) —четыре импульсных усилителя средней мощности;
П (КАЗ .088.436Сп) — два инвертора с мощными эмиттерными повторителями и большое число импульсно-потенциальных диодно-конденсаторных вентилей;
У ММ, В (КА3.088.437Сп) — семь усилителей малой мощности и импульснопотенциальные диодно-конденсаторные вентили;
У ММ, 2В (КА3.088.438Сп) — шесть усилителей малой мощности и 12 вентилей (по два на входе каждого усилителя);
У БМ, В (КА3.088.441Сп) —два однотипных импульсных усилителя большой мощности с входным вентилем каждый;
УК (КА3.088.440Сп) — шесть импульсных усилителей;
КЦ (КА3.088.443Сп) — 25 RC-цепочек для компенсации помех; цепочки объединены в пять групп по пять штук в каждой;
В (КАЗ .088.442Сп) —десять импульсно-потенциальных диодно-емкостных вентилей, предназначенных для использования в схемах совпадения импульсных и потенциальных сигналов.
Помимо этого, в комплекс входят следующие блоки устройств управления и контроля:
ПД-8 (КАЗ .088.523Сп) для дешифрования трехразрядного двоичного кода; вырабатывает сигналы положительной полярности с амплитудой 3—5 в и длительностью 0,05—0,2 мксек; выходным сигналом можно опросить четыре вентиля (из них два открыты по импульсному входу); частота работы — не более 1,2 Мгц;
ПД-16 (КА3.088.531Сп) для дешифрования четырехразрядного двоичного кода; параметры те же, что у ПД-8;
ДП -256 (КА3.088.545Сп) —долговременное запоминающее устройство (ДЗУ) на 256 стодвадцативосьмиразрядных чисел, предназначенное для построения микропрограммных устройств управления; вырабатывает сигналы положительной полярности с амплитудой 1,5—2 в и длительностью 0,05—0,2 мксек; частота работы— не более 1,2 Мгц, время считывания 40 нсек;
УПД, Вн (КА3.088.569Сп) —совокупность пяти усилителей порогового дешифратора, на входах которых имеются импульсно-потенциальные вентили: предназначен для работы на блок ДП-256; вырабатывает сигналы положительной полярности с амплитудой 5 в при длительности 0,05—0,2 мксек; частота работы— не более 1,2 Мгц;
К-1 (КА3.088.573Сп) и К-3 (КА3.088.565Сп) для суммирования контрольных кодов; параметры выходных сигналов те же, что у УПД, Вн;
Усовершенствованный комплекс логических элементов «Азов-1» может включать и систему плоских модулей для преобразующих устройств, необходимых в случае комплексной работы ЦВМ с аналоговыми автоматическими устройствами судовых систем.
Показатель надежности блоков (среднее значение) при работе в нормальных условиях — не хуже 5 • 10“6 отказов/ч. Допускается эксплуатация блоков в условиях инея, росы и морского тумана.
На основе комплекса «Азов-1», устройств ввода и вывода, ДЗУ, ОЗУ и ЗУК, системы преобразующих устройств и унифицированных источников питания можно сконструировать ряд или семейство однородных ЦВМ, отличающихся друг от друга емкостью памяти, сложностью решаемых задач и выполняемых функций. В этом отношении комплекс «Азов-1» можно считать наиболее отработанной системой основных логических элементов (модулей), пригодной для использования совместно с другими устройствами при построении судовых ЦВМ второго поколения, разнообразных устройств дискретной автоматики, в том числе и в судовых системах автоматического управления техническими и вспомогательными средствами.
40
§ 5. Конструирование судовых устройств и систем дискретной автоматики на ферротранзисторных модулях ФМ-125 и ФТМ
Схемы дискретной автоматики на магнитных сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса можно конструировать с использованием как активных, так и пассивных цепей связи между ними.
В обоих случаях основой магнитного элемента является тороидальный сердечник, выполненный либо из металлической ленты специального железо-никелевого сплава, либо на основе оксидных ферромагнетиков (ферритов).
Функциональные элементы (модули) с активными связями между сердечниками образуются с помощью полупроводниковых усилительных элементов — транзисторов. В таких гибридных элементах, называемых ферротранзи-сторными модулями (ФТ-модулями), магнитные сердечники определяют состояние электромагнитной схемы, а транзисторы используются как элементы управления и подачи мощности и как буферные элементы. То обстоятельство, что ферромагнитный сердечник с прямоугольной петлей гистерезиса обладает двумя устойчивыми состояниями в точках положительной и отрицательной остаточной магнитной индукции, позволяет широко использовать его в качестве двоичного запоминающего элемента.
Схемы на ферритах рассчитаны на различные режимы работы сердечников. ФТ-модули выполнены, как правило, на основе трансформаторных схем. В этих схемах, получивших наиболее широкое распространение как в современных ЦВМ, так и в судовых устройствах дискретной автоматики, перевод сердечника из одного состояния в другое осуществляется подачей импульса тока в управляющие обмотки. Обычно сердечник имеет несколько входных обмоток, одну выходную и одну обмотку считывания.
Входные обмотки обычно питаются импульсами тока постоянной полярности, а требуемое направление магнитного поля обеспечивается направлением намотки витков этих обмоток. Входные обмотки, которые при подаче импульса тока переводят сердечник в состояние «1», носят название обмоток возбуждения, а обмотки, переводящие сердечник в состояние «О», — обмоток запрета.
Передача информации в выходную обмотку сердечника происходит в два такта: в первом такте осуществляется запись информации, для чего во входные обмотки подают сигналы, переводящие сердечник в состояние «1» или «О»; во втором — в обмотку считывания подают импульс тока, переводящий сердечник в состояние «О».
Перемагничивание сердечника происходит в случае прохождения через нагрузку схемы относительно большого импульса тока. Мощность сигналов в выходной обмотке не зависит от мощности входных сигналов, а определяется только мощностью импульса считывания. Так как перемагничивание сердечника происходит с помощью транзистора, то тактовый импульс может быть сравнительно небольшим.
Мощность, потребляемая схемой в состоянии покоя, бесконечно мала, а максимальная мощность выходных импуль’сов определяется допустимой мощностью рассеяния транзистора. В ФТ-модулях широко используется включение транзистора по схеме с общим эмиттером, что обеспечивает наилучшее согласование его параметров с параметрами сердечника.
Состояние сердечника с несколькими входными обмотками определяется суммой магнитных полей, наводимых токами тактовых импульсов каждой из них. Это-то и позволяет выполнять логические операции устройством, созданным на основе ФТ-модулей.
ФТ-схемы выгодно отличаются от модулей транзисторного типа и рядом чисто эксплуатационных достоинств, прежде всего не очень высокими требованиями к величине- и форме тактовых импульсов. Важно и то, что невелики требования также к параметрам сердечников и транзисторов. Достаточно сказать, что разброс параметров комплектующих элементов в пределах ±15% не нарушает работу ФТ-схем. Значительные преимущества имеют такие схемы в случае
41
их применения в импульсных разветвленных цепях логических устройств, в которых входные обмотки нескольких сердечников могут включаться последовательно в выходную цепь одного транзистора. На ФТ-модулях можно компоновать триггеры, распределители, двоичные счетчики, дешифраторы и другие устройства дискретной автоматики.
Отечественная промышленность разработала и выпускает несколько комплексов ФТ-модулей, в том числе комплекс ФТМ на предельную частоту 30 кгц, состоящий из четырех ячеек памяти (ЯП4-1, ЯП4-2, ЯП5-2, ЯП5-4) и четырех ячеек запрета (Я34-1, Я34-2, Я35-2, Я35-4), и комплекс ФТМ на рабочую частоту 200 кгц, состоящий из шести типовых модулей от ФТ-1 до ФТ-6. Эти комплексы предназначены для разработки логических схем промышленной автоматики и стационарных вычислительных машин универсального типа.
Комплекс ферротранзисторных модулей ФМ-125
Этот комплекс обладает несколько большей надежностью, чем оба названных выше комплекса ФТМ, и к тому же пригоден к работе в худших, нежели они, климатических и механических условиях. Представляет собой функционально полную систему элементов, работающих по кодово-импульсному принципу с верхней границей частотного диапазона 125 кгц. Малая номенклатура простых схем, их устойчивость к повышенным механическим нагрузкам, хорошие частотные характеристики, минимальные габариты и незначительный вес модулей позволяют рекомендовать его для использования в некоторых судовых специализированных малогабаритных устройствах радиоэлектроники и дискретной автоматики.
В составе комплекса ФМ-125 — пять модификаций модулей. Четыре из них (ФМ-1, ФМ-2, ФМ-4 и ФМ-5)—маломощные, скомпонованные на основе ферритового сердечника и транзистора МП16Б, пятый (ФМ-3) дополнен усилителем мощности на транзисторе П605. Все модули способны реализовать логические функции «ИЛИ», «Запрет», «Хранение информации».
Реализация последней из названных функций осуществляется без потребления энергии, что является характерной особенностью ФТ-модулей с ферритовым сердечником. Нагрузка маломощных модулей включается между выходом и резистором в цепи коллектора с сопротивлением НО ом. Этот резистор конструктивно и схемно не входит в модуль, но компонуется на общей с ним печатной плате. Модули всех модификаций нормально работают и сохраняют свои номинальные параметры при изменении питающего напряжения (—12,6 в) в пределах ±10%.
Таблица 21
Условия эксплуатации модулей комплекса ФМ-125
Тип модуля Вибрация в диапазоне частот (гц) с ускорением, g Ускорение, g
при многократных Ударах при одиночных ударах центробежное
5—2000 5—1000
ФМ-1, ФМ-2, ФМ-4 и ФМ-5 15 — 150 1000 150
ФМ-3 — 10 35 500 50
П р и м е ч а минальная рабоч; до 4- 70° С; относи ние — разрежение ние. Остальи ая температура [тельная влажн : до 5 мм рт. С' 1ые условия одинаковы для в — от — 40 до +60° С; преде-г ость воздуха — до 98% (при -г. (при 25+10° С). сех модулей комплекса: ножная температура — от — 60 4-40° С); атмосферное давле-
42
ФМ-125 нор-при климати-воздействиях,
12) — ФТ-эле-отрицательной
Конструктивной особенностью маломощных модулей комплекса является то, что все они выполнены на корпусе накопительного трансформатора, который служит основанием для распайки транзистора и эмиттерного резистора. Конструкция корпуса позволяет устанавливать в модуле транзисторы как с горячесварным, так и с холодносварным корпусами и резисторы различных типов (УЛИ-0,1; БЛП-0,1; МОН-0,5 и др.). Размеры всех модулей (кроме ФМ-3) 26X16X12,5 мм\ вес 7,5 г.
Модули комплекса мально эксплуатируются ческих и механических указанных в табл. 21.
Модуль ФМ-1 (рис. мент с положительной и обратными связями, предназначен для формирования сигналов записи информации; выпускается в вариантах А, Б и В (табл. 22).
Модуль ФМ-2 (рис. 12) отличается от ФМ-1 только величиной сопротивления в цепи эмиттера; выпускается в вариантах А и Б.
Модуль ФМ-3 (рис. 13) с оконечным каскадом усилителя мощности на мощном транзисторе П605, имеющем радиатор охлаждения. Предназначен для формирования сигналов записи и считывания. Входы модуля соответствуют варианту В. Выполнен на гетинаксовой плате с односторонним печатным монтажом. Размеры модуля 125X52,5X18 мм\ вес 165 г.
Рис. 12. Модули ФМ-1, ФМ-2 и ФМ-4.
У модуля ФМ-2 сопротивление резистора равно 5 ом, у остальных оно составляет 12 ом.
Рис. 13. Модуль ФМ-3.
12) предназначен для реализации схемы совпадения
Модуль ФМ-4 (рис.
на два входа. Входы выполнены по варианту Б.
Модуль ФМ-5 (рис. 14) —элемент с положительной и нелинейной отрицательной обратными связями. Реализует схему «ИЛИ» на 10—15 входов.
43
Отличается от модулей ФМ-1 и ФМ-2 тем, что резистор в цепи эмиттера заменен диодом Д219А. Входы модуля выполнены по^ варианту Б.
Основные технические характеристики модулей комплекса ФМ-125 приве-
дены в табл. 23.
Комплекс типовых ферротранзисторных модулей ФМ-125 предусматривает их компоновку в логические узлы на ячейках ЯФ-0 и ЭФМ-3. Ячейка ЯФ-0 представляет собой плату размером 150X230 мм с двухсторонним^ печатным монтажом, оканчивающуюся тридцатиконтактной вилкой. На ячейке размещается до 30 модулей и 40 коллекторных резисторов. Плата ячейки не имеет законченной логической схемы; она предназначена для экспериментального макетирования на стадии разработки опытного производства устройств дискретной автоматики. Монтаж любой схемы осуществляется установкой перемычек и раз-
рывом печатных проводников, а монтаж ячейки — установкой модулей и резисторов, выводы которых припаивают к металлизированным отверстиям печатной платы.
Для монтажа модулей типа ФМ-2 используют ячейку ЭФМ с полным печатным монтажом. На ячейке с теми же размерами, что и ЯФ-0, размещается три модуля ФМ-3.
Для компоновки ячеек в блоки и законченные логические устройства специализированных ЦВМ можно использовать шкафы и панели комплекса «Урал-10».
Возможность построения логических схем и устройств дискретной
автоматики на модулях комплекса
Рис. 14. Модуль ФМ-5. ФМ-125 обеспечивается их способ-
ностью выполнять систему логических функций «НЕ», «ИЛИ», «Запрет», достаточную для получения всех булевых функций. Особенностью комплекса (по сравнению с ранее рассмотренными) является выполнение функции запоминания информации на одном модуле с последующим логическим считыванием. Основные технические характеристики некоторых логических схем и устройств, выполненных на модулях комплекса ФМ-125, даны в табл. 24, где
Таблица 22
Назначение входных обмоток модулей комплекса ФМ-125
Номер входа Варианты модулей
А Б В
I Считывание (2) Считывание (2) Считывание (2)
1 II 1 Запись (16) Запись (16) Запись (2)
III Запись (25) Считывание (16) Запись (16)
IV Приме Запрет (25) ч а и и е. В скобках указ Запрет (25) | Запрет (25) (ЭНО число витков входных обмоток.
44
Таблица 23
Основные технические характеристики модулей комплекса ФМ-125
Средняя Параметры импульсов без нагрузки на (при i = 25+10° С) i выходе
Тип модуля потребляемая мощность, вт Амплитуда, ма Длительность, мксек
импульса фронта спада
ФМ-1 0,25 100+110 2+0,2 0,3+0,1 От 0,3 ДО 1,0
ФМ-2 0,40 105±10 3+0,3 0,3+0,1 От 0,3 до 1,0
ФМ-3 3,15 (2,45) 900 (600) От 2,8 до 3,0 От 0,3 до 0,7 От 0,3 ДО 0,7
ФМ-4 0,19 100+10 От 1,5 до 2,2 От 0,2 до 0,3 От 0,3 ДО 0,9
ФМ-5 0,27 100+10 От 1,6 до 2,7 От 0,2 до 0,4 От 0,25 до 0,6
Тип модуля Нагрузочная способность
по записи по считыванию по запрету записи
в диапазоне температур, °C
От +5 до +40 От —10 до +50 От —40 ДО +60 От +5 ДО +40 От —10 до +50 От —40 до +60 От —40 до +60
ФМ-1 ФМ-2 ФМ-3 ФМ-4 ФМ-5 4 4 30 3 2 3 4 30 3 2 2 3 30 3 2 4 30 3 30 2 20 111^1
Число одновременно работающих входов схемы «ИЛИ>
по записи от ФМ-1 по запрету записи
Тип от ФМ-2
модул я
в диапазоне температур, °C
от +5 до +40 от —10 до +50 От —40 до +60 | От —40 до +60
ФМ-1 3 3 2 4
ФМ-2 3 3 2 4
ФМ-3 3 2 2 2
ФМ-4 3 2 2 2
ФМ-5 3 3 2 2
Примечания. 1. Напряжение питания для всех модулей комплекса составляет — 12,6 в +10%, рабочая частота равна 125 кгц.
2. Данные, приведенные для ФМ-3 в скобках, соответствует схеме с резистором, включенным последовательно с нагрузкой.
45
Таблица 24
Технические характеристики основных устройств дискретной автоматики, выполненных на модулях комплекса ФМ-125
Логическая схема или устройство Рабочая частота, кгц Время выполнения операции, мксек Количество модулей, шт. Количество тактовых цепей, шт. Объем, смя Нагрузочная способность по записи Потребляемая мощность, вт
импульсная средняя
Схема «Запрет» 125 8 1 1 15,8 2—3 1,67 0,37—0,52
п тлтттл ( на два входа Схема «ИЛИ» { 125 8 1 1 15,8 2—3 1,67 0,37—0,52
( на четыре входа 125 8 2 2 30,3 2—3 2,1 0,49—0,64
Схема «НЕ» 125 8 1 1 15,8 2—3 1,67 0,37—0,52
Схема «И» на два входа 125 8 2 2 32,8 3 2,1 0,44
Динамический триггер с выходом «1» 125 8 2 2 31,3 1—2 1,67 0,74—0,90
Счетчик с динамическими ( одноразрядный 125 16 7 4 88 1—2 3,3 1,5
выходами «0» и «1» ( шестиразрядный 125 18 42 24 528 1—2 15 6,7
Счетная схема до 2 (до 6) 125 4(4) 3(8) 2(5) 40(97) 1-2 3,3(8,3) 0,9(1,6)
Дешифратор на три входа ( в ПРЯМ°М и кратном с сигналами на входе | в “рДЯМ0М коде 125 8 8 2 80 2—3 2,1 0,5—0,64
125 12 15,5 7 182 2—3 5,01 2,7
Динамический регистр / в одном направлении 125 8 2 2 31,3 1—2 1,67 0,74—0,9
со сдвигом { в двух направлениях 125 16 6 3 67 2—3 3,3 0,75
Последовательный сумматор 125 12 11 6 120 2—3 4,8 1,6
( одноразрядный Параллельный сумматор { ( двадцатиразрядный 1 125 12,5 12 80 9 180 3 30 87 1530 2—3 2—3 3,2 32 1,5 3,6
Таблица 25
Технические характеристики основных устройств дискретной автоматики, выполненных на модуле ФТМ
Логическая схема или устройство Рабочая частота, кгц Время выполнения операции, мксек Количество модулей, шт. Количество тактовых цепей, шт. Объем, см* Нагрузочная способность Потребляемая мощность, вт
импульсная средняя
Схема «И» ( на два входа ( на четыре входа 50 50 10 10 2 4 5 9 28 56 4 4 1,9 4,7 о,3 0,7
Схема «ИЛИ» ( на два входа 1 на четыре входа 50 50 10 20 1 1 1 1 12 12 7 7 1,7 1,7 0,2 0,2
Схема «НЕ» 50 20 2 4 27 4 1,9 0,27
Динамический триггер с выходом «1» 50 10 3 4 38 6 1,9 0,44
Динамический счетчик С ВЫХОДОМ «1> ( [ шестиразрядныи 50 50 15 25 6 36 4 24 67 402 3 3 1,9 П,4 0,6 2,1
Дешифратор на три входа 50 15 18 27 230 4 4,5 1,7
Динамический „пт,™™,, 1 в одном направлении регистр со сдвигом ( в д*ух напр£влениях 50 50 10 20 2 7 2 8 24 84 6 4 1,7 3 0,4 0,7
Сумматор последовательный 50 20 10 17 130 4 6,5 1,6
Параллельный сумматор I одноразрядный у ₽ t двадцатиразрядныи 50 30 20 32 9 180 16 320 120 2400 4 4 5,8 117 1,4 17
время выполнения операции приведено для считывания результата тактовым импульсом. Графы «Объем» и «Потребляемая мощность» заполнены с учетом вспомогательных (тактовых) цепей.
Комплекс ферротранзисторных модулей ФТМ
Ферротранзисторный модуль ФТМ (Ц0.308.000ТУ) отличается от модулей типового комплекса ФМ-125 тем, что является элементарной логической ячейкой на рабочую частоту 50 кгц (при четырехтактном цикле) и 100 кгц (при двухтактном цикле работы).
ФТМ обеспечивает построение любых логических схем по принципу разновременного запрета, что избавляет их от вредного воздействия как разброса параметров выходных импульсов, так и задержек выходных импульсов относи
тельно входных.
Модульное построение схем на основе ФТМ дает высокую степень унификации, приводит к взаимозаменяемости любого ФТМ схемы и упрощает про-
цессы проектирования, изготовления и наладки схем. Модульное построение ФТ-ячейки и использование принципа разновременного запрета обеспечивают высокую эксплуатационную надежность проектируемых РЭС.
Модули ФТМ нормально работают при рабочей температуре от +5 до +50 °C, относительной влажности воздуха до 93% (при +30°С), выдерживают вибрации с частотой до 20 гц и ускорением 2 g.
Ферротранзисторный модуль ФТМ предназначен для формирования сигналов записи, считывания и гашения. Он имеет пять входных об-
моток, обеспечивающих выполнение следующих операций: I и II — считывание, III и IV — запись, V — гашение. Принципиальная электрическая схема модуля представлена на рис. 15.
Ограничивающий резистор /?2 включается в цепь коллектора путем объединения входов VI и VII модуля. Величина сопротивления выбирается из ряда 91, 82, 62, 43 ом в зависимости от конкретной логической схемы. Резистор /?1 — нестандартный, его сопротивление 5 ом. Модуль смонтирован в корпусе из термопласта и закрыт крышкой со сквозными пазами для установки навесного резистора /?2. Размеры корпуса 14X36X15 мм.
Типовые ФТ-ячейки обеспечивают построение различных дискретных схем любой сложности на одном типе логической ячейки. Использование таких мо-
дулей позволяет компоновать различные последовательные, параллельные, синхронные и асинхронные цифровые логические устройства автоматики (табл. 25).
Основные параметры типового модуля ФТМ таковы: напряжение питания —12,6 в ±10%; средняя потребляемая мощность 0,17 вт при рабочей частоте 50 кгц и 0,34 вт при рабочей частоте 100 кгц\ амплитуда импульсов I202L50 ма,
длительность импульсов 4 мксек\ нагрузочная способность на запись равна 7, на считывание 7, на гашение 2 элементам; допустимое число одновременно работающих входов схемы «ИЛИ» по записи 2, по считыванию 4; надежность модуля 5* 10-4 отказов/ч; вес 6,3 г.
§ 6. Комплекс ферродиодных логических элементов ФДЭ-30
Основным элементом ферродиодных ячеек (как и ферротранзисторных) является магнитный сердечник с прямоугольной петлей гистерезиса. При формировании ферродиодных логических ячеек (модулей) возникает необходимость последовательного соединения двух и более магнитных сердечни-
48
ков. Цепь связи между ними должна обеспечивать задержку передаваемых сигналов, ибо в противном случае импульсы считывания совпадают с входными и препятствуют переходу второго сердечника в состояние «1». Передача информации при этом прерывается.
В отличие от ферротранзисторных ячеек с их активными цепями связи, фер-родиодные ячейки имеют пассивные цепи связи. Это приводит к таким существенным недостаткам, как:
а) необходимость в мощных источниках импульсов считывания постоянной амплитуды, формы и длительности, работающих на переменную нагрузку, что приводит к ряду технических трудностей;
б) сравнительно невысокое быстродействие;
в) наличие нескомпенсированного обратного потока информации;
г) необходимость применять компенсирующие сердечники для устранения импульсов помех, что увеличивает общее число таких сердечников вдвое.
Но достоинства ферродиодных ячеек, заключающиеся в практически неограниченном сроке службы, надежном хранении информации без периодической регенерации, простоте схем, малых габаритах и весе, низкой стоимости и т. д., значительно весомее их недостатков, что оправдывает их применение наряду с ФТ-ячейками.
Ферродиодные ячейки по принципу работы подразделяются на трансформаторные и дроссельные. В трансформаторных ячейках передача информации
Таблица 26
Основные технические характеристики модулей комплекса ФДЭ-30
Тип модуля Нагрузочная способность модуля в интервале температур, °C Средняя потребляемая мощность (вт) при рабочей частоте 30 кгц Величина задержки выходного импульса относительно входного, мксек Частота отказов модулей, 10~6 отка-зов/ч Вес модуля, г
От 0 до + 50 От—50 до +50
Сп 6 3 0,8 33 1,1 8
р 6 2 0,8 32 1.1 7,5
3 6 3 0,7 33 1 7,6
п 6 3 1,4 32 1 7,5
ПМщ 15 8 1,2 33 1,1 7,5
ТгД 6 3 0,8 32 1 7,6
Г 6 3 0,4 — 1,1 7
УС Сигнальные лампы ЛН-1 1,6 33 . 1 8,5
3
П. Д. Верхопятницкий
49
Рис. 16. Модуль Сп.
Рис. 17. Модуль Р.
50
(например, «1») от одного сердечника другому (или в нагрузку, подключенную параллельно выходной обмотке сердечника) происходит в момент перехода сердечника из состояния «1» в состояние «О». В дроссельных же ячейках передача
Рис. 19. Модуль П.
информации осуществляется при движении рабочей точки по пологим участкам петли гистерезиса, т. е. тогда, когда магнитный поток сердечника практически не изменяется. Нагрузка в этом случае йодключается последовательно с выходной обмоткой сердечника.
3*
51
По числу тактов (т. е. временных положений, образующих цикл работы схемы и необходимых для записи, считывания и передачи «1» в соседнюю ячейку) схемы подразделяются на однотактные, двухтактные, трехтактные и комбинированные. Первые две не нашли широкого распространения из-за значительного обратного потока информации и трудности его локализации в функциональных модулях и узлах дискретных систем. Больше всего распространены трехтактные схемы, в которых защита от обратного потока информации осу-
ществляется надежнее, чем в однотактных и двухтактных схемах.
Схема простейшей трехтактной ячейки состоит из трех пар сердечников (см. рис. 18, 20 и 21). Верхние сердечники являются рабочими, нижние — компенсирующими. Последние обладают низким коэффициентом прямоугольности, что повышает помехоустойчивость схем.
Разработанные на базе элементарной трехтактной ферродиодной ячейки и серийно изготавливаемые промышленностью функциональные модули объеди-
нены в комплекс ФДЭ-30. Этот набор модулей (табл. 26) составляет функционально полную систему ферродиодных логических элементов, работающих по кодово-импульсному принципу при трехтактном выполнении заданной операции с частотой следования импульсов до 30 кгц. В составе комплекса — восемь типов модулей и генератор продвигающих импульсов ГПИ-30. Из этих модулей можно конструировать различные логические устройства как для ЦВМ, так и для устройств дискретной автоматики. Эти устройства пригодны для работы при температуре от —50 до + 50° С, относительной влажности воздуха до 93% (при +30° С) и вибрациях частотой до 10 гц и амплитудой до 1,4 мм.
передаче изменения магнитного по-последующего ка-
Принцип работы модулей основан на тока в сердечниках предыдущего канала к сердечнику нала.
Передача осуществляется продвигающими (тактовыми) импульсами тока. Логика во всех модулях реализуется на втором канале. Для компенсации помех, возникающих при считывании «0» с рабочих сердечников, используются компенсирующие сердечники. В схемах модулей комплекса используются диоды типа Д9.
Модуль Сп (рис. 16) предназначен для выполнения логической операции «И» на два входа.
Модуль Р (рис. 17) реализует логическую операцию «Отрицание равнозначности». Логика, как и у всех других модулей, осуществляется во втором такте по принципу компенсации входных токов.
Модуль 3 (рис. 18) реализует логическую операцию «Запрет».
Модуль П (рис. 19) — повторитель, представляющий собой элемент задержки во времени выходного импульса относительно входного на 33 мксек. Состоит из двух самостоятельных схем, не связанных друг с другом по входу и выходу.
Модуль ПМщ (рис. 20) — мощный повторитель, представляющий собой элемент задержки выходного импульса на 33 мксек. Допускает подключение к выходу до восьми других модулей.
Модуль ТгД (рис. 21)—динамический триггер, предназначенный для запоминания и хранения информации, выдаваемой в виде серии импульсов. Представляет собой также элемент «Запрет» с обратной связью.
52
Рис. 21. Модуль ТгД.
Таблица 27
Основные технические характеристики логических схем и устройств, выполненных на модулях комплекса ФДЭ-30
л огическая схема или устройство Рабочая частота, кгц Время выполнения операции, мксек Количество модулей, шт. 1 Объем, см3 Объем с учетом Г ПИ-30, см3 Нагрузочная способность в интервале температур, °C Потребляемая мощность, вт
от 0 до + 50 от —50 до +50
Схема «И» ( на ( на два входа четыре входа 30 30 33 33X2 1 3 11,3 33,9 49,4 148,2 6 6 3 3 0,8 2,4
Схема «ИЛИ» ( на ( на два входа четыре входа 30 30 33 33 1 1 п,з 11,3 49,4 49,4 6 6 3 3 0,7 0,7
Схема «НЕ» 30 33 1 13,2 49,4 6 3 0,73
Динамический триггер с выходом «1» 30 33 1 11,3 49,4 6 3 0,8
Динамический счетчик с выходом «1» ( одноразрядный ( шестиразрядный 30 30 33 33x6 2 12 22,6 135,6 98,8 592,8 5 5 2 2 1,6 9,6
Дешифратор на три входа 30 33x2 12,5 141,3 617,5 6 3 9,8
Динамический регистр со сдвигом в одном направлении 30 33 1 п,з 49,4 6 3 0,8
Последовательный сумматор 30 33x2 4,5 51 247 6 3 3,9
( одноразрядный Параллельный сумматор < t двадцатиразрядный 30 1,5 33x2 33X22 2 40 22,6 452 106,8 2150 6 6 3 3 1,6 32
Модуль Г (рис. 22) используется в качестве генератора непрерывной серии единиц. Состоит из двух независимых друг от друга схем.
Модуль УС (рис. 23) —усилительный элемент, предназначенный для работы на сигнальную лампочку. Состоит из двух самостоятельных схем, не связанных друг с другом по входу и выходу.
Конструктивно все модули комплекса ФДЭ-30 смонтированы на пластмассовом корпусе размером 50X15X15 мм. Со стороны монтажных соединений выводов диодов и концов обмоток модуль покрыт влагозащитной пленкой.
Генератор ГПИ-30, входящий в комплекс ФДЭ-30, предназначен для генерирования трех серий прямоугольных импульсов, необходимых для работы модулей. Он имеет три выхода, сдвиг токов которых по фазе составляет 120°. Потребляя мощность 950 ва (220 в, 50 гц), генератор обладает нагрузочной способностью в 1300—1400 модулей. Синхронность питания устройств, содержащих десятки тысяч модулей, обеспечивается возможностью параллельного подключения нескольких однотипных блоков генератора.
Компоновка устройств дискретной автоматики на ферродиодных модулях комплекса ФДЭ-30 облегчается его логической гибкостью. Модули могут выполнять систему логических операций «И», «ИЛИ», «Запрет», «Отрицание равнозначности», «Хранение», достаточную для получения всех булевых функций.
Основные данные по типовым логическим схемам и устройствам дискретной автоматики, выполненным на основе комплекса ФДЭ-30, приведены в табл. 27.
§ 7. Система импульсно-потенциальных унифицированных узлов (плоских модулей) „Элемент-2“
Модульный метод конструирования, будучи разновидностью функционально-узлового метода, исходит из того, что основой конструкции является некоторая элементарная конструктивная ячейка (модуль), стандартная по размерам, способу сборки и монтажа на ней малогабаритных пассивных радиоэлементов и активных полупроводниковых диодов и транзисторов. Наиболее совершенной в технологическом и схемном отношениях является система унифицированных функциональных узлов «Элемент-2». Основой этой системы служит модуль плоской конструкции (плоский модуль), выполненный на печатной плате унифицированных размеров. Под унифицированными функциональными узлами (УФУ) принято понимать узлы широкого применения, выполняющие определенную электрическую функцию (формирование, усиление, преобразование, логическую операцию и т. п.) и имеющие законченное схемное и конструктивное исполнение.
Номенклатура модулей «Элемент-2» определена на основании анализа принципиальных схем блоков и импульсных устройств РЭА различного назначения и охватывает большинство их схемного состава. УФУ подразделяются — в зависимости от общего функционального назначения модулей — на мультивибраторы, блокинг-генераторы, триггеры, генераторы, эмиттерные повторители, схемы совпадений, смесители, усилители, инверторы, схемы индикации, фильтры питания. Каждая из перечисленных групп УФУ в свою очередь подразделяется — в зависимости от конкретного схемного решения и дискретных значений основных электрических параметров радиоэлементов — на типы и подтипы, перечень и технические данные которых рассмотрены ниже.
Основой конструкции плоского модуля системы «Элемент-2» является унифицированная печатная плата (рис. 24). На ее лицевой стороне расположены навесные радиоэлементы, касающиеся своими корпусами ее поверхности. Тут же находится контрольный вывод, предназначенный для проверки работоспособности УФУ. На электрических схемах модулей этот вывод обозначен Кк. На оборотной стороне платы расположены выводы, предназначенные для внешнего электрического соединения и крепления УФУ на соединительной печатной плате-Площадь платы УФУ зависит не только от размеров навесных элементов, но и от степени совершенства технологии печатного монтажа. Размеры плат унифицированы по ширине (34 мм), толщине (1,5 мм) и имеют шаг 14 мм по длине в диапазоне 26—82 мм.
55
Рис. 24. Унифицированный функциональный модуль с навесными дискретными элементами.
При разработке модульных печатных плат унифицируются, как правило, не только их размеры, конструкция и расположение выводов, но и рисунок печатного монтажа.
Высота модулей целиком определяется габаритами элементов (транзисторов, трансформаторов, катушек индуктивностей, конденсаторов большой емкости).
Навесными радиоэлементами в УФУ служат обычные полупроводниковые диоды и транзисторы, малогабаритные резисторы (ОМЛТ, УЛИ и др.), конденсаторы (КЛСЕ и др.), катушки индуктивности (на ферритовых стержнях), импульсные и обычные трансформаторы. Конструкция УФУ в целом рассчитана на механизированный процесс их производства, включая изготовление печатных плат, сборку, пайку, влагозащиту и контроль электрических параметров.
Все рассмотренные ниже унифицированные функциональные узлы можно нормально эксплуатировать при температуре окружающего воздуха от —60
Рис. 25. Однокаскадный усилитель низкой частоты ПЗЗ. 11.01 и ПЗЗ.11.02.
6 Выход
5 т входы ±
3 -106
2 Эмиттер
1 Корпус
Рис. 26. Импульсные усилители с малым уровнем шумов П22. 21.21—23 и видеоусилители П22.21.01—03 и П22.21.16—18.
до +70° С, относительной влажности воздуха до 98% (при 4-40° С), пятикратном перепаде температур от —60 до +70° С, снижении атмосферного давления до 5 мм рт. ст., воздействии морского тумана, инея и росы, наличии плесневых грибков, вибрационных нагрузках в диапазоне частот от 5 до 2000 гц с ускорением до 15 g, многократных ударах с ускорением до 35 g, одиночных ударах с ускорением до 150 g, линейных центробежных ускорениях до 50 g.
Гарантируемый срок службы — до 5000 ч в течение 11 лет. Минимальная (гарантируемая) вероятность безотказной работы в течение 1000 ч составляет не менее 0,95 при достоверности 0,9 в номинальном электрическом режиме и при максимальной температуре окружающей среды 70° С.
Ниже приведен состав УФУ системы «Элемент-2». Их основные технические характеристики представлены в табл. 28.
Однокаскадные усилители низкой частоты ПЗЗ. 11.01 и ПЗЗ.11.02 предназначены для предварительного усиления синусоидального входного напряжения низкой частоты от 5 до 100 кгц (рис. 25). В зависимости от величины сопротивления R в цепи коллектора транзистора П16А усилитель обеспечивает усиление в 15 (ПЗЗ.11.01) или в 5 раз (ПЗЗ.11.02). При напряжении источника питания —10 в ±10% и входном напряжении не более 0,1 в коэффициент нелинейных искажений составляет 5%, а напряжение наводок равно 2- 10-5 в. Размеры узла 34X26X12 мм, вес 7 г.
Импульсные усилители с малым уровнем шумов (рис. 26) предназначены для усиления отрицательных (П22.21.21), биполярных (П22.21.22) и положительных (П22.21.23) импульсов длительностью 3—10 мксек. При напряжении источника питания —10 в ±10% и максимальных амплитудах входных сигналов 1,8 в (П22.21.21), 0,6 в (П.22.21.22) и 0,7 в (П22.21.23) усилители обеспечивают 57
Основные технические характеристики
(плоские
Наименование узла Децимальный номер Входные параметры
Амплитуда импульса, в Длительность, мксек Входное сопротивление, ком Входная емкость, пф
положительной полярности отрицательной полярности импульса фронта импульса
Однокаскадный усилитель низкой частоты П33.11.01—02 <0,1 <0,1 — — 1,1 2,2 350 220
Двухкаскадный усилитель низкой частоты П33.12.01 0,02 0,02 — — 4 —
Усилитель-формирователь П22.15.04 — 2—10 0,25—5 0,25 0,85—2,5 30
Импульсный усилитель с малым уровнем шумов П22.21.21 — 1,8 — — — —
П22.21.22 П22.21.23 0,5 0,7 0,5 — — — —
Однокаскадный видеоусилитель П22.21.01 П22.21.02 П22.21.03 П22.21.16 П22.21.17 П22.21.18 <0,6 <0,9 <0,6 <0,9 1,8 <0,6 <1,8 <0,6 > 3 — 2,5 2,1 1,4 350
< 10 — 1,5 2 1,1 20
Видеоусилитель с повышенным Ек П22.21.10 П22.21.14 — 7—10 4-8 1-150 0,5-2,5 6,2 3,3 120
Видеоусилитель с трансформаторным ВЫХОДОМ П22.21.11 П22.21.28 2—10 2—10 1 0,25— J —2,5 0,25 на уровне 2 в 0,9-3,4 70
Видеоусилитель однополярных импульсов П22.21.12 П22.21.13 2—8 2—10 | >0,25 0,25 на уровне 2 в 0,9-3,5 50 30
Двухкаскадный видеоусилитель П22.21.01 <0,04 — — — 4,5 —
58
СЛ СО унифицированных функциональных узлов Таблица 28 модули)
№ — — 00 № № to to — ел to сл Сопротивление нагрузки, ком Выходные параметры 1
О сл О ап о Си о № О £ s 8 СЛ о о 1 Емкость нагрузки, пф
1 о сл 1 сг> а> СЛ 00 N3 ЬЭ । ел СЛ 1 q q аэ а X X to to 1 Сл ел 1 q q CD Ю X X 1 1 to ел ха/; gg сл Сл q q ю х положительной полярности Амплитуда импульса, в
GO О с: а х 1 » а> а> СЛ 1 to Iе ел ел . с: q 1 ю а X X to ел ел . q q 1 а cd X X 1 2,5 (7bx to СЛ 55 U BX сл Сл q q CD CD X X отрицательной полярности
1 > 0,25 0,25—2,5 г § Л W 00 1 1 0,15—0,45 1 1 импульса Длительность, мксек
1 0,15+ +0,8тф 0,15+ +0,8гф о Сл 1 1 1 1 0,15 1 1 переднего фронта импульса
1 О to О N3 N0 о 1 1 1 1 ) sro 1 1 > * ч заднего фронта импульса
J. о + 1+1 оооо I++JL ОООО +27 £ о £ о £ о £ о -10 + Ю £ о -0 +10 Напряжение источника питания, в + 10%
оо 2,5 5,5 4,75 1,6 7,5 1,6 7,5 2,5 о 00 о to 00 CO О 00 СЛ coo СЛ co 10 3,5 о о co о ел Потребляемый ток от источника питания, ма
Af = 5500 1000 1000 КЗ ел о —1 Af = 1600 7 00 § 1 1 0001 II сл •I-§ т СЛ •ь § Максимальная рабочая частота, кгц
Входные параметры
Амплитуда импульса, в Длительность, мксек си к ф 14
Наименование узла Децимальный номер положительной полярности отрицательной полярности импульса фронта импульса Входное сопротив ком Входная емкость, пф
Эмиттерный повторитель синусоидальных напряжений П 33.31.01 <2 <2 — — 5,5 400
Узкополосный эмиттерный повторитель П22.61.01 П22.61.02 П22.62.01 П22.63.01 <2,5 <9 <2 <9 <2 >2 — 3 3 6 5 300 300 200 200
Широкополосный эмиттерный повторитель П22.61.11 П22.62.11 П22.62.12 П22.63.11 <2 <1,5 Л Л Л 1 00 00 1 СП ^0,25 — 2,5 3.5 6,5 4,5 30 15 15 15
Эмиттерный повторитель для работы на кабель П22.62.03 (07) П22.61.04 2-8 2—8 0,25—5 3,5 2,4 3,8 20
Эмиттерный повторитель с повышенным П22.61.03 6—24 — 1-150 0,3—2,5 18 90'
Эмиттерный повторитель положительных импульсов П22.61.13 <6 — 0,25-5 0,35 3-5 50
Эмиттерный повторитель с трансформаторным выходом П22.62.04 — 1-8 0,5—2,5 0,35 >2 30
Ждущий мультивибратор * Числа до косой П22.12.01—25 П22.12.26—29 П22.12.35-43 П22.12.46—48 П22.12.65-73 черты соотве' >4,5 3—10 гствуют > 4,0 3-10 3—10 3,5-6 5—10 сигнал > 0,3 > 0,25 > 0,25 > 0,25 > 0,25 у положи UBK = = 'Сф) 0,2 на уровне 3 в 0,25 на уровне 3 в 0,15 на уровне 3 в 0,10 на уровне 3 в [тельной г юлярност 20/130— — 500* 130—160 150 160 120 50 и, после
60
косой черты — отрицательной полярности.
10/2* 1 1/2 * 1 1/2 * о СП — со р о СП о сл р сл р Сопротивление нагрузки, ком Выходные параметры
200 150 200/50* 160 200/50* to о о to о СП о о о о ЬО О о о 8 о 8 Емкость нагрузки, пф
СП | СТ 1 1 р со X о 00 q DO X СО q DO X q 1 DO X р р оо .00 q 1 1 q DO СО X X о о о оо . оо оо q 1 qq 50 DO СО X XX р 8 q 00 X положительной полярности Амплитуда импульса, в
7/3,5* 7 5 7 5 р ст q со X 1 1 1 q DO X р р р оо оо оо , qqq 1 Ю 00 оо XXX p p oo oo . qq 1 1 DO DO X X р оо 00 X отрицательной полярности
10-2500 3-6000 25—160 0,4; 0,6; 0,8 25-160 0,5—2,5 о ”tO т СП г о 0,25—5 0,25-5 V о to СЛ V to o 1 импульса Длительность, мксек
1,5 0,3 0,5 0,1 0,5 + о + о + о со со СТ СП СП •о о 0,40 0,15 0,15 0,50 1 переднего фронта импульса
1,5 | 0,5 / 0,5 J 0,1 | 0,5 | 0,6—2,6 0,5—0,75 0,4—0,35 2,55 3,95 р о 0,15 0,6 0,60 0,15 1 заднего фронта импульса
±L + L ±1 +L оо о о оо оо -^О £ о 4- о + to •L о о 11± L о о о о 1^ Напряжение источника питания, в + 10%
5,0 0,22 17 0,5 30 0,5 35 4 30 0,5 о to со СТ О СП 9,0 1,0 1,4 6,0 9,6 1,2 1,5 7,0 >> Потребляемый ток от источника питания, ма
0,5-20 0,125—8,3 5-31,8 400—590 5—31,8 to СП о i to СП о i 1 1 1 Максимальная рабочая частота, кгц
'родолжение табл. 28
Наименование узла Децимальный номер Входные параметры
Амплитуда импульса, в Длительность, мксек Входное сопротивление, ком Входная емкость, пф
положительной полярности отрицательной полярности импульса фронта импульса
Автоколебательный мультивибратор П12.41.01-15 — — — — — —
Низкочастотный триггер П22.13.03 П22.13.06 — > 4,5 >0,1 — 4 91 НО
Низкочастотный триггер Шмитта . П22.13.21 — 1—10 — — 1 —
Триггер Шмитта П22.13.22 П22.13.23 — 0,9-6 1,2—5 0,25—2,5 — 1 50
Высокочастотный триггер П22.13 01 П22.13.02 П22.13.19 П22.13.25 > 4 >4 4.5-10 4,5-10 0,1 <0,3 <0,05 <0,15 10 30 30 180 240
Генератор пилообразного напряжения П22.11.31—50 П22.11.01—20 4 4 30-2500 — 14 200
А втоколебательный блокинг-генератор П12.42.01-10 П12.42.11—16 >6 — 0,5-10 — 10 8 130 10
Ждущий блокинг-генератор П22.14.01—04 П22.14.05—07 П22.14.08—10 >4,5 >3 >0,3 — 8/100* 20/200* 20/200* 20/400*
Смеситель видеоим- пульсов П22.72.01 П22.72.11 <9 <9 >0,5 > 5 0,03 0,03 7 4 10 35
Смеситель с трансформаторным выходом П22.73.01 — 3—10 0,25—2,5 0,25 8 30
♦ Числа до косой черты соответствуют сигналу положительной полярности, после ** Числа до косой черты соответствуют трансформаторному выходу, после косой чер
62
косой черты — отрицательной полярности, ты — нагрузке, включенной в цепь коллектора.
— 0,5 0,5 0,5/10** 0,5/10** 0,5/10** 0,2/3 ♦♦ 0,2/3** со to to СЛ — co co co Г0/2* Сопротивление нагрузки, ком Выходные параметры |
8 8 § 50 150/50** 200/50** 200/50** 200/50** to 8 50 50 100 100 СЛ о СЛ о 200 100 to 8 Емкость нагрузки, пф
р о Я 00 1 с: 1 CD X СЛ 2,4/8** 1,6/5** 1 to | | ог сл 1 1 -4 1 положительной полярности Амплитуда импульса, в
о о О О 00 00 с: CD CD X X СЛ — to СГ> 4х to 1 аг оо ог сл сл a> СЛ 7/4,5 отрицательной полярности
0,40-2,65 V V сл о СЛ 0,25-1 1,6—3 4-10 5-12 0,4-1 1 1 1 III X + p сл 1 1 1 импульса Длительность, мксек
р to р р Сл То 0,15 0,5 0,15 1 1 ГО го > ого Sl‘0 p сл p 0,15 0,1 — переднего фронта импульса
0,2 [ 0,2 '•8 0,15 0,5 [ 0,15 { 1 1 0,35 0,3 <0,15 [ 0,2 { 0.15 { 0,15 { 0.5 { 1 { 0,5 { 1—2 заднего фронта импульса
±L оо + |_ о о 1 00 1 + 1 + 00 00 Зо + 1 1 + + 1 +1 1 1 to — to — — — ’jx ° ° ° ° oo oo —10 + Ю oJo о о x о Напряжение источника питания. в + 10%
*>СЛ со со 1,1/2,8* 4,3 4,8 3,3 2.3 2.5 0,62 2,5 0,62 20 5 30 0,3 30 0,3 17 3,5 17 3,5 6,5 3,5 11,5 0,3 11,5 0,3 ^2 Потребляемый ток от источника питания, ма
1000 1 1 — to со со о 1 1 1 — ГО — СО СЛ — о 0.16-1,25 0,4—160 1 1 1500 1500 5000 1500 to СЛ о to 8 500 1000 0,16—100 Максимальная рабочая частота, кгц
Продолжение табл, 28
Наименование узла Децимальный номер Входные параметры
Амплитуда импульса, в Длительность, мксек Входное сопротивление, ком Входная емкость, п'ф
положительной полярности отрицательной полярности. импульса фронта импульса
Схема совпадений П22.82.01 П22.82.02 П22.82.11 П22.82.12 V V । । to to I 1 СЧ СЧ । . Л А 1 1 иэ иэ О о со со ААЛА' 0,03 10 10 5 5 10 10 35 35
Схема совпадений с трансформаторным выходом П22.81.01 — 3—10 0,25—2,5 0,25 на уровне 3 в 0,75—2,8 80
Схема совпадений и запрета П22.83.02 П212.83.03 — 2—10 > 0,25 < 0,5 3,1 6,6 5,5 5,6 50 200 50 200
3,5—10 2—10 > 0,5 > 1,0 о о V V
3,5—10 > 0,5 < 4,0
Схема несовпадений П212.83.01 2,5-10 — 0,25—2,5 0,25 8,2 сн
Импульсно-потенциальная схема на диодах П212.81.04 3—10 3—10 5-27 0,25-2,5 <2,5 1,2 50
5-27
Импульсно-потенциальная схема совпадений с трансформаторным выходом П212.81.01 — 2,5-10 0,25—2,5 0,25 1,2 50
Диодно-ключевая схема П212.81.08 2,5—10 — 0,25—2,5 0,25 1,2 50
Кварцевый генератор П13.11.01 — — — — — —
Схема индикации П11.91.03 П11.91.07 — 6,5—10 10 — 2 —
П11.91.04 П11.91.08 — 3—10 — — 2 —
Фильтр низкой частоты П31.61.01.—08 П31.61.11.-28 — — — — — —
♦♦♦ В числителе — параметры схемы совпадений, в знаменателе — параметры схемы В числителе — параметры импульсной схемы, в знаменателе — параметры потен
64
запрета.
циальной схемы.
1 1 1 1 1 — — — ь- — — р сл Сопротивление нагрузки, кон Выходные параметры |
1 1 1 сл о 1 о о § сл S § 8 8 Емкость нагрузки, пф
1 1 1 С5 св X о 00 с: св X ст> сл р сл О $ а X 1 1 1 1 Р со °’6{/вх °’65{/ВХ положительной полярности Амплитуда импульса, в
1 1 1 W СП 1 р сл р СП о $ я X > 5,5 > 5,0 р со р р 1 . 00 СП 1 1 q <5 а а X X отрицательной полярности
1 1 1 1 0,25-0,35 о 'г СО о в 1 со 0,25—2,5 3,7—10,2 3,7—10,2 1,0 о to сл 1,55—3,8 со со р р сл сл импульса Длительность, мксек
1 1 1 1 о • о 8? •О* + р + р о о to to о to 0,2 0,2 1,5 1.5 переднего фронта импульса
1 1 1 Z ' ч 1 1 о to со О S Й5 X р to р о to to р to 0,25 0,25 0,50 0,50 заднего фронта импульса
1 ±1± to о о СЛ + 1 + 1-о 1 1+ о 1 1 + о о +L ±L о о оо ±L о о ±± L L о о о о Напряжение источника питания, в + 10%
1 о о сл to СО ФО о> to to 1 сл 1 ро ро со со спел 3,2 2,3 4,5 4,5 Потребляемый ток от источника, ма
1 Постоянное напряжение £—01-os сл § § о § § § to сл о 8 § 1111 Максимальная рабочая частота, кгц
Продолжение табл. 28
в зависимости от величины сопротивления коэффициент усиления 3±0,5 в полосе пропускания не менее 400 кгц и коэффициент пульсации амплитуды выходного импульса 0,01. Размеры узла 34x26x12,5 мм, вес 6 г.
Однокаскадный видеоусилитель (рис. 26) предназначен для усиления положительных, отрицательных и биполярных импульсов напряжений с длительно-
1F
33000
Рис. 27. Двухкаскадный видеоусилитель П22.22.01.
Транзисторы — П403.
13 Эмиттер
12 —
11 вспом. вывод
10 —
э вспои вывод
в —
7 6 9 входы у-
5 выход
4 —
3 -100
2 —
1 Корпус
стями 3—10 мксек (П22.21.01—03) и менее 10 мксек (П22.21.16—18). При напряжении источника питания для всех типов узлов —10 в ±10% и максимальных амплитудах входных импульсов 1,8 в (П22.21.01 и П22.21.16); 0,8 в (П22.21.03 и П22.21.18) и 0,6 в (П22.21.02) видеоусилители обеспечивают коэффициент усиления 3±0,5 в полосе пропускания 0,8 Мгц для П22.21.01—03 и
1.6 Мгц для П22.21.16—18. Нелинейность
Рис. 28. Эмиттерные повторители П33.31.01, П22.61.01 (02), П22.62.01, П22.63.01, П22.61.11, П22.62.11(12), П22.63.11.
6 —
Т
У -106
1 Выход
1 Корпус
амплитудной характеристики во всем диапазоне входных сигналов не более 10%. Размеры узла 34X26X12,5 мм, вес 6 г.
Двухкаскадный видеоусилитель П22.22.01 (рис. 27) предназначен для усиления напряжения видеоимпульсов положительной или отрицательной полярности длительностью 0,25—10 мксек. При напряжении источника питания —10 в ±10% и общем потреблении тока не более 8 ма имеет коэффициент усиления 45±5 для входного импульсного сигнала положительной полярности и 40±6 для входного импульсного сигнала отрицательной полярности. При полосе пропускания не менее 5,5 Мгц неравномерность частотной характеристики составляет — 3 дб. Нелинейность ампли-
тудной характеристики не превышает 10%. Размеры модуля 34X54X12,5 мм, вес 12 г.
Эмиттерный повторитель синусоидальных напряжений П33.31.01 (рис. 28) предназначен для согласования высокоомной входной нагрузки с низкоомными исполнительными выходными цепями электронной схемы управления. При напряжении источника питания —10 в +10% и максимальной амплитуде входного сигнала не менее 2 в унифицированный блок имеет полосу пропускания от 5 до 400 кгц и коэффициент передачи не менее 0,85. Размеры платы 34X26X 12,5 мм, вес 6 г.
66
Основные ‘ технические характеристики унифицированных ждущих мультивибраторов
Таблица 29
Децимальный номер Выходные импульсы Входные импульсы
Амплитуда импульса (не менее), в Длительность импульса, мксек Длительность фронта (не более), мксек Минимальная амплитуда положительного импульса, в Минимальная амплитуда отрицательного импульса, в Длительность импульса (не менее), мксек Максимальная частота следования импульсов, кгц
П22.12.01 7,1 10+1,2 3,5 0,32
П22.12.02 7,0 12 + 1,4 3,5 0,32
П22.12.03 7,1 16-2,0 1 R 3,6 2,6 + 1,4 0,30 20,0
П22.12.04 7,1 20+2,4 1, □ 3,6 0,30
П22.12.05 7,2 25+3,0 3,5 0,31
П22.12.06 7,2 30+3,6 3,5 0,31 16,5
П22.12.07 7,0 40+4,8 3,5 0,31 12,5
П22.12.08 7,0 50+6,0 3,2 0,32 10,0
П22.12.09 7,1 60+7,2 3,2 0,32 8,3
П22.12.10 7,1 80+9,6 3,2 0,30 6,2
П22.12.11 7,2 100+12 3,6 0,30 5,0
П22.12.12 7,0 125+15 3,6 0,30 4,0
П22.12.13 7,0 160+20 3,6 0,31 3,1
П22.12.14 7,0 200+24 2,5 3,6 2,5+1,5 0,32 2,5
П22.12.15 7,1 250+30 з,з 0,33 2,0
П22.12.16 7,1 300+36 3,3 0,31 1,6
П22.12.17 7,1 400+48 3,3 0,32 1,25
П22.12.18 7,0 500+60 3,3 0,33 1,0
П22.12.19 7,0 630+75 4,0 0,35 0,8
П22.12.20 7,1 800+96 4,0 0,35 0,6
П22.12.21 7,2 1000+120 3,9 0,30 0,5
П22.12.22 7,2 1250+150 3,9 0,30 0,4
П22.12.23 7,2 1600+200 о £ 3,9 Q Л _1_ 1 С 0,34 о,з
П22.12.24 7,1 2000+240 о,0 3,0 2,4+1,0 0,34 0,25
П22.12.25 7,2 2500+300 3,0 0,34 0,2
Узкополосные эмиттерные повторители импульсных входных сигналов П22.61.01 (02), П22.62.01 и П22.63.01 (рис. 28) предназначены для передачи положительных, отрицательных и биполярных импульсов с коэффициентом передачи 0,8 и согласования высокоомных и низкоомных нагрузок. При напряжении источника питания —10 в ±10% Для модулей П22.61.01, П22.62.01, П22.63.01 и ±10 в ±10% для модуля П22.61.02 и длительности входных импульсов 1—10 мксек коэффициент нелинейности амплитудной характеристики для всех элементов не превышает 10%. Переменным параметром в схемах является R. Размеры узлов 34X26X12 мм, вес 5 г.
Широкополосные эмиттерные повторители импульсных входных сигналов П22.61.11; П22.62.11 (12) и П22.63.11 (рис. 28) предназначены для согласования высокоомных входных цепей с низкоомными управляющими выходными цепями при передаче положительных, отрицательных и биполярных импульсов длительностью 0,25—10 мксек. При напряжении источника питания—10 в ± 10% модули имеют коэффициент нелинейности амплитудной характеристики не более 10%, коэффициент передачи не менее 0,8; затягивание переднего и заднего фронтов импульса не более 0,1 мксек. Размеры модулей 34x26x12,5 мм, вес 6 г.
Ждущие мультивибраторы П22.12.01—25 (рис. 29) предназначены для формирования прямоугольных импульсов отрицательной полярности с длительностью 10—2500 мксек. Различия в некоторых характеристиках (приведенных в табл. 29 для 25 типов мультивибраторов) обусловлены разными расчетными значениями сопротивлений и емкостей (Ci—С4, Ri—R3). При напряжении источников питания —10 в ±10% и 2,4 в ±10% мультивибраторы имеют коэффициент пульсации менее 0,1%. Размеры модулей 54X34X12,5 мм, вес 15 г.
Автоколебательные мультивибраторы П 12.41.01—15 (рис. 30) предназначены для генерирования прямоугольных импульсов с частотой следования 0,16— 100 кгц. При напряжении источников питания —10 в ±10% амплитуда выходного импульса мультивибраторов — не менее 7 в, длительность фронта импульса — не более 1 мксек. Частота следования импульсов в зависимости от /?С-цепочек в цепях база — коллектор транзисторов составляет ряд 0,16; 0,25; 0,40; 0,60; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,0; 10; 16; 25; 40; 60; 100 кгц ±15%. Размеры модулей 54X34X11 мм, вес 5 г.
Таблица 3
Основные технические характеристики унифицированных низкочастотных триггеров
П22.13.01 П22.13.02
Входные импульсы при раздельном и счетном запусках (отрицательная полярность)
Выходные импульсы
Децимальный номер
П22.13.03 П22.13.06
5 6 15
2,5±1,5*
* Максимальная амплитуда 10 в.
68
Рис. 29. Ждущие мультивибраторы П22.12.01—25.
Транзисторы П16Б.
Рис. 30. Автоколебательные мультивибраторы П12.41.01—15.
13 Выход
12 —
11 —
10 —
9 —
0 —
7 —
6 —
4 Вспои. Выбоды
3 -108
2 Вспои. Вывод
1 Корпус
Рис. 31. Низкочастотный триггер П22.13.03.
69
Низкочастотные триггеры П22.13.03 (рис. 31) и П22.13.06 (рис. 32) предназначены для коммутации электрических цепей, формирования импульсов, деления частоты и счета числа импульсов. При напряжении источника питания — 10 в ±10% триггеры имеют одинаковые параметры входных импульсов при раздельном и при счетном запусках и отличаются друг от друга только параметрами выходных импульсов (табл. 30). Размеры модуля 54X34X11 мм, вес 15 г.
Высокочастотные триггеры П22.13.01 (рис. 33) и П22.13.02 (рис. 34) предназначены для коммутации электрических цепей, формирования импульсов, деления частоты и счета числа импульсов. Собраны на транзисторах П403. Первый из триггеров, в отличие от второго, имеет эмиттерный повторитель. При напряжении источника питания —10 в ±10% триггеры имеют параметры, приведенные в табл. 30. Размеры каждого из модулей 54x34X11 мм, вес 15 г.
Генераторы пилообразного (линейно нарастающего) напряжения П22.11.31— 50 (рис. 35) предназначены для генерирования импульсов длительностью 30— 2500 мксек. Собраны на транзисторах П11. При напряжении источника питания + 10 в ±10% и амплитуде запускающих импульсов 2,5±1,5 в коэффициент нелинейности генераторов не превышает 5%, амплитуда выходных пилоообраз-ных импульсов составляет 6±1,8 в; длительности выходных импульсов и наибольшие частоты их следования указаны в табл. 31. Размеры модульных плат 24X54X11 мм, вес 15 г.
Таблица 31
Выходные параметры генераторов линейно нарастающего напряжения
Децимальный номер Длительность выходного импульса, мксек Максимальная частота следования выходных импульсов, кгц Децимальный номер Длительность выходного импульса, мксек Максимальная частота следования выходных импульсов, кгц
П22.11.31 30 6,0 П22.11.41 300 1,6
П22.11.32 40 5,0 П22.11.42 400 1,4
П22.11.33 50 4,4 П22.11.43 500 1,2
П22.11.34 63 3,8 П22.11.44 630 1,0
П22.11.35 80 3,6 П22.11.45 800 0,8
П22.11.36 100 3,4 П22.11.46 1000 0,6
П22.11.37 125 2,6 П22.11.47 1250 0,4
П22.11.38 160 2,4 П22.11.48 1600 0,3
П22.11.39 200 2,2 П22.11.49 2000 0,15
П22.11.40 250 2,0 П22.11.50 2500 0,1
Генераторы пилообразного (линейно падающего) напряжения П22.11.01—20 (рис. 36) предназначены для генерирования импульсов длительностью 30— 2500 мксек. Собраны на транзисторах П16Б. При напряжении источников питания —10 в ±10% и +2,4 в ±10% и минимальной амплитуде запускающего импульса 2,5+1,5 в коэффициент нелинейности генераторов не превышает 5%, амплитуда выходных импульсов составляет 6± 1,8 в; длительности выходных импульсов и наибольшие частоты следования приведены в табл. 32. Размеры модульных плат 54x34X11 мм, вес 15 г.
Автоколебательные блокинг-генераторы П12.42.01—16 (рис. 37) предназначены для генерирования импульсов положительной и отрицательной полярности в режимах автоколебаний и синхронизации. Собраны на диодах Д9В. При напряжении источников питания +8 в ±10% и —8 в ±10% и амплитуде входного импульса не менее 6 в блокинг-генераторы имеют выходные параметры генерированных импульсов, указанные в табл. 33. Размеры модульных плат 34Х54Х X 13,5 мм, вес 18 г.
70
Таблица 32
Выходные параметры генераторов линейно падающего напряжения
Децимальный номер Длительность выходного импульса, мксек Максимальная частота следования выходных импульсов, кгц Децимальный номер Длительность выходного импульса, мксек Максимальная частота следования выходных импульсов, кгц
П22.11.01 30 6,0 П22.11.11 300 1,6
П22.11.02 40 5,0 П22.11.12 400 1,4
П22.11.03 50 4,4 П22.11.13 500 1,2
П22.11.04 63 3,8 П22.11.14 630 1,0
П22.11.05 80 3,6 П22.11.15 800 0,8
П22.11.06 100 3,4 П22.11.16 1000 0,6
П22.11.07 125 2,6 П22.11.17 1250 0,4
П22.11.08 160 2,4 П22.11.18 1600 0,3
П22.11.09 200 2,2 П22.11.19 2000 0,15
П22.11.10 250 2,0 П22.11.20 2500 0,1
Таблица 33
Выходные параметры автоколебательных блокинг-генераторов
Децимальный номер Длительность, мксек Амплитуда выходного импульса с обмотки трансформатора (не менее), в Спад амплитуды выходного импульса (не более), % Амплитуда выходного импульса с коллектора (не ме- нее), в Частота генерирования, кгц
выходного импульса переднего фронта (не более) заднего фронта (не более)
П12.42.01 П12.42.02 ND ND 1+1+ W ОО о,6 0,6 2,6 25 8,4 0,16+0,04 0,25+0,062
П12.42.03 П12.42.04 о ьо 1+ 1+ ND ОО СЛ 0 55 0,45 2,5 30 8,2 0,4+0,1 0,63+0,157
П12.42.05 П12.42.06 10+2,5 10+2,5 0,6 0,5 2,4 25 8,2 1+0,25 1,6+0,4
П12.42.07 П12.42.08 1 I о о 1+1+ ND ND СЛ СЛ 0,55 0,55 2,5 25 8,4 2,5+0,62 4+1
П12.42.09 П12.42.10 10+2,5 5+1,25 0,65 0,5 2,4 25 8 6,3+1,57 10+2,5
П12.42.11 П12.42.12 П12.42.13 1+1+1+ ООО ND ND ND СЛ СЛ СЛ 0,15 0,15 1,8 30 5 ND — ОСЛО) 1+1+1+ — о о- ND
П12.42.14 П12.42.15 П12.42.16 1+0,25 0,4+0,1 0,4+0,1 0,16 0,16 2,0 25 5,3 ЮЮО —• СЧ 'Ф +1 +1 +1 со о о со о со
71
Рис. 32. Низкочастотный триггер П22.13.06.
Рис. 33. Высокочастотный триггер П22.13.01.
Рис. 34. Высокочастотный триггер П22.13.02.
Рис. 35. Генераторы линейно нарастающего напряжения П22.11.31 —50.
Рис. 36. Генераторы линейно падающего напряжения П22.11.01—20.
Рис. 38. Ждущие блокинг-генераторы П22.14.01—10.
Рис. 37. Автоколебательные блокинг-генераторы П12.42.01—16.
Рис. 39. Смеситель видеоимпульсов отрицательной полярности П22.72.01.
Ждущие блокинг-генераторы П22.14.01 —10 (рис. 38) предназначены для генерирования прямоугольных импульсов положительной и отрицательной полярности длительностью 0,25—10 мксек, имеющих длительность переднего фронта не более 0,15 мксек и амплитуду не менее 5 в. Параметры входных и запускающих импульсов приведены в табл. 34. Размеры модульных плат 54x34x11 мм, вес 15 г.
Рис. 41. Схемы совпадений отрицательных импульсов П22.82.01—02.
Рис. 40. Смеситель видеоимпульсов положительной полярности П22.72.11.
Параметры входных и запускающих
Таблица 34
импульсов ждущих блокинг-генераторов
Децимальный номер Длительность выходного импульса, мксек Вход 1 Вход 2
Длительность импульса (не менее), мксек 1 Минимальная амплитуда импульса, в Максимальная частота следования запускающего импульса, кгц Длительность импульса (не менее), мксек Максимальная амплитуда запускающего импульса, в Максимальная 'частота следования запускающего импульса, кгц
П22.14.01 П22.14.02 0,25+0,05 0,4+0,06 0,32 2+0,5 150 100 0,35 3,2+1,6 150 100
П22.14.03 П22.14.04 0,6+0,09 1+0,15 0,30 2+0,8 60 35 0,36 3,1 + 1,4 60 35
П22.14.05 1,6+0,24 0,32 2+0,6 30 0,34 3,2+1,6 30
П22.14.06 2,5+0,38 0,30 2+1 25 0,30 3+1,5 25
П22.14.07 П22.14.08 3+0,45 4+0,60 0,33 2+0,8 20 18 0,32 3,1 + 1,4 20 18
П22.14.09 П22.14-10 6+0,90 10+1,5 0,30 2+1 15 10 0,34 3,2+1,6 15 10
74
Схемы смесителей видеоимпульсов отрицательной полярности длительностью не менее 0,5 мксек П22.72.01 (рис. 39) и положительной полярности длительностью не менее 5 мксек П22.72.11 (рис. 40) предназначены для смещения двух или трех однополярных импульсов. Собраны на диодах Д9Д. При напряжении источников питания —8 в ±10% (для П22.72.01) и +10 в ±10% (для П22.72.11) и амплитуде входного напряжения не более 6 в схемы смесителей имеют коэффициент передачи напряжения не менее 0,8. Размеры модульных плат 34Х26Х X 11 мм, вес 7 г.
Схемы совпадений П22.82.01—02 (рис. 41) и П22.82.11 —12 (рис. 42) предназначены для селектирования во времени двух или трех однополярных импульсных напряжений длительностью не менее 0,5 мксек для отрицательных и не менее 3 мксек для положительных импульсов при амплитуде входных напряжений до 5 в. При напряжении источников питания —10 в ±10% для первых двух и +10 в ±10% для последних двух модулей и указанных выше параметрах
Рис. 43. Фильтры низких частот П31.61.01—28.
M-i-
. 6М\
Рис. 42. Схемы совпадений положительных импульсов П22.82.11 —12.
импульсов схемы совпадений обеспечивают хорошую стабильность характеристик, приведенных в табл. 28. Размеры модулей 34X26X11 мм, вес 6 г.
Модули фильтров низкой частоты ПЗ 1.61.01—08; П31.61.11—18 и П31.61.21— 28 (рис. 43) предназначены для фильтрации переменной составляющей в цепях питания и для повышения устойчивости работы импульсных схем на полупроводниковых приборах. Размеры модульных плат 34x26x17 мм, вес 15 г. Потребляемый ток при напряжении источника питания—10 в ±10% составляет:
Последняя цифра в обозначении типа модуля 1 2 3 4 5 6 7 8
Потребляемый ток, ма 1 1,6 2,5 4 6 8 10 16
§ 8. Построение функциональных устройств судовых РЭС на основе узлов „Элемент-2*
Достоинства унифицированных функциональных узлов системы «Элемент-2» (высокая эксплуатационная надежность, логическая гибкость, хорошая технологическая и схемная проработка, полнота номенклатуры) позволяют разрабатывать и конструировать на их основе большинство импульсных
75
и потенциальных блоков судовой РЭА и устройств дискретной автоматики. Тем самым сокращается время разработки аппаратуры, снижаются трудоемкость и стоимость ее серийного изготовления.
Предполагается, что при разработке РЭА на основе УФУ «Элемент-2» некоторые из принципиальных схем, а также отдельные цепи и элементы, в которых не используются УФУ (в среднем до 10% РЭА), должны быть скомпонованы в узлы, конструктивно аналогичные УФУ.
Если такие узлы имеют функционально законченные схемы и дополняют собой ряды или номенклатуру существующих УФУ, то они оформляются отдельными принципиальными схемами, составляющими ряды узлов частного назначения (УЧН). Как правило, УЧН разрабатываются и изготавливаются в процессе проектирования конкретного образца аппаратуры. Наиболее оригинальные и часто повторяемые схемы УЧН с течением времени переводятся в ряд УФУ.
Если же количество дополнительных элементов схемы незначительно или если они расположены в различных частях схемы, что затрудняет их конструктивное объединение, то допускается их установка непосредственно на соединительную плату субблока или блока.
Разработка конкретных образцов РЭА на базе УФУ системы «Элемент-2» (как, впрочем, и на базе всех других рассмотренных выше систем модулей) ведется следующими этапами: а) разработка общей блочной схемы; б) определение состава функциональных схем отдельных каналов и устройств и разработка для них принципиальных электрических схем; в) компоновка и выделение тех схем, которые соответствуют схемам УФУ; г) компоновка и выделение схем УЧН и плат с дискретными элементами; д) компоновка функциональных субблоков и блоков с последующим их макетированием и внесением корректив; е) окончательное конструирование субблоков и блоков.
На каждом из этих этапов разработчики образцов РЭА должны стремиться к максимальному использованию УФУ и к снижению до минимума общего количества узлов.
При расчленении принципиальных электрических схем на блоки и субблоки добиваются функциональной законченности выделяемых частей схемы, простоты внутриблочных и межблочных соединений, максимальной помехоустойчивости, обеспечения оптимального теплового режима, создания типовых схемных решений, повторяющихся уже в данном образце РЭА, размещения возможно большего количества узлов на соединительных платах субблоков и в объеме блока.
Согласованность входных и выходных параметров УФУ системы «Элемент-2» и осуществимость аналитического расчета при их компоновке в различных сочетаниях позволяют во многих случаях обходиться без этапа макетирования. Он необходим лишь для сложных систем или для тех крайне редко встречающихся вариантов, когда имеющихся параметров УФУ недостаточно длй построения схемы.
Наибольшее внимание при разработке образца РЭА надлежит обращать на обеспечение оптимальных условий взаимного согласования по нагрузочным, амплитудным и временным характеристикам, связывающим «выход» УФУ-генера-тора сигнала со «входом» одного или нескольких УФУ-нагрузок, а также на обеспечение требуемой помехозащиты.
Условия согласования УФУ по допустимым нагрузкам таковы:
а) сопротивление входных цепей УФУ-нагрузок должно быть больше или равно минимально допустимому сопротивлению нагрузки УФУ-генератора;
б) емкость входных цепей УФУ-нагрузок должна быть меньше или равна максимально допустимой емкости нагрузки УФУ-генератора.
Если эти условия не выполняются в пределах максимальных допусков изменения сопротивления и емкости УФУ-генератора, необходимо применять согласующие элементы (разъединительные цепи, трансформаторы, промежуточные усилительные или формирующие УФУ).
Условие согласования УФУ по выходным и входным напряжениям таково: максимально допустимая амплитуда входного сигнала данного УФУ должна быть больше максимальной амплитуды сигнала на выходе предыдущей части схемы, нагружаемой данным УФУ, и больше (или равно) максимальной амплитуды входного сигнала, необходимой для гарантированной работы данного УФУ.
76
При проверке выполнения этого условия для импульсных УФУ учитывают длительность фронта УФУ.
В случае параллельного подключения нескольких УФУ-нагрузок к выходу УФУ-генератора (рис. 44) значение минимальной амплитуды сигнала на выходе предыдущей части схемы, нагружаемой данным УФУ, определяют с учетом результирующей нагрузки входных цепей такого сочетания. Если при этом между УФУ-генератором и УФУ-нагрузками включены промежуточные элементы /—3
Рис. 44. Параллельное подключение нескольких УФУ-нагрузок к выходу УФУ-генератора.
схемы с определенным коэффициентом передачи Я, то проверяют выполнение условия t/вых. минЯ^ t/вх. мин.
В случаях, когда согласовать УФУ по амплитуде невозможно, принимают следующие меры:
а) если при включении УФУ t/в ых. мин< t/Bx. мин, ТО С ПОМОЩЬЮ промежуточного согласующего УФУ (видеоусилителя, каскада формирования импульсов) или импульсного трансформатора повышают t/вых. мин до требуемой величины;
б) если при включении УФУ t/в ы х. мин t/BX. макс И ДИНаМИЧе-ский диапазон входного сигнала УФУ-нагрузки ограничен, то сигнал передают через делитель или последовательно включенное сопротивление — развязку.
Включение промежуточных цепей Я и С требует во всех случаях подсчета изменения временных параметров входного сигнала.
Нередко возникает необходимость уменьшить амплитуду передаваемого сигнала (не ухудшая фронт импульса). Тогда в качестве согласующего элемента применяют цепь, составленную из двух контуров Я1С1 и ЯгС2 (рис. 45). При этом должно выполняться условие: Я1С1 = Я2(С2+СВХ), где Свх— емкость входных цепей УФУ-нагрузки.
Амплитуда сигнала на входе УФУ-нагрузки при таком согласовании определяется выражением:
Яэ
передаваемого сигнала от УФУ-генератора к УФУ-нагрузке.
увых Лэ + /?г+Л1 ’
Я2Явх
где Яэ
Яг-
Я2 + Явх
Явх — сопротивление
Явх
внутреннее сопротивление УФУ-генератора;
входных цепей УФУ-нагрузки.
Уменьшить амплитуду передаваемого сигнала можно также через развязывающее сопротивление Я, включенное последовательно между УФУ-генератором и УФУ-нагрузкой. В этом случае амплитуда сигнала на входе УФУ-нагрузки определится выражением:
= ^ВЫХ Rr + R + Rbx •
Конструирование цепей преобразования и формирования РЭА требует согласования различных УФУ для передачи без искажения импульсно-временных параметров сигнала. Основным фактором, который следует учитывать при этом, является сохранение длительности фронта импульса Тф за счет необходимой эквивалентной ширины полосы пропускания УФУ, что выражается условием: А77ЭКв=0,8/тф. Выполнение этого условия необходимо при согласовании
77
УФУ-усилителя или эмиттерного повторителя, следующего за импульсным каскадом, формирующим импульс с крутым фронтом, или за генератором сигнала высокой частоты.
В тех случаях, когда это условие невыполнимо (поскольку передача должна вестись без искажения формы импульсов, но с увеличением их длительности сверх номинального значения), параллельно входному конденсатору УФУ-на-грузки подключают дополнительную емкость, величина которой определяется выражением: СДОп>твх/10/?вх, где твх — длительность входного импульса.
Согласование ряда импульсных УФУ (например, триггера, блокииг-гепера-тора, ждущего мультивибратора и т. п.) возможно только при выполнении требований к временным параметрам входного сигнала: длительности импульса, длительности фронта импульса, частоте повторения.
Существенное значение при разработке отдельных устройств РЭА имеет компоновка УФУ с прочими элементами схемы. При этом нельзя ограничиваться согласованием нагрузочных и амплитудно-временных параметров цепей, под-
ключаемых к выходу УФУ, надо обеспечить еще и неизменность параметров цепей постоянной составляющей.
Для примера рассмотрим непосредственное подключение смесителя П22.72.01 к выходу видеоусилителя П22.21.16. На первый взгляд, такое соединение двух УФУ обеспечивает выполнение условий согласования по сопротивлениям и емкостям «вход — выход». Однако наличие постоянного потенциала на выходе видеоусилителя нарушает режим работы смесителя, в связи с чем возникает необходимость включения контура RC (рис. 46, а) между двумя элементами. Выбор параметров С и R должен при этом соответствовать условию: /?С^0,1твх.
При непосредственном включении УФУ на нагрузку, величина которой значительно меньше /?н.ДОп (минимально допустимого сопротивления нагрузки УФУ), между ними включают транзистор Т и резистор R (рис. 46, б), сопротивление которого не должно превышать допустимого сопротивления нагрузки.
Чтобы добиться наилучшего взаимного согласования УФУ, необходимо знать их работоспособность в динамическом режиме.
Возможность согласования УФУ в условиях изменения входных сигналов и величин нагрузок определяют по графикам, приведенным в технической документации на УФУ. Работоспособность УФУ сохраняется в определенных пределах изменения входных сигналов и нагрузок. При выборе УФУ необходимо убедиться в том, что увеличение нагрузки не изменяет параметры выходного сигнала сверх допустимых пределов.
Компоновка УФУ, УЧН и дискретных элементов должна удовлетворять условиям помехозащиты конструируемого импульсного устройства. Помехоза-щита требует выполнения ряда мероприятий монтажного и схемного характера.
Мероприятия монтажного характера состоят в следующем:
а) при компоновке печатного монтажа платы блока (субблока) проводники, подключаемые к входным и выходным цепям УФУ, разводят так, чтобы паразитная емкостная связь между ними была минимальной;
78
б) печатный проводник «земля» (общий участок) делают в 2—3 раза шире остальных проводников платы блока (субблока), размещая его посредине платы так, чтобы проводники-отводы к корпусным выводам УФУ были минимальной
длины;
в) при делении импульсных схем на функциональные блоки и субблоки количество этих блоков и субблоков стремятся сделать минимальным; минимальной делают и длину соединительных сигнальных цепей;
г) выводы сигнальных цепей длиной более 1 м осуществляют через выходные низкоомные УФУ — эмиттерные повторители, УФУ с трансформаторным выходом или УФУ со встроенным эмиттерным повторителем;
д) контрольные цепи длиной более 1 м включают через сопротивления 27—100 ом, подсоединяемые непосредственно к точкам, от которых делаются
выводы;
е) на обоих концах проводника общей цепи питания субблока устанавливают попарно конденсаторы типа К-53 (ЭТО, ЭП) емкостью 20—50 мкф и типа КМ (КСО) емкостью 100 000 пф;
ж) на входе блока питания устанавливают фильтр промышленных помех.
Мероприятия схемного характера сводятся к следующему:
а) если в составе схемы имеются уз-
лы, работающие на реле, то цепи их питания необходимо фильтровать отдельно от цепей питания УФУ; контакты реле рекомендуется шунтировать искрогасящими цепями, а обмотку реле — диодом, работающим на соответствующий импульсный ток, сопротивлением и емкостью, включенными последовательно, или двумя стабилитро
Рис. 47. Развязка УФУ-усилителей по цепи питания.
нами, включенными встречно;
б) если импульсный сигнал из одного субблока в другой подается непосредственно на вход УФУ с большим входным со-
противлением (эмиттерный повторитель,
схема совпадений, смеситель и т. п.), то такой вход УФУ рекомендуется шунтировать сопротивлением не менее 2 ком;
в) если схема субблока содержит несколько УФУ-генераторов, срабатывающих неодновременно, то весь состав УФУ субблока рекомендуется группировать так, чтобы в пределах каждой группы УФУ срабатывали одновременно; в цепи питания каждой такой группы должны быть установлены фильтры П31.61.01-08 или П31.61.11-28, заблокированные конденсаторами типа КМ емкостью-10 000 пф;
г) развязку УФУ-усилителей по цепи питания, особенно при работе в области низких частот, рекомендуется выполнять цепочкой, составленной из сопротивлений и стабилитрона (рис. 47); при этом значения Ri и /?2 надо подбирать так, чтобы ток стабилизации через стабилитрон Д достигал 10—15 ма при напряжении стабилизации 10 в.
Достаточно широкая номенклатура УФУ «Элемент-2» позволяет осуществлять множество их сочетаний в различных вариантах. Разработчики системы УФУ «Элемент-2» рекомендуют для построения электрических схем импульсных устройств РЭА и устройств дискретной автоматики применять проверенные на практике варианты типовых сочетаний УФУ, которые по своему функциональному составу охватывают наиболее распространенные схемные решения. Они оптимальны по своей работоспособности и обеспечивают взаимное согласование как по нагрузочным и амплитудным, так и по временным характеристикам,
а также по условиям помехозащиты.
На приведенных ниже блочных схемах сочетаний:
а) цифры около соединительных стрелок соответствуют номерам выводов УФУ; если цепь можно подключить к двум выводам УФУ, то номер второго из них указан в скобках;
б) УФУ обозначены буквенными сокращениями в соответствии с нормалью, а также следующими дополнительными сокращениями: Бг — блокинг-генератор; БгЖ— ждущий блокинг-генератор; ГиЖ— ждущий генератор импульсов; И —
79
инвертор; ЛЗ— линия задержки; ЛЗТ— теплостойкая линия задержки; МвЖ— ждущий мультивибратор; ПЭм — эмиттерный повторитель; См — смеситель; Сп— схема совпадений; Тг — триггер; ТИ — импульсный трансформатор; У— усилитель и видеоусилитель; Ф — формирователь; Фнч — фильтр низких частот.
1. Сочетание триггера П22.13.03 (П22.13.06, П22.13.25) с одной — пятью схемами совпадений П22.82.01—02 на каждый выход триггера показано на рис. 48.
Условия согласования типового сочета-
Рис. 49. Типовое сочетание: триггер — шесть — двенадцать схем совпадений.
Рис. 48. Типовое сочетание: триггер—одна—пять схем совпадений.
чаются соответственно к выводам 2 (12) и 7 (9) для П22.12.03 и П22.13.06 и к выводам 5(14) и 10(11) для П22.13.25.
2. Сочетание триггера П22.13.03 (П22.13.06, П22.13.25) с шестью — двенадцатью схемами совпадений П22.82.01—02 на каждый вход триггера показано на рис. 49. Условия согласования сочетания обеспечиваются при включении между триггером и нагрузкой согласующего элемента — инвертора П11.12.15.
Входные и выходные цепи
триггеров подключаются аналогично рассмотренному выше варианту (п. 1).
3. Сочетание триггера П22.13.03 (06, 25) с линией задержки и с триггером П22.13.03 (06, 25) показано на рис. 50. Входные и выходные цепи триггеров подключаются согласно п. 1. Промежуточный эмиттерный повторитель П22.62.12 включается по по-
Рис. 50. Типовое сочетание: триггер — линия задержки — триггер.
тенциальному входу; при этом его вывод 1 (корпус) не должен подключаться к общей схеме. Сочетание будет согласованным, если: а) длительность ЛЗ соответствует коэффициенту передачи не менее 0,75; б) сопротивление согласования нагрузки R соответствует волновому сопротивлению ЛЗ (620—1200 ом). Сочетание: триггер П22.13.03 (06)—линия задержки — триггер П22.13.03 (06) применительно к ограниченному диапазону рабочих температур (от —40 до +70° С) выполняется без ПЭм при соблюдении тех же двух условий.
4. Сочетание триггера П22.13.03(06) со схемой совпадений П22.82.02, линией задержки и блокинг-генератором П22.14.03 показано на рис. 51. Согласование работы модулей обеспечивается применением типовых линий задержки ЛЗ и ЛЗТ (ГИ0.206.004ТУ) с длительностью задержки не более 2,8 мксек, включением конденсатора после схемы совпадений Сп и включением резистора после линии задержки ЛЗ. Такая схема обеспечивает необходимую амплитуду запуска ждущего блокинг-генератора (3 в).
80
Рис. 51. Типовое сочетание: триггеры — схема совпадений — линия задержки — ждущий блокинг-генератор.
Рис. 52. Типовое сочетание: триггер — линия за-(смеситель).
держки —• схема совпадений
Рис. 53. Типовое сочетание схем совпадений: а — одна — четыре; б — одна — десять.
П. Д. Верхопятницкий
81
5. Сочетание триггера П22.13.03(06, 25) с линией задержки и схемой совпадений П22.82.01 или со смесителем П22.72.01 показано на рис. 52. Условия согласования сочетаний выполняются при включении промежуточного УФУ — эмпт-терного повторителя П22.62.12 согласно п. 3. Входные и выходные цепи триггеров подключаются в соответствии с п. 1. В первом сочетании /? = 620 ом, во втором /? = 680 ом.
6. Сочетание схемы совпадений П22.82.02 с триггером П22.13.03(06) выполняется непосредственным включением выхода 2 Си на счетный вход 2(12) Тг.
7. Сочетание одной схемы совпаде
Рис. 54. Типовое сочетание: ждущий мультивибратор — одна — шесть схем совпадений на каждый выход.
ний П22.82.01—02 с четырьмя схемами совпадений (тех же номеров) показано на рис. 53, а, а с десятью схемами совпадений — на рис. 53, б. Условия согласования обеспечиваются включением
Рис. 55. Типовое сочетание: ждущий мультивибратор — линия задержки — смеситель (схема совпадений).
разделительных контуров RiCi— RtoCio. Амплитуда сигналов на входах Сп должна быть не менее 7 в. Параметры сопротивлений и емкостей подбирают в зависимости от Fc—частоты следования импульсов: а) при Гс^500 кгц берут R = 2,l ком, С= 110 пф\ при Гс = Ю кгц берут /?=10 ком, С=680 пф.
8. Сочетание ждущего мультивибратора П22.12.01—26 с одной — шестью схемами совпадений П22.82.02.12 на каждый выход МвЖ показано на рис. 54. Условия согласования обеспечиваются непосредственным включением УФУ.
Рис. 56. Типовое сочетание: ждущий мультивибратор — линия задержки — смеситель (схема совпадений) с эмит^ терным повторителем ПЭм.
9. Сочетание ждущего мультивибратора П22.12.26—29 с линией задержки и смесителем П22.72.01 или схемой совпадений П22.82.01—02 показано на рис. 55. Условия согласования обеспечиваются включением на выходе ЛЗ резистора.
10. Сочетание ждущего мультивибратора П22.12.01—25 (35—43; 65—73) с линией задержки и смесителем П22.72.01 или схемой совпадений- П22.82.01—02 показано на рис. 56. Схема требует включения промежуточного модуля — эмит-терного повторителя П22.62.01. На выходе ЛЗ имеется резистор с сопротивлением в первом варианте /? = 680 ом, во втором варианте /? = 620 ом.
11. Сочетание эмиттерного повторителя П22.62.11 или смесителя П22.72.01 с одной—двумя схемами совпадений П22.82.01—02 показано на рис. 57, а.
82
Если в данном сочетании нагрузка состоит из трех—двенадцати схем совпадений, то для уменьшения ложного сигнала на их выходах вводится компенсирующее смещение (рис. 57, б). Значение сопротивления резистора в цепи
Рис. 57. Типовое сочетание: эмиттерный повторитель (смеситель) — схемы совпадений: а — одна — две схемы совпадений; б — три — двенадцать схем совпадений; в — график выбора сопротивления в цепи смещения.
смещения зависит от количества подключаемых схем совпадений и определяется по графику, представленному на рис. 57, в.
12. Сочетание смесителя П22.72.01 с триггером П22.13.03(06) выполняется непосредственным включением и оказывается работоспособным, если: а) дли-
тельность импульсов входных сигналов смесителя не менее 0,5 мксек; б) амплитуда входных сигналов смесителя не менее 6,5 в; в) длительность фронта входных импульсов смесителя не более 0,45 мксек\ г) максимальная частота повторения сигнала на входе смесителя соответствует максимальной частоте повторения триггера.
13. Сочетание инвертора П11.12.15 (16) со схемой совпадений П22.82.01—02 выполняется и согласуется при непосредственном подключении инвертора к схеме совпадений при следующих входных уровнях потенциалов схемы совпадений: а) верхний — от 0 до —1 в; б) нижний — от —7 до —10 в. Сопротивление нагрузки выхода должно составлять не менее 2 ком.
14. Сочетание трех видеоусилителей П22.21.18 со схемой совпадений П22.82. 01—02 показано на рис. 58. Условия согласования обеспечиваются включе
Рпс. 58. Типовое сочетание: три видеоусилителя — схема совпадений.
^1 = ^2=/?з = 2 ком; Ci = С2 = С3=0,033 мкф.
нием цепочек RtCi—R3C3.
15. Сочетание ждущего блокинг-генератора П22.14.01—10 и линии задержки со смесителем П22.72.01 или со схемой совпадений П22.82.01—02 показано на рис. 59. На конце ЛЗ ставится резистор с сопротивлением /? = 680 ом в первом варианте и /? = 620 ом во втором варианте.
16. Сочетание ждущего генератора импульсов с малым временем поляризации П22.12.46—48 и линии задержки со смесителем П22.72.01 или со схемой
4*
83
совпадений П22.82.01 (02) выполняется по схеме, представленной на рис. 55. Линию задержки в этом случае подсоединяют к выводам 12(16) узла П22.12.46—48.
17. Сочетание инвертора П11.12.15—16 со схемой совпадений П22.82.01—02 выполняют непосредственным подключением. На входах схемы совпадений должны быть следующие уровни потенциала: а) верхний — от 0 до —1 в; б) нижний — от —7 до —10 в. Сопротивление нагрузки выхода схемы совпадений П22.82.02 должно быть не ме-
нее 2 ком.
18. Сочетание инвертора П.11.12.15—16 со смесителем отрицательных импульсов П22.72.01 выполняется непосредственным подключением. На входах смесителя должны быть следующие уровни потенциала: а) верхний — от 0 до —0,5 в; б) нижний — от —7 до —10 в.
19. Сочетание триггера П22.13.03 (06) с эмиттерным повторителем П22.62.08 выполняется непосредственным подключением. Сопро-
Рис. 59. Типовое сочетание: ждущий блокинг-генератор — линия задержки — смеситель (схема совпадений).
тивление нагрузки каждого из выходов должно быть не менее 1,2 ком.
20. Сочетание схемы совпадений П22.82.02 с триггером П22.13.06 или инвертором П11.12.15—16 показано на рис. 60. Условия согласования сочетания обеспечиваются подключением согласующей цепи, составленной из резисторов Ri — Rs, конденсатора С и диода Д. Значения параметров этих элементов в варианте Си — Тг: /?1=3,9 ком; /?2=30 ком-, /?з=240 ом-, С=62 пф; в варианте Сп—И: Ri = \ ком; /?2 = 47 ком; /?з = 240 ом; С=39 пф. В обоих вариантах диоды —Д311.
При этом на входах схемы совпадений должны быть следующие уровни
потенциалов: а) верхний — от 0 до —1 в; б) нижний — от —7 до —10 в. В варианте Сп — Тг выход
триггера берется с вывода 7; в варианте Сп — И выход инвертора берется с вывода 5, сопротивление нагрузки которого должно быть не менее 1,5 ком для инвертора Ш 1.12.15 и не менее 2,5 ком для инвертора П11.12.16.
21. Сочетание схемы совпадений П22.82.02 и сме
Рис. 60. Типовое сочетание: схема совпадений — триггер (инвертор),
сителя П22.72.01 с триггером П22.13.06 выполняется по варианту Сп—Тг п. 20.
Вход 5 смесителя П22.72.01
включается на выход 2 схемы совпадений. Выход 2 смесителя включается на согласующую цепь R2C; RM: параметры элементов этой цепи полностью соответствуют схеме по п. 20.
22. Сочетания инвертора с эмиттерным повторителем и смесителя с инвертором выполняются непосредственным включением модулей. Условия согласования этих сочетаний обеспечиваются соблюдением нагрузок выхода подключаемых элементов, составляющих: а) для эмиттерных повторителей П22.62.01 по выходу 2 — не менее 500 ом; б) для эмиттерных повторителей П22.62.11—12 — не менее 1 ком; в) для инверторов П11.12.15 по выходу 5 — не менее 1,5 ком; г) для инверторов П11.12.16 — не менее 2,5 ком.
23. Сочетание триггера П22.13.01—02 с инвертором П11.12.15—16 показано на рис. 61. Входные и выходные цепи подключают соответственно к выводам 15
84
резистора к=1ии ом.
Рис. 61. Типовое сочетание: триггер — инвертор.
и 4(20) триггера П22.13.01 и к выводам 4 и 2(13) триггера П22.13.02. Условия согласования сочетания обеспечиваются при включении согласующей цепи, составленной из резисторов Ri—R2 и конденсатора С. Применяется для согласования высокочастотных триггеров с группой логических схем П22.82.01—02, П22.72.01, П212.83.02(03). Параметры согласующей цепи таковы: С = 51 пф\ /?1 = = 1,5 ком; £2==6,8 ком для П22.13.01 или /?г = 20 ком для П22.13.02.
24. Сочетание триггера П22.13.03(05, 25) с триггером П22.13.03(06, 25) выполняется с применением развязывающего
25. Сочетание двенадцатиразрядного делителя частоты на триггерах П22.13.03 со схемой совпадений П22.82.01 (02) показано на рис. 62. Схема делителя частоты состоит из двенадцати основных триггеров (Тг{ — Tei2), вспомогательного триггера 7>о, линии задержки ЛЗ-2,0-1200, восьми диодов Д1 — Дз, дополнительных входов схемы совпадений, конденсатора и резистора на выходе ЛЗ.
Выход первого триггера делителя частоты на схему совпадений не включают, так как запаздывание в срабатывании после
довательно включенных триггеров создало бы задержку между передними фронтами импульсов первого и последующих триггеров и привело бы к образованию на выходе схемы совпадений импульсных помех. Первый вход схемы совпадений подключен к выходу вспомогательного триггера Тг0, работающего от входного сигнала через линию задержки. Использование избирательности схемы совпадений в различных вариантах подключения к триггерам делителя частоты обеспе
Рис. 62. Типовое сочетание: двенадцатиразрядный делитель частоты на триггерах — схема совпадений.
чивает получение на выходе схемы совпадений импульсного сигнала с заданным временем задержки. Длительность задержки линии в цепи запуска триггера Тео определяется условием т3ад = 0,2(п—1) мксек, где и— порядковый номер последнего триггера делителя частоты, включенного на вход схемы совпадений.
§ 9. Системы унифицированных узлов типов „Аккорд", „Ритм" и ЭК-30
Помимо системы импульсно-потенциальных УФУ «Элемент-2» предприятия радиопромышленности выпускают: а) функционально полный комплекс унифицированных узлов (плоских модулей) «Аккорд»; б) систему унифи
85
цированных узлов частного применения «Ритм»; в) систему унифицированных узлов частного применения ЭК-30.
Общими для систем УФУ «Элемент-2», «Аккорд», «Ритм» и ЭК-30 являются: единая технология производства функциональных узлов, унифицированная плата и типовые комплектующие дискретные электрорадиоэлементы.
Унификация плат печатного монтажа и единая технология производства УФУ позволяют разработчикам различных устройств дискретной автоматики конструировать кассеты и блоки одинаковых размеров и однотипного конструктивного оформления, что существенно сокращает время разработки, первоначальные затраты, вес и габариты отдельных приборов. Но, нс отличаясь друг от друга габаритными размерами и весом, однотипные по функциональному назначению узлы (модули) тем нс менее существенно различаются схемотехническими решениями, а это делает невозможной комплектацию функциональных устройств радиоэлектронной аппаратуры узлами различных систем без дополнительного согласования по цепям питания, входным и выходным параметрам и характеристикам.
Функционально полный комплекс УФУ „Аккорд**
Этот комплекс (ЧТУ КК2.030.101ТУ; ЧТУ КК2.212.107ТУ; ЧТУ КК3.088.202ТУ) состоит из 18 типов унифицироваины/Х модулей плоской конструкции. В его состав входят усилители-формирователи, усилители мощности для импульсных и потенциальных сигналов, низкочастотные и высокочастотные триггеры, эмиттерные повторители, импульсно-потенциальные вентили и сборки из них, диодные сборки, электронные ключевые элементы, ячейки индикации.
Комплекс линейных и логических унифицированных узлов «Аккорд» предназначен для построения судовых устройств дискретной автоматики и цифровой вычислительной техники (в соответствии с инструкцией по применению модульных УФК КК0.308.000ТУ).
Все модули комплекса «Аккорд» обладают следующими показателями надежности: а) вероятность безотказной работы за период 1000 ч при максимально допустимой рабочей температуре 4-70° С составляет 0,96 при риске заказчика 0,1; б) время гарантийной наработки на отказ не менее 5000 ч.
Ниже описаны функциональные узлы широкого применения, входящие в состав комплекса.
Двухкаскадный усилитель УВ2 (КК2.030.101Сп) предназначен для усиления и формирования входных импульсных сигналов, а также выполнения логической операции «ИЛИ». Размеры узла 40x34x23,5 мм, вес 20 г.
Усилитель-формирователь Ф2 (КК2.035.234Сп) предназначен для формирования мощных управляющих импульсных сигналов и для выполнения логической операции «ИЛИ». Размеры узла 68X34X30,5 мм, вес 50 г.
Усилитель мощности УМщ (КК2.035.235Сп) предназначен для усиления управляющих сигналов по мощности. Размеры узла 72X34X32,5 мм, вес 75 г.
Двухкаскадный усилитель мощности УП (КК2.035.236Сп) предназначен для работы в цепях управления вращающихся трансформаторов. Размеры узла 54x34x32 мм, вес 50 г.
Усилитель мощности потенциальных сигналов УКП (КК2.035.260Сп) предназначен для работы на длинную линию. Размеры узла 26X34X23,5 мм, вес 12 г.
Усилитель импульсных сигналов УКИ (КК2.035.261Сп) предназначен для работы на длинную линию Размеры узла 34x34x23,5 мм, вес 20 г.
Высокочастотный триггер Тг1 (КК2.212.107Сп) на рабочую частоту 400 — 700 кгц предназначен для деления частоты и запоминания информации в двоичном коде. Размеры узла 40X34X23,5 мм, вес 18 г.
Низкочастотный триггер Тг2 (КК2.212.108Сп) на рабочую частоту 1,5 кгц предназначен для деления частоты, запоминания и преобразования информации в двоичном коде. Размеры узла 68X34X23,5 мм, вес 30 г.
Сборка из двух эмиттерных повторителей 2ПЭм (КК2.215.101Сп) на рабочие частоты до 700 кгц предназначена для усиления потенциальных сигналов по мощности. Размеры узла 34X34X23,5 мм, вес 15 г.
86
Сборка из четырех импульсно-потенциальных вентилей 4Вн1 (КК3.081. 205Сп) предназначена для выполнения логических операций «И» и «ИЛИ». Рабочая частота 700 кгц. Размеры узла 40x34X19,5 мм, вес 15 г.
Сборка из четырех вентилей 4Вн2 (КК3.081.206Сп) на рабочую частоту 15 кгц предназначена для выполнения логических операций «И» и «ИЛИ». Размеры узла 40X34X19,5 мм, вес 15 г.
Диодная сборка 4С61 (КК3.088.201Сп) на рабочие частоты 400—700 кгц состоит из четырех схем совпадений и предназначена для выполнения логических операций «И» и «ИЛИ». Размеры узла 54x34X19,5 мм, вес 20 г.
Сборка из двух маломощных электронных ключей 2КлЗ (КК3.088.202Сп) па рабочую частоту 100—700 кгц предназначена для выполнения логических операций «И» и «ИЛИ» и усиления импульсных сигналов по мощности. Размеры узла 54X34X23,5 мм, вес 25 г.
Мощный электронный ключ Кл1 (КК3.088.203Сп) на рабочую частоту 50 кгц предназначен для выполнения логической операции «И» и формирования импульса тока. Размеры узла 58x34x30,5 мм, вес 70 г.
Сборка из двух электронных ключей 2Кл2 (КК3.088.207Сп) на рабочую частоту 700 кгц предназначена для выполнения логических операций «И» и «ИЛИ», а также для формирования мощных импульсных сигналов выборки линеек ДЗУ и усиления импульсных сигналов по мощности. Размеры узла 54x34x23,5 мм, вес 25 г.
Сборка из двух ячеек индикации ЯП1 (КК3.088.302Сп) предназначена для выполнения логических операций «И» и «ИЛИ» при входных сигналах различной полярности. Размеры узла 54X34X19,5 мм, вес 20 г.
Сборка из двух инверторов 2П1 (КК3.105.201Сп) на рабочие частоты 400— 700 кгц предназначена для выполнения логической операции отрицания «НЕ» и усиления потенциальных сигналов по мощности. Размеры узла 34X34X23,5 мм, вес 15 г.
Сборка из двух низкочастотных инверторов 2ИЗ (КК3.105.202Сп) на рабочую частоту 5 кгц предназначена для выполнения логической операции отрицания «НЕ», усиления сигналов по мощности и управления релейными схемами. Размеры узла 34X34X23,5 мм, вес 15 г.
Система унифицированных функциональных узлов частного применения „Ритм“
Эта система (МРТУ5.657-9467-64) состоит из десяти типов модулей и предназначена для конструирования приборов систем дискретной автоматики морского использования.
По технологии производства, размерам унифицированной платы печатного монтажа, номиналам напряжений цепей питания, а также надежности в различных климатических и механических условиях унифицированные узлы системы «Ритм» почти не отличаются от узлов комплексов «Элемент-2» и «Аккорд».
Но система функциональных узлов «Ритм» разрабатывалась для определенного применения и поэтому привязана к конкретным судовым устройствам автоматики с заданными входными и выходными параметрами. Это несколько ограничило как набор самих узлов, так и их функциональные возможности. Ниже перечислены входящие в эту систему функциональные узлы.
Унифицированный инвертор И (П02.031) предназначен для выполнения логической операции «ИЛИ» с инверсией. Размеры узла 26x34X23 мм, вес 9 г.
Диодная приставка СВ (П02.21.1) предназначена для совместной работы с инвертором И (П02.03.1), усилителем У1 (П01.02.1) или усилителем У2 (П01.02.2) при выполнении логической операции «И — НЕ». Размеры узла 26X34X21 мм, вес 8,4 г.
Унифицированный резервированный инвертор ИР (П02.04.2—П02.04.1) предназначен для устройств с повышенной надежностью; реализует логические операции «ИЛИ» или «И», обе с инверсией. Размеры узла 54x34X21 мм, вес 19 г.
Унифицированный счетный триггер ТС (П03.01.1) предназначен для деления частоты запускающих импульсов и реализации логической функции «Память».
87
Рабочая частота переключений триггера 5 кгц. Размеры узла 54x34X24,5 мм, вес 19 г.
Выходные усилители У1 (П01.02.1) и У2 (П01.02.2) предназначены для ра-боты в управляющих цепях исполнительных электромеханических устройств с током потребления 50 ма, а также для выполнения логической функции «ИЛИ» с инверсией. Размеры узла 26X34X23 мм, вес 9 г.
Мощный выходной усилитель УМ (П01.03.1) предназначен для работы в цепи управления электромагнитных устройств с мощностью потребления не свыше 12 вт. Размер узла 54x34X33 мм, вес 35 г.
Резервированный усилитель УР (П01.04.1) предназначен для аппаратуры повышенной надежности в качестве усилителя мощности в цепях управления исполнительных электромагнитных устройств с током потребления не более 50 ма. Может также выполнять логические операции «ИЛИ» и «И» с инвертированием. Размеры узла 54X34X21 мм, вес 19 г.
Реле времени ВЗ (П04.01.1) предназначено для работы в качестве временной задержки выходного сигнала в цепях управления судовой аппаратуры. Размеры узла 54X34X23 мм, вес 19 г.
Диодная приставка СБ (П02.02.1) предназначена для увеличения числа входов логических элементов, а также для выполнения логической операции «ИЛИ». Электрическая схема узла СБ содержит четыре входа и два выхода. Размеры узла 26X34X21 мм, вес 8 г.
Реле времени ВР (П04.02.1) предназначено для временной задержки входного потенциального сигнала, формирования импульса заданной длительности, а также для конструирования одновибраторов или схемы плеча мультивибраторов. Размеры узла 54X34X19 мм, вес 17 г.
Система унифицированных функциональных узлов частного применения ЭК-30
Эта система (ОТУ Г50.515.000ТУ) состоит из трех инверторов и трех усилителей. Ее целевое назначение — построение логических схем устройств дискретной автоматики общепромышленного назначения.
Срок службы модулей системы — не менее 10 000 ч при непрерывной работе периодами до 2000 ч. Вероятность безотказной работы за период 2000 ч при максимально допустимой рабочей температуре +60° С составляет 0,98 с достоверностью 0,9 при риске заказчика 0,1. Модули системы при диапазоне температур от 0 до +60° С и относительной влажности до 98±2% (при +50°С) выдерживают вибрационные нагрузки в диапазоне частот от 0 до 60 гц при ускорении не более 1,5 g.
Ниже перечислены элементы, входящие в состав этой системы.
Функциональный модуль ИЗ (П22.82.21) представляет собою совокупность двух ключевых инверторов, реализующих логическую операцию «ИЛИ — НЕ».
Размеры модуля 54x34x24,5 мм, вес 12,5 г.
Функциональный модуль И2 (П22.81.21) на два входа, состоящий из двух ключевых инверторов, реализующих логическую операцию «ИЛИ — НЕ».
Размеры модуля 54X34X24,5 мм, вес 17,5 г.
Входной усилитель У (П22.21.31)—однокаскадная схема усиления сигнала низкой частоты. Работает в двух режимах: а) линейного усиления с ограничением сверху (рабочая точка находится на грани насыщения); б) линейного усиления без ограничения (рабочая точка находится в середине характеристики). Размеры модуля 54X34X24,5 мм, вес 14,5 г.
Выходной усилитель мощности У2 (П22.24.11) —двухкаскадный ключевой усилитель постоянного тока. Работает в управляющих цепях электромагнитных исполнительных устройств (контакторы, мощные реле); пригоден и как мощный ключевой элемент при коммутации логических цепей. Размеры модуля 82х X 34X28,5 мм, вес 33,5 г.
Выходной маломощный усилитель У1 (П11.11.02)—сборка двух однокаскадных ключевых' усилителей постоянного тока. Служит для включения маломощных электромагнитных реле и сигнальных ламп. Размеры модуля 54x34 Х24,5 мм, вес 17,5 г.
88
Триггерная приставка ТП (П22.15.101)—специальный модуль, составлен, ный из набора резисторов, конденсаторов и диодов. Совместно с модулями И2 (П22.81.21) или ИЗ (П22.82.21) образует схемы счетных триггеров, а также широко используется при компоновке реле времени, мультивибраторов, дифференцирующих и интегрирующих цепочек. Размеры модуля 82X34X23,5 мм, вес 37,5 г.
§ 10. Конструирование блоков и субблоков устройств дискретной автоматики с применением плоских модулей
Разработка и конструирование блоков и субблоков судовой радиоэлектронной аппаратуры и отдельных устройств дискретной автоматики с применением унифицированных функциональных узлов (плоских модулей) «Элемент-2», «Аккорд», «Ритм» и ЭК-30 осуществляются на основании руководящего технического материала (РТМ) ГГ0.000.035, согласно которому конструкции блоков и субблоков должны быть технологичными в заводском серийном производстве. Выполнение данного требования достигается: а) применением нормализованных несущих конструкций и шасси; б) максимальным использованием УФУ, УЧН и других унифицированных типовых и нормализованных деталей и узлов; в) доведением до минимума номенклатуры применяемых материалов и полуфабрикатов, в том числе монтажных проводов, кабелей, крепежных деталей; г) применением типовых технологических процессов, операционной поточной сборки, средств механизации, включая механизированную пайку монтажных соединений; д) возможностью проверять основные электрические параметры блоков и субблоков, не извлекая их из кожухов, стоек, контейнеров и т. п.; е) ограничением количества органов управления, настройки и контроля; ж) удобным доступом ко всем УФУ и к другим узлам и элементам, обеспечивающим простоту их замены з) возможностью демонтировать и заменять УФУ, УЧН и платы с элементами в блоках и субблоках.
Основной несущей конструкцией, на которой монтируют УФУ и другие дискретные элементы, является соединительная плата — печатная пластина из фольгированного стеклотекстолита марок СФ-1 или СФ-2, монтажные отверстия которой подвергнуты гальванической металлизации. С помощью соединительной платы осуществляются как взаимное электрическое соединение, так и механическое крепление УФУ и отдельных навесных элементов.
Рациональное конструирование блоков и субблоков возможно только при выполнении следующих требований, предъявляемых к соединительным платам: а) разработка соединительных плат, выбор их размеров и оформление чертежей должны соответствовать РТМ НГ0.010.021; количество типоразмеров плат должно быть минимальным;
б) конструктивную компоновку соединительных плат рекомендуется выполнять методом плоского моделирования, т. е. с применением аппликаций (шаблонов) УФУ и навесных элементов, изготовленных в соответствующем масштабе, что ускоряет нахождение оптимального расположения компонентов на плате;
в) УФУ и навесные элементы должны быть расположены на одной стороне соединительной платы, что облегчает механизацию процесса пайки монтажных соединений;
г) УФУ следует располагать рядами таким образом, чтобы линии их выводов были перпендикулярны линиям контактных выводов соединительной платы, поскольку это упрощает разводку печатного монтажа;
д) если разводка печатного монтажа соединительной платы сложна, то допускается удаление (выкусывание) незадействованных контактных выводов УФУ (за исключением угловых), но только при условии сохранения требуемой надежности механического крепления УФУ на платах;
е) отдельные' навесные элементы, устанавливаемые на соединительную плату, рекомендуется располагать таким образом, чтобы с одной из сторон субблока обеспечивался свободный доступ в зазор, образованный между УФУ и соединительной платой, в направлении, параллельном линиям выводов УФУ;
89
ж) в целях улучшения теплоотвода рекомендуется на соединительных платах оставлять максимально возможное количество фольги, т. е. применять при
разработке печатного монтажа метод равных промежутков;
з) влагозащиту смонтированных плат блоков и субблоков следует выполнять по нормали Н0.054.021.
В процессе компоновки элементов на соединительной плате необходимо стремиться к увеличению весовой и объемной плотности монтажа блока и к уменьшению количества разъемов и паек в цепях внутриблочных соединений,
плате.
так как это повышает эксплуатационную надежность проектируемых устройств и их «наработку на отказ».
Устанавливать УФУ на соединительной плате можно как параллельно, так и перпендикулярно плоскости последней. К достоинствам установки УФУ параллельно соединительной плате можно отнести: а) простоту крепления УФУ, осуществляемого впаиванием выводов УФУ в монтажные отверстия платы; б) большую свободу разводки печатного монтажа соединительной платы ввиду меньшего количества УФУ, располагаемых на плате; .в) меньшую вероятность повреждения соединительной платы при демонтаже УФУ ввиду отсутствия сплошных натеков влагозащитного лака между платами УФУ и соединительной платой; г) возможность применять УФУ с двухрядным расположением контактных выводов.
При установке УФУ параллельно соединительной плате должны соблюдаться следующие требования: а) между любыми точками УФУ (с учетом наплывов припоя и лака) и поверхностью соединительной платы должен иметься зазор не менее 2 мм\ такой зазор можно получить, применяя технологические прокладки толщиной 2 мм, удаляемые после пайки; б) наплывы припоя на выводах в зазоре между соединительной платой и УФУ не должны превышать 1,5 мм по диаметру; в) между торцами соседних УФУ должен иметься зазор в 2 мм (рис. 63); г) крепление УФУ на соединительной плате и электрическое соединение с нею должны осуществляться, как правило, пропусканием выводов в металлизированные отверстия платы и последующей пайкой.
Наличие в составе УФУ тяжелых деталей (например, мощных транзисторов, радиаторов и т. п.) делает необходимым дополнительное крепление УФУ, предусмотренное их конструкцией; концы выводов УФУ должны выступать из отверстий соединительной платы на 1—1,5 мм и подгибке не подлежат.
Достоинствами установки УФУ перпендикулярно соединительной плате являются: а) повышенная надежность влагозащиты соединительной платы после монтажа на ней УФУ, обеспечиваемая большей доступностью лицевой стороны
платы при нанесении лака, а также возможностью последующего визуального контроля качества лакировки; б) лучшие условия охлаждения ввиду обтекания воздухом обратной стороны УФУ; в) увеличенная весовая плотность монтажа блока (около 400 элементов на 1 кг), получаемая благодаря уменьшению количества соединительных плат, необходимых для установки данного комплекта УФУ; г) увеличенная объемная плотность монтажа блока (около 200 элементов на 1 дм3)', д) меньшее количество разъемов и паек в цепях внутриблочных соединений при компоновке большого количества УФУ в объеме блока; е) упрощенная технология разводки печатного монтажа соединительной платы благодаря применению двухплатной конструкции субблока.
При установке УФУ перпендикулярно соединительной плате должны соблюдаться помимо требований, касающихся параллельного способа расположе
90
ния УФУ, еще и следующие дополнительные требования: а) все контактные выводы нижнего ряда УФУ должны иметь Г-образную форму: б) наряду с обычным должно быть предусмотрено дополнительное крепление УФУ сверху, осуществляемое специальной скобой, прижимной планкой и резиновой прокладкой; в) шаг установки УФУ может быть переменным, в зависимости от ширины УФУ и зазора между ними.
Внутриблочные электрические соединения должны соответствовать РТМ Н0.010.001. При этом монтажные провода можно либо подключать к печатному монтажу плат при помощи переходных коммутационных элементов (контактных лепестков, колодок, разъемов), либо непосредственно впаивать в монтажные отверстия плат.
Допускаются следующие электрические соединения субблоков в блоке: а) выводы платы субблока — перемычки — гальванические пистоны платы блока (выполняют аналогично соединению УФУ с платой субблока);
б) выводы платы субблока — колодка с холодным контактированием и пайкой — жгут (выполняют при помощи розеток, гнезда которых состоят из двойных лепестков);
в) выводы платы субблока — колодка с запаиваемыми контактами — жгут (выполняют при помощи колодок с пружинными контактными лепестками);
г) выводы платы субблока — навесная съемная колодка — жгут (выполняют при помощи малогабаритных соединительных колодок, припаянных к проводам жгута и надеваемых на жесткие выводы субблока);
д) колодка — колодка с холодным контактированием и пайкой — жгут (выполняют при помощи парных соединительных колодок, одну из которых устанавливают на плату субблока и припаивают к монтажным отверстиям, а другую закрепляют на шасси блока и к ее контактным лепесткам припаивают провода жгута); контактирование обеспечивается касанием (пайкой) пружинящих лепестков колодок.
Помимо перечисленных применяют и такие электрические соединения, как переходная колодка — жгут; переходные лепестки (стойки) — жгут; гальванические пистоны — жгут; вилка — розетка разъема.
Последний вид электрического соединения применяют в тех случаях, когда от субблоков требуется быстросъемность. При этом рекомендуется применять малогабаритные разъемы (типов МРН, РПС и др.). Непосредственное впаивание выводов субблоков в монтажные отверстия блочных плат нежелательно, так как это затрудняет распайку соединений при съеме субблоков.
Функционально-узловой метод конструирования радиоэлектронной аппаратуры и устройств дискретной автоматики предусматривает унификацию не только узлов и субблоков, но и функциональных блоков.
К настоящему времени технологи, конструкторы, схемотехники и другие специалисты, применяющие элементы УФУ «Элемент-2», создали много вариантов конструкции радиоэлектронных блоков для судовой РЭА. Выбор того или иного из этих вариантов для каждой вновь разрабатываемой аппаратуры должен производиться с учетом предъявляемых к ней требований заказчика. Наиболее употребительны следующие конструкции радиоэлектронных блоков с применением УФУ системы «Элемент-2»: кассетная, субблочная и книжная.
Кассетная конструкция — субблоки с УФУ устанавливаются на шасси (или в корпусе блока) в одной или двух параллельных плоскостях и закрепляются, как правило, винтами, а их выводы припаиваются к жгутовому монтажу кассеты. В качестве внешних электрических соединений используются врубные разъемы, устанавливаемые на задней стенке корпуса. Ширина блока кассетной конструкции составляет, как правило, кратную часть ширины остальных блоков данной аппаратуры. Плотность монтажа — от 15 до 31 УФУ размером 26x34 мм на 1 дм3 объема блока.
Субблочная конструкция — субблоки располагаются на шасси (или в корпусе блока) параллельно друг другу в один или несколько рядов и закрепляются в направляющих пуклевках или в пазах прижимными планками. Электрические соединения субблоков выполняются, как правило, при помощи вруб-ных разъемов или соединительных колодок. Внутрнблочный монтаж в большей своей части может быть выполнен в виде соединительных печатных плат.
91
Плотность монтажа — от 9 до 24 УФУ размером 26X34 мм на 1 дм3 объема блока.
Книжная конструкция — субблоки располагаются в одной или в двух параллельных плоскостях на откидных рамах, шарнирно соединенных между собой или с корпусом блока. Обычно субблоки закрепляются винтами, а их выводы припаиваются к гибкому блочному жгуту. Конструкция позволяет без распайки жгута осуществлять взаимный раскрыв субблоков на шарнирах. Плотность монтажа — до 22 УФУ размером 26X34 мм на 1 дм3 объема блока.
Тщательная схемотехническая, технологическая и конструкторская проработка большого числа вариантов обеспечила безусловный успех разработчиков. Созданная ими система УФУ «Элемент-2» отличается оригинальностью, функциональной полнотой и большой гибкостью. Эту систему широко применяют при конструировании различных радиоэлектронных и дискретных автоматических устройств. Она же служит основой ряда систем, выполненных на микромодулях плоской и этажерочной конструкций.
Рассмотренные в гл. I системы элементов (модулей) плоской конструкции охватывают только часть имеющейся номенклатуры. Анализ конструкций и технических характеристик модулей, широко используемых при создании РЭА для устройств ЦВМ и дискретной автоматики «Вымпел» (М2-К), «Поток» (ФМ-125), и др., а также для радиолокационной, навигационной и гидроакустической судовой аппаратуры («Элемент-2» и др.) показывает, что все они удовлетворяют требованиям нормали Н0.005.015 и имеют следующие усредненные данные: вес — от 0,5 до 30 г; объем — от 0,8 до 22 см3; плотность монтажа — от 0,95 до 1,76 эл!см3\ количество элементов — от 4 до 32.
Надо полагать, что поскольку функционально-узловой метод конструирования радиоэлектронной аппаратуры с применением плоских модулей еще только развивается, названные показатели в ближайшем будущем улучшатся. Возможности метода и применяемых унифицированных модулей далеко не исчерпаны. И хотя теперь еще трудно точно определить все пути развития метода конструирования судовой РЭА, но можно уже сказать, что совершенствование плоских модулей будет продолжаться в следующих направлениях:
а) расширение номенклатуры модулей плоской конструкции, разрешенных для применения в судовых радиолокационных и гидроакустических комплексах, навигационной и связной радиоаппаратуре;
б) улучшение частотных характеристик и повышение рабочих частот до 10 Мгц и выше;
в) разработка модулей для высоких уровней сигналов при обеспечении требуемой эксплуатационной надежности;
г) сокращение веса, габаритов и потребляемой мощности, достигаемое использованием малогабаритных комплектующих пассивных изделий электронной техники, усовершенствованных полупроводниковых и сверхминиатюрных электровакуумных приборов новых типов;
д) повышение надежности модулей путем улучшения технологии производства высоконадежных комплектующих дискретных элементов и дальнейшего усовершенствования схемных решений;
е) расширение диапазона рабочих температур и доведение его от —60 до +(1254-155)°С;
ж) обеспечение нормальной работы модулей в условиях механических воздействий, характеризуемых вибрациями с частотой до 10 000 гц при ускорениях до 100 g и линейными нагрузками до 500 g\
з) увеличение радиационной стойкости модулей;
и) совершенствование технологии производства модулей путем перехода от паяных соединений к сварным, от плоских конструкций к объемным и т. д.
ГЛАВА II
КОНСТРУИРОВАНИЕ СРЕДСТВ СУДОВОЙ АВТОМАТИКИ НА ОСНОВЕ
ПОТЕНЦИАЛЬНО-ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭТ И МАГНИТНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛМ
Решение задачи комплексной автоматизации промышленных предприятий и судов морского флота требует не только глубокого знания автоматизируемых объектов, их физических свойств и характеристик, но и отчетливого представления об особенностях работы, конструкции и характеристиках элементов и функциональных устройств, из которых формируется автоматическая система аналогового или дискретного типа.
От степени развития и совершенствования элементной базы зависит степень комплексной автоматизации судовых радиоэлектронных и технических средств. В этом отношении выбор и обоснование какой-либо элементной системы определяет метод конструирования систем автоматики, что на этапе эскизного проектирования приобретает первостепенное значение.
В целях унификации элементной базы для промышленной дискретной автоматики отечественными предприятиями разработаны две серии полупроводниковых (функционально-логическая серия ЭТ) и магнитных (логическая серия ЭЛМ) типовых элементов, стандартизованных по входным и выходным параметрам, нагрузкам, напряжениям питания и т. п.
Обе серии типовых элементов объединены в единую унифицированную (базовую) систему логических элементов промышленной автоматики «Логика». Серийное производство типовых элементов осуществляет Калининский завод электроаппаратуры.
Опыт эксплуатации некоторых образцов судовых устройств дискретной автоматики, выполненных на этих элементах, показал, что они могут быть рекомендованы для применения в системах автоматического (дистанционного и телемеханического) управления отдельными приводами и вспомогательными устройствами.
При автоматизации судовых устройств все чаще встречаются задачи, которые невозможно решить с помощью электромеханических элементов — нейтральных и поляризованных контактных реле и др. Небольшое быстродействие, сложность использования в агрессивных и взрывоопасных средах, необходимость тщательного ухода во время эксплуатации, повышенный расход энергии настоятельно диктуют замену этих элементов новыми типами бесконтактных элементов. Рассматриваемые ниже бесконтактные функциональные и логические элементы (полупроводниковые ЭТ и магнитные ЭЛМ) в основном свободны от перечисленных выше недостатков; срок их службы практически не зависит от числа совершенных переключений; они более надежны, не требуют ухода и регулировки во время эксплуатации, могут быть легко выполнены в искробезопасном исполнении, виброустойчивы и, наконец, обладают значительно более высоким быстродействием, чем электромеханические реле.
93
§ 11. Особенности конструкций функциональных элементов ЭТ и ЭЛМ
Логические и функциональные элементы ЭТ (включая элементы времени и выходные усилители) предназначены для работы в цепях управления автоматических систем. Они допускают работу с контактными и бесконтактными датчиками, а также с другими элементами управления, на выходе которых имеется сигнал не менее 4,5 в постоянного напряжения. Напряжение питания элементов —12 в (—25 в); напряжение смещения 6 в; номинальное напряжение на внешней нагрузке составляет 24 в постоянного тока. Стремление повысить надежность элементов побудило их разработчиков принять значительные недогрузки основных комплектующих деталей — транзисторов, диодов, резисторов и конденсаторов. Срок службы элементов ЭТ не зависит от числа переключений и составляет 40 тыс. ч; вероятность безотказной работы Р^0,8.
Элементы ЭТ предназначены для работы от входных дискретных сигналов с двумя уровнями напряжений: малым (условно обозначаемым через «0») и большим (условно обозначаемым через «1»). Основные логические элементы могут работать при частоте переключений до 5 кгц. Рабочие частоты других элементов этой же серии — см. ниже, в табл. 36. Сигнал «0» (малого уровня) должен быть не более 0,9 в постоянного тока, а сигнал «1» (большого уровня) должен быть не менее 4,0 в постоянного тока. Полярность сигналов отрицательная.
Конструктивно элементы ЭТ оформлены в виде модулей. Полупроводниковые приборы и другие комплектующие детали смонтированы на гетинаксовой плате с печатным монтажом. Платы со смонтированными на них элементами залиты компаундом на эпоксидной основе и помещены в карболитовый корпус с крышкой. Такое решение выгодно тем, что позволяет крепить элементы на общей панели и одновременно обеспечивает их защиту от внешних климатических и механических воздействий.
Конструкция модулей неразборна и неремонтопригодна. По способу подключения к внешнему монтажу элементы ЭТ выпускаются в трех исполнениях: а) с цилиндрическими выводами под пайку на платы с печатным монтажом; б) с печатными выводами под штепсельный разъем; в) с лепестковыми выводами под проводной монтаж.
Маркировка выводов элементов цифровая — с 1 по 18. Напряжение +6 в выведено на 14-й вывод; 0 — на 15-й; —12 в — на 16-й; —24 в — на 17-й вывод.
Нормальная работа модулей обеспечивается при отклонении напряжения питания от —15 до +10% от номинального значения, температуре окружающего воздуха от —4 до +50° С, относительной влажности окружающего воздуха 98% (при +40°С). Модули выдерживают вибрации в диапазоне частот от 5 до 20 гц с ускорением до 4 g, ударные нагрузки — с ускорением 15 g.
Магнитные логические элементы ЭЛМ предназначены для работы в электрических схемах систем автоматики на частоте 50 гц в качестве промежуточны? бесконтактных реле при выполнении логических функций. Широко применяются в цепях сигнализации, блокировки, автоматического и программного управления. Рекомендуются к применению в устройствах автоматики и телемеханики, работающих в условиях, когда требуется высокая надежность или когда большое количество операций должно выполняться с достаточно высокой скоростью. Они незаменимы в условиях, когда система должна работать без наладки и регулировки системы, да еще в тяжелых атмосферных условиях.
Срок службы магнитных логических элементов не зависит от числа совершенных ими переключений, т. е. практически не ограничен (если, конечно, не будет нарушена их механическая прочность).
Из магнитных элементов ЭЛМ, выполняющих отдельные логические функции, легко компонуются стандартные блоки, реализующие определенные логические операции.
Весь комплекс магнитных логических элементов ЭЛМ подразделяется на две системы: а) ЭЛМ-50 для питания- от сети с промышленной частотой 50 гц\ б) ЭЛМ-400 для питания от сети с частотой 400 гц. Эги системы отличаются друг от друга не только частотой источников питания, но и структурой построе
94
ния: система ЭЛМ-50 многофункциональна, система ЭЛМ-400 однофункциональна.
Многофункциональная система представляет собой совокупность бесконтактных логических элементов ЭЛМ-50, каждый из которых выполняет только одну функцию. Элементы этой системы конструктивно оформлены в виде стандартных блоков. Корпус блока — пластмассовый; после монтажа деталей схему заливают эпоксидным компаундом. Сердечники элементов — тороидальные, из железо-никелевого сплава 50НП (или 65НП); коэффициент прямоугольности петли гистерезиса сердечника — не ниже 0,85.
Серия магнитных логических элементов ЭЛМ-50 выпускается в двух конструктивных вариантах исполнения.
Для первого варианта характерно то, что зажимы питания элементов и зажимы цепей управления расположены на разных торцах прямоугольного корпуса. Размеры корпуса 95x46X30 мм. Зажимам управления присвоена цифровая маркировка, а зажимам питания — буквенная. Элементы (по 5—10 шт.) крепятся на специальных панелях размером 245X58X23 мм, к нижней стороне которых подведены шинки питания. Цепи управления па верхних торцах элементов собираются посредством пайки. Панели с элементами крепятся к щитам. Поскольку элементы этого исполнения имеют пониженную надежность, их можно рекомендовать для применения лишь на этапе макетирования и отработки лабораторных схем.
Второй вариант характерен тем, что все зажимы элемента выведены на один нижний торец, и соединение всех цепей осуществлено посредством пайки. Обозначения выводов — такие же, как и у элементов первого исполнения (за исключением зажима Рг, вместо которого используется зажим У). Размеры элементов 70X72X50 мм.
Элементы ЭЛМ-51 отличаются от описанных выше своими размерами (105X62X44 мм)\ к тому же они не залиты эпоксидным компаундом и их конструкция позволяет регулировать выдержку времени при помощи подстроечного сопротивления, находящегося под крышкой.
Однофункциональная система ЭЛМ-400 построена на основе малогабаритного элемента — инвертора, позволяющего выполнять логическую функцию «Стрелка Пирса» («ИЛИ — НЕ») на несколько входов. Оценивая однофункциональную систему, необходимо отметить, что ее достоинство, заключающееся в построении любой логической схемы из однотипных ячеек (модулей), габариты и стоимость которых меньше габаритов и стоимости разнотипных элементов, выполняющих логические функции «И», «ИЛИ», «НЕ» и т. д., не всегда является решающим при построении сложных систем, где для реализации одних и тех же схем потребуется в среднем на 15—20% больше элементов однофункциональной системы, чем элементов многофункциональной системы.
Преимущества однофункциональной системы элементов увеличиваются с ростом допустимого числа входов (до семи) на один элемент, что ведет к уменьшению общего числа элементов в схеме. Элементы ЭЛМ-400 обладают большим быстродействием, чем элементы ЭЛМ-50; они реагируют на синхронные сигналы частотой 400 гц и несинхронные частотой до 130 гц.
Помимо основного элемента (инвертора), серия ЭЛМ-400 содержит ряд вспомогательных элементов: повторитель, синхронизатор, диодную приставку, питающий трансформатор, входные и выходные элементы. Элементы ЭЛМ-400 конструктивно выполнены на одном тороидальном сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса. Все элементы, кроме одного (ЭЛМ-400-С), выполнены в виде однотипных залитых эпоксидным компаундом блоков размерами 55X46X22 мм. Элемент ЭЛМ-400-С имеет несколько большие размеры (68X55X46 мм). Монтаж навесных деталей внутри блока осуществлен на печатной плате.
Присоединение элементов — штыревое с последующей их припайкой к лепесткам, расположенным на панели питания (134X59X49 мм), на которую можно установить до пяти элементов ЭЛМ-400.
Элементы -ЭЛМ-50 и ЭЛМ-400 предназначены для работы в закрытых помещениях или наружных установках в шкафах при температуре окружающей среды от —40 до +65°С, относительной влажности воздуха 95—98% (при + 40° С).
95
§ 12. Типовые потенциально-импульсные элементы ЭТ
Серия потенциально-импульсных элементов ЭТ состоит из 18 модулей, которые можно подразделить по роду выполняемых ими функций на четыре группы: а) логические модули (6 шт.); б) функциональные модули (3 шт.); в) модули времени (4 шт.); г) выходные усилительные модули (5 шт.). Маркировка модулей и их назначение указаны в табл. 35. Каждый модуль имеет типовое буквенно-цифровое обозначение. Первые две буквы (ЭТ) определяют название серии, третья буква дает обозначение группы (Л — логическая, Ф — функциональная, В — времени, У — усиления), следующие две цифры обозначают тип модуля (01, 02, 03 ...), а последняя (третья) цифра указывает на исполнение (I — под печатный монтаж, II — разъемное соединение, III — под проводной монтаж).
Рис. 64. Модуль ЭТ-Л01.
Логические модули. Основной активный элемент этой группы реализует функцию «ИЛИ — НЕ». Помимо того, в группу входят пассивный элемент, реализующий функцию «ИЛИ — И», и пассивные элементы, реализующие только функции «ИЛИ» и «И» для импульсных схем.
Функциональные модули предназначены для гальванического разделения цепей (согласующий модуль), формирования дискретного сигнала (релейный модуль) и для сравнения величин двух напряжений (нуль-орган).
Модули времени предназначены для реализации временных функций в импульсных и потенциальных схемах.
Выходные усилительные модули предназначены для повышения нагрузочной способности логических модулей в сложных системах, а также для управления токами в обмотках электромашинных и магнитных усилителей следящих систем, мощных реле и маломощных контакторов с мощностями управления до 100 вт.
Характеристики всех модулей ЭТ сведены в табл. 36. Буквами А, В, С и D на схемах модулей ЭТ обозначены контрольные точки активных элементов (выводы эмиттера, коллектора, базы и диода).
Логический модуль ЭТ-Л01 (рис. 64) состоит из двух независимых схем «ИЛИ — НЕ», каждая из которых имеет три входа и один инверсный выход. При отсутствии сигнала на всех входах транзистор закрыт, и на его выходе имеется отрицательный потенциал (принятый в системе за единицу). При появлении хотя бы на одном из входов сигнала, равного единице, транзистор открывается, и на выходе сигнал исчезает. В случае работы модуля на вход других модулей (кроме модуля ЭТ-Л02, реализующего функцию «И») выводы 3 и 5 необходимо соединить с выводом 16. Модуль ЭТ-Л01 служит основой для 96
Таблица 35
Номенклатура и назначение модулей ЭТ
Тип модуля Группа модулей Назначение
ЭТ-Л01 ЭТ-Л02 ЭТ-ЛОЗ ЭТ-Л04 ЭТ-Л05 ЭТ-Л06 Логические Двойная резистивно-транзисторная схема «ИЛИ—НЕ» реализует универсальную логическую функцию у — а + b + с Диодная приставка «ИЛИ—НЕ» реализует логические функции ^ = a + & + c + d + *-h/r, у — abcdeh Счетный триггер (маломощный) применяется в схемах счетчиков, регистров и т. п., а также как «Память» Счетный триггер (мощный) применяется в разветвленных цепях матричных шифраторов и дешифраторов, а также как «Память» при работе на реле или сигнальную лампу Двойная потенциально-импульсная ячейка для составления импульсных схем «ИЛИ», «И», а также для размножения входов модуля ЭТ-ЛОЗ То же и, кроме того, для размножения входов модуля ЭТ-Л04
ЭТ-Ф01 ЭТ-Ф02 ЭТ-ФОЗ Функциональные Согласующий входной модуль для гальванического разделения электрических сигналов Релейный элемент служит как дискриминатор амплитуд для преобразования непрерывных изменений входного напряжения в дискретный сигнал заданного уровня Нуль-орган для сравнения двух напряжений по величине
ЭТ-В01 ЭТ-В02 эт-воз ЭТ-В04 Времени Тройная /?С-цепочка применяется в схемах для задержки импульсов, а также в качестве фильтра Двойная транзисторная задержка для построения линий задержки, одновибраторов, мультивибраторов и т. п. Выдержка времени до 10 сек с регулированием в пределах от 0,5 до 10 сек Выдержка времени до 100 сек с регулированием в пределах от 9 до 100 сек
ЭТ-У01 ЭТ-У02 ЭТ-УОЗ ЭТ- У04 ЭТ-У05 Усилительные выходные Двойной усилитель согласования для повышения нагрузочной способности логических схем, а также для питания сигнальных ламп (на выходе до 40 ма при 12 в) Двойной выходной усилитель мощности (3 вт; 125 ма) для управления током в обмотках ЭМУ, МУ, промежуточных реле, электромагнитных муфт, а также для питания сигнальных ламп Выходной усилитель мощности (10 вт', 420 ма) для тех же целей, что и ЭТ-У02 Выходной усилитель мощности (30 вт; 1,25 а) для тех же целей, что и ЭТ-У02 Выходной усилитель мощности (100 вт; 4,2 а) для управления током в обмотках ЭМУ, МУ, мощных реле и контакторов, электромагнитов и электромагнитных муфт и др.
Основные технические
Тип модуля Напряжение питания, в Потребление тока, ма Входные
Сопротивление входа, ком Ток запуска, ма Чувствительность, мв Рабочая частота, кгц Уровень входного сигнала «0», в
переменного тока постоянного тока переменного напряжения постоянного напряжения
ЭТ-Л01 +6; —12 2 X 15 1,5 5 0,5—0,95
ЭТ-Л02 — —12 — — — 3; 6; 9 — 5 —
ЭТ-ЛОЗ 4-6; —12 15 — 5 — — 4-7
ЭТ-Л04 — —25 120 — 15 — 0,5 —
ЭТ-Л05 — —12 — 3 — — 5 —
ЭТ-Л06 — —25 — — 3 — — 0,5 —
ЭТ-Ф01 220 12; ПО; 220 50 15 1,5 15 — — —
ЭТ-Ф02 — 4-6; —12 — 15 2 — — 5 —
ЭТ-ФОЗ — 4-6; —12 — 20 — — 50 — —
ЭТ-В01 — — — — 1,5 — — — —
ЭТ-В02 — — 12 — 5 — — — — —
эт-воз . 4-6; —12 20 1,5 0,5—1
ЭТ-В04 — -12 30 1,5 — — — 0,5—1
ЭТ-У01 — 4-6; —12 30—40 0,75—0,1 — — 5 0—0,75
ЭТ-У02 — 4-6; —12 70—100 0,75—0,1 — — 0,5 0—0,75
ЭТ-УОЗ 4-6; —24 50 1,5 — — 1 0,5—1
ЭТ-У04 — 4-6; -24 — 100 1,5 — — 1 0,5— 1
ЭТ-У05 — +6; —24 — 150 1,5 — — 1 0,5—1
5 0----------------------М-----------0 2 74 0----------------------14----------0 77
Рис. 65. Модуль ЭТ-Л02.
реализации логических функций «ИЛИ», «И», «НЕ», «И — НЕ» («Штрих Шеффера»), «ИЛИ — НЕ» («Стрелка Пирса»), «Запрет», «Память», «Неравнозначность» (неэквивалентность), «Импликация». Подробнее реализация этих функций будет рассмотрена в следующем параграфе.
Логический модуль ЭТ-Л02 (рис. 65) —универсальная диодная приставка, выполненная на диодах Д9Д, выводы которых не связаны друг с другом. С помощью внешних соединений выводов диодов можно реализовать логические функции «ИЛИ» и «И».
98
характеристики модулей ЭТ
Таблица 36
параметры Выходные параметры
Уровень входного сигнала «1» (амплитуда импульса), в Длительность входного сигнала (импульса), мксек Нагрузочное сопротивление, ком Ток внешней нагрузки, ма Уровень выходного сигнала «0», в Уровень выходного сигнала «1» (амплитуда импульса), в Время задержки выходного сигнала, сек Время срабатывания, мксек Выходное сопротивление, ком
12 4—20 12 12 4—20 20 12 1,5—10,2 1,5—12 3,6—12 3,6-12 3,6-12 0,1 1 300 300 2 X 820 2; 4; 1; 0,8 820 2400 820 820 57 20 5,7 15—25 70—100 15 10—20 420 1200 4200 0,15 0,65 0,2 0,15—0,5 0,15 0,15 0,5 о> in см — со см ш *— II 1 1 1 1 тг' loll 1 1 I 1 1 1 1 тГ Ш — — Ш СО О СО о 1 1 1 1 2S II 1 1 1 |5 1 1 ° ? | 1 1 1 1 1 R ° S 8d° СО Г" 1111111 1 1 о- 11111 II II 1 1 "I- 1 L 1 1 1 1 1 1 1 1 1 о о
Логический модуль ЭТ-ЛОЗ (рис. 66) — маломощное переключающее устройство (триггер), выполненное на диодах Д9Д и на транзисторах П16. Применяется в качестве делителя частоты или счетной ячейки, как «Память» и т. д. Может работать как по схеме с общим счетным входом (объединяются выводы 3 и 10), так и по схеме с разделенными входами (объединяются выводы 6 и 5, 9 и 11).
Логический модуль ЭТ-Л04 (рис. 67) — мощный триггер на транзисторах П20 и диодах Д9Д, обеспечивающий работу электромеханических реле, сигнальной индикации и других элементов. Широко применяется также в цепях управления, матричных дешифраторах и др. В отличие от модуля ЭТ-ЛОЗ представляет собой перекрестное соединение двух инверторов через диодные связи, что исключает протекание базового тока через нагрузку и повышает перепад тока и напряжения в нагрузке. Управление триггером осуществляется сигналами от других элементов через потенциально-импульсные ячейки.
Логические модули ЭТ-Л05 и ЭТ-Л06 на диодах Д9Д имеют одинаковые электрические схемы (рис. 68); различаются величинами питающего напряжения и емкостями конденсаторов. Предназначены для преобразования потенциальных сигналов в импульсные. Хорошо согласуются с модулями ЭТ-ЛОЗ и ЭТ-Л04, реализуя необходимые импульсные логические схемы. Позволяют значительно сократить числсг транзисторов в схемах автоматики и телемеханики благодаря исключению промежуточных усилителей.
Функциональный модуль ЭТ-Ф01 (рис. 69) предназначен для согласования параметров гальванически изолированных датчиков и элементов системы
99
+f)6
Рис. 68. Модули: а — ЭТ-Л05; б —ЭТ-Л06.
Рис. 67. Модуль ЭТ-Л04.
100
автоматики, а также для согласования параметров отдельных узлов последней с заменой гальванической связи связью магнитной.
Функциональный модуль ЭТ-Ф02 (рис. 70) на транзисторах П16 —полупроводниковая схема релейного элемента, обладающего соответственной релейной характеристикой — «вход — выход». Предназначен для преобразования плавно
изменяющегося входного напряжения в дискретный выходной сигнал установленного уровня. По схеме соответствует несимметричному триггеру, построенному на основе двухкаскадного усилителя постоянного тока с положительной обратной связью.
Напряжение срабатывания регулируется в широких пределах изменением входного сопротивления. Ограничению амплитуды входного сигнала способствует диод, срезающий всплески сигнала, превышающие величину напряжения питания —12 в. К выходу можно подключать не более трех схем «ИЛИ — НЕ» (модуль ЭТ-Л01).
Функциональный модуль ЭТ-ФОЗ (рис. 71)—нуль-орган на транзисторах П104 и диоде Д9Д, сравнивающий величину двух напряжений постоянного тока. Основным узлом является блокинг-генератор. Транзисторы Ti и Тг, работающие в диодном режиме, включают цепь положительной (оч) связи блокинг-генератора.
или отрицательной (w2) обратной
При превышении контролируемого напряжения (вход 1) над эталонным (вход 2) Ti открыт, а Т2 закрыт, блокинг-генератор не работает, так как включена обмотка отрицательной обратной связи.
Блокинг-генератор начинает работать только в случае превышения эталонного напряжения над контролируемым, когда открывается Т2 и запирается Ti и в схеме возникают релаксационные колебания, обусловленные сигналом, поступающим по цепи положительной обратной связи.
Транзисторы Ti и Т2, работающие в схеме модуля в диодном режиме и обладающие малым «прямым сопротивлением, применены для получения более
101
крутых и идентичных диодных характеристик и для улучшения чувствительности (50—100 мв) и стабильности нуль-органа.
Модуль времени ЭТ-В01 (рис. 72) — тройная /?С-цепочка, каждая из частей которой электрически изолирована от других. В случае необходимости постоянную времени /?С-цепочки можно увеличить, подключив к средним точкам (Л, С, D) внешнюю емкость.
Рис. 71. Модуль ЭТ-ФОЗ.
Модуль предназначен для тех логических схем, в которых сигнал с выхода импульсно-потенциальной схемы совпадения должен поступать на вход сопрягающегося потенциального элемента, управляющего работой данной схемы совпадения. Очевидно, что в этом случае управляющий сигнал, поступающий на потенциальный вход схемы совпадения, необходимо задержать до тех пор, пока
Рис. 72. Модуль ЭТ-В01.
не окончится импульс на импульсном входе, так как иначе не предотвратить прохождения ложного сигнала на второй вход. Задержку управляющего импульса и осуществляет модуль ЭТ-В01.
Модуль времени ЭТ-В02 (рис. 73) —активная линия задержки, выполненная на транзисторах П20 и на инверторе с конденсаторами на входе. Обеспечивает временную задержку сигнала при подаче на вход нулевого сигнала. Широко применяется в схемах автоматики и телемеханики для ограничения длительности действия сигнала, а также в схемах мультивибраторов, одновибраторов и линий задержки. Обеспечивает выдержки времени 70, 300 и 700 мксек. Чтобы
102
расширить диапазон временных задержек, достаточно к базовому выводу 6 подключить любую внешнюю емкость.
Модуль времени ЭТ-ВОЗ (рис. 74) — активная линия задержки, выполненная на диодах Д101. Обеспечивает появление выходного сигнала с задержкой в пределах от 0,5 до 10 сек (регулиро-
вание осуществляется изменением постоянной времени цепочки при помощи переменного резистора /?1) после входного сигнала, поданного на один из трех входов. Сигнал на выходе пропадает одновременно с исчезновением входного сигнала. Для повышения стабильности времени срабатывания модуля в его схеме применен принцип перезаряда предварительно заряженного конденсатора С через резисторы Ri и /?2 (С и Ri в модуле не устанавливаются) .
Модуль времени ЭТ-В04 (рис. 75) предназначен для получения больших задержек сигнала по
времени. Задержка сигнала регулируется в диапазоне от 9 до 100 сек изменением постоянной времени контура при помощи переменного резистора. Для надежной фиксации момента изменения полярности напряжения на конденсаторе (прин-
цип перезаряда которого здесь также сохраняется) при медленно изменяющемся напряжении на нем используется блокинг-генератор.
Рис. 74. Модуль ЭТ-ВОЗ.
Транзисторы (помимо особо обозначенного) — П16А.
Модуль усиления ЭТ-У01 (рис. 76) —усилитель согласования входных и исполнительных элементов системы автоматики. Выполнен на транзисторах П16А и диодах Д101. Предназначен также для повышения нагрузочных способностей логических схем, питания индикаторных ламп и обмоток высокоомных электромагнитных реле и т. п., потребляющих ток не более 40 ма при напряжении 24 в. В модуле конструктивно объединены две схемы усилителей с тремя раздельными входами каждая.
103
Модуль усиления ЭТ-У02 (рис. 77) по своей электрической схеме мало чем отличается от предыдущего. Применение более мощных транзисторов П20, включенных по схеме с общим эмиттером, обеспечивает получение выходной мощности до 3 вт при токе до 125 ма. Используется в двух вариантах. По первому варианту к модулю надо подать питание от —12 в, ввести в коллекторную цепь резистор Ri = = 300 ом, соединив выводы 4 и 13, подключить нагрузку к выводу 4 и использовать в качестве выхода вывод 9 через 7?2 = 750 ом. При этом ток коллектора не должен превышать 60—80 ма.
По второму варианту, когда возникает необходимость увеличения тока нагрузки до 125 ма, входной сигнал подается через диод Д1, что позволяет обеспечить надежное открытие триода 7\. Для
11
-0
16
7 0
0
9
0
Модуль ЭТ-60Ч
90,0
130—1|---0 3
выход 1
-----0 2
016
-126
— 05
выход 2
014 +66
Рис. 75. Цоколевка модуля ЭТ-В04.
работы модуля на управляемые устройства используется питание— 24 в.
Пунктиром на рисунке показано правило включения нагрузки активного и индуктивного характера.
Модуль усиления ЭТ-УОЗ (рис. 78) — выходной трехкаскадный усилитель мощностью до 10 вт при токе в нагрузке до 420 ма. Все транзисторы включены по схеме с общим эмиттером.
Рис. 76. Модуль ЭТ-У01
Модуль усиления ЭТ-У04 (рис. 79) — выходной усилитель, обеспечивающий получение мощности до 30 вт при максимальном токе в нагрузке до 1,25 а. В отличие от предыдущего, выполнен по четырехкаскадной схеме, в которой транзисторы П16А включены по схеме с общим эмиттером, а выходные транзисторы П203 — по схеме составного транзистора. При частых отключениях модуля, когда предельно допустимый ток диода Дш меньше тока нагрузки, необходимо внешним монтажом подключить дополнительный шунтирующий диод.
104
Модуль усиления ЭТ-У05 (рис. 80), самый мощный из всех рассмотренных, обеспечивает выходную мощность до 100 вт при максимальном токе в нагрузке до 4,2 а. От модуля ЭТ-У04 отличается тем, что связь между предвыходным
Диоды (помимо особо обозначенных) — Д101.
Рис. 78. Модуль ЭТ-УОЗ.
Транзисторы (помимо особо обозначенного) — П16А.
транзистором П201А и выходным составным транзистором осуществлена при помощи двух диодов Д206. Использование двух диодов продиктовано тем, что напряжение запуска составного триода должно составлять около 1 в, что недостижимо при одном диоде. Имеются также различия и в параметрах комплектующих элементов.
105
Питание всех групп модулей серии ЭТ осуществляется от унифицированных блоков питания па 20, 100 и 500 вт со стабилизированными выходными напряжениями и на 160 и 500 вт с иестабилпзированными выходными напряжениями (табл. 37). Последние два блока питания допускают резкое изменение нагрузки, вплоть до одновременного ее включения и отключения.
17
+6в
Все блоки питания, за исключением блока ЭТ-П20С, имеют на выходе по три цепи выпрямленного напряжения, объединенные общим (нулевым) проводом; блок ЭТ-П20С имеет только две цепи. В стабилизированных блоках выходное напряжение —25 в является вспомогательным, оно не имеет стабилизации. В этих блоках предусмотрена возможность кратковременного (не более 30 мин) одновременного понижения напряжения цепей +6 и —12 в № 75% от номинального значения, при этом их стабилизация отключается. Все блоки питания
106
Таблица 37
Основные технические характеристики блоков питания модулей ЭТ
Тип блока питания Номинальная мощность всех выходных цепей, вт Род тока и напряжение питания сети, в Мощность выходных цепей на стороне постоянного тока (etn) при напряжении, в Допустимая кратность изменения тока нагрузки Допустимый уровень пульсаций выходного напряжения Допустимое изменение среднего значения выходного напряжения в цепях напряжением 4-6 и —12 в, %
+6 — 12 -25
ЭТ-П20С 20 Однофазный 220 4 16 10 3 ±2
ЭТ-П100С 100 » 220 18 72 10 5 3,1 ±-2,5
ЭТ-П500С 500 Трехфазный 220/380 80 400 20 3 3 ±z 2
ЭТ-П160 160 » 220/380 15 40 105 — 6,5 —
ЭТ-П500 500 » 220/330 30 60 410 — 6,5 —
снабжены защитой, исключающей выход из строя блока при аварийных режимах в цепях нагрузки.
Необходимо отметить, что логическая гибкость всей серии модулей ЭТ в целом оказывается при конструировании различных устройств автоматики и телемеханики значительно больше той, которая приведена выше для каждого модуля в отдельности. Это отчетливо выявится в следующем параграфе, где рассмотрена компоновка некоторых типовых логических устройств на модулях ЭТ и приведены примеры повышения их логических возможностей.
§ 13. Конструирование однотактных и многотактных логических схем с помощью элементов ЭТ
Логические устройства дискретной автоматики и вычислительной техники в определенной последовательности обрабатывают информацию, представленную в двоичном счете, и по каналам управления выдают сигналы на выходные усилители или непосредственно на исполнительные механизмы. Логические устройства, выходные сигналы которых определяются только входными сигналами без задержки во времени, обычно называются однотактными (комбинационными или устройствами без памяти). Логические же устройства, выходные сигналы которых зависят не только от природы входных сигналов, но и от внутренних состояний элементов этих устройств, особенно элементов временных задержек (памяти), называются многотактными. Модули ЭТ позволяют компоновать как однотактные, так и многотактные логические устройства.
При помощи логического модуля ЭТ-Л01 можно реализовать следующие логические функции:
«ИЛИ» — сигнал на выходе появляется одновременно с появлением сигнала хотя бы на одном из входов;
«И» — сигнал на выходе появляется только в том случае, если сигналы имеются на всех входах;
«НЕ» — наличие сигнала на входе определяет отсутствие сигнала на выходе;
«И — НЕ» («Штрих Шеффера»; принципиальная схема из трех модулей ЭТ-Л01 представлена на рис. 81)—сигнал на выходе х отсутствует только тогда, когда имеются сигналы на всех трех входах: ai, «г, аз;
107
Рис. 81. Реализация функции «И — НЕ» на модулях ЭТ-Л01.
Рис. 82. Реализация функции «ИЛИ —НЕ» на модуле ЭТ-Л01,
Рис. 83. Реализация функции «Память» на модуле ЭТ-Л01.
Рис. 84, Реализация функции «Неравнозначность» на модулях
ЭТ-Л01.
108
«ИЛИ — НЕ» («Стрелка Пирса»; принципиальная схема показана па рис. 82) — сигнал па выходе х отсутствует всегда, когда имеется сигнал хотя бы на одном из трех входов: at, а2, а3\
«Запрет» — наличие сигнала на входе запрета б означает отсутствие сигнала на выходе; сигнал на выходе появится одновременно с сигналом на входе а, если исчезает сигнал запрета на входе б;
«Память» (рис. 83) — при подаче сигнала на вход а (включение памяти) появляется сигнал х на прямом выходе и исчезает на инверсном; это состояние сохраняется до подачи сигнала на вход б (отключение памяти); после подачи питания состояние схемы произвольное;
«Неравнозначность» (принципиальная схема из трех модулей ЭТ-Л01 представлена на рис. 84) —сигнал на выходе х существует только тогда, когда сигналы на входах а и б не совпадают;
«Импликация» — сигнал х на выходе схемы, составленной из двух модулей, отсутствует только при наличии сигнала на входе а и отсутствии сигнала на входе б.
На пассивном логическом модуле ЭТ-Л02, схема которого представляет собой универсальную диодную приставку, можно при помощи внешних соединений выводов диодов реализовать до трех схем «ИЛИ», до двух схем «И», а также сочетание схем «ИЛИ», «И».
На рис. 85 показано подключение пассивной схемы «ИЛИ» к выходу пассивной схемы «И», выполненное на двух модулях ЭТ-Л02.
Сочетание логического модуля ЭТ-Л01 с пассивным модулем ЭТ-Л02 позволяет реализовать функцию «Равнозначность» (рис. 86). Схема такого логического устройства характерна тем, что сигнал х на ее выходе существует только тогда, когда на обоих входах а и б одновременно имеются или отсутствуют входные сигналы.
Модули ЭТ-ЛОЗ (см. рис. 66) могут служить основой для построения пе-ресчетных логических устройств. Они допускают работу при включении по схеме с общим счетным входом (на схеме выводы 3 и 10 объединяются) и по схеме с разделенными входами (объединяются выводы 5 и 6, 9 и 11). На рис. 87 приведено примерное построение двоичного суммирующего счетчика, выполненное на трех модулях ЭТ-ЛОЗ.
Для приведения счетчика в рабочее положение выводы 8 модулей должны быть объединены (шина «Сброс») и на них должен быть кратковременно подан нулевой потенциал. При этом сигнал, проходя через диоды Д3 модулей, устанавливает нулевое значение потенциала коллектора транзисторов Т2 и незначительное положительное значение (близкое к нулю) потенциала на базе транзистора После снятия нулевого потенциала с шины «Сброс» транзистор Т2 удерживается в открытом состоянии, а транзистор Ti — в закрытом. Данное устройство, в основе которого лежит элементарный триггер, характерно тем, что закрытый диод Д1 не пропускает положительных сигналов, величина которых ниже отрицательного потенциала коллектора UK закрытого транзистора Ti. Поэтому любой положительный сигнал (в данном случае — сигнал помехи) амплитудой меньше UK, поступающий на вход счетчика, не может попасть на базу закрытого транзистора Ti.
Диод Дг, установленный в цепи базы Т2 и связанный через резистор Rs с цепью коллектора Tlt открыт, так как с обеих его сторон приложены почти одинаковые потенциалы. Поэтому диод Д2 является как бы замкнутым ключом и хорошо пропускает на базу насыщенного транзистора Т2 положительные сигналы, поступающие на вход схемы. Такой диодный ключ облегчает условие опрокидывания триггера. Работа схемы начинается с момента поступления на вход сигнала отрицательной полярности. При этом конденсатор С2 заряжается по цепи: шина заземления, переход эмиттер — коллектор Т2, выводы 5 и 6, резистор /?9. Конденсатор С2 накапливает положительные заряды со стороны вывода 4, а отрицательные — со стороны вывода 3.
Конденсатор Ci при этом не заряжается, так как транзистор Ti закрыт. Такое распределение позволяет запомнить состояние триггера и при переброске обеспечить развитие регенеративного процесса в нужном направлении. Разряд конденсатора С2 происходит через резисторы /?5 и R9. В первый момент после
109
Рис. 85. Сочетание схемы «ИЛИ» со схемой «И» на модулях
ЭТ-Л02.
Рис. 86. Реализация функции «Равнозначность» на модулях ЭТ-Л01 и ЭТ-Л02.
Рис. 87. Двоичный суммирующий счетчик, выполненный на модулях ЭТ-ЛОЗ.
НО
разряда конденсатора С2 неосновные носители, накопленные в области базы, быстро рассасываются через эмиттерный переход, и транзистор Т2 запирается, что обеспечивает четкое опрокидывание триггера. С этого момента начинает заряжаться конденсатор Ci При подаче на вход сигнала нулевого значения конденсатор разряжается на базу насыщенного транзистора 7\ и триггер возвращается в исходное положение. Частота следования входных импульсов устройства ограничивается временем заряда емкости через резисторы Ri и Rg. С целью повышения частоты до 10 кгц резисторы Ri и Rg необходимо шунтировать диодами, как это показано пунктиром на схеме счетчика (рис. 87). Для
Рис. 88. Схемы практического применения модуля ЭТ-Ф01: а — управление постоянным током модуля ЭТ-Л01; б — передача сигналов от источников переменного тока 220 в.
данной схемы счетчика нагрузку необходимо подключать последовательным способом, что обеспечивает большую нагрузочную способность и помехоустойчивость.
Сброс триггеров в счетных схемах осуществляется одним импульсом через коллектор или через цепь базы путем подачи потенциала земли на вход схемы. Для счета импульсов отрицательной полярности необходимо подавать сигналы на вход схемы через логический модуль, осуществляющий операцию «И — НЕ». Для управления схемой от других элементов (в общем случае) можно использовать дополнительные базовые выводы 7 и 12. Резисторы /?з и Rs служат для обратного смещения диодов в тех случаях, когда /?1 и Rg не имеют связи с коллектором, и используются в качестве дополнительных входов триггера для осуществления различных логических операций.
На функциональных модулях ЭТ-Ф01 в сочетании с логическими модулями ЭТ-Л01 и другими можно скомпоновать ряд автоматических устройств, в частности устройства управления цепями постоянного и переменного тока. На рис. 88 представлены две схемы практического применения модуля ЭТ-Ф01.
111
В схеме по рис. 88, а на входе модуля 9T-J1O1 входной сигнал появляется при замыкании кнопки К, включенной в цепи обмотки подмагничивания модуля ЭТ-Ф01. При этом ток, а следовательно, и ампер-витки подмагничивания, становятся равными нулю, а переменный ток трансформируется с первичной обмотки, подключенной к сети 220 в, во вторичную (выходную) обмотку. После выпрямления и сглаживания ток попадает на вход модуля ЭТ-Л01.
В схеме по рис. 88, б обмотка подмагничивания обесточена. Замыканием кнопки К первичная обмотка подключается к сети 220 в переменного тока, при этом во вторичной (выходной) обмотке трансформатора возникает напряжение, которое после выпрямления и фильтрации поступает на вход модуля ЭТ-Л01.
На логических модулях можно конструировать регистры — устройства, служащие для промежуточного запоминания или преобразования двоичных чисел.
Рис. 89. Трехразрядный регистр параллельного действия.
Регистры выполняются из триггеров, причем каждому элементу кода соответствует свой триггер. Хранимое в регистре число может быть считано либо в параллельном, либо в последовательном коде, поэтому регистры применяются также для преобразования параллельного кода в последовательный и обратно. Иногда число в регистре необходимо сдвинуть на один или несколько разрядов вправо или влево или даже обеспечить непрерывную циркуляцию (сдвиг) числа, записанного в регистре. Такие регистры называются сдвигающими. Для считывания числа с регистра памяти или для сдвига чисел используют сдвигающие (тактовые) или считывающие импульсы.
На рис. 89 представлена простейшая схема трехразрядного регистра параллельного действия, выполненного на модулях ЭТ-Л01, ЭТ-Л05 и ЭТ-Л06. Число вводится в регистр, построенный на модулях ЭТ-Л01 (схема «ИЛИ — НЕ»), и выдается в виде параллельного кода. Регистр работает следующим образом. При подаче на входные вентили Bi—В3 (модули ЭТ-Л05 или ЭТ-Л06) кода числа через кодовые шины заряжаются конденсаторы в схемах тех вентилей, на вход которых подан нулевой потенциал. При подаче импульса записи ИЗ на общий вход вентилей Bi—В3 конденсаторы разряжаются на правые входы триггеров TSi—Тг3 регистра и вызывают их установку в состояние, соответствующее коду 112
числа. На этом запись числа в регистре заканчивается. Записанное в регистре число выдается (или считывается) через выходные вентили B'i—В'3 при подаче на их общий вход импульса считывания ИС. Считывание числа может повторяться любое число раз, так как состояние триггеров регистра при этом не изменяется (считывание происходит без разрушения информации). Для стирания числа, записанного в регистре, необходимо подать импульс на шину сброса триггеров.
На модулях серии ЭТ можно конструировать различные преобразователи кодов — устройства, преобразующие один вид кода в другой, более удобный для дальнейшего использования. Так, в практике конструирования различных устройств дискретной автоматики, телемеханики, защиты, систем встроенного контроля и пр. чаще всего используются преобразования: а) двоично-последовательного кода в десятичный и наоборот; б) параллельного двоичного или двоично-десятичного кода в десятичный и наоборот; в) двоичного или десятичного кода в циклический и наоборот.
Рис. 90. Преобразователь десятичного кода в код Грея.
В системах автоматического следящего привода часто возникают проблемы преобразования угла отработки в код на базе счетчика, работающего по методу Грея (преобразование десятичного кода в циклический). Использование такого метода устраняет недопустимые по величине ошибки, возникающие из-за неоднозначности преобразования, когда значение преобразуемой величины соответствует границе между двумя соседними уровнями.
Особенность циклического кода по сравнению с общепринятыми системами счисления (двоичной, десятичной, восьмеричной, двоично-десятичной и т. п.) состоит в том, что два соседних числа отличаются друг от друга значением цифр только в одном разряде.
Одним из многих таких кодов является циклический код Грея. Схема счетчика импульсов в коде Грея и фиксации чисел (выраженных количеством импульсов) в четырехразрядном циклическом коде представлена на рис. 90. В ней наряду с четырьмя триггерными ячейками Тг^—Тг4, выполненными на модулях ЭТ-ЛОЗ и образующими соответствующие разряды чисел, имеются еще дополнительная ячейка Тго и диодные схемы совпадения. Тго— делительная триггерная ячейка, выполненная на модуле ЭТ-ЛОЗ; диодные схемы выполнены на модулях ЭТ-Л02. Часть диодов модулей ЭТ-Л02 используется для сброса триггеров.
В заключение необходимо отметить, что в этом параграфе даны только некоторые примеры применения модулей серии ЭТ. Область их использования намного больше и по мере накопления опыта будет продолжать расширяться. При конструировании различных устройств дискретной автоматики и разработке логических систем управления, выполненных на модулях ЭТ, особое внимание следует уделять правильному переходу от структурных функциональных схем к модульным. Сами по себе модули ЭТ обладают высокой надежностью, но при
5 П. Д. Верхопятницкий 113
неправильном построении модульных схем надежность конструируемого устройства может оказаться низкой. Избежать этого можно, отказавшись от недопустимых соединений модулей между собой, а также добившись правильного сочетания логических и функциональных модулей с датчиками и исполнительными устройствами, для чего необходимо следовать указаниям, содержащимся в РТМ на модули ЭТ.
§ 14. Типовые магнитные логические элементы ЭЛМ
Магнитные логические элементы ЭЛМ являются дроссельными магнитно-вентильными элементами [17]. В основу их работы положена схема быстродействующего односердечникового однополупериодного магнитного усилителя. Каждый элемент выполняет функции усиления с повторением или
инвертированием входных сигналов. Расширение их логических возможностей осуществляется с помощью внешних диодно-резисторных цепей на входах. Промышленностью были разработаны и серийно поставлялись (до конца 1969 г.) две системы элементов: ЭЛМ-50, рассчитанные на питание от сети с промышленной частотой 50 гц, и ЭЛМ-400 — для питания от сети с частотой 400 гц.
Не останавливаясь на физической стороне процесса намагничивания тороидального магнитного сердечника (выполненного из железоникелевого сплава и обладающего прямоугольной петлей гистерезиса) с обмотками и активным сопротивлением, включенными последовательно и питаемыми от источника
Рис 91 Элемент ЭЛМ синусоидального напряжения, ограни-
Г-ИС. У1. элемент снип. чимся рассмотрением схемы, положен-
ной в основу элементов этой серии.
Схема, представленная на рис. 91, использует принцип усилителя Рейми, основанного, как известно, на эффекте регулирования тока нагрузки от номиналь-
ного до максимального значения путем управления процессом размагничивания сердечника. Если на сердечник намотать две обмотки и соединить их в схему так, чтобы ток, протекающий по одной из них, намагничивал, а ток, протекающий по другой обмотке, размагничивал сердечник, то на выходе элемента в цепи нагрузки ток будет изменяться пропорционально размагничивающему действию разности токов в обмотках. Усилитель Рейми имеет рабочую обмотку wp, в цепь которой включается нагрузка /?н, и обмотку управления wy, на которую воздействует управляющий сигнал t/сиг. Обмотки намотаны встречно. Совместно с вентилями Bi и Вг, нагрузкой /?н и источниками синусоидального напряжения t/y и Up обмотки образуют одну последовательную цепь. Благодаря тому, что напряжения в управляющей и рабочей обмотках находятся в противофазе, работа управляющей и рабочей цепей разделена во времени на разные полупериоды (этому способствует также наличие вентилей Bi и В2). Обмотки рассчитаны так, что при подаче на них напряжения Up или сигнала t/y длительностью в половину периода синусоидального напряжения сердечник перемагничивается из одного крайнего положения в другое по петле гистерезиса. При этом, пока идет перемагничивание, ток в цепи в течение этих полупериодов не превышает тока намагничивания. Если считать сердечник (в смысле прямо-угольности петли) и вентили (в смысле отсутствия обратного тока) идеальными, то можно отметить следующие особенности работы усилителя Рейми, наиболее важные для выполнения логических операций.
114
1. В зависимости от наличия входного сигнала усилитель может работать в двух режимах: а) перемагничивания (холостого хода), когда отсутствует входной сигнал; б) насыщения (полного выхода), когда имеется входной сигнал.
2. Выход усилителя определяется наличием или отсутствием напряжения на нагрузке /?н.
3. Характер выхода однозначно определяется состоянием цепи управления (наличием или отсутствием входного сигнала).
Благодаря этим особенностям изменение сигнала вызывает изменение тока нагрузки, а следовательно и ивых, не позднее чем через период после изменения сигнала.
Такие свойства усилителей Рейми позволяют использовать их для построения бесконтактных логических элементов. При работе в схемах элементы взаимодействуют между собой и составляют определенные логические цепочки. Усилители Рейми не могут непосредственно работать друг на друга из-за встречного включения вентилей в рабочей цепи первого усилителя и В2 в цепи управления второго усилителя. Эти цепи обязательно должны быть развязаны сопротивлением, через которое могли бы замыкаться намагничивающий ток рабочей обмотки первого усилителя и размагничивающий ток управляющей обмотки второго усилителя. В качестве такого развязывающего сопротивления обычно применяют вентиль Вь обладающий нелинейной зависимостью сопротивления от тока нагрузки (это сопротивление мало при работе в режиме перемагничивания и велико при работе усилителя в режиме насыщения).
Система элементов ЭЛМ-50
Эта система магнитных логических элементов построена как многофункциональная система, обеспечивающая выполнение логических функций, указанных в табл. 38. На рис. 92 приведены условные обозначения бесконтактных элементов, выполняющих заданные логические функции или имеющих специальное назначение. На последующих рисунках, воспроизводящих электрические схемы элементов ЭЛМ, указана маркировка схем питания (у, pi, р2, Ct, с2), а в скобках даны примеры одного из двух возможных вариантов включения элемента.
В серию входит, помимо основных, ряд вспомогательных элементов, в том числе: ЭЛМ-51, осуществляющий операцию «Задержка»; диодная приставка ЭЛМ-П4, усилитель для сигнальной лампы ЭЛМ-УС, входной и питающий трансформаторы ЭЛМ-Б и ЭЛМ-100Т.
Элементы, выполняющие основные логические функции, выпускаются по единым унифицированным схемам в нормальном или быстродействующем исполнении. В первом случае к их обозначению добавляется (н), во втором—(б). Элементы нормального исполнения могут применяться только в схемах автоматического управления, где длительность управляющего сигнала равна п+1 полупериодов переменного напряжения с частотой 50 гц (где п — число последовательно соединенных в цепочке элементов), а колебания напряжения в питающей сети не выходят за пределы —154-4-10% от номинального значения. Элементы быстродействующего исполнения работают от единичных однополу-периодных синусоидальных импульсов того же напряжения при допустимых колебаниях сети от —2 до 4-5% от номинального значения.
ЭЛМ-13(н) (рис. 93) состоит из усилителя Рейми с тремя вентильными ключами на входе. Выполняет логическую функцию «И». Сигнал на выходе появляется только при наличии сигналов на всех его трех входах. К зажиму 2 элемента могут быть подключены дополнительные входы через диодную приставку ЭЛМ-АЗ. Зажимы 2, 7 и 8 элемента соединяются не внутри схемы, а на ее наружных выводах. При снятии перемычки 7—8 элемент может осуществлять функцию «И» на два входа; при снятии перемычек 2—7 и 7—8 элементы можно использовать как повторитель. Свободные входы «И» могут служить дополнительными входами «И» к другим элементам, имеющим такую же фазу напряжения питания. Выведенная точка 5 позволяет подключать дополнительные диоды для создания функции «ИЛИ» на первом входе элемента.
Быстродействующий вариант этого элемента — ЭЛМ-13(б)—отличается от нормального наличием в цепи обмотки wp цепочки смещения, составленной из 5* 115
Система магнитных логических элементов ЭЛМ-50
Таблица 38
Тип элемента Логическая функция или назначение Количество входов Условное обозначение элемента на рис. 92 Функциональная формула
ЭЛМ-13 «И» 3 а х = abc
ЭЛМ-23 «ИЛИ» (Повторитель) 3 б х = атЬ+с
ЭЛМ-31/03 «НЕ» 4- 3 дополнительных диода 1+3 в х — а
ЭЛМ-22/41 «ИЛИ + Запрет» 2 + 1 г х = ab _
ЭЛМ-62 «Штрих Шеффера» 2 д х — ab — а + b
ЭЛМ-73 «Импликация» 3 е х — а 4- b
ЭЛМ-82 «Равнозначность» 2 ж х = ab_+а.Ь
ЭЛМ-92 «Неравнозначность» 2 3 х= ab + ab
ЭЛМ-51 «Задержка» 1 и —
ЭЛМ-АЗ Дополнительные входы «И» 3 к —
ЭЛМ-УС Усилитель для сигнальной лампы 1 л —
ЭЛМ-П4 Диодная приставка 4 — —
ЭЛМ-С Синхронизатор 1 м —
ЭЛ М-Б Входной трансформатор — — —
ЭЛМ-100Т Трансформатор питания элементов — — —
резистора /?См и диода (на схеме их включение показано пунктиром). Наличие цепочки смещения создает в режиме холостого хода элемента условия перемагничивания сердечника, не зависящие от состояния сердечника последующего элемента.
ЭЛМ-23(н) (рис. 94) отличается от предыдущего тем, что на его входе стоит вентильная группа, состоящая из трех диодов, которые и осуществляют логическую функцию «ИЛИ» на три входа. Выходные параметры сигнала однозначно определяются состоянием входа элемента. При наличии сигнала на входе (хотя бы на одном из трех) имеется сигнал на выходе и, наоборот, если сигнала на входе нет, то нет сигнала и на выходе. В этом смысле такой элемент называют еще повторителем. Этот элемент широко применяют и в тех случаях, когда требуется задержка сигнала на половину периода.
Быстродействующий вариант этого элемента — ЭЛМ-23(б)—отличается от нормального, во-первых, наличием независимой цепи смещения на выходе, составленной из резистора и диода, и, во-вторых, отсутствием диода в цепи управляющей обмотки.
ЭЛМ-31/03(н) (рис. 95), выполняющий функцию «НЕ», отличается от рассмотренных выше тем, что к его цепи управления приложено только напряжение сигнала. При отсутствии сигнала на зажиме 1 сердечник под воздействием напряжения в цепи рабочей обмотки wp все время находится в состоянии положительного насыщения, благодаря чему на выходе элемента (зажим 6) имеется напряжение. Если на зажим 1 поступает отрицательный однополупериодный импульс (через кнопку К), то по управляющей обмотке wv начинает течь размагничивающий ток 1н.у, под действием которого сердечник размагничивается.
116
В следующий рабочий полупериод напряжение выхода (зажим 6) исчезает и не появляется до тех пор, пока на входе элемента имеется сигнал. Следует отметить, что напряжение сигнала всегда должно находиться в фазе, противоположной напряжению смещения, т. е. действовать одновременно с ним. К зажиму 2 могут быть подключены дополнительные входы схем «ИЛИ». В элемент встроены диоды, которые используются для размножения входов по схемам «ИЛИ».
Быстродействующий вариант этого элемента — ЭЛМ-31/03(б)—отличается от нормального наличием в цепи рабочей обмотки резистора смещения /?См и диода, замкнутого на «землю».
ЭЛМ-22/41(н) (рис. 96) выполняет логическую функцию «ИЛИ4-Запрет». Сигнал на выходе 6 возникает только в случае появления сигналов на входе 1 или 3 или на обоих входах одновременно при отсутствии сигнала на входе 4. Подачей входного сигнала на входе 4 снимается выходной сигнал. В отличие от всех ранее рассмотренных элемент этот имеет две встречно включенные
117
управляющие обмотки w'y и w"7, причем обмотка w"v—запрещающая. При отсутствии сигнала на ней элемент работает как обычный повторитель или может выполнять функцию «ИЛИ» на два входа. Отдельный резистор R используется только в случае составления на элементах ЭЛМ-22/41 и ЭЛМ-АЗ функции «Неравнозначность».
Рис. 94. Схема подключения элемента ЭЛМ-23 к питающему трансформатору ЭЛМ-100Т.
Рис. 95. Схема подключения элемента ЭЛМ-31/03 к питающему трансформатору.
ЭЛМ-62(н) (рис. 97) выполняет логическую функцию «Штрих Шеффера» и представляет собой инверсию функции «И» — при наличии входных сигналов на обоих входах элемента сигнал на его выходе отсутствует. От ранее рассмотренных элементов отличается отсутствием зажима У в цепи управления; вместо напряжения управления подводится (через резистор /?у) напряжение смещения 118
фазы С2, обратное напряжению, подводимому к Элемент работает следующим образом. При отсутствии на входах 1 и 3 сигналов сердечник благодаря напряжению, действующему в цепи обмотки wp в рабочие полупериоды, все время находится в состоянии положительного насыщения и на выходе элемента 6 имеется напряжение сигнала. В управляющие полупериоды через вентили В5
Рис. 96. Элемент ЭЛМ-22/41.
и Вв протекают токи смещения, обусловленные напряжением са, а через вентили В4 и Вз — токи смещения, обусловленные напряжением сь. При этом вентили В3—В6 открыты и потенциал в точке в незначительно отличается от потенциала «земли». Разность потенциалов на обмотке wv близка к нулю и размагничивания сердечника не происходит.
Если на входы 1 и 3 подать управляющие сигналы, то потенциалы в точках а и б станут ниже потенциала в точке в, и вентили В3 и В4 закроются. В цепи обмотки wy потечет ток, обусловленный напряжением съ, и сердечник
119
размагнитится. Напряжение на выходе элемента в рабочий полупериод исчезнет. Если управляющий сигнал будет подан только на один вход, то один из вентилей (В3 или В4) будет открыт и, следовательно, сердечник не сможет размагнититься.
ЭЛМ-73(н) (рис. 98) выполняет логическую функцию «Импликация» — сигнал на выходе отсутствует только при наличии сигнала на входе а и при от-
Рис. 98. Элемент ЭЛМ-73.
Рис. 99. Элемент ЭЛМ-82.
сутствии сигнала на входе Ь. Во всех других случаях выходной сигнал имеется. Работа элемента мало чем отличается от описанного выше, а потому здесь не приводится. Элемент ЭЛМ-73 может быть выполнен также в быстродействующем исполнении.
ЭЛМ-82(н) (рис. 99) выполняет функцию «Равнозначность» — сигнал на выходе возникает в случае одновременного появления (или одновременного исчезновения) сигналов на входах 1 и 3. Элемент работает аналогично элементу ЭЛМ-73, но с увеличенным количеством входных цепей. Схема имеет две входные цепи, соединенные по логической схеме, выполняющей операцию «И», и две цепи, соединенные по логической схеме, выполняющей операцию «ИЛИ». Объ
120
единение этих входных цепей между собой и обеспечивает выполнение логической функции «Равнозначность».
ЭЛМ-92(н) (рис. 100) выполняет функцию «Неравнозначность» — сигнал на выходе появляется только в том случае, если состояние входов 1 и 3 различно (на одном сигнал имеется, на другом он отсутствует). На сердечнике имеются
2/Р(Ра) 3/У(Рь)
две согласно включенные управляющие и одна рабочая обмотки. Цепь первой управляющей обмотки w'y собрана по схеме элемента ЭЛМ-62, цепь второй управляющей обмотки w"y — по схеме элемента ЭЛМ-23. Работу элемента ЭЛМ-92 можно четко представить себе, уяснив принцип работы элемента ЭЛМ-22/41.
ЭЛМ-51(н) (рис. 101) выполняет операцию «Задержка» — сигнал на выходе появляется с выдержкой времени после подачи сигнала на вход и исчезает одновременно с исчезновением входного сигнала. Элемент выполнен на двух тороидальных сердечниках, на которые наложены обмотки взаимной связи Довз,
121
управления wv, смещения &'см, обратной связи о>0.с и рабочие шр. При этом все обмотки, кроме рабочих, охватывают оба сердечника, а рабочие — каждая свой сердечник. Элемент питается от общего источника питания логических элементов — трансформатора ЭЛМ-100Т.
Принцип работы элемента основан на свойстве магнитного сердечника с прямоугольной петлей гистерезиса суммировать импульсы напряжения. Элемент устроен так, что намагничивание сердечников производится обмотками wp под действием импульсов напряжения ра и ръ, сдвинутых друг относительно друга на полпериода. Размагничивание сердечников происходит под действием об
Рис. 102. Вспомогательные элементы: а — диодная приставка ЭЛМ-АЗ; б — диодная приставка ЭЛМ-П4; в — усилитель сигнальной лампы ЭЛМ-УС; г — входной трансформатор ЭЛМ-Б.
мотки йУвз, в которой в процессе намагничивания каждого из сердечников наводится э. д. с. Эта э. д. с. размагничивает тот сердечник, в рабочую обмотку которого в данный момент импульс не поступает. Параметры обмоток и сердечников подобраны так, чтобы размагничивающее действие обмотки t^B3 было меньше намагничивающего действия обмотки wp и полное перемагничивание сердечника происходило за п частных циклов размагничивания и намагничивания. Обмотка обратной связи wQ с обеспечивает релейный характер изменения выходного напряжения. Время задержки элемента лежит в пределах от 0,5 до 10 сек и регулируется переменным резистором /?у, изменяющим ток обмотки управления Wy.
Система нормальных элементов ЭЛМ в целях расширения функциональных возможностей дополняется рядом вспомогательных. К их числу относятся элементы ЭЛМ-АЗ, ЭЛМ-П4, ЭЛМ-УС и ЭЛМ-Б.
ЭЛМ-АЗ (рис. 102, а) —диодная приставка к элементу ЭЛМ-13, применяется в том случае, если требуется логический элемент, выполняющий операцию «И» с числом входов больше трех. Используется также совместно с другими нормальными и быстродействующими логическими элементами.
122
ЭЛМ-П4 (рис. 102, б) —диодная приставка, применяется как отдельный элемент «ИЛИ» без сердечника или как дополнительные входы схемы «ИЛИ» к любому элементу ЭЛМ.
ЭЛМ-УС (рис. 102, в) — усилитель для питания сигнальной лампы, собран на транзисторе П4В с выходными параметрами 6,3 в и 0,28 а. Усилитель — фазочувствительный, поэтому, если рабочая цепь предшествующего элемента, на который включен ЭЛМ-УС, питается от фазы а, то и на зажим р усилителя должна быть подана фаза а (зажим ра).
ЭЛМ-Б (рис. 102, г) — входной трансформатор, используется в качестве согласующего элемента между контактными датчиками, коммутирующими напряжения 127 и 220 в, и входами логических элементов, па которые может быть подано напряжение 14 в.
Все элементы серии ЭЛМ-50 (нормальные и быстродействующие, основные и вспомогательные) конструктивно оформлены в виде отдельных блоков в пластмассовых корпусах. После монтажа электрорадиоэлементов схему заливают эпоксидным компаундом. Магнитные сердечники элементов — тороидальные. Они выполнены на основе железо-никелевого сплава марки 50НП или 65НП и имеют коэффициент прямоугольности петли гистерезиса не ниже 0,85.
Каждый из элементов этой серии выпускается в двух исполнениях (А и Б), различающихся между собой не только конструктивным оформлением корпуса, но и расположением выводных клемм управления и питания. Так, у элементов исполнения А они расположены с разных торцов корпуса, а у элементов исполнения Б они выведены на один нижний торец. Клеммам элементов обоих исполнений присвоена цифровая маркировка для цепей управления и буквенная — для цепей питания.
Элементы первого конструктивного исполнения компонуются в узлы на специальных панелях по 5—10 шт. Блок из пяти элементов имеет размеры 255Х X133X58 мм. Элементы первого исполнения сравнительно удобны в монтаже, но наличие статических контактов в цепях питания несколько снижает надежность устройств в целом. Чтобы избежать этого, надо, закончив монтаж элементов на панели, запаять все контактные соединения цепей питания. Элементы первого исполнения рекомендуются для использования на этапе макетирования разрабатываемого устройства дискретной автоматики и отработки различного рода лабораторных схем.
У элементов второго конструктивного исполнения все клеммы выведены на один торец; все цепи соединяются пайкой. Все элементы (кроме ЭЛ М-51, ЭЛМ-Б и ЭЛМ-100Т) имеют размеры 70X72X50 мм. Элемент ЭЛМ-51 не залит эпоксидным компаундом; верхняя крышка корпуса сделана съемной, что обеспечивает доступ к комплектующим деталям и, в частности, к переменному резистору, при помощи которого можно регулировать выдержку времени.
Размеры и веса элементов приведены ниже:
Элемент Размеры, мм Вес, кг
Первая модификация 46 x 30 x 114 0,20
Вторая модификация 72 X 50 X 70 0,24
Входной трансформатор ЭЛМ-Б 79 X 55 X 75 0,50
Трансформатор питания ЭЛМ-100Т 117 X 117 X 160 3,50
Панель питания 410 X 58 X 36 0,70
Блок из 10 элементов первой модифи- 410 X 58 X 133 —
кации
Элементы ЭЛМ-50 (обоих конструктивных исполнений) рассчитаны на эксплуатацию при следующих колебаниях напряжения питания: а) нормальные элементы — от —15 до +10%; б) быстродействующие элементы — от —2 до + 5%. При этом частота питающей сети не должна выходить за пределы 50 гц ±2,5%.
В этих условиях среднее значение полезного напряжения на выходе элементов при сопротивлении нагрузки 100 ом оказывается не ниже 2,8 в; напряжение холостого хода (помеха) при нагрузке 300 ом равно: а) у элементов ЭЛМ-22/41 и ЭЛМ-62 — не более 0,3 в; б) у остальных элементов — не более 0,28 в;
123
в) у быстродействующих элементов — не более 0,45 в; г) у вспомогательного элемента ЭЛМ-51— не более 0,6 в. Напряжение помехи у элемента ЭЛМ-13 определяется при наличии сигналов на двух входах.
Каждый из рассмотренных элементов (кроме ЭЛМ-51 и ЭЛМ-Б) обеспечивает надежную работу пяти других элементов, включенных параллельно на его выход. На вход одного элемента может быть включено не более тести входов «ИЛИ». Элемент ЭЛМ-51 обеспечивает на выходе нормальную работу только одного элемента, а ЭЛМ-Б — трех—четырех входных цепей других элементов.
Элементы серии ЭЛМ-50 предназначены для работы в закрытых помещениях или в наружных установках в шкафах при температуре окружающей среды от —40 до +65° С и относительной влажности окружающего воздуха 95—98% (при +40° С).
Система элементов ЭЛМ-400
Эта система магнитных логических элементов построена как однофункцио-пальная система. В основу ее положен инвертор, позволяющий выполнять логическую функцию «Стрелка Пирса» («ИЛИ — НЕ») на несколько входов. Преимущество однофункциональной системы состоит в возможности построить
логическую схему из однотипных ячеек (модулей), которые по размерам меньше и стоят дешевле разнотипных элементов, выполняющих логические функции «И», «ИЛИ», «НЕ» и т. д. Это преимущество возрастает с увеличением числа входов на один элемент, открывая тем самым путь к уменьшению общего числа элементов в схеме. Число входов в элементах ЭЛМ-400 можно довести до семи.
По своему быстродействию система элементов ЭЛМ-400 превосходит систему элементов ЭЛМ-50; ее элементы реа-
гл тг .ллтттт гируют на синхронные сигналы
Рис. 103. Инвертор ЭЛМ-400-ИН. частотой 400 гц и несинхрон-
ные сигналы частотой до 130 гц.
Помимо основного элемента (инвертора), серия ЭЛМ-400 содержит вспомогательные элементы: повторитель, синхронизатор, диодную приставку, питающий трансформатор, входные и выходные элементы. В систему должны войти также два элемента, выполняющие логические функции «Равнозначность» и «Задержка». Элементы ЭЛМ-400 выполняются на одном тороидальном сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса. Все обозначения и определения, приведенные выше для элементов ЭЛМ-50, справедливы и для элементов ЭЛМ-400 и по-
этому вновь не приводятся.
Основной логический элемент — инвертор ЭЛМ-400-ИН (рис. 103) характерен отсутствием напряжения питания управляющей обмотки wy и наличием в цепи рабочей обмотки развязывающей цепочки, составленной из резистора R и диода Д1. Эта цепочка выполняет роль высокоомного шунта, через который частично замыкается намагничивающий ток сердечника. При этом уменьшается ток, замыкающийся через нагрузку, что особенно существенно, когда нагрузкой рассматриваемого элемента является управляющая обмотка wy другого элемента. В этом случае ток нагрузки является током размагничивания второго элемента, который может возрастать, если на его вход будет включено несколько элементов по схеме «ИЛИ».
124
Развязывающая цепочка #Д{ позволяет намагничивать сердечник элемента независимо от того, заперт или открыт диод Дг. Если он заперт, что возможно при работе элементов в логических схемах (например, в схеме «ИЛИ»), то намагничивающий ток обмотки оур будет замыкаться через цепочку Rfli. Таким образом, высокоомный шунт создает условия независимого пере-в режиме холостого хода, что весьма
магничивания элементов, работающих важно для прохождения единичного однополупериодного импульса по цепочке элементов логического устройства.
Работа управляющей и рабочей обмоток инвертора происходит в разные полупериоды переменного напряжения частотой 400 гц, подводимого к обмотке wy как напряжение сигнала t/Bx, а к обмотке wp — как напряжение питания Ui рабочей цепи элемента.
Когда на входе 3 отсутствует входной сигнал, то сердечник находится в состоянии положительного насыщения, индуктивное сопротивление обмотки гор мало и напряжение Ui почти полностью приложено к нагрузке /?н. На выходе элемента имеется выходное напряжение t/вых. С возникновением же на входе элемента управляющего сигнала UB* сердечник в течение полупериода размагничивается, а в следующий рабочий полупериод начинает намагничиваться. Индуктивное сопротивление обмотки доР при этом велико и напряжение Ui почти полностью приложено к обмотке оур. В этот момент на нагрузке /?н фиксируется напряжение помехи.
Повторитель ЭЛ М-400-П (рис. 104) позволяет осуществлять сдвиг фазы выходного сигнала U2 инвертора на половину периода питающего напряжения. Схема повторителя отличается от схемы инвертора наличием источника питания в цепи управления и дополнительной цепочки, составленной из резистора /?р и диода Дз.
При отсутствии входного сигнала сердечник элемента размагничивается напряжением Ui, одновременно сердечник управляющего инвертора намагничивается. В следующий (рабочий) полупериод напряжение на выходе схемы повторителя отсутствует. Если на вход элемента поступает сигнал, то напряжение на резисторе /?р имеет полярность, обратную напряжению питания цепи управления повторителя. В этом случае сердечник его не размагничивается и на выходе элемента появляется выходной сигнал. Параметры схемы повторителя позволяют включать на его вход до семи сигналов; нагрузку элемента можно довести до десяти элементов.
Элемент ЭЛМ-400-Р (рис. 105) выполняет логическую функцию «Равнозначность». Предназначен для использования в схемах счета числа импульсов
125
или числа пропусков импульсов. Напряжение управляющего сигнала, размагничивающее сердечник, подается на обмотку элемента через схему «ИЛИ» (диоды Д1 — Де). В зависимости от комбинаций входных сигналов (а=1; 6 = 0, или а=0; 6=1, или а=Г, 6=1) на выходе элемента не будет сигнала (первые две комбинации) или он появится (третья комбинация), так как диоды Дг и Д4 будут заперты и сердечник размагничиваться не будет. Сердечник не будет размагничиваться также при отсутствии сигналов (а = 0; 6 = 0) и рабочего напряжения
Синхронизатор ЭЛМ-400-С в данной системе является вспомогательным элементом, преобразующим несинхронный длительный импульс (пропуск) в синхронный (с амплитудой напряжения питания) длительный импульс (пропуск). Синхронизатор широко используется в счетных схемах и включается в цепочку
Рис. 106. Синхронизатор ЭЛМ-400-С: а — электрическая схема; б — блок-схема.
элементов между датчиками и формирователями единичных импульсов (пропусков). Кроме того, он может быть использован и как релейный элемент. Как видно из рис. 106, а, ЭЛМ-400-С представляет собой триггерное устройство, выполненное на транзисторах 7\ и Тг, на входы которого («Вкл.» и «Выкл.») подаются импульсы соответственно от инвертора и повторителя, подключаемых к датчику. Полную схему синхронизатора собирают в соответствии с блок-схемой (рис. 106, б) с таким расчетом, чтобы на вход 3 последующего элемента сигнал приходил только в рабочий полупериод рассматриваемого элемента и полностью захватывал следующий управляющий полупериод. При отсутствии управляющего сигнала с датчика выходное напряжение с инвертора 1 поступает на вход «Вкл.», причем выходной триод Тз элемента ЭЛМ-400-С, работающий в режиме усиления, открыт. Напряжение на нагрузке равно внутреннему падению напряжения цепи коллектор — эмиттер открытого триода Тз. При поступлении сигнала с датчика выходное напряжение с повторителя 2 подается на вход «Выкл.», триггер опрокидывается, триод Тз запирается и на нагрузке появляется полное напряжение выхода триггера. На выходном триоде Т3 построен фазочувствительный усилитель, выполняющий роль согласования триггера с магнитными логическими элементами. Напряжение питания коллекторной цепи триггера и цепи смещения поступает через диоды Д1 — Д3 от трансформатора питания логических элементов и сглаживается электролитическими конденсаторами Ci и Сг.
Входной инвертор ЭЛМ-400-ВИН (рис. 107) имеет управляющую обмотку, электрически не связанную с другими цепями схемы, и может использоваться 126
для электрической развязки логической части схемы и датчиков с выходом до 18 в постоянного или переменного тока.
Выходной повторитель ЭЛМ-400-ВП (рис. 108) также используется для электрической развязки логической части схемы с исполнительными механизмами системы автоматики. Чаще всего служит для подключения к выходу элементов ЭЛМ-400 нескольких тиристоров, когда требуются электрически развязанные выходы. Конструктивно представляет собой насыщающийся трансформатор с тремя обмотками: wt — управляющей; w2t к которой постоянно приложено переменное напряжение C/i, и w3— выходной со средней точкой. При отсутствии сигнала иъх сердечник под действием напряжения Щ насыщается через диод Д3 и напряжение в выходную обмотку не трансформируется. При ~ 1 г подаче на вход элемента единичного
Рис. 107. Входной инвертор ЭЛМ-400-ВИН.
Рис. 108. Выходной повторитель ЭЛМ-400-ВП.
сигнала, сдвинутого по фазе на 180° по отношению к напряжению Щ, сердечник перемагничивается. На его выходной обмотке появляется трансформируемое напряжение, которое выпрямляется диодами Д1 и Дг и сглаживается конденсатором С.
Электрические схемы входного трансформатора ЭЛМ-400-ВТ, трансформатора питания ЭЛМ-400-ТП и диодной приставки ЭЛМ-400-ДП представлены на рис. 109. Если схемы элементов ЭЛМ-400-ВТ и ЭЛМ-400-ДП ясны сами собой, то схема элемента ЭЛМ-400-ТП требует некоторых пояснений.
Это — трансформатор с выведенной нулевой точкой, выполненный из материала, обладающего прямоугольной петлей гистерезиса. Схема обеспечивает стабилизацию вольт-секундного интеграла на выходе при колебаниях напряжения питания сети в пределах от +10 до —15% от номинального. Включенный последовательно с первичной обмоткой дроссель Др представляет собой линейное индуктивное сопротивление. Трансформатор рассчитан так, чтобы при нижнем пределе стабилизации (—15%) он перемагничивался в течение полного полупериода. При повышении напряжения сети трансформатор перемагничивается быстрее. В оставшуюся часть полупериода сопротивление трансформатора очень мало и напряжение сети приложено к дросселю, который ограничивает величину тока в первичной обмотке трансформатора. Выходное напряжение несимметрично по форме, что обеспечивает однонаправленность действия элементов и исключает влияние выхода на вход; при этом оно запирает диод Д2 рабочей цепи элементов в управляющий полупериод, предотвращая тем самым появление в рабочей обмотке тока трансформации. Несимметричное питание элементов от специального трансформатора упрощает схему элементов, позволяя не вводить в них дополнительных диодов и резисторов.
Логические элементы ЭЛМ-400 выполняются в виде однотипных залитых эпоксидным компаундом прямоугольных блоков размерами (без выводов) 55X35X22 мм. Исключением является элемент ЭЛМ-400-С, размеры которого
127
составляют 68x55x32 мм. Монтаж внутри блока элемента — печатный. Присоединение элементов к панели питания — штыревое, с последующей распайкой по лепесткам. Панель питания (146X59X49 мм) рассчитана на монтаж пяти элементов. Трансформатор питания ЭЛМ-400-ТП выполнен в металлическом корпусе размерами 220X126X105 мм.
При эксплуатации в нормальных климатических условиях элементы ЭЛМ-400 обеспечивают удовлетворительную стабильность параметров и номинальную нагрузочную способность. Входными сигналами элементов могут служить: а) переменное напряжение 400 гц с амплитудой 13—18 в; б) постоянное напряжение с потенциалом 12—18 в; в) двухполупериодное выпрямленное напряжение
12 в
----0 4
в) 7 0-----------------------0 4
20-----------М------------0 $
J 0----------М------------^6
Рис. 109. Схемы: а — входного трансформатора ЭЛМ-400-ВТ; б — трансформатора питания ЭЛМ-400-ТП; в — диодной приставки
ЭЛМ-400-ДП.
400гц с амплитудой 12—18 в (среднее значение); г) однополупериодное выпрямленное напряжение 400 гц с амплитудой 6—9 в (среднее значение).
Данные о средних за период значениях напряжений выходного и нулевого сигналов f/вых элементов, нагруженных на инвертор или управляемых инвертором, приведены в табл. 39. Там же содержатся сведения о нагрузочной способности элементов.
Таблица 39
Технические характеристики элементов ЭЛМ-400
Тип элемента ^ВЫХ’ в Нагрузочная способность
ЭЛМ-400-ИН ЭЛМ-400-ВИН ЭЛМ-400-П ЭЛМ-400-ВТ ЭЛМ-400-С ЭЛМ-400-ТП 4; 8; 1 4; 8; 1 4; 1 12 1 10 элементов или активное сопротивление [ не менее 100 ом 3 элемента 1 элемент 100 (500) элементов
Для нормальной работы элементов не следует на их вход подавать более семи сигналов.
Элементы предназначены для работы при температуре окружающей среды от —40 до +60°С и относительной влажности до 95±3°/о (при 40°С).
128
§15. Конструирование типовых схем дискретной автоматики на основе магнитных логических элементов ЭЛМ
Известно, как трудно бывает обеспечить технологичность конструируемого изделия. При конструировании схем на магнитных логических элементах этих трудностей не существует благодаря наличию в каждом элементе нескольких входов и одного выхода, сигнал с которого может быть подан на
несколько следующих элементов или на один магнитный усилитель.
Использование элементов ЭЛМ требует учета некоторых их особенностей. Так, для увеличения числа входов в элементе ЭЛМ-13 необходимо использовать приставку ЭЛМ-АЗ, что позволяет довести число входов «И» до шести. При этом надо замкнуть клеммы 2 обеих схем.
При составлении схем из быстродействующих элементов серии ЭЛМ (б) в этих же целях используют приставку ЭЛМ-П4, клеммы 5, 6 и 7 которой замыкаются на клеммы /, 2 и 3 элемента ЭЛМ-13(б).
Схема включения приставки ЭЛМ-П4 на вход ЭЛМ-23(б) с использованием оставшихся диодов для
Рис. ПО. Схема включения приставки ЭЛМ-П4 на вход ЭЛ М-23 (б).
четырех дополнительных входов «ИЛИ»
представлена на рис. НО. Если элемент серии применяется в схеме автоматики и управляет несколькими магнитными усилителями и одновременно работает
с другими логическими элементами, то перед каждым магнитным усилителем необходимо ставить дополнительный развязывающий повторитель ЭЛМ-23.
Работоспособность логического устройства, скомпонованного на основе элементов ЭЛМ, обеспечивается также жестким фазированием входных сигналов.
са сь Ра Рь Уь сь са Рь Ра У а
Рис. 111. Фазировка напряжения питания и сигналов в цепочке из элементов ЭЛМ.
Если, например, элемент имеет несколько входов, то на все входы должны быть поданы сигналы одной фазы. Для согласования фаз применяют либо повторитель ЭЛМ-23, либо емкостный повторитель.
Составление схем управления, элементы которых работают друг на друга, требует строгого соблюдения фазировки подводимых напряжений. При этом необходимо учитывать, что на трансформаторе питания ЭЛМ-100Т фазы напряжений (обозначены буквами а и Ь) находятся в противофазе друг к другу. Если элементы системы управляют друг другом в цепочке, то их напряжения питания должны быть также в противофазе (рис. 111).
Выходной сигнал элемента всегда находится в фазе с напряжением питания рабочей обмотки, входной же сигнал должен подаваться в фазе с напряжением питания управляющей обмотки.
129
При составлении конкретных схем на логических элементах иногда возникает необходимость применить диодное «ИЛИ» на входах отдельных элементов, чтобы устранить ложные связи. Возможные случаи такого применения диодных «ИЛИ» представлены на рис. 112.
Логическое устройство «Память» может быть выполнено как на элементах нормального исполнения ЭЛМ(н), так и на быстродействующих элементах ЭЛМ(б). При этом у элементов ЭЛМ(н) выходы объединять можно, а у элементов ЭЛМ(б) — нельзя, так как при таком объединении устройство «Память» не будет функционировать от единичного синхронного импульса. Нельзя также нагружать выход любого элемента «Память» непосредственно на активное достаточное малое сопротивление (порядка 100—1000 ом) или на другой элемент (устройство) с эквивалентным внутренним сопротивлением (ЭЛМ-УС, ЭЛМ-51
На вход любого элемента
Рис. 112. Устранение ложных связей путем применения диодных «ИЛИ»: а — вариант, когда диодное «ИЛИ» не требуется; б — вариант, требующий только одного диода; в — вариант, требующий двух диодов.
и т. п.). Нарушение этого условия приводит к тому, что «Память» на ЭЛМ теряет статическую устойчивость в результате неполного перемагничивания сердечников составляющих ее элементов в управляющий полупериод и самопроизвольно включается при отсутствии сигнала на включение. Во избежание этого надо элементы ЭЛМ-УС, ЭЛМ-51 и ВУМ включать после элемента «Память», через повторитель.
Компоновка схем «Память» из элементов ЭЛМ(н) требует обязательного соблюдения следующих условий:
а) при распределении нагрузки между обеими половинами схемы сигналы на включение могут быть поданы на любой элемент, составляющий схему;
б) при включении нагрузки лишь в одну из половин схемы сигнал включения может быть подан только на другой элемент, составляющий схему «Память»;
в) если на выходе второго элемента электрическую цепочку дополнить смещенным вентилем, то сигналы па включение и отключение могут быть поданы на любой элемент схемы, но оба сигнала должны быть при этом в противофазе.
г) на каждый элемент, составляющий схему, можно включать не более четырех функциональных элементов.
На вход «Запрет» ЭЛМ-22/41 и вход ЭЛМ-31/03 разрешается подключать не более двух выходов любых функциональных элементов.
На выход любого ЭЛМ (кроме ЭЛМ-С и ЭЛМ-51) допускается подключать до пяти логических входов других функциональных элементов. На выход ЭЛМ-С и ЭЛМ-51 можно подключать лишь по одному логическому входу любого ЭЛМ.
130
Подключать выход ЭЛМ-51 («Задержка») непосредственно на активное сопротивление (100—1000 ом) или на любой элемент и устройство с эквивалентным сопротивлением (ЭЛМ-УС, ВУМ, ЭЛМ-51) можно только через повторитель.
Если логический элемент работает *на магнитный усилитель (ВУМ) или на ЭЛМ-51, то использовать элемент типа ЭЛМ-13 не рекомендуется, так как это увеличит помеху на выходе элемента в режиме холостого хода.
При компоновке логических устройств на базе элемента ЭЛМ-51 («Задержка») необходимо учитывать его инерционность:
Выдержка времени. сек
До 2,5
От 2,5 до 5
От 5 до 10
Время отключения после снятия сигнала, сек
0,1
0,15
0,2
Число витков обмотки
50 .
100
150
Рис. 113. Реализация основных логических функций на инверторе ЭЛМ-400-ИН: а — функция «И»; б — функция «ИЛИ»; в — функция «Запрет»; г — функция «Штрих Шеффера»; д — функция «Импликация»
Заметим также, что во входных электрических цепочках логических элементов ЭЛМ-50 число последовательно включенных диодов не должно быть более двух.
С помощью элементов ЭЛМ-400-ИН и повторителя ЭЛМ-400-П можно реализовать любую логическую функцию и, следовательно, любую схему управления (рис. 113). Для выполнения функции «И» нужно иметь столько инверторов, сколько входов имеет «И»; выходы этих инверторов следует просуммировать на входе еще одного инвертора в соответствии с формулой: x=abc=abc.
Для выполнения функции «ИЛИ» (х=а + & + с) нужно использовать либо выходные диоды элементов, сигналы которых суммируются, либо дополнительные диоды приставки ЭЛМ-400-ДП.
Функция «Стрелка Пирса» на п входов выполняется включением на вход инвертора диодной схемы из и диодов, которыми обычно служат выходные диоды элементов.
Сам инвертор ЭЛМ-400-ИН с одним входом выполняет логическую функцию «НЕ» (х=а). _
Для выполнения функции «Запрет» (x = ab) необходимо иметь два инвертора. Сигналы а и b должны иметь разные фазы.
Функция «Штрих Шеффера» выполняется путем инвертирования функции «И». ________
х ~ а -\- b с — а b -\ с — abc.
131
Функция «Импликация» выполняется инвертированием функции «Запрет»:
х ~ ab — а 4 Ь.
Магнитные логические элементы ЭЛМ работают в системах промышленной автоматики совместно с различного рода датчиками и выходными исполнительными устройствами. Являясь промежуточными звеньями этих систем, элементы ЭЛМ образуют их функциональную логическую часть. Нормальная работоспособность систем обеспечивается согласованием входных и выходных сигналов всех групп элементов как по их физическому характеру, так и по уровням. Во всяком случае выходные сигналы датчиков должны по своим уровням соответствовать сигналам, необходимым для работы элементов ЭЛМ, на основе которых выполняется функциональная часть системы.
Таблица 40
Технические характеристики усилителей ВУМ
Тип усилителя Напряжение, в Максимальный ток нагрузки, а Максимальная мощность нагрузки, вт (ва) Исполнительные механизмы, являющиеся нагрузкой усилителя
к S X (Я S с смещения на нагрузке
ВУМ-А1-11П* 36 20 12 0,42 5 Реле МКУ-48; реле СТ-3 с напряжением обмотки 12 в
ВУМ-АЗ-21П; ВУМ-БЗ-21П 127 20 48 0,36 17 Контактор КПД-100(0); муфты: ЭМ-12, ЭМ-22, ЭМ-32, ЭМ-42
ВУМ-А4-11П; ВУМ-Б4-11П 127 20 48 0,625 30 Контакторы: КПД-100 (I— IV), КПВ-600 (II—III), КП-500 (II—III), КПВ-500 (II—III), КТВ-500 (Illi I), КТП-500; муфта ЭМ-52
ВУМ-А5-11П; ВУМ-Б5-11П 127 20 48 1,05 50 Контакторы: КПВ-600 (IV), KnB-500(IV), КП-500 (IV), KTn-500(IV); муфта ЭМ-62
ВУМ-АЗ-21; ВУМ-БЗ-21 220 20 137 0,30 100 Магнитный пускатель ПМИ-1(0); реле промежуточные: П-6, РПМ-3
ВУМ-А4-21; ВУМ-Б4-21 220 20 137 0,30 150 Магнитные пускатели: ПМИ-2, МПК-0; реле промежуточное РП-1
ВУМ-А5-21; ВУМ-Б5-21 220 20 137 0,30 350 Магнитные пускатели: ПА-300, МПК-1
ВУМ-А6-11; ВУМ-Б6-11 220 20 137 0,60 550 Магнитный пускатель ПА-400; муфта ЭМ-22; электромагниты ЭС со втягивающими усилиями до 1,5 кГ
• Буква «П> в конце буквенно-цифрового имеет выход на постоянном токе. обозначения показывает, что усилитель
132
В системах судовой автоматики, где исполнительные механизмы представляют собой, как правило, весьма мощные устройства, широкое распространение получили магнитные выходные усилители, согласующие выходы логических элементов с входами исполнительных механизмов. Для элементов ЭЛМ-50 применяют с этой целью магнитные усилители ВУМ, разработанные ВНИИЭМ.
Рис. 114. Усилитель ВУМ с выходом на переменном токе: а — принципиальная схема; б — схема внешних присоединений.
В основу работы ВУМ положена принципиальная схема магнитного усилителя с внутренней положительной обратной связью и дополнительной внешней нелинейной отрицательной обратной связью (НООС). Такая схема повышает динамические свойства усилителя и расширяет его возможности при работе с различными по величине нагрузками, особенно в условиях сильных колебаний напряжения питающей сети. Усилители имеют выход на переменном и постоянном токе и обладают быстродействием, достаточным для обеспечения нормальной работы исполнительных механизмов, представленных в табл. 40.
Электрическая схема усилителя ВУМ с выходом на переменном токе представлена на рис. 114. Характерной особенностью схемы является наличие не
133
линейной отрицательной обратной связи (составленной из обмотки ООСМУ, резистора 7?з, мостовой диодной схемы ВС2, дросселя Др), включенной параллельно нагрузке.
Дроссель рассчитан так, чтобы номинальное напряжение на нагрузке соответствовало колену его кривой намагничивания. Дроссель практически полностью запирает цепь обратной связи при низких напряжениях на нагрузке, а при напряжениях, близких к номинальным, сказывается нелинейный характер его сопротивления: незначительному изменению напряжения на нагрузке (вызванному изменением положения сердечника катушки электромагнита) соответствует большое изменение тока в цепи обратной связи. Резистор Т?2 позволяет уменьшить сопротивление /?з и тем снизить его влияние на нелинейность дросселя.
Рис. 115. Усилитель ВУМ с выходом на постоянном токе: а — принципиальная схема; б — схема внешних присоединений.
Сеть ^363 (1273)
Внутренняя положительная обратная связь, увеличивающая коэффициент усиления усилителя, образуется рабочими обмотками РОМУ и диодами BCi. Рабочие обмотки включены встречно, чем исключается их влияние на цепи управления. Обмотка ОСМУ через ограничительный резистор Ri создает отрицательное смещение, которое в те полупериоды, когда ток управления отсутствует, сильно размагничивает сердечник. Это приводит к возрастанию необходимой намагничивающей силы обмотки управления ОУМУ в следующий рабочий полупериод, т. е. к возрастанию необходимой мощности управления.
Из сравнения схемы на рис. 114 со схемой усилителя ВУМ с выходом на постоянном токе (рис. 115) видно, что в последнем усилителе нагрузка включается в диагональ выпрямительной мостовой схемы. Нелинейная обратная отрицательная связь выполнена на стабилитроне В5, который запирает цепь обратной связи при низком напряжении на нагрузке. С ростом напряжения стабилитрон В5 открывается и увеличение тока в цепи ООСМУ происходит по нелинейному закону, что обеспечивает стабилизацию напряжения на нагрузке. Напряжение на выходе устанавливается изменением сопротивления в цепи ООСМУ. Шунтирование нагрузки конденсатором С уменьшает время срабатывания усилителя.
В конструктивном отношении усилители выполнены на двух ленточных сердечниках тороидальной формы из стальной холоднокатаной ленты марки Э310. Усилители рассчитаны на работу как с длительно включенной, так и с часто переключающейся нагрузкой.
134
Используя усилители в системах автоматики, следует иметь в виду, что
подача на усилитель напряжения питания может вызвать кратковременное появление напряжения на выходе. Поэтому применение самоблокировки на исполнительных механизмах, работающих от выходных усилителей, запрещается.
Для усиления сигналов,
получаемых в бесконтактных схемах управления, собранных на логических элементах типа ЭЛМ-400, широко применяют выходные магнитные усилители типа ВУМ-400 с выходом на постоянном токе, обеспечивающие работу исполнительных устройств автоматики, потребляющих мощности от 2 до 90 вт.
ВУМ-400 (рис. 116) проще ВУМ-50, поскольку его рабочие обмотки питаются напряжением повышенной частоты 400 гц. То обстоятельство, что с увеличением частоты сокращается время переходных процессов, позволило исключить конденсатор, шунтирующий нагрузку. В схемах ВУМ-400 нелинейная
обратная отрицательная связь заменена линейной, что обеспечило стабилизацию напряжения на нагрузке в широких пределах колебаний напряжения питающей
сети.
Сердечники усилителей выполнены из железо-никелевого сплава марки 50НП, требующего меньшего подмагничивания.
Таблица 41
Номенклатура усилителей ВУМ-400
Тип выходного магнитного усилителя Максимальная мощность, впг Переменное напряжение, в Напряжение нагрузки, в Исполнительные механизмы, являющиеся нагрузкой усилителя
ВУМ-А/БКЫ1 10 65 24 1 Реле: МКУ-48, РКС-3,
ВУМ-А/БК1-21П ВУМ-А/БК2-11П 10 20 НО 55 48Г 55; 60 "24 J РМ-4 Контакторы: КПД(100(0), К нт-100(0), КН-100
ВУМ-А/БК2-21П ВУМ-А/БКЗ-ИП 20 50 ПО 55 48; 55; 60 24 Муфты: ЭМ-42, ЭМ-12, ЭМ-22, ЭМ-32 Контакторы: КНТ-100, КН-200, КПД-100 (I-IV)
ВУМ-А/БКЗ-21П ВУМ-А/БКЗ-31П 50 50 НО 220 48; 55; 60 НО Контакторы: КПВ-500 (Н,Ш,1У),КПВ-600 (II, III, IV), КТП-500 (II, III, IV) Муфты: ЭМ-52, ЭМ-62 Контакторы:
ВУМ-А/БК4-21П ’ ВУМ-А/БК4-31П 90 90 НО 220 48; 55; 60 100 КПВ-500 (V), КПВ-600 (V), КТП-500 (V)
135
Цепь управления питается однополупериодным выпрямленным напряжением от элементов ЭЛМ-400. На цепь смещения подается напряжение (20 в) с мостовой выпрямительной схемы.
Номенклатура усилителей серии ВУМ-400, работающих на различные исполнительные механизмы, и их основные технические данные приведены в табл. 41.
* * *
Чтобы улучшить конструкцию элементов ЭТ и ЭЛМ, повысить их эксплуатационные характеристики и электрические параметры, а также создать элементы как с разъемом, так и без разъема под печатный монтаж, предприятие-изготовитель разработало единую унифицированную систему логических элементов «Логика».
Эта система заменяет ранее выпускавшиеся логические элементы серий ЭЛМ-50, ЭЛМ-400, ЛТ, ЭТ, УТ, выходных усилителей ВУП, ВУП-П, ВУМ, ВУМ-П и блоков питания этих серий (кроме ЭТ).
Буквенно-цифровые обозначения элементов системы «Логика» имеют следующие значения: буквы перед цифрами: Т — серия транзисторных элементов; М — серия магнитных элементов на частоту 50 гц; МК— серия магнитных элементов на частоту 400 гц; МР — серия магнитных элементов (реле) на частоту 400 гц; цифры: 1—логические элементы; 2 — функциональные элементы; 3 — элементы времени; 4 — усилители; 5 — блоки питания; буквы за цифрами: Т — тропическое исполнение, Э — экспортное исполнение, а отсутствие буквы показывает общепромышленное исполнение. В обозначение типа элемента с выводами под печатный монтаж добавляется цифра 1.
Таким образом, Т-401-1-Т означает элемент транзисторный по схеме усилителя в тропическом исполнении с выводами под печатный монтаж.
Старые обозначения элементов следующим образом соответствуют новым унифицированным обозначениям системы «Логика»:
Старые обозначения
ЭТ-Л01 — ЭТ-Л07
ЭТ-Ф01 — ЭТ-ФОЗ
ЭТ-В01 — ЭТ-В04
ЭТ-У01 — ЭТ-У05
ЭЛМ-13 —ЭЛ М-92
ЭЛМ-АЗ
ЭЛМ-П8
ЭЛМ (С и Б) ЭЛ М-51
ЭВП
ЭЛМ-УС
ВУП-(1, 2, 3, 4, 1П, 2П, ЗП,
ВУМ-1—6
ЭЛМ-400 (ИН, П, ВИН, ИПК, ДП)
ЭЛМ-400 (ВТ, С, ТП)
ЛТ-04-(11 — 12)
ЛТ-06-(11 — 12)
ЛТ-08-(11 — 12)
Новые обозначения
Т-101 - Т-106 (ЭТ-Л02 исключен)
Т-201 — Т-203
Т-301 — Т-304
Т-401 — Т-405
М-101 - М-109
М-110
М-111
М-201 и М-202
М-301
М-302
М-401
4П) М-402 — М-407
М-408 —М-415
, МК-Ю1 — МК-Ю5, МК-1Н
МК-201, МК-202, МК-501
МР-201 и МР-202
МР-203 и МР-204
МР-205 и МР-206
Элементы серии ЛТ с индексами 13 и 14 исключены. В новой системе элементов «Логика» добавлены элементы МР-211—МР-220. Элементы УТ-(04, 06, 08)-11 обозначаются МР-401—МР-403. Элементы ТЛ-(100, 200, 300) обозначаются МР-501 — МР-503. Все элементы (Т, М, МР и МК) единой унифицированной системы «Логика» предназначены для выполнения одних и тех же функций и существенными преимуществами друг перед другом не обладают. Опыт их изготовления и эксплуатации за последние годы показал, что все эти магнитные элементы имеют значительно более сложную технологию, а их про
136
изводство отличается большими трудозатратами, а следовательно, и более высокой стоимостью, чем разработанные в последнее время другие системы элементов.
Элементы серии Т можно использовать в отдельных судовых системах автоматики и телемеханики, а также в ряде вспомогательных устройств дискретной автоматики, если не оговорены жесткие требования- по комплексной миниатюризации и унификации с другими радиоэлектронными устройствами. Возможны два варианта включения элементов «Логика» в системы автоматики. В простейшем из них элементы замещают только части схем, чем обеспечивается некоторое сокращение объема монтажа и повышение надежности наиболее ответственных участков. В более сложном, но и значительно более эффективном варианте элементы серии «Логика» используются для создания однородных по функциональному назначению устройств, отвечающих требованию унификации. Реализацию элементов «Логика» в этом направлении можно показать на примере разработки и создания системы управления шаговыми электродвигателями. Известно, что управление их работой осуществляется специальными распределителями, обеспечивающими замкнутый или разомкнутый цикл регулирования. В обоих случаях шаговый электродвигатель выполняет функцию преобразователя унитарного кода в фазомодулированный сигнал и изменяет угловую или линейную координату связанного с ним аналогового элемента. В зависимости от выбранного* типа шагового электродвигателя распределители подразделяются: а) по числу фаз: на одно-, двух- и /n-фазные; б) по числу тактов коммутации: на одно-, двух- и n-тактные; в) по способу питания обмоток управления: с однополярными и разнополярными импульсами; г) по функциональной способности: на однопрограммные, двухпрограммные (дифференциальные), реверсивные, нереверсивные и т. д.
В основу разработанного распределителя для четырехфазного шагового электродвигателя (ВНИИЭМ) приняты элементы серии «Логика» (Т-102), выполняющие роль выходных триггеров. В схеме кольцевого распределителя для трехфазного шагового электродвигателя, разработанного там же, применены логические элементы ЭТ-Л01 и ЭТ-Л02. В обоих распределителях выходные каскады выполнены на тиристорах, сигналы управления на которые поступают от промежуточных усилителей и разделительных трансформаторов. Запирание тиристоров осуществляется с помощью коммутационных емкостей.
Анализ схем распределителей, созданных на базе системы элементов «Логика», показывает, что их логические возможности, а также хорошая согласованность с тиристорными и вспомогательными элементами системы управления обеспечивают значительную эффективность их внедрения благодаря повышению эксплуатационной надежности и срока безотказной работы.
Разработка распределителей для шаговых электродвигателей на основе микромодульных и микросхемных функциональных узлов не всегда может оказаться более эффективной, чем на элементах «Логика». Это объясняется значительным включением дополнительных элементов согласования между логическими звеньями и узлами управления.
ГЛАВА III
КОНСТРУИРОВАНИЕ СУДОВОЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ НА ОСНОВЕ МИКРОМОДУЛЕЙ ЭТАЖЕРОЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ (ЭММ)
Отечественная электронная промышленность освоила и серийно выпускает более двух сотен разновидностей типовых унифицированных микромодулей этажерочкой конструкции широкого применения и несколько сотен типов микромодулей частного применения, в том числе микромодуль-ные триггеры, ждущие мультивибраторы и блокинг-генераторы, видеоусилители, эмиттерные повторители, схемы совпадений, усилители тактовых импульсов, усилители низкой, высокой и промежуточной частоты, усилители записи и считывания, вентили и инверторы, смесители частоты, модуляторы постоянного тока, логические и ферротранзисторные и ферродиодные ячейки; электромеханические фильтры и др.
Данные по номенклатуре, приведенные в § 16, не охватывают всего перечня выпускаемых микромодулей, но дают общее представление о том большом внимании, которое уделяется новому направлению в конструировании РЭА и средств дискретной автоматики на основе функциональноузлового метода. Номенклатура микромодулей, рядов и систем, их объединяющих, постоянно совершенствуется и развивается. Поэтому при рассмотрении микромодулей этажерочкой конструкции за основу взята наиболее отработанная в схемном отношении система СИПЭ-С5, сочетающая в себе достоинства импульсной и потенциальной систем логических элементов. СИПЭ-С5 обеспечивает необходимое быстродействие и экономичность, простоту реализации логических схем и удобство сопряжения с входными и выходными устройствами.
Схемотехнически микромодули СИПЭ выполнены таким образом, что при построении устройств РЭА не требуется ни дополнительных элементов, ни схем развязки. Напряжения питания и смещения и сигналы в цепях связи микромодулей стандартизованы, благодаря чему построение импульсных, логических и приемно-усилительных схем сводится к простому взаимному соединению микромодулей.
Номенклатура унифицированных микромодулей широкого применения, не входящих в функционально полные системы, будет рассмотрена выборочно и систематизирована по выполняемым ими функциям.
Все типы микромодулей этажерочкой конструкции выполняются по единой технологической схеме на основе дискретных микроэлементов, конструктивное оформление которых и номенклатура приведены ниже.
§ 16. Особенности конструкций микромодулей этажерочного типа
Всю совокупность выпускаемых микромодулей этажерочкой конструкции можно систематизировать по следующим номенклатурным рядам и системам:
а) ряды импульсных схем на микромодулях (табл. 42);
б) системы логических схем на микромодулях (табл. 43);
в) приемно-усилительные схемы на микромодулях (табл. 44).
138
Таблица 42
Ряды импульсных схем на микромодулях и их основные характеристики
Ряд Напряжение питания, в ±10% Частота, кгц Длительность импульса, мксек Коэффициент усиления Количество выпускаемых схем Частота отказов микромодулей, 10-5 отказов/*/
Триггер ±1,2; ±6,3 500 5—50 000 — 17 2,2
Ждущий мультивибратор 1,2; -6,3 100 — — 15 5,95
Ждущий блокинг-генератор 1,2±6,3 300 0,4—4 — 9 9,75
Импульсный усилитель ±1,2; ±6,3; — 12,6 1500 — 1-3 40 1,5
Эмиттерный повторитель ±6,3;—12,6 500 0,2 0,8 30 6
Схема совпадений и вентиль-инвертор ±1,2; ±6,3 1000 — — 18 0,93
Переключатель тока и модулятор — 1,2; ±6,3 500 — — 6 1,5
Генератор пилообразного напряжения —6,3 1000 0,5 1 — 1
Импульсный пиковый детектор — 2 — 1
Рис. 117. Конструкция микроплаты и ее цоколевка.
Микромодули этажерочкой конструкции представляют собой набор микроэлементов и перемычек на микроплатах, собранных в виде «этажерки» и соединенных между собой проводниками согласно электрической схеме. Стандартная микроплата (рис. 117) представляет собой квадратную пластину с двенадцатью пазами и ключом (прямоугольным вырезом размером 1X0,5 мм в левом верхнем углу), служащим для ориентации микроплаты и определения порядка нумерации пазов. . ''
Микроплата является не только основанием для монтажа микроэлементов ™ (полупроводниковых приборов, дросселей и т. п.), но в ряде случаев и составной частью конструкции микроэлемента (например, диэлектриком конденсатора).
В зависимости от конструкции микро-
элемента выбирают ту или иную разновидность микроплат. Микроплаты бы-
вают:
а) типовыми; служат основанием
(подложкой) для элементов и печатных перемычек; обладают равномерной толщиной (0,3 мм) по всей поверхности;
б) специальными; имеют в зоне расположения микроэлементов различные пазы, выступы, отверстия, необходимые для размещения микротранзисторов, диодов, трансформаторов и других дискретных элементов; толщина — не больше 1,8 мм\
139
Таблица 43
Системы логических схем на микромодулях
Система Состав системы Электрические характеристики Частота отказов, ю—6 отказов/ч
Напряжение питания, в Потребляемая мощность, мет Рабочая частота, Мгц Нагрузочная способность, шт.
Импульсно-потенциальная СИПЭ Потенциальные инверторы; импульсно-потенциальные вентили; эмиттерные повторители; усилители ПМП; диодная сборка Ек = —6,3; £см — +6,3 10—40 0,5—1 3 5—11
Динамическая (моно- и поли-элементная конструкция) Динамические инверторы Ек = 4-ь5; ЕСм — —1,5’, >70 1,0 2 23
Накопительный вентиль </п=1,о 8
Потенциальная Инвертор; вентиль Ек — ±6,3; £*см — ±6,3 40 1,0 3 10
Система ферродиодных ячеек Ферродиодные ячейки ЯМ-271— 276, 278, 282, 283 — — 0,1 20—50* 5
Система ферротранзисторных ячеек Ячейки типов ФТ-1—4, ФТ-6 Ек = —12,6; £см — 0,6 <50 0,06 3—4 5
Система усилителей-формирователей тактовых импульсов УФТИ Ек = —12,6; £см — 1,2 50 0,02 — 12
Система усилителей записи и считывания Согласующая цепь; схема стробирования; импульсный усилитель; источник напряжения; инвертор-повторитель; фильтр развязки СО CD +12 II II м м щец 50 0,04—0,1 37
* В зависимости от мощности генератора тактовых импульсов.
Таблица 44
Приемно-усилительные схемы на микромодулях
Тип схемы Количество типов Электрические характеристики
Напряжение питания, в ±10% Коэффициент усиления Диапазон частот, кгц
Усилитель высокой час- 1 46,3 10—70 500—70 000
ТОТЫ
Усилитель промежуточ- 6 +6,3;—6,3; 5-4000 30-5000
ной частоты Усилитель низкой частоты 25 —12,6 —6,3; 1,5—60 0,05—50
Эмиттерный повторитель 7 ±12,6 —6,3; 0,8—0,9 0,05—3000
Усилитель постоянного 3 ztl2,6 ztl2,6 2—200 —
тока
Смеситель 1 +6,3 Коэффициент 1000—70 000
Детектор 9 —6,3 преобразования 5—14 Коэффициент 0,2-80 000
Ограничитель 2 преобразования 0,4—1,5
Видеоусилитель 1 — 12,6 >14 <8000
Умножитель частоты 6 — — 0,1—50
Делитель частоты 1 — — —
Модулятор 1 ~6,3 при — —
Система АРУ 4 f — ЮОО гц +6,3; 0,5—5000
Контур 4 + 12,6 10-40 250—500
Примечание. Частота отказов всех систем К- =5«10—отказов/ч.
в) кроссировочными; отличаются от типовых наличием двенадцати дополнительных сквозных металлизированных отверстий, соединенных печатными проводниками с соответствующими пазами микроплат; используются в процессе макетирования нового типа микромодуля для размещения на них объемных элементов, а также в качестве плат для объемных перемычек.
Исходными материалами для приготовления микроплат являются керамические смеси (ультрафарфор, стеатит, конденсаторная керамика). Пластическим прессованием или методом горячего литья из этих материалов получаются микроплаты, обладающие достаточной механической прочностью, влаго-и теплостойкостью и высокими изоляционными и диэлектрическими свойствами.
Формирование микроэлемента на плате осуществляется методами вжига-ния или вакуумного напыления серебра, золота, платины и палладия на определенные участки керамики, чем и создаются проводящие зоны нужной формы. Этот метод применяется для металлизации пазов и контактных дорожек пленочных резисторов; обкладок конденсаторов и печатных проводников, соединяющих выводы элементов с пазами. При сборке микроэлементов в микромодули этажерочной конструкции микроплаты можно устанавливать в восьми различных положениях в зависимости от места расположения ключа; возможные
141
варианты разворота микроплат представлены на рис. 118, где верхний ряд соответствует лицевой стороне микроплаты, а нижний — ее тыльной стороне.
Микроплаты в модуле устанавливаются с определенным шагом, определяемым высотой микроэлементов. У резисторов и конденсаторов высота невелика, но диоды, стабилитроны, транзисторы, электролитические конденсаторы и особенно катушки индуктивности имеют значительную высоту. Они в основном и определяют шаг и высоту микромодуля. Если на микроплате расположен один элемент, то предельная плотность монтажа составляет 24 элемента на 1 см3. Чтобы еще больше увеличить плотность упаковки микроэлементов в микромодулях, па одной микроплате располагают несколько (до трех) элементов. В этом случае высота микромодуля снижается. Такая конструкция микромодуля называется полиэлементной, в отличие от первого варианта — м о н о э л е м е н т н о й конструкции.
Рис. 118. Возможные положения микроплат при сборке в микромодуль.
В моноэлементных микромодулях плотность монтажа ограничивается числом микроэлементов, которые можно разместить на каждом сантиметре длины модуля с учетом минимально допустимого зазора между соседними микроэлементами (0,2 мм). Так, при минимальной высоте микроэлементов 0,5 мм и минимальном шаге сборки, равном 0,75 мм, предельная плотность моноэле-ментного монтажа составит 13,3 элемента на 1 см3. При двухэлементных платах плотность монтажа возрастает до 26,6 элемента на 1 см3, а при трехэлементных платах — до 50 элементов на 1 см3.
Безгранично увеличивать плотность монтажа микромодулей нельзя. Из конструктивных соображений многие микроэлементы (транзисторы, трансформаторы, катушки индуктивности и некоторые типы конденсаторов) можно размещать лишь по одной штуке на микроплате и притом с увеличенным шагом сборки. К тому же при большом числе микроэлементов на плате в ряде случаев недостаточным оказывается объем коммутации, обеспечиваемый двенадцатью соединительными проводниками. Наконец, надо учесть и то, что повышение плотности монтажа ограничено предельным значением удельной мощности рассеяния. Практически достижимая плотность монтажа полиэлементных микромодулей в 2—2,5 раза выше, чем в моноэлементных микромодулях, и составляет в среднем 12—18 эл!см3. Вес типовых унифицированных микромодулей широкого применения колеблется в зависимости от сложности схемы от 2,3 до 7 г.
Ниже дан краткий обзор наиболее распространенных микроэлементов и способов их изготовления.
Постоянные микро модульные резисторы (непроволочные) изготовляются с номинальными величинами сопротивлений по шкале ГОСТ 2825—60. Процесс изготовления состоит в том, что на микроплату методом вакуумного напыления наносят тонкие пленки из металлов и сплавов с высоким удельным сопротивлением. Одним из применяемых для напыления составов служит металло-стеклянная смесь окиси олова, имеющая удельное сопротивление от 100 до 35 000 ом)мм2.
142
Такое покрытие обеспечивает получение номинальных сопротивлений от 47 ом до 1000 ком с температурным коэффициентом 50-Ю-6. При вакуумном напылении нихрома номинальные сопротивления несколько ниже: от 1 ом до 35 ком при том же температурном коэффициенте.
Применяются и другие сплавы, обеспечивающие номинальные сопротивления от 10 ом до 1 Мом. Пленки могут быть напылены на микроплаты как в виде сплошных зон, так и в виде ряда тонких линий, спиралей и змеек. Выбор формы напыляемой поверхности и позволяет получать то или иное сопротивление во всем диапазоне шкалы номинальных значений этого параметра. Мощность, рассеиваемая микрорезисторами, у большинства образцов не превышает 0,25 вт, хотя отдельные типы их имеют мощность 0,5 вт.
Типы непроволочных микрорезисторов, предназначенных для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока и рекомендуемых к установке в микромодули, перечислены ниже. Условия эксплуатации этих резисторов приведены в табл. 45.
Таблица 45
Условия эксплуатации микромодульных резисторов
Тип резистора Номинальные величины сопротивлений, ком Температура окружающего воздуха, °C Вибрация в диапазоне частот от 10 до 2000 гц с ускорением g Одиночные УДары с ускорением g Линейные нагрузки с ускорением g
от ДО от ДО
ССНМ 0,01 5,1 —60 + 125 40 1000 150
С2-12 0,0056 5,1 —60 + 125 10 1000 50
скпм 0,01 3300 —60 + 125 40 1000 150
скнм 0,1 3300 —60 + 125 40 1000 150
сз-з 0,15 3300 —60 + 125 10 1000 50
СЗ-4 o;oi 3300 —60 + 125 10 1000 50
СЗ-2 0,01 1000 —60 + 125 10 150 50
С5-6 0,001 510 —60 + 70 15 35 100
СП5-6 0,1 100 —60 +70 15 35 100
Терморезистор 0,1 100 —60 + 125 15 35 50
Примечание. Во всех +40° С), атмосферное давление 5 случаях относительная влажность воздуха мм рт. ст. 98% (при
Резисторы ССНМ (сопротивления станнатные ниточные микромодульные) имеют вид тонких навесных столбиков, крепящихся непосредственно к поверхности микроплаты. На одной плате монтируют до шести резисторов с выводами, подключаемыми к любым пазам. Резисторы выпускаются с номинальными сопротивлениями от 10 ом до 5,1 ком (допустимые отклонения ±5; ±10; ±20%); они рассчитаны на мощности рассеяния 0,25 и 0,12 вт при максимальном рабочем напряжении 160 в.
Резисторы С2-12 (сопротивления постоянные станнатные ниточные) применяются в герметизированных микроминиатюрных радиоэлектронных устройствах. Могут использоваться также в негерметизированной аппаратуре при относительной влажности воздуха до 80%. Конструктивно похожи на микроэлементы ССНМ. При диаметре 0,25 мм длина стержня не превышает 4,8 мм и определяется номинальной величиной сопротивления (от 5,6 ом до 5,1 ком), рассеиваемой мощностью (0,05; 0,25 и 0,125 вт) и предельным рабочим напряжением (от 80 до 160 в).
Резисторы СКПМ (сопротивления композиционные печатные микромодульные) выполняются непосредственно на поверхности микроплаты. Изготовляются с номинальными сопротивлениями от 10 ом до 3,3 Мом (допустимые отклонения ±5, ±10 и ±20%) и рассчитаны на номинальные мощности рассеяния 0,25 вт при максимальном рабочем напряжении в импульсном режиме
143
(для средней мощности рассеяния 0,1 вт) не более 160 в. Подключаются к пазам по вариантам: 1 — 4, 1—5, 1 — 8 (см. рис. 118).
Резисторы СКНМ (сопротивления композиционные ниточные микромодуль-ные) по конструктивному оформлению похожи на резисторы ССНМ. Проводящие ниточные столбики (до шести штук) крепятся непосредственно к поверхности микроплаты с выводами, подключаемыми к любым пазам. Выпускаются с номинальными величинами сопротивлений от 100 ом до 3,3 Мом (допустимые отклонения ±5, ±10 и ±20%) на номинальную мощность рассеяния для одного элемента 0,12 вт и для нескольких элементов на одной плате 0,25 вт при максимальном рабочем напряжении до 80 в. При равномерном распределении сопротивлений в объеме микромодуля на 1 см длины допускается нагрузка не более 0,35 вт.
Резисторы СЗ-З конструктивно повторяют резисторы С2-12 и имеют те же размеры. Применяются в герметизированных микроминиатюрных радиоэлектронных устройствах. Выпускаются с номинальными величинами сопротивлений от 150 ом до 1 Мом на мощность рассеяния 0,25 вт при напряжении 30 в и от 100 ом до 3,3 Мом на мощность рассеяния 0,12 вт при напряжении 80 в. Допустимые отклонения величины сопротивления от номинального значения составляют ±5, ±10 и ±20%.
Резисторы СЗ-4 (сопротивления композиционные на микроплатах) выпускаются с номинальными величинами сопротивления от 10 ом до 3,3 Мом (с обычными допусками) на номинальную мощность рассеяния не более 0,25 вт при максимальном рабочем напряжении 120 в. Подключаются к пазам по тем же вариантам, что и резисторы СКПМ.
Резисторы СЗ-2 (сопротивления композиционные таблеточные) изготовляются в виде плоских дисков (таблет) диаметром 1,7 и 2,7 мм с номинальными величинами сопротивления от 10 ом до 1 Мом (с обычными допусками) на номинальную мощность рассеяния не более 0,05 вт при рабочем напряжении до 30 в.
Постоянные проволочные резисторы, применяемые в микромодульных элементах, выполняются в виде катушек, смонтированных на микроплатах. К их числу относятся резисторы С5-6 (постоянные проволочные микромодульные), предназначенные для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока при рабочем напряжении до 160 в амплитудного значения. При монтаже на микроплате распайка концов по пазам возможна по трем вариантам: 1 — 4\ 1—5; 1 — 8 (см. рис. 118). Катушки имеют номинальные величины сопротивлений от 1 ом до 510 ком с допустимыми отклонениями от номинальной величины ±1 и ±5% при номинальной мощности рассеяния 0,05 вт.
В микромодульном исполнении выпускаются и переменные проволочные резисторы СП5-6. Конструктивный вариант А — прямое исполнение с выводами (под пайку) в основную печатную плату и в перпендикулярную ей специальную переходную плату. Конструктивный вариант Б — угловое исполнение с выводами (под пайку) в основную печатную плату. Микрорезисторы обоих вариантов выпускаются с номинальными величинами сопротивлений 0,1; 0,22; 0,47; 1; 2,2; 4,7; 10; 22; 47 и 100 ком и допустимыми отклонениями ±10% при номинальной мощности рассеяния до 0,5 вт.
Для целей терморегулирования и термоизмерений в микромодульном исполнении выпускаются следующие терморезисторы СТ:
Терморезистор ^ном’ ком
СТЗ-26.................................... 0,1—0,68
СТ2-26........................... 4—100
СТЗ-24 .............................. 0,68; 1; 1,5; 2,2; 3,3
СТЗ-28............................0,15; 0,22; 0,33; 1,5; 2,2; 3,3
Мощность рассеяния этих терморезисторов в зависимости от температуры окружающей среды составляет от 10 до 25 мет.
Микромодульные конденсаторы в зависимости от того, применяются ли они в микромодулях или плоских модулях, выполняются либо непосредственно на микроплате путем двухсторонней ее металлизации, либо в виде конденсаторных галет, которые уже затем монтируются на микроплатах.
144
В первом варианте микроплату изготовляют из специальной керамической массы с малым температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости. Двухсторонняя металлизация микроплаты обеспечивает стабильность конденсаторов с номинальными емкостями от единиц до нескольких сотен пикофарад и рабочим напряжением 100 в и более. В таком конструктивном оформлении выпускают микроконденсаторы КМК, КОПМ, К53-5. Для изготовления конденсаторов емкостью до нескольких десятков тысяч пикофарад применяют металлизированные керамические пленки толщиной в несколько десятков микрон; из них выполняют многослойные конденсаторные галеты. В таком оформлении выпускают микроконденсаторы КМПМ, КМПП, К73П-3, К74П-4, К74П-2, К74-5. Кроме этих типов, выпускают микроконденсаторы металлобумажные (КМБП для печатного монтажа), слюдяные (К31П-6 на микроплатах), подстроечные (ММКТ-3/20 с емкостями от 3 до 20 пф на номинальное напряжение 160 в), предназначенные для использования в микромодулях. Конденсаторные микроэлементы рассчитаны на работу в диапазоне температур от —55 до +85° С.
Стабильные конденсаторы выпускаются с допустимыми отклонениями емкости от номинальной величины на ±1; ±5 и ±10%. Основные технические характеристики конденсаторных микроэлементов приведены в табл. 46.
Микроконденсаторы рассчитаны на эксплуатацию при относительной влажности воздуха до 98% (при +40° С) и атмосферном давлении до 5 мм рт. ст. Они выдерживают без существенного изменения параметров вибрации в диапазоне частот от 10 до 2000 (5000) гц с ускорением до 10 g, многократные удары с ускорением до 35 g, линейные нагрузки с ускорением до 50 g.
Микромодульные транзисторы выполняются главным образом монтажом полупроводниковых переходов на фасонных керамических платах. Для защиты этих полупроводниковых приборов от механических повреждений применяются герметизирующие металлические колпачки или пластинки, припаиваемые к проводящим покрытиям на микроплате. Влагозащита приборов обеспечивается заливкой специальными компаундами.
В ряде случаев применяются миниатюрные герметизированные (заключенные в корпус) полупроводниковые приборы, укрепляемые на микроплате с последующей распайкой выводов по луженым пазам. В настоящее время для микромодулей изготовляются транзисторы германиевые с р — п — р-проводимостью типов ТМ-2 (А, Б, В, Г, Д)-3, М-2 (А, Б, В, Г, Д)-3, ТМ-4 (А, Б, В, Г, Д, Е) -4, М-4 (А, Б, В, Г)-4, ТМ-5 (А, Б, В, Г, Д)-3, М-5 (А*Б, В, Г)-3, 1ТМ305 (А, Б, В) и с и — р — n-проводимостью типа ТМ-3 (А, Б, В, Г, Д)-3. Выпускаются также кремниевые транзисторы с п—р—n-проводимостью типа ТМ-10 (А, Б, В, Г, Д, Е, Ж) и с р—п—р-проводимостью эквивалентных типов ТМ-11 (А. Б) и М-11 (А, Б).
Все перечисленные типы микромодульных транзисторов можно эксплуатировать при температуре от—60 до +73°С (для германиевых) и от —60 до +Д20°С (для кремниевых приборов), относительной влажности воздуха до 98% (при +40° С) и атмосферном давлении от 2 атм до 5 мм рт. ст.
Транзисторы в микромодуле разрешается использовать при изменении атмосферного давления до 1 • 10-6 мм рт. ст. Они выдерживают вибрации в диапазоне частот от 5 до 2000 гц с ускорением до 10 g, многократные удары с ускорением до 150 g и линейные (центробежные) нагрузки с ускорением до 150 g.
Размер микромодульного транзистора (вместе с микроплатой, на которой он смонтирован) составляет 9,6X9,6X3,1 мм. Обозначение ТМ расшифровывается как транзистор микромодульный. Электроды транзистора имеют распайку по пазам микроплаты: 1 — база, 5 — эмиттер, 8— коллектор. Вес платы с транзистором — не более 0,8 г.
Модульные транзисторы для установки в печатный монтаж (плоские модули) выполняются в металлическом герметичном корпусе размером 2,5X Х07,6 мм (без выводов) и весом не более 0,5 г. Они обозначаются буквой М. Основные технические характеристики микромодульных транзисторов приведены в табл. 47.
Микромодульные диоды выполняются в различных конструктивных оформлениях. Диоды ДММЗ выполняются отдельно в стеклянном корпусе и затем
6 П. Д. Верхопятницкий 145
Основные технические характеристики
Тип конденсатора Конструкция конденсатора Пределы номинальных значений емкости, пф (промежуточные значения емкостей соответствуют шкале ГОСТ 2519-671
кмк-з КМК-За Керамический на плате » без платы По группам ТКЕ: ПЗЗ и М47 (75—180); М75 (240—470), М750 (510—1000); М1500 (1100—2200); ИЗО (2200)
КМК-Ц2) КМК-2а Керамический на плате » без платы МЗЗ и М47 (16—68); М75 (30—220); М750 (75—470), М1500 (110—1000), ИЗО (1500—15 000), Н90 (22 000)
КЮУ-1 Керамический для печатного монтажа 150, 2200, 330, 4700
копм Оксиднополупроводниковый на плате (1; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8; 10)-10® (0,047; 0,068; 0,10; 0,47; 0,68; 1; 1,5; 2,2; 3,3)-10® (0,47; 0,68; 1,0; 1,5; 2,2)-10®
КОПП Оксиднополупроводниковый для печатного монтажа (22; 33; 47; 68; 100). 10® (4,7; 6,8; 10; 15; 22; 33). 10® (4,7; 6,8; 10; 15; 22). 10®
К53-2 Оксиднополупроводниковый таблеточный (0,047; 0,10; 0,15; 0,22; 0,33; 0,47; 3,3; 4,7). 10®
К53-5 Оксиднополупроводниковый на плате (0,047—10)-10®
К53-6 Оксиднополупроводниковый для печатного монтажа (4,7; 6,8; 10; 22; 33; 47; 68; 100). 10®
кмпм Металлопленочный на плате 1000, 1500, 2200, 3300, 4700, 6800, 10 000
кмпп К73П-3 К74П-2 Металлопленочный для печатного монтажа (0,05; 0,10; 0,15; 0,25; 0,50; 1,0)-10’ (0,01—0,033)-10’ и (0,039—0,1)-10’
К74П-4 Пленочный на плате 1000, 1500, 2200, 3300, 4700, 6800, 10 000
К74-5 Пленочный для печатного монтажа 1000—220 000
КМБП Металлобумажный для печатного монтажа (0,05; 0,10; 0,15; 0,25; 0,50; 1,0). 10®
КЗШ-6 Слюдяной на плате 100; 120; 150; 180; 220; 270; 330; 390; 470; 560; 680; 820; 1000
ММКТ-3/20 Подстроечный на плате От 3 до 20
146
Таблица 46
микромодульных конденсаторов
Допустимые отклонения емкости от номинальной, % Допустимая реактивная мощность, ва Номинальное напряжение, в Размеры элемента, мм Вес, г
±5; ±10; ±20 10 (кроме НЗО) 35 бх бх 1,9 0,5
Н90(±80, —20) Н30(±50, —20) НЗО и Н90 (0,5) 160—50 6x6x1,6(1,8) 0,5
±20 0,5—20 350 7,5X06(10) 0,5-1,0
±10; ±20; ±30 — 6 15 30 6x6x3,5 —
—20; ±50 — 6 15 30 14 X 010,5 (без выводов) —
—20; ±50 — 6-30 0(2,7-4,7) 0,4—1,6
±10; ±20; ±30 — 6; 15; 30 6x6x3,5 —
—20; 50 — 6; 15; 30 18,2 X 010,5 —
±10; ±20 — 160 6x6x2,7 —
±10; ±20 ±5; ±10; ±20 — 30; 160 100 11 X И X (6-22) 11 X 22 (18,22) ИХ И (15; 18; 22) 3—10 9—10 5—7
±10; ±20 — 160 6х6х(2,7-4) 0,4—0,5
±10; ±20 — 50 (5- 16,5) х (2,3- —10,5)Х(13,5—17) 0,4—5,5
±10; ±20 — 30 (10 — 22)Х(11 — — 22)Х(П — 22) 3—10
±1; ±2; ±5; ±10; ±20 — 100 6X6X3 —
zt2 — 160 бх 6X4,7 —
6'
147
Таблица 47
Основные технические характеристики микромодульных транзисторов
Тип транзистора Схема проводимости Статический коэффициент ус илеиия по току в схеме с общим эмиттером Предельная частота усиления, кгц Наибольшее значение (/к в схеме с общей базой, в
Германиевые
ТМ-2А-3 20—120 3 000 — 15
ТМ-2Б-3 50—250 3 000 — 15
ТМ-2В-3 30—250 9 000 — 10
ТМ-2Г-3 р—п—р 70—400 9 000 — 10
ТМ-2Д-3 80—450 20 000 — 10
М-2А-3 20—120 3 000 — 15
М-2Б-3 50—250 3 000 — 15
М-2В-3 р—п—р 30—250 9 000 — 10
М-2Г-3 70—400 9 000 — 10
М-2Д-3 80—450 20 000 — 10
ТМ-ЗА-З 18—55 1 000
ТМ-ЗБ-З 40—120 1 000
ТМ-ЗВ-З п—р—п 25—75 5 000 + 15
ТМ-ЗГ-З 60—180 5 000
ТМ-ЗД-З 60—250 10 000
М-ЗА-З 18—55 1 000
М-ЗБ-З 40—120 1 000
М-ЗВ-З п—р—п 25—75 5 000 + 15
М-ЗГ-З 60—180 5 000
М-ЗД-З 60—250 10 000
М-4А-4 20—300 60 000
М-4Б-4 20-300 60 000 1 к
М-4В-4 р—п—р 50—600 60 000 —10
М-4Г-4 90—600 120 000
ТМ-4А-4 20—300 60 000
ТМ-4Б-4 20—300 60 000
ТМ-4В-4 50—600 60 000 1 к
ТМ-4Г-4 р—п—р 50—600 120 000 —10
ТМ-4Д-4 90—600 120 000
ТМ-4Е-4 90—600 120 000
ТМ-5А-3 20-100 1 000 — 15
ТМ-5Б-3 20—100 1 000 — 15
ТМ-5В-3 р—п—р 35—120 1 000 — 15
ТМ-5Г-3 60—250 2 000 — 15
ТМ-5Д-3 110—320 3 000 —25
148
Продолжение табл. 47
Тип транзистора Схема проводимости Статический коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером Предельная частота усиления, кгц Наибольшее значение UK в схеме с общей базой, в
М-5А-3 20—100 1 000
М-5Б-3 35—120 1 000 1 с
М-5В-3 р—п—р 60—250 2 000 —10
М-5Г-3 110-320 3 000
1ТМ305А 25—240
1ТМ305Б р—п—р 60—500 20 000 — 15
1ТМ305В 40—360
Кремниевые
ТМ-10 20-60 30 000 20(10)
ТМ-10А 40—120 30 000 20(10)
ТМ-10Б 10—32 30 000 30(10)
ТМ-10В 20—60 30 000 30(10)
ТМ-10Г 10—32 60 000 20(10)
ТМ-10Д п—р—п 20—60 60 000 20(10)
ТМ-10Е 40—120 60 000 20(10)
тм-юж Более 80 60 000 20(10)
ТМ-11 9—36 100 20
ТМ-11А 15—60 500 10
ТМ-11Б 40—160 500 10
М-11 9—36 100 40
М-11А р—п—р 15—60 500 20
М-10Б 40—160 500 20
П р и м е ч а ния. 1. Статичес кие коэффициенты усиления по току в схеме с общим
эмиттером приведены для температурного перепада окружающей среды от +20 до +73^ С.
2. Наибольшая мощность, рассеиваемая коллектором, составляет 75 мет у германие-
вых и 150 мет у кремниевых транзисторов.
3. У кремниевых транзисторов в скобках указан нижнии предел максимального на-
пряжения коллектора.
устанавливаются на стандартную микроплату (см. рис. 117). Электроды последней подключаются к пазам 1—6 («плюс» диодов соответствует меньшему номеру паза). По согласованию с заказчиком распайка диодов может быть произведена по пазам 1—4 и 2—5. Диоды 2ДМ101 и 2ДМ502 впаиваются непосредственно в микроплату с подключением электродов к пазам 1—6. Толщина микроплаты при таком оформлении диодов не превышает 1,35 мм, вес 0,4 г.
Диоды 1ДМ505А состоят из трех микроэлементов ДММЗ, расположенных на одной микроплате и подключенных минусовыми электродами к пазу 7, а плюсовыми — к пазам /, 2 и 3 соответственно. Микромодульные кремниевые стабилитроны 2СМ (180А, 190А, 210А, 211А и 213А) выполняются в виде круглых шайб и закрепляются по обе стороны микроплаты; их выводы подключаются к пазам./ — 6 микроплаты аналогично выводам диодов. Основные электрические характеристики микродиодных элементов приведены в табл. 48. Микромодульные диоды эксплуатируются при тех же атмосферных условиях и механических воздействиях, что и микромодульные транзисторы.
149
Таблица 48
Предельно допустимые электрические характеристики микромодульных диодов при температуре окружающей среды от —60 до +73° С
Типы микромодульных элементов Обратное напряжение, в Постоянный или средний выпрямленный ток, ма Импульсный прямой ток (ма) при длительности импульса до 10 мксек
дммз 15 12 50
2ДМ101А; 2ДМ502А; 2ДМ502Б 30 10 200
2ДМ502В; 2ДМ502Г 100 10 200
1ДМ505А 15 12 50
Помимо описанных выше элементов, в микромодульном исполнении изготовляются также катушки индуктивности с ферритовыми сердечниками типа ИПФМ (переменные) и типа ИФМ (постоянные), трансформаторы согласования низкочастотного диапазона ММТС-1—7 и ММТС-8—13, запоминающие трансформаторы ММТЗ-З—10(17, 20—24), импульсные трансформаторы ММТИ-2—13 (20—39, 40—89, 90—109, 110—125, 126—165, 166) с двумя, тремя и четырьмя обмотками, трансформаторы с ферритовым сердечником ТФМ, пьезокварцевые резонаторы на частоты от 5 до 90 Мгц.
Переменные катушки индуктивности ИПФМ выполняются в виде одной обмотки на каркасе 10X 0 7,6 мм внутри броневого сердечника из феррита марки 1000НМЗ. Располагаются непосредственно на поверхности плоского модуля или микроплаты и защищаются колпачком. Концы катушек можно подключать к любым пазам микроплаты. Микроэлементы этого типа выпускаются с номинальными величинами индуктивности 330 и 1000 мкгн.
Постоянные катушки индуктивности ИФМ (с ферритовым кольцевым сердечником) располагаются непосредственно на поверхности микроплаты и защищаются колпачками. Концы катушек подключаются к пазам микроплаты 1—4, 1—5 и 1—8. Выпускаются с номинальными величинами индуктивности 0,5—16; 20—100, 160—2500 мкгн и допустимыми отклонениями от ±5 до ±15%.
Оба типа микромодульных катушек индуктивности эксплуатируются при тех же атмосферных условиях и внешних воздействиях, что и микромодульные транзисторы и диоды.
Микромодульные трансформаторы согласования ММТС-1—7 предназначены для работы в диапазоне частот от 300 до 3000 гц с неравномерностью частотной характеристики не более ±5 дб и коэффициентом нелинейных искажений не более 10%. По назначению подразделяются на входные (ММТС-1—3); переходные (ММТС-4—6) и выходные (ММТС-7). Все они изготовляются в виде катушки диаметром 7,6 мм и высотой от 4,5 до 13,3 мм в зависимости от децимального номера. Трансформаторы ММТС-1—3 имеют на ферритовом кольце одну первичную обмотку (пазы 1—3) и две вторичные (пазы 7—9 и 10—12); трансформаторы ММТС-4—6 — две первичные (пазы 1—3 и 1—7) и две вторичные обмотки (пазы 10—9 и 10—12)\ трансформаторы ММТС-7 — две отдельные первичные обмотки (пазы 1—9 и 3—4) и одну вторичную (пазы 7—6).
Коэффициенты трансформации трансформаторов ММТС-1—7 соответственно равны 6,33; 1,83; 1,0; 0,52; 0,169; 0,4; 1,41.
Микромодульные трансформаторы согласования ММТС-8—13 предназначены для установки в плоские модули и имеют размеры (без выводов) 20Х 18Х 11 мм. Они работают в диапазоне частот от 3000 до 10 000 гц при входных напряжениях (соответственно типу трансформатора) 1; 4; 10; 10; 13; 2 в. Коэффициенты трансформации равны 1,79; 0,26; 0,18; 0,45; 0,27; 1,26 соответственно. При этом трансформаторы ММТС-8 имеют две первичные обмотки со средней точкой (клеммы /, 2, 3 и 4, 5, 6) и одну вторичную обмотку (клеммы 7, 5, 9); транс-150
тактовые 5 и 6. Запоминающие трансфор-
~ U
—и
Рис. 119. Монтажная схема триггера с указанием различных способов расположения микроэлементов на платах (проекция на нижнюю плату).
трансформаторы ММТИ-2 — ферритовым сердечником)
форматоры ММТС-9 —одну первичную обмотку (клеммы /, 2) и две вторичные обмотки (клеммы 3, 4, 5, 6)\ трансформаторы ММТС-10—12 — одну первичную обмотку со средней точкой (клеммы /, 2, 3) и одну вторичную со средней точкой (клеммы 4, 5, 6)\ трансформаторы ММТС-13 имеют одну обмотку со следующей маркировкой выводных концов: /, 3 — начало обмотки, 2— конец входной обмотки, 4 — конец выходной обмотки.
Сопротивления выходных обмоток трансформаторов ММТС-8—13 имеют значения: 4000, 490, 400, 2000, 1000 и 5000 ом соответственно.
Микромодульные запоминающие трансформаторы ММТЗ-З—10, ММТЗ-17, ММТЗ-20—24 предназначены для работы в схемах счетно-решающей аппаратуры. Они имеют по шесть обмоток: базовую /, обратной связи 2, записи информации 3, списывания 4 и две маторы всех перечисленных типов крепятся непосредственно к поверхности микроплаты, а концы обмоток распаиваются по ее пазам согласно специальной схеме. Размер катушки 3,3 X 06 мм.
Запоминающие трансформаторы нормально работают при амплитуде тока записи 0,1 а, амплитуде тока списывания 0,1 а, длительности спада импульса 0,6— 0,8 мксек. В зависимости от типа трансформатора имеют следующие параметры: амплитуда э. д. с. сигнала записи — от 3 до 12 в; амплитуда э. д. с. сигнала списывания — от 3 до 10 в; уровень э. д. с. помехи при записи — не более 1,7 в.
Микромодульные импульсные 13 (с пред
назначены для использования в микромодульных блокинг-генера-торах. Изготовляются двенадцати типов, различаясь числами обмоток, схемами распайки их концов по пазам и параметрами обмоток. Имеют диаметр 7,2 мм, высоту от 3,8 до 5,4 мм и вес от 0,5 до 0,7 г. Крепятся к поверхности микроплаты. Концы обмоток распаиваются по пазам согласно специальной схеме. Трансформаторы ММТИ-3, 6, 7, 8, И, 12 имеют две обмотки с коэффициентами трансформации 5:2; 1:1; 1:1; 2:1; 3:1; 1:1 соответственно. Трансформаторы ММТИ-2, 4, 5, 9, 10, 13 имеют по три обмотки и коэффициенты трансформации 1:5:5; 1 :3,3:3,3; 1:1:1; 1:1:1; 3:1:1; 1 : 2 : 2. Нормально работают при амплитуде входного импульса 20 в, его длительности от 1 до 5 мксек и частоте повторения 5 кгц у ММТИ-9 и ММТИ-12 и 10 кгц — у остальных ММТИ. Выходные параметры определяются коэффициентами трансформации.
Наряду с указанными типами импульсных трансформаторов выпускаются микромодульные импульсные трансформаторы ММТИ-20—166. Все они имеют каркас (диаметром от 6,7 до 7,6 мм и высотой от 3,4 до 4,5 мм), закрепленный на микроплате, с распайкой концов обмоток (от двух до четырех) по пазам согласно специальной схеме. Подразделяются на девять групп в зависимости от передаваемой длительности импульсов (от 0,05 до 10 мксек). Каждая группа включает 14, 18 или 19 видов трансформаторов с двумя обмотками (коэффициенты трансформации 1:1; 2:1; 3:1; 5:1), тремя обмотками (коэффициенты трансформации 1:1:1; 2:1:1; 3:1:1; 5:1:1; 2:2:1; 3:2:1; 5:2:1; 3:3:1; 5:3:1; 5:5: 1; 20 : 10 : 1) и четырьмя обмотками (коэффициенты трансформации 6 : 1 : 1 : 1; 3 : 1 : 1 : 1; 3 : 3 : 1 : 1; 3 : 3 : 3 : 1).
151
Трансформаторы ММТИ первых шести групп нормально работают при амплитуде импульса на первой обмотке 10 в, а последних трех групп (шестой— девятой) 16 в. Максимальная частота повторения — от 2000 гц до 10 кгц в зависимости от номера группы.
Микромодульные трансформаторы ТМФ представляют собой катушку с тремя обмотками на кольцевом сердечнике из феррита марки 50ВЧ2. Катушка размерами 4X0 7,6 мм защищена колпачком и расположена на нормальной микроплате. Концы обмоток распаиваются: первичная со средней точкой по пазам
Рис. 120. Варианты распайки микроэлементов при сборке их в микромодуль по схемам: а — 1—5 и 1—8; б — 1—4—5 и 1—8. в — 1—8 и 1—8—5.
1—9—3; первая вторичная по пазам 11—9, вторая вторичная по пазам 9—5. Индуктивность первичной обмотки 180 мкгн±2О°/о. Коэффициенты связи: между первичной и вторичными обмотками 0,85; между половинами первичной обмотки 0,95; между вторичными обмотками 0,95.
Все перечисленные микромодульные трансформаторы нормально эксплуатируются при тех же атмосферных условиях и внешних воздействиях, что и микросопротивления и микроконденсаторы.
Рис. 122. Микродиод с универсальной цоколевкой.
Рис. 121. Микроконденсатор с универсальной цоколевкой.
Микромодульные пьезокварцевые резонаторы РЦ3.380.018—023Сп и РЦ3.381.770Сп предназначены для стабилизации электрических колебаний любой заданной частоты в диапазоне от 5 до 90 Мгц\ выполняются в виде цилиндра диаметром 7,6 мм и высотой 3,2 мм, закрепленного на поверхности микроплаты.
Выводы резонаторов подключаются к пазам 1—8 микроплаты. В зависимости от типа резонаторы имеют следующие интервалы частот: 5—6, 6—11; 11 —14; 14—21; 21—32; 32—60 и 54—90 Мгц. Условия эксплуатации — обычные для микромодулей.
Все перечисленные выше микроэлементы располагаются тем или иным способом на микроплатах (рис. 119), которые затем собираются в микромодули. При сборке микроэлементов в микромодуль их можно устанавливать в восьми различных положениях, которые однозначно определяются положением ключа (см. рис. 118). Электрические и механические соединения микроэлементов между
152
собой выполняются двенадцатью вертикальными соединительными проводниками. Расположение микроэлементов на микроплатах может быть различным в зависимости от выбранной схемы цоколевки. Так, например, для двухэлементной микроплаты с цоколевками 1—5 и 1—8 возможны варианты, представленные на рис. 120.
Практикой установлено, что для неполярных микроэлементов наиболее целесообразны цоколевки 1—4, 1—5 и 1—8, обеспечивающие 24 варианта соединения микроэлемента с проводниками микромодуля; для полярных — цоколевки 1—6, 1—7, 1—9 и 2—5, обеспечивающие восемь различных соединений (у неполярных элементов они дают повторяющиеся соединения). Число вариантов цоколевки транзисторов и других многоэлектродных элементов очень велико; выбор наиболее оптимального из них определяется практикой и конструктивными соображениями.
Некоторые микроэлементы выполняются с универсальной цоколевкой. Таков, например, микроконденсатор с обкладками, расположенными по обе стороны платы, которые имеют связи с семью пазами по лицевой и пятью пазами по тыльной сторонам (рис. 121). На рис. 122 представлен микродиод с одним выводом на лицевой стороне и одиннадцатью выводами на тыльной. Легко убедиться, что удаление ненужных соединений позволяет при универсальной цоколевке обеспечить одну из требуемых схем (/—5, 1—8 и т. д.).
§ 17. Технология изготовления и условия эксплуатации микромодулей
Создание того или иного образца микромодуля этажерочной конструкции (ЭММ) сводится к выполнению ряда мероприятий схемотехнического и технологического характера.
Мероприятия схемотехнического характера состоят в разработке:
а) электрической схемы, учитывающей специфические особенности микромо-дулыюго метода конструирования и обеспечивающей согласование входных и выходных характеристик разрабатываемого микромодуля с входными и выходными характеристиками других микромодулей, входящих в данную систему;
б) схемы раскладки микроэлементов в микромодуль;
в) чертежей микромодуля;
г) сводной ведомости элементов и материалов.
/Мероприятия технологического характера подразделяются на операции:
а) вспомогательные (изготовление флюсов, горячее лужение медной проволоки и пазов микроплат, нанесение перемычек на микроплатах, изготовление насадок, изготовление тары, исправление дефектов пайки, сборки и заливки);
б) основные (сборка и пайка микромодулей по схеме раскладки, отрезка соединительных проводников, герметизация, маркировка и термоэлектротренировка микромодулей);
в) контрольные (входной контроль микроэлементов, их комплектация, контроль качества пайки, контроль электрических параметров микромодуля до герметизации, маркировка, контроль выходных параметров после герметизации и после термоэлектротренировки, упаковка микромодулей).
Важнейшими технологическими мероприятиями, обеспечивающими высокую эксплуатационную надежность ЭММ, являются: герметизация, термоэлектротренировка, контроль выходных электрических параметров, испытания в условиях климатических и механических воздействий.
Герметизацию ЭММ осуществляют путем заливки под давлением эпоксидным компаундом ЭК-16Б «этажерки», расположенной в специальной форме. До заливки форму с микромодулями нагревают в термостате при 70° С в течение 1.5 ч. После полимеризации компаунда модуль маркируют и покрывают лаком УР-231.
К термоэлектротренировке ЭММ приступают после их герметизации и проверки выходных' электрических параметров.
Известно, что большинство отказов ЭММ, объясняющихся недоброкачественностью дискретных микроэлементов, комплектующих схему, и скрытыми техно
153
логическими дефектами сборки схемы, происходит в течение первых часов работы микромодуля в нормальных условиях эксплуатации или при температуре окружающей среды, близкой к предельной (60—70°С). Такие эксплуатационные отказы ЭММ в начальный период их использования существенно снижают надежность РЭА.
Главным средством повышения эксплуатационной надежности аппаратуры является исключение дефектных микромодулей, выявленных в процессе отбраковки и приработки.
Практикой испытаний ЭММ при повышенной температуре в термостате установлен эффект их «засыпания» при температуре около 65° С. Даже однократное снижение температуры до 25° С снова делает такие ЭММ на какой-то период работоспособными. Многократное же повышение и снижение температуры позволяет полностью восстановить работоспособность большинства ЭММ, подверженных «засыпанию», хотя ТУ запрещают устанавливать в РЭА такие ЭММ.
Тренировку аппаратуры и составляющих ее микромодулей осуществляют под воздействием тех из внешних факторов, к которым они наименее устойчивы. Опыт показал, что ЭММ наименее устойчивы к комплексному воздействию электрических нагрузок и повышенной температуры. Испытание ЭММ в этих условиях ускоряет выявление скрытых дефектов ЭММ, не снижая их общего качества.
Время тренировки для каждого типа ЭММ выбирают опытным путем с таким расчетом, чтобы вероятность отказа подавляющего числа дефектных микроэлементов за это время составила не менее 0,9—0,95. Обычно для этого бывает достаточно 100—200 ч работы.
Электрические нагрузки выбирают в соответствии с ТУ на микромодули; температуру окружающей среды поддерживают в пределах ±70° С.
Термоэлектротренировку осуществляют на специальной установке, обеспечивающей благодаря использованию специальных согласующих устройств (эмиттерных повторителей и испытательных блоков) необходимый режим для каждого данного типа ЭММ.
Если заказчик предъявляет к ЭММ, устанавливаемым в наиболее ответственных устройствах РЭА, особые требования, то программу термоэлектротренировки дополняют проверкой их работоспособности и контролем основных электрических параметров при температуре 4-70° С в обесточенном состоянии (или под номинальным током по методике ТУ) и после двух — трех циклов плавного изменения внешней температуры от +70 до —60° С.
Контроль выходных электрических параметров ЭММ осуществляется автоматически на специальном стенде. Контролю подлежат следующие параметры: амплитуда импульсных и синусоидальных сигналов, длительность импульсов, длительность переднего фронта импульса, частота повторения импульсных и синусоидальных сигналов, полоса пропускания частот, сбои в работе триггеров.
Проверка эксплуатационной надежности логических схем включает в себя определение области устойчивой работы при изменении напряжений питания и смещения в условиях крайних рабочих температур. При верхней рабочей температуре наиболее критичным является режим одновременного и равновеликого увеличения напряжения питания и уменьшения напряжения смещения. При нижней рабочей температуре необходимо устанавливать режим уменьшения напряжения питания и увеличения напряжения смещения. Показателем нормальной работы в этих условиях является сохранение работоспособности при несогласном изменении напряжений питания и смещения на 15—20%.
В условиях нормальной температуры окружающей среды работоспособность логических схем должна сохраняться при несогласном изменении напряжения питания и смещения на ±(20—30)%.
Механические и климатические испытания ЭММ определяют возможные условия их эксплуатации при заданной надежности. Методика и последовательность испытаний, а также нормы требований по каждому из видов испытаний определяются соответствующей нормалью. Как правило, все ЭММ проходят испытания в термобарокамерах, в камерах тепла и влаги, на вибростендах, на установках, имитирующих ударную перегрузку, в камерах солнечной радиации и грибообразования, в установках для проверки на пылезащищенность и т. д.
154
Условия эксплуатации ЭММ определяются требованиями к микромодулям широкого применения, приведенными в нормали Н0.005,0530ТУ. В соответствии с этой нормалью ЭММ могут эксплуатироваться при температуре окружающей среды от —60 до +70° С, относительной влажности воздуха до 95—98% (при + 40°С), давлении воздуха от 3 ата до 1 • 10-6 мм рт. ст.
Микромодули выдерживают вибрации в диапазоне частот от 5 до 2000 гц с ускорением до 10 g для первой группы жесткости, многократные удары с ускорением до 35 g и одиночные удары с ускорением до 150 g, линейные ускорения до 50 g.
Микромодули не теряют работоспособности и выдерживают заданный уровень интенсивности отказов при эксплуатации в условиях инея и росы, морского тумана и среды, зараженной плесневыми грибками.
Основными эксплуатационными характеристиками, определяющими область применения ЭММ, являются:
а) рабочая частота сигналов (быстродействие);
б) диапазон изменения температуры окружающей среды;
в) пределы изменения напряжений питания и смещения.
Микромодули ЭММ конструктивно выполнены так, что сохраняют свою работоспособность при любом самом неблагоприятном сочетании изменения этих характеристик в пределах: напряжение питания — от —5,7 до —6,9 в, напряжение смещения — от 4-5,7 до +6,9 в; температура окружающей среды — ог —60 до +70° С; тактовая частота — от 0 до 125 кгц (или до 500—1000 кгц).
Добиваясь повышения эксплуатационной надежности РЭА, выполненной на основе ЭММ, при конструировании отдельных приборов и устройств необходимо делать запас по загрузке ЭММ и по их быстродействию, повышать требования по стабильности напряжений питания и смещения или хотя бы по части этих параметров.
В целях создания широкого класса ридиоэлектронной аппаратуры и дискретных устройств автоматики отечественная промышленность разработала и освоила выпуск ряда систем микромодулей этажерочной конструкции.
Наиболее широкое распространение в логических, приемно-усилительных, импульсных и телевизионных устройствах судовой радиоэлектронной аппаратуры получили:
а) система микромодулей для логических устройств на основе импульснопотенциальных элементов СИПЭ-С5;
б) система микромодулей для приемно-усилительных устройств;
в) система микромодулей для импульсных устройств;
г) система микромодулей для телевизионных устройств.
Каждая из этих систем является функционально полной и может служить основой для создания конкретных образцов миниатюризованных судовых вычислительных и дискретных автоматических устройств.
Номенклатура микромодулей каждой системы содержит 17—20 основных и вспомогательных элементов, электрические схемы которых и технические характеристики приведены ниже.
§ 18. Система микромодулей для логических устройств на импульсно-потенциальных элементах СИПЭ-С5
Микромодули СИПЭ-С5 образуют одну из основных функционально полных систем. Благодаря отработанной схемотехнике и большой логической гибкости эта система стала базовой как для этажерочной конструкции (ЭММ), так и для плоскомодульной конструкции (ПММ).
Представляя собой комплекс логических элементов, взаимно согласованных по входным и выходным параметрам, система СИПЭ-С5 обладает следующими характерными признаками:
а) ее основными логическими элементами являются: потенциальный инвертор с диодной схемой совпадений отрицательных сигналов на входе и импульснопотенциальный вентиль-повторитель с диодными схемами совпадений отрицательных потенциалов; данные элементы обеспечивают объединение положительных импульсов и их задержку в цепи потенциалов,
155
б) триггер состоит из потенциальных инверторов, соединенных в кольцо с помощью диодных связей;
в) счетный триггер выполнен с использованием внешних вентилей;
г) кипп-реле состоит из импульсного и потенциального инверторов, соединенных в кольцо диодными связями;
д) все микромодули имеют равные напряжения питания и смещения, отличающиеся друг от друга полярностью (±6,3 в);
е) уровни ограничения одинаковы для импульсных и потенциальных сигналов (верхний уровень — остаточное напряжение на коллекторе насыщенного триода, близкое к «О», нижний уровень — напряжение на коллекторе закрытого триода —6 в);
ж) импульсные сигналы обладают единой полярностью (положительной);
з) для выполнения логических функций и стандартизации фронтов, амплитуд и уровней сигналов применяются диодные связи (развязки) между элементами;
и) для устранения помех в вентиле (при одновременном поступлении импульса и разрешающего потенциала) и для стабилизации длительности выходного импульса используются логические связи между потенциальным и импульсным входами;
Таблица 49
Номенклатура логических ЭММ СИПЭ-С5
Наименование микро- Тип Децимальный номер Быстродействие, Среднее потребление тока (ма) от источника питания Средняя мощность рассеяния, мет
модуля кгц —6,3 в —6,3 в
Инвертор И-019 * И-018* Б М-381-1 ** БМ-381-2 ** ЛИЗ.051.019 ЛИЗ.051.018 **15 ЛИО.308.018 ЛИО.308.019 *** 125 500—1000 125 500—1000 0,3 0,3 0,6 0,6 3,5 3,5 7 7 20 20 40 40
Вентиль В-021 * В-020 * Б М-378-1 ** БМ-379-1 ** ЛИЗ.051.021 ЛИЗ.051.020 *** ЛИО.308.015 ЛИО.308.016 *** 125 500—1000 125 500—1000 0,6 0,3 0,6 0,3 1,5 2,5 1,5 2,5 10 20 10 20
Диодная сборка Д-022 * БМ-318-2 ** Л ИЗ.051.022 ЛИО.308.013 — — — —
Импульсный усилитель У-024 * У-027 * БМ-380-1 ** Л ИЗ.051.024 Л ИЗ.051.027 ЛИО.308.017 — — — 40 25 20
Повторитель П-025 * БМ-327-3 ** ЛИЗ.051.025 ЛИО.308.014 — — 2,4 2,4 15 15
Усилитель тока У-026 * Л ИЗ.051.026 — — — 60
Генератор | Г-002 * Примечания. 1. Odt конструктивной модификации, модификации, тремя — микром 2. Средняя мощность, рас нального напряжения питания ЛИЗ.054.002 | 1000 чой звездочкой помечены микр< двумя — микромодули полиэле! одули, разделяющиеся на подгру всеиваемая в каждом микромоду/ □модули иентной ппы М I ie, расе моноэ. KOHCTJ 4 К. читана , 25 лементной эуктивной для ном и-
156
к) для формирования импульсов заданных параметров используется положительная обратная связь (с выхода вентиля на его импульсный вход);
л) нагрузка микромодулей (кроме повторителя) включается только относи-
тельно источника питания.
Микромодули СИПЭ-С5 бывают двух конструктивных модификаций: моно-элементной и полиэлементной. Моноэлементные ЭММ имеют децимальные номера с буквенным шифром ЛИ, полиэлементные ЭММ — с буквенным шифром БМ. Обе модификации выполнены на базе единых микроэлементов и принципиальных электрических схем, но содержат различное число комплектующих деталей и отличаются друг от друга разводкой входов и выходов.
Используются моноэлементные ЭММ, как правило, в крупносерийном производстве аппаратуры, полиэлементные ЭММ — в малосерийном производстве или при создании образцов особо ми-
ниатюрных логических устройств.
Все микромодули системы СИПЭ-С5 по своим функциональным и логическим возможностям разделяются на основные и вспомогательные (табл. 49).
Основными являются ЭММ массового применения: инверторы и вентили, реализующие логические функции «И», «ИЛИ», «НЕ», а также операции «Задержка» и «Память». Основные ЭММ обра-
зуют две группы, отличающиеся друг от друга быстродействием: а) низкочастотную с тактовой частотой до 125 кгц и б) высокочастотную с тактовой частотой до 500—1000 кгц (разработана и внедряется также группа ЭММ с тактовой частотой до 1500— 2000 кгц). Высокочастотная груп-
Рис. 123. Форма и уровни потенциального и импульсного сигналов.
/ — уровень источника смещения (+6,3 в±10%); 2 — уровень «0»; 3 — уровень источника питания (—6,3 в±10%); 4 — задний отрицательный фронт (спад) импульса; 5 — импульсный сигнал; 6 — вершина импульса; 7 — передний (положительный) фронт импульса; 8 — верхний уровень сигналов (уровень «0» для потенциалов и уровень вершины для импульсов); 9 — остаточное напря-
па делится в свою очередь на две подгруппы. Первой из них, работающей на тактовой частоте до 1000 кгц, присвоен буквенный шифр М, второй, работающей на
жение на коллекторе закрытого транзистора; 10 — нижний уровень сигналов (уровень «1» для потенциала и уровень паузы для импульсов); // — потенциальный сигнал; 12 — остаточное напряжение на коллекторе насыщенного транзистора.
тактовой частоте до 500 кгц,—
буквенный шифр К. Микромодули обеих подгрупп выполняются по единому тех-
нологическому циклу и разделяются по частотным характеристикам на стадии контроля выходных параметров после герметизации. Разбраковка ЭММ-вентилей осуществляется по длительности импульса, а ЭММ-инверторов — по задержке
сигнала.
Микромодули М и К обеспечивают нормальную работу логических схем и устройств на частотах до 500 кгц, причем те из микромодулей, которые зашифрованы буквой К, обладают повышенным запасом устойчивости на этих частотах.
К числу вспомогательных относятся ЭММ ограниченного применения: диодные сборки, эмиттерпые повторители, импульсные усилители с конденсаторной связью, усилители тока (индикации) и др. Некоторые вспомогательные ЭММ не имеют полиэлементного исполнения.
В цепях связи между микромодулями используются стандартные сигналы с амплитудой около 6 в, изменяющиеся между уровнями 0—0,5 в и — (5,8— 6,3) в, соответствующими потенциалам коллектора транзистора в режимах насыщения и отсечки коллекторного тока.
Принято считать, что к потенциальным относятся сигналы, длительность которых превосходит тактовый период, а к импульсным — сигналы, длительность которых меньше тактового периода.
157
Потенциальные сигналы, снимаемые обычно с выходов триггеров, инверторов, кипп-реле, имеют два значения напряжения:
а) нижний уровень (уровень «1»), разрешающий для вентиля (напряжение на коллекторе закрытого транзистора —6 в);
б) верхний уровень (уровень «О»), запрещающий для вентиля (напряжение на коллекторе насыщенного транзистора UK^. —0,3 в).
Импульсные сигналы, снимаемые с выходов вентилей, в принципе могут иметь любую полярность: а) положительную, когда пауза между импульсами соответствует нижнему уровню напряжения, а вершина импульса — верхнему уровню напряжения; б) отрицательную, когда пауза между импульсами соответствует верхнему уровню напряжения, а вершина импульса — нижнему уровню напряжения.
Для микромодулей системы СИПЭ-С5 стандартными являются импульсные сигналы положительной полярности.
Характерные особенности и уровни стандартных импульсно-потенциальных сигналов, необходимые для согласованной работы микромодулей в логических устройствах, приведены на рис. 123.
Основные технические характеристики микро
Наименование микромодул я Тип Тактовая частота, кгц Коэффициент разветвления Уровень сигнала «1» (паузы между импульсами), в Полярность входных и выходных импульсов * Уровень сигнала «0» (вершины импульсов), в Амплитуда импульсов, в
от ДО
Инвертор И-019 И-018 БМ-381-1 БМ-381-2 0-125 0—1000 0—125 0—1000 1-4 (3) 0-0,3 п -0,1 -0,3 5,5-6,2 5,6-6 5,5—6,2 5,6-6
Вентиль В-021 В-020 БМ-378-1 Б М-379-1 0-125 0-500 0—125 0—500 1-4 (3) 0-0,3 0—0,15 0—0,3 0-0,15 п оо оо 1111 -0,3 -0,5 -0,6 -0,5 5,5-6,2 5,6-6 5,5-6,2 5,6-6
Диодная сборка Д-022 БМ-318-2 — — — — — — —
Импульсный усилитель У-024 У-027 Б М-380-1 — 1—3 — п ООО 1 1 1 -0,5 -0,6 -0,5 5,6-6 5,6—6,2 5,6-6
Повторитель П-025 БМ-327-3 — — 0-0,3 — —0,1 —0,4 —
Усилитель тока У-026 — — —12 — —0,6 —
Генератор Г-002 1000 1-3 — п -(0- т-0,8) —
* П — положительный импульс.
158
Основные технические характеристики микромодулей СИПЭ-С5 для логических устройств приведены в табл. 50.
Номенклатура основных логических микромодулей СИПЭ-С5 состоит из четырех инверторов и четырех вентилей. В логическом и схемном отношении инвертор представляет собой потенциальный инвертирующий усилитель (схема отрицания «НЕ») с диодной схемой совпадения (схема «И») отрицательных сигналов (или схемой объединения «ИЛИ» положительных сигналов) на входе.
Микромодули-инверторы И-018 и И-019 имеют единую принципиальную электрическую схему, представленную на рис. 124. Выполненные в моноэлемент-ном исполнении, они различаются между собой только постоянной времени дифференцирующей цепочки на входе инвертирующего усилителя, составленной из емкости С и резистора /?2. Как видно из схемы, микромодули-инверторы И-018 и И-019 содержат, помимо собственно инверторов с входной диодной схемой, еще и дополнительную независимую диодную логическую схему. Последнюю можно использовать для расширения логической гибкости конструируемого устройства на ряде других микромодулей, например в качестве импульсной сборки для вентилей.
Таблица 50
модулей СИПЭ-С5 для логических устройств
Длительность импульсов, мксек Сопротивление внешней нагрузки, ком Амплитуда импульсов помех, в Значение входного тока, ма Частота отказов, 10“"6 отказов/ч Высота микромодуля без выводов, мм Объемная плотность упаковки, эл1см3 Вес микромодуля (не более), eg
1.5 0,3 1,5 0,4 0,68(1) 1,2 1 1,2 1 2(5) 2,2(5) 2(5) 2,2(5) 10 10 9 9 25 25 23,2 23,2 5 5 8,5 8,5 5,6
1-3 0,3—0,9 1-3 0,3—0,9 0.3 1,2 1 1,2 1 6(0) 0 6(2) 2 10 10 9 9 25 24 20 18,7 4,3 4,3 7 7,1 5,8
— — — — 8 7 12 7,7 3,8 6,8 3
260 200 1000 1 1,5 1,6 1,5 2 1 2 10 10 7 25 25 19 3,8 3,3 6,9 2,5
— 1 — — 10 9 20 18,2 3,8 6,8 4,5
— 0,3 — 40 10 25 3,3 4,5
0,4—0,6 0.3 10 24,5 | 3,8 2,5
159
Микромодули-инверторы БМ-381-1 и БМ-381-2, выполненные в полиэлемент-ном исполнении по единой принципиальной электрической схеме (рис. 125), составлены из двух инверторов с диодными логическими схемами; схема второго инвертора не имеет прямого входа и не рассчитана на подключение внешних диодов. Оба микромодуля различаются между собой также постоянными времени дифференцирующих цепочек в цепях базы транзисторов.
Рис. 124. Микромодульные инверторы И-018 и И-019.
И-018. Ri = Rs=Rg=2,7 ком; R2=22Q ом; Я3==3,9 ком; R4=22 ком; С=560 пф. Диоды (помимо особо обозначенных) — ДММЗВП.
И-019: ₽2=560 ом; С=1000 пф\ остальные параметры элементов—такие же, как у И-018.
Рис. 125. Микромодульные инверторы БМ-381-1 и БМ-381-2 на транзисторах 1ТМ305Б.
Диоды (помимо особо обозначенных) — ДМ3.
Микромодули-вентили В-020 и В-021 по аналогии с инверторами выполнены также по единой принципиальной схеме (рис. 126) и на однотипных дискретных микроэлементах. Исполненные в моноэлементном варианте, они различаются между собой только параметрами резисторов /? и конденсатора С4 и включением шунтирующего конденсатора Сг в цепь эмиттер — база вентиля В-021.
В логическом и схемном отношении микромодули-вентили представляют собой импульсно-потенциальную схему совпадений с неинвертирующим (повторяющим) импульсным усилителем, диодной схемой совпадений «И» отрицательных потенциалов и задержкой (запоминанием) потенциала на время действия импульса. К импульсному входу вентиля можно подключать диодную схему «ИЛИ».
160
Микромодули-вентили БМ-378-1 и БМ-379-1, выполненные в полиэлемент-ном исполнении, отличаются от вентилей В-020 и В-021 тем, что имеют в своем составе диодные схемы «ИЛИ», подключенные постоянно к их импульсным входам. Вентиль БМ-378-1 отличается от вентиля БМ-379-1, электрическая схема которого представлена на рис. 127, параметрами микроэлементов, а также шунтирующим конденсатором С2, включенным в цепь эмиттер — база.
Все четыре вентиля предназначены для работы в цифровых логических устройствах, где реализуют операцию управления прохождением импульсов со стороны потенциального сигнала.
Рис. 126. Микромодульные вентили В-020 и В-021.
Тр — трансформатор ММТИ-25, диоды — ДММЗВП.
При наличии потенциального сигнала «О» (уровень остаточного напряжения на коллекторе насыщенного триода) на входе вентиль находится в состоянии «статического запрета». При наличии потенциальных сигналов «1» на всех используемых диодных потенциальных входах, когда диоды Дз — Дь закрыты и на нижней обкладке конденсатора Ci имеется потенциал —6 в, вентиль находится в состоянии «статического разрешения». Конденсатор С\ служит для запоминания (задержки) потенциала с тем, чтобы задержать управляющее действие потенциала на время импульса. Как правило, выводы 9 и 10 объединены, благодаря чему входной импульс одновременно запрещает потенциальный вход.
Такая схема устраняет помехи при одновременном воздействии импульса и переходного процесса при изменении потенциального управляющего сигнала от состояния «0»‘ к состоянию «1» (режим динамического запрета).
Номенклатура вспомогательных логических микромодулей СИПЭ-С5 состоит из трех типов импульсных усилителей (инверторов) с конденсаторной связью, усилителя тока (индикации), двух типов повторителей и генератора.
161
Рис. 127. Микромодульный вентиль БМ-379-1.
Рис. 128. Импульсный инвертор У-027.
Диоды (помимо особо обозначенного) — 2ДМ502А.
J-j'
10-ю1 9-9'
---JL——
Г;
5~5'^ _ J
4-4' вход&
Рис. 129. Импульсный инвертор У-024.
Диоды (помимо особо обозначенного) — 2ДМ502Г.
162
Импульсные инверторы У-024 и У-027 не имеют емкостных связей в своей внутренней схеме-раскладке и для использования в логических устройствах нуждаются поэтому во внешнем подключении конденсаторов (см. пунктирные линии на электрических схемах инверторов).
В устойчивом состоянии схемы транзисторы 1ТМ305Б инверторов находятся в закрытом состоянии. Открывание транзисторов происходит при подаче на вход
Рис. 130. Сдвоенный импульсный инвертор БМ-380-1.
элемента отрицательного потенциала в течение времени заряда конденсатора. Восстановление (разряд) конденсатора происходит во время перехода отрица
тельного потенциального сигнала к нулевому входному потенциалу.
Импульсный инвертер У-027 (рис. 128) обладает повышенной стабильностью. Задержка сигнала определяется временем заряда конденсатора Сг через резистор /?2 и эмиттерный повторитель /7771
после перехода потенциала на выходе от уровня «0» к уровню «1». При переходе входного потенциала к уровню «0» происходит процесс регенерации исходного состояния — разряд конденсаторов Ci и С2. При этом резистор ограничивает ток их разряда, осуществляя разгрузку управляющего каскада.
Импульсный инвертор У-024 (рис. 129) представляет собой совокупность диодной сборки и импульсного усилителя — транзистора 1ТМ305Б. Замыканием выводов 2—/; 11—5 и подключением внешней емкости Ci к выводам 10—9 формируется импульсный инвертор необходимых пара-
Рис. 131. Усилитель тока У-026.
метров.
Сдвоенный импульсный инвертор БМ-380-1 (рис. 130) выполнен в микромодуле полиэлементного исполнения и не требует подключения внешней емкости. Транзисторы— 1ТМ305Б.
Усилитель тока (индикации) У-026 (рис. 131) собран на транзисторах ТМ-11А. Рассчитан на ток нагрузки до 40 ма при напряжении питания цепи нагрузки до —12,6 в. Входной ток (при сигнале «0») равен 2 ма. Нагрузкой усилителя могут быть: сигнальная лампа СМ-37, обмотка электромагнитного реле РЭС-15 или другая эквивалентная нагрузка не более 40 ма. К основным и вспомогательным элементам системы СИПЭ-С5 (инверторам, триггерам, кипп-
163
Вь/ход 1
V V 2ДММ101А
д; в-в'
—0 . вход 1
7,4-4'
—0, вход О 2-2
^0 S,M
11-1T
—0, выход О д'
6,3 k 6-6f
—0 +6J6
17-1?1 (obuiuu)
Рис. 132. Эмиттерный повторитель П-025.
Диоды (помимо особо обозначенных) — ДММЗВП.
Рис. 133. Эмиттерный повторитель БМ-327-3.
Рис. 134. Генератор Г-002.
164
реле и т. д.) усилитель подключается через диод, что предотвращает перегрузку источника сигнала током базы первого транзистора.
В качестве разделительного диода в этом случае можно использовать как внутренний входной диод усилителя, так и внешний, причем последний обязательно должен быть расположен вблизи источника сигнала, чтобы устранить влияние помех. В состав микромодуля входит искрогасительная цепь, электрически не связанная с основной схемой и подключаемая параллельно контактам (в случае работы усилителя тока на реле РЭС-15).
Фильтром питания может быть цепь, составленная из конденсатора (20 000 пф) и резистора (68 ом).
В низкочастотных логических схемах усилитель У-026 можно использовать в качестве мощного инвертора. Время переключения усилителя — до 10 мксек, коэффициент разветвления при работе на инверторы, потенциальные входы вентилей и т. д. достигает 15—20.
Диоды — ДММЗВП.
Как видно из схемы, усилитель У-026 трехкаскадный: первый каскад — диодная логическая схема, защищающая источник сигнала от входного тока транзистора ППс, второй каскад — эмиттерный повторитель, усиливающий входной ток до величины, достаточной, чтобы раскачать выходной каскад; третий каскад — выходной усилитель, построенный на транзисторе 7777г.
Микромодули П-025 и БМ-327-3 представляют схемы сдвоенных эмиттерных» повторителей с разрядными диодами МДЗ. Собраны на транзисторах 1ТМ305Б. В моноэлементном микромодуле П-025 (рис. 132) диодная логическая схема электрически независима. В полиэлементном микромодуле БМ-327-3 (рис. 133) диодная логическая схема соединена электрически со входами повторителя. Как тот, так и другой широко используются при работе на емкостную нагрузку в логических устройствах дискретной автоматики с целью улучшения заднего отрицательного фронта сигнала; применяют их и при работе на нагрузку относительно «земли». Имеющиеся в схемах повторителей разрядные диоды защищают переход «база — эмиттер» транзисторов от пробоя при воздействии положительных фронтов сигналов и ускоряют процесс разряда емкости нагрузки. Оба эмиттерных повторителя пригодны для использования в схемах логических устройств, работающих как на потенциальных, так и на импульсных сигналах, причем трансляция сигналов происходит без существенных искажений. Обладая коэффициентом разветвления, равным единице, повторители не повышают логической гибкости в этом направлении.
Конструкторам приборов и устройств следует помнить, что располагать эти ЭММ надо не далее чем в 50 мм от управляющего каскада.
Микромодульный генератор Г-002 (рис. 134) на транзисторах 1ТМ305Б предназначен для работы с внешним кварцевым резонатором частотой 1 Мгц. В основе генератора лежит так называемая схема емкостной трехточки с формиро-
165
вателем импульсов на выходе. Начальная рабочая точка транзистора /7/71 собственно генератора находится в центре активной области. Мягкий режим возникновения колебаний обеспечивается цепью стабилизации рабочей точки (ре-
зисторы в цепи базы и /?С-контур в цепи эмиттера). Согласование выхода генератора со входом формирователя осуществляется через импульсный трансформатор ММТИ-28. Транзистор ПП2 и нагрузка формирователя импульсов (резистор в цепи коллектора) служат для преобразования сигнала собственно генератора в стандартную для элементов системы СИПЭ-С5 форму с необхо-
Рис. 136. Диодная сборка БМ-318-2.
Диоды — МДЗ.
пример, 100 кгц), обеспечивается тем, что к
димыми уровнями ограничения и длительностью (около 0,5 мксек).
Выход генератора подключается непосредственно к входам микромодулей-вентилей.
Работая непосредственно с кварцевым резонатором типа ИЮ3.293.488 (с добротностью свыше 50 000), генератор Г-002 обладает сравнительно высокой стабильностью частоты. Так, при изменении напряжения питания на ±10% частота колебаний изменяется менее чем на 1 гц\ при смене микромодуля Г-002 частота изменяется менее чем на ±5 гц.
Расширение возможностей генератора, в частности использование его на других частотах (на-выводам 6 и 11 можно подключать
внешние конденсаторы.
Диодные сборки Д-022 (рис. 135) и БМ-318-2 (рис. 136) весьма широко применяются в различных логических устройствах.
§ 19. Система микромодулей для приемно-усилительных устройств
Система унифицированных ЭММ для приемно-усилительных трактов радиоприемных устройств связи включает в себя девять основных усилительных элементов (усилители низкой и промежуточной частоты, согласующие и оконечные усилители) и одиннадцать вспомогательных элементов (делители и умножители частоты, управляемые сопротивления, ограничители высокой частоты, детекторы). Основные технические характеристики этих микромодулей приведены в табл. 51.
Предварительный усилитель низкой частоты МЗЗ.01.01.02 (ШИ2.032.045Сп) (рис. 137) предназначен для работы в диапазоне частот от 0,3 до 3,4 кгц. Усилитель собран на транзисторе ТМ-5Г-3 и может работать в двух вариантах: а) по схеме с общим эмиттером (заземленный плюс источника питания) для переменного тока;
б) по схеме с общим коллектором для постоянного тока (заземленный минус). При напряжении входного сигнала 0,5—5 мв коэффициент усиления не менее 30 дб..
Микромодули ШС2.032.067Сп и ШС2.032.068Сп являются первым и вторым каскадами предварительного усилителя низкой частоты (ПУНЧ). В приемноусилительном тракте радиоприемного устройства оба ЭММ работают совместно в диапазоне частот от 0,05 до 20 кгц (рис. 138). Оба каскада собраны на транзисторах ТМ-5Г-3 и предназначены для работы с заземленным плюсом источника питания. Могут эксплуатироваться в сложных климатических условиях, при этом максимальное изменение коэффициента усиления и входного сопротивления при перепаде температур от —60 до +70°С составляет от +30% до —35% (по отношению к параметрам, измеренным при +20° С).
166
4-4' ---0 выход
в-8’
~Unum
9-}'
-0
Рис. 137. Предварительный усилитель низкой частоты (ПУНЧ) МЗЗ.01.01.02.
Рис. 139. Предварительный усилитель низкой частоты (ПУНЧ) ШС2.032.071Сп.
Рис. 138. Соединение первого и второго каскадов ПУНЧ.
167
Основные технические характеристики микро
Наименование микромодуля Децимальный номер Напряжение питания, в ±10% Потребляемый ток, ма Рабочая полоса частот, Мгц Коэффициент усиления (передачи) Коэффициент нелинейных искажений, %
Предварительный усилитель низкой частоты МЗЗ.01.01.02 6,3 1,9 (0,3—3,4). 10“3 61 —
Первый каскад ПУНЧ ШС2.032.067Сп 12,6 2 (0,05—20). 10“3 40—60 —
Второй каскад ПУНЧ ШС2.032.068СП 12,6 3 (0,06—20). 10—3 40—60 —
ПУНЧ ШС2.032.071Сп 6,3 2,5 (0,05—20). Ю-3 30-56 —
Оконечный усилитель низкой частоты М33.01.02.01 6,3; 12,6 3,1 0,8 25 5
Первый каскад ОУНЧ ШС2.032.069СП 12,6 0,8 (0,05-20). 10_3 1,8-2,3 —
Второй каскад ОУНЧ ШС2.032.070СП 12,6 7,2 (0,06—20). IO-3 1,8-2,3 —
Согласующий усилитель ОЦ2.032.169СП 6,3 1,3 (0,06—50)-10—3 0,95 3
Согласующий усилитель ОЦ2.032.170СП 12,6 3.3 (0,05-50). 10—3 0,85 3
УПЧ-1 ЖЦ2.031.037 —12,6 7 — 30 —
УПЧ-2 ЖЦ2.031.038 -12,6 7 — 30 —
Делитель частоты МЗЗ.08.01.01 6,3 0,7 0,4—10 — —
Умножитель частоты МЗЗ. 09.01.01 МЗЗ.09.01.02 МЗЗ.09.01.03 МЗЗ.09.01.04 6,3 6,3 6,3 6,3 1,68 1,8 1,25 2,2 0,5—30 0,5-20 0,5—15 0,5-12 1,6 3,4 0,7 0,8 —
Регулируемый делитель МЗЗ. 12.01.03 МЗЗ. 12.01.04 6,3 (12,6) 6,3(12,6) — 0,5-5 0,5-5,5 1/2—1/120 1/2-1/120 —
Управляемое сопротивление МЗЗ. 12.01.01 МЗЗ. 12.01.02 12,6 6,3 0,25 0,25 0,5-5 0,5—5,5 — —
168
Г со 2-3 р 05 0,6—1,1 0,6-1,1 0.8—1.3 Входное сопротивление, ком
0,5—0,7 1 1,6—2,0 0,15 0,15 1,5-2,2 Выходное сопротивление, ком
о сл ю * * со Сопротивление нагрузки, ком
о о о ьэ to сл Напряжение входного сигнала, мв
05 1 со 05 С5 1 Неравномерность частотной характеристики, дб
сл 1 о о о 1 Коэффициент гармонических искажений, %
1 1 1 1 1 1 Коэффициент деления (умножения) частоты
р ’со — — о со — — Частота отказов. 10”5 отказов/ч
со to о to ю ьэ со to о Высота модуля, мм
00 оо сл со 00 сл сл сл со Вес модуля, г
модулей для приемно-усилительных устройств
Усилитель низкой частоты ШС2.032.071Сп (рис. 139) представляет собой предварительный усилитель напряжения. Собран по схеме с общим эмиттером на транзисторе ТМ-5Г-3 и предназначен для работы с заземленным минусом источника питания в радиоприемных устройствах в диапазоне частот от 0,3 до 3,4 кгц.
+12,66
+6,66
11-11'
Рис. 140. Оконечный усилитель низкой частоты (ОУНЧ)
МЗЗ.01.02.01.
Выход
Рис. 141. Соединение первого и второго каскадов ОУНЧ.
Оконечный усилитель низкой частоты МЗЗ.01.02.01 (ШИ2.032.044Сп)
(рис. 140) собран на транзисторах ТМ-5В-3 по схеме с общим эмиттером. Обычно работает в паре с предварительным усилителем низкой частоты МЗЗ.01.02.02, образуя схему двухкаскадного усилителя с коэффициентом усиления не менее 10(20 дб). Может быть использован и в качестве предоконечного или маломощного оконечного каскада низкой частоты с соответствующим выходным трансформатором (автотрансформатором).
170
Микромодули ШС2.032.069Сп и ШС2.032.070Сп являются первым и вторым каскадами оконечного усилителя низкой частоты (ОУНЧ). В радиоприемных устройствах оба каскада работают совместно в диапазоне частот от 50 до
Рис 142. Согласующий усилитель на 6,3 в.
20 000 гц с неравномерностью частотной характеристики не более 6 дб (рис. 141). Оба каскада выполнены на транзисторах ТМ-ЗБ-З и ТМ-10Г по схеме с общим эмиттером и заземленным плюсом источника питания.
Согласующий усилитель на напряжение 6,3 в ОЦ2.032.169Сп (рис. 142) представляет собой эмиттерный повторитель, собранный на транзисторе ТМ-5Г-3 по схеме с общим коллектором (заземленный минус источника питания). Предназначен для работы в диапазоне частот от 50 гц до 50 кгц при входном напряжении сигнала 0,5 в с неравномерностью частотной характеристики не более 0,5 дб.
Согласующий усилитель на напряжение 12,6 в ОЦ2.032.170Сп (рис. 143) представляет собой эмиттерный повторитель, собранный на транзисторе ТМ-5Г-3 с общим эмиттером (заземленный плюс источника питания). Предназначен для согласования низкоомной нагрузки (600 ом) с каскадами усиления приемно-усилительного тракта радиоаппаратуры, работающей в диапазоне частот от 50 гц до 50 кгц (при напряжении 0,5 в на входе усилителя). Неравномерность частотной характеристики усилителя в заданном диапазоне частот не превышает 0,5 дб.
Микромодули — усилители промежуточной частоты ЖЦ2.031.037 (рис. 144) и ЖЦ2.031.038 (рис. 145) являются первым и вторым каскадами УПЧ, применяемого в устройствах радиоэлектронной аппаратуры. Блок-схема УПЧ, собранного на этих каскадах,' приведена на рис. 146.
В состав вспомогательных элементов системы микромодулей приемно-усили-дельных радиоустройств входят делитель частоты, четыре умножителя частоты, два регулируемых делителя, два управляемых сопротивления, ограничитель
171
высокой частоты и детектор, т. е. одиннадцать унифицированных микромодулей этажерочной конструкции.
Микромодуль МЗЗ.08.01.01 (ШИ2.208.001Сп) предназначен для использования
в качестве делителя частоты с соответствующим контуром LC в трактах форми
Рис. 144. Первый каскад УПЧ.
Рис. 145. Второй каскад УПЧ.
вход
Рис. 147. Делитель частоты.
рования связных радиоприемных устройств. Собран на транзисторе ТМ-4Г-4 по схеме синхронизированного автогенератора в недонапряженном режиме (рис. 147). При входном напряжении сигнала менее 1 в входное сопротивление делителя частоты (при коэффициенте деления от 2 до 5) имеет значения 1000—600—400— 200 ом, соответствующие диапазонам частот (Мгц): 0,4—I; 2—3; 4—6; 8—10.
172
Выходное напряжение делителя составляет около 0,7 в, что соответствует средней частоте полосы синхронизации при нагрузке 330 ом. Параметры контура LC, с которым делитель частоты работает в трактах связных радиостанций, приведены в табл. 52.
Рис. 148. Умножитель частоты МЗЗ.09.01.01.
Рис. 149. Умножитель частоты МЗЗ.09.01.02.
Рис. 150. Умножитель частоты М33.09.01.03—04.
Микромодули МЗЗ.09.01.01—04 представляют собой умножители частоты с коэффициентами умножения, равными 2—5 (соответственно возрастающему децимальному номеру ЭММ). Предназначены для работы в схемах радиоприемных устройств (в соответствующих диапазонах частот) при подключении к ним необходимых избирательных контуров в виде сменных приборов, параметры которых приведены в табл. 53. Умножители (рис. 148, 149 и 150) выполнены па
173
Вход
0'015 1*
управляющего напряжения
8-8'
вход 0 —IF
12-1?' 1к
Рис. 151. Регулируемый делитель МЗЗ. 12.01.03.
Рис. 153. Управляемое сопротивление МЗЗ. 12.01.01—02.
Управляемое сопротивление
Рис. 154. Ограничитель высокой частоты МЗЗ.10.01.02.
174
Таблица 52
Параметры контура LC для делителя частоты МЗЗ.08.01.01
Частота настройки контура. Мгц <s £S? о ° Ч* щ е S 0 о Ч = « Индуктивность, мкгн +3% Отводы Диаметр провода марки ПЭВ-1, мм Добротность катушки
первый | второй
номер витка
0,2 250 990 25 50 0,08 50
0,5 120 240 12 24 0,1 60
1 200±5% 62 68 6 12 0,1 60
2 40 30 4 8 0,12 62
5 20 10 2 4 0,18 62
Таблица 53
Основные технические характеристики сменных избирательных LC-контуров, предназначенных для работы с микромодульными умножителями частоты МЗЗ.09.01.01—04
Параметры умножителя Параметры избирательного LC-контура
Децимальный номер Диапазон входных частот, Мгц Коэффициент умножения частоты Децимальный номер Добротность Входная частота, Мгц Индуктивность (без подстроечни-ка), мкгн ±3%
МЗЗ.09.01.01 0,5—30 2 ШИ2.062.193 70,2 2,5 7,2
МЗЗ.09.01.02 0,5—20 3 ШИ2.062.193 70,5 1,66 7,25
МЗЗ.09.01.03 0,5—15 4 ШИ2.062.193 70,2 1,25 7,2
МЗЗ.09.01.04 0,5—12 5 ШИ2.062.193 70,5 7,25 7,25
П р и м е ч а ние. В избират< ;льном LC-контуре устанс эвлено два конденсатора
КМК-2-М75 общей емкостью 150 пф +5%, расположенных на микроплате УБ0.781.001ТУ.
транзисторе ТМ-4Г-4 по схеме с общим эмиттером и отличаются друг от друга только параметрами /?С-цепочек в цепи эмиттера.
Регулируемые делители уровня сигнала — микромодули М33.12.01.03 (ШИ2.070.014Сп) и МЗЗ.12.01.04 (ШИ2.070.012Сп) предназначены для включения в цепи межкаскадной связи. Работают на частотах от 0,5 до 5 Мгц: первый — в схемах с заземленным минусом источника питания (рис. 151), второй — в схемах с заземленным плюсом источника питания (рис. 152). Обе схемы выполнены на транзисторе ТМ-5В-3 с общей базой. Управляются: первый — током отрицательной, второй — током положительной полярности (относительно «земли»).
Микромодули МЗЗ. 12.01.01 (ШИ2.070.008Сп) и МЗЗ.12.01.02 (ШИ2.070.013Сп) представляют собой управляемые сопротивления, включаемые в цепь обратной связи усилителей. Обеспечивают автоматическую регулировку усиления в диапазоне частот от 0,5 до 5 Мгц. В схемном отношении управляемое сопротивление представляет собой каскад (рис. 153), выполненный на транзисторе ТМ-5В-3 по схеме с общей базой, с нелинейным управляемым сопротивлением переменному току, зависящим от величины управляющего напряжения постоянного тока на входе каскада. Оба микромодуля имеют одинаковое схемное решение и различаются между собой только сопротивлением резистора Rz (в первом варианте
175
-0 Вход
510 io-1Of
0,015
0,015
3,3
5~5’
1—0 Общий
75 ком, во втором 30 ком) и напряжением источника питания (12,6 в и 6,3 в соответственно).
Оба ЭММ на частоте 5 Мгц изменяют величину управляемого сопротивления при нулевом управляющем напряжении — от 30 до 40 ом, при управляющем напряжении 2 в — от 1000 до 2000 ом.
Ограничитель высокой частоты — микромодуль МЗЗ.10.01.02 (ШИ2.217.011Сп) представляет собой усилитель высокой частоты (рис. 154). Работает в режиме ограничения в диапазоне частот от 0,5 до 20 Мгц и обладает универсальностью. Будучи выполнен на двух транзисторах ТМ-4Г-4, позволяет раздельно использовать каждый каскад либо по схеме с общим эмиттером, либо по схеме с общей базой. В первом случае можно посредством подключения внешних емкостей (не менее 0,068 мкф) расширить частотный диапазон, сместив его нижнюю границу до 0,1 Мгц и оставив верхнюю границу без изменения (20 Мгц).
Ограничитель высокой частоты на частоте 0,5 Мгц имеет коэффициент усиления по напряжению 15 ( + 104—7) %, выходное напряжение — от 2 до 2,2 в и пороговые напряжения: на частотах 0,1 и 0,5 Мгц — от 0,1 до 0,2 в\ на частоте 4 Мгц — от 0,1 до 0,15 в; на частоте 20 Мгц — от 0,2 до 0,35 в.
Микромодуль-детектор типа
М31.01.01.01 (ШИ2.204.005Сп) служит
амплитудным детектором-выпрямителем, выделяющим постоянную составляющую детектированных сигналов (рис. 155). Собран на диоде ДММ-1В по однопо-лупериодной схеме. Предназначен для работы в приемно-усилительных трактах радиоаппаратуры связи в диапазоне частот от 300 гц до 20 Мгц. Вырабатывает управляющее напряжение постоянного тока для регулируемых элементов цепей АРУ. На рабочей частоте 20 кгц при входном напряжении, изменяющемся в диапазоне от 0 до 2 в, и активном сопротивлении нагрузки 4,7 ком имеет коэффициент преобразования 0,4—0,6 и коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения 1%.
Условия эксплуатации микромодулей данной системы мало чем отличаются от приведенных в § 17. Отвечая требованиям нормали по климатическим и механическим внешним воздействиям, микромодули данной системы имеют некоторое ограничение лишь по величине атмосферного давления (720—780 ммрт. ст.).
I
§ 20. Система микромодулей для импульсных устройств
Система унифицированных ЭММ для импульсных устройств состоит из восемнадцати типов микромодулей пяти наименований: трех видеоусилителей, ждущего блокинг-генератора, двух импульсных усилителей, образующих схему ждущего мультивибратора, двух схем совпадений и десяти эмиттерных повторителей. Основные технические характеристики перечисленных микромодулей приведены в табл. 54.
Из микромодулей этой системы можно конструировать не только усилительные тракты для видеоимпульсов отрицательной, положительной и смешанной полярности в устройствах радиоэлектронной аппаратуры, но и отдельные логические, генераторные и спусковые устройства дискретной автоматики.
Видеоусилитель ВА2.035.027 (рис. 156) предназначен для усиления видеоимпульсов отрицательной полярности. Состоит из собственно усилителя, построенного на транзисторе /7/71 (ТМ-4Г-4), и эмиттерного повторителя, построенного на транзисторе ПП2 (ТМ-10Д). Конденсатор С\, находящийся вне микромодуля, подключается в цепь базы транзистора /7/71 в зависимости от полярности и величины постоянного напряжения на предыдущем каскаде.
176
Рис. 155. Детектор М31.01.01.01.
Видеоусилитель ВА2.035.028 предназначен для усиления видеоимпульсов положительной полярности. Цоколевкой и принципиальной схемой повторяет предыдущий микромодуль, отличаясь от него только параметрами комплектующих элементов, типами транзисторов и полярностью питающего напряжения.
Рис. 156. Видеоусилитель ВА2.035.027.
Так, в качестве /7/71 применен транзистор ТМ-10Д, а в качестве ПГЬ— транзистор ТМ-4Г-4, /?1=18 ком, /?4=150 ом, С2 = 470 пф.
Видеоусилитель ВА2.035.029 предназначен для усиления импульсов положительной и отрицательной полярности. В схемном отношении подобен пре-
дыдущему усилителю и построен на тех же транзисторах, отличаясь только параметром резистора в цепи коллектор — база /7/71 (Z?i = 10 ком).
Ждущий блокинг-генератор
ОП2.211.007Сп (рис. 157) используется в схемах усилителя-формирователя тактовых импульсов (УФТИ) в качестве времясдвигающего элемента и формирователя импульсов отрицательной полярности с частотой повторения до 20 кгц.
Ждущий мультивибратор
(рис. 158) собран на транзисторах ТМ-4А-4 и диодах ДММЗВП. Состоит из двух унифицированных микромодулей — импульсных усилителей: ГТ2.035.059Сп, применяемого в качестве нормально открытого плеча мультивибратора, и ГТ2.035.060Сп,
Рис. 157. Ждущий блокинг-генератор ОП2.211.007Сп.
применяемого в качестве нормально закрытого плеча мультивибратора. Оба типа импульсных усилителей
могут применяться также самостоя-
тельно в качестве ключевых схем и служить основой для построения ряда логических, генераторных и спусковых устройств дискретной автоматики.
Параметры ждущего мультивибратора (в частности, длительность выходных импульсов) можно изменять, подключая внешние емкости (выводы 10—1 второго импульсного усилителя). Ориентировочные значения внешних емкостей Сем и соответствующие им длительности выходных импульсов (102— 103— 104 — *
7
П. Д. Верхопятницкий
177
Основные технические характеристики
Назначение микромодуля • Децимальный номер Режим работы Параметры вход
Напряжение питания, в Потребляемый ток, ма Амплитуда, в Рабочая частота, кгц Полоса пропускания, Мгц
Видеоусилитель ВА2.035.027 ВА2.035.028 ВА2.035.029 —6,3 +6,3 +6,3 4 4 6 0—0,4 0,5—150 3,5
Ждущий бло-кинг-генератор ОП2.211.007Сп —12,6; +1,2 — 6—8 20 —
Импульсный усилитель ГТ2.035.059Сп ГТ2.035.060Сп —6,3; +1,2 — <3 200 —
Схема совпадений М22.08.02.05 —6,3; -1,2 15 2-5 — —
М22.08.02.06 +6,3; +1,2 15 2-5 — —
Эмиттерный повторитель « ЭП-12 ЭП-13 ЭП-14 ЭП-15 ЭП-16 ЭП-17 ЭП-18 ЭП-19 ЭП-20 ЭП-21 О — отрица ГС2.215.012 ГС2.215.013 ГС2.215.014 ГС2.215 015 ГС2.215.016 ГС2.215.017 ГС2.215.018 ГС2.215.019 ГС2.215.020 ГС2.215.021 тельные, П — положи + 12,6 + 12,6 —6,3 + 12,6 -6,3 +6,3 —6,3 —12,6 +6,3 -6,3 тельные, Б — ( 0,3 0,35 0,5 2,0 0,3 3,5 3,5 0,3 3 7 5иполя 2-9 3-7 2-4,5 2-9 2-4 5 5 2-7 1 1 рные, С — ( 5 5 5 5 5 200 200 5 20 20 :инусоидаль S 1 1 1 1 1 1 1 1 СО СО (V 3 I
—105—10б—107—108 пф\ 0—1,0—10—102—103—104—105 мксек) обеспечивают широкий диапазон использования данного элемента в импульсных системах и устройствах.
Значения минимально допустимой величины сопротивления нагрузки, указанные в табл. 54, приведены для случая ее включения между выходом микромодулей и «корпусом» без разделительной емкости.
В случае подключения нагрузки через разделительную емкость необходимо учитывать, что через выходные транзисторы в обоих микромодулях протекают дополнительные токи и что быстродействие схемы в этом случае в целом может определяться временем восстановления разделительных емкостей.
Схемы совпадений М22.08.02.05—06 построены на блокинг-генераторах и диодных сборках по единой принципиальной схеме (рис. 159). Первая схема осуществляет совпадение отрицательных импульсов, вторая — положительных. В соответствии с этим в первой схеме использован транзистор ТМ-4В-4 178
микромодулей для импульсных устройств
Таблица 54
ных импульсов Параметры выходных импульсов Высота корпуса, мм Вес микромодуля (не более), г
Длительность импульса, мксек Полярность ♦ Входное сопротивление, ком Амплитуда, в Длительность фронта (не более), мксек Длительность импульса, мксек Сопротивление нагрузки, ком Емкость нагрузки, пф Коэффициент усиления (передачи)
0,3—500 о П Б 1,5 1 0,7 — 0,1 0,15 0,2 — 0,47 470 5 20 5
2—4 О — 3-4 6-8 0,3 2-3,6 — — — 21 4,5
<0,2 П 1 4 0,3 1,6 2 150 — 25 7
1 24 6,5
0,5 О 0,5 3,5 — — — — — 23 6
0,5 п 0,5 3,2 — — — — — 23 6
10 10 10 10 10 1—500 1—500 10 пульсы. п п о п о п о о Б и С Б и С 0,4 35 70 70 15 10 10 30 10 0,3 1,6-8 1,5-3,5 1—2,2 1—4,5 1,4-2,8 4 4 1,6—5,6 0,8 0,8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 0,62 2 2 4,7 4,7 2 470 470 470 470 470 470 470 470 150 150 0,8 0,5 0,6 0,6 0,7 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 15 20 25 25 25 16 16 15 23 23 4,5 5,6 7 7 7 4,6 4,7 4,5 6,5 6,5
с р—п—р-переходами, во второй — транзистор ТМ-ЗД-З с п—р—п-переходами. Схемы отличаются друг от друга как полярностью включения диодов ДММЗ сборки на входах, так и полярностью источников питания.
Обе схемы работают в двух режимах:
а) выходной сигнал снимается с импульсного трансформатора ММТИ-2-Ш (обмотка 1—4), /?С-цепочка используется в качестве фильтра развязки в коллекторной цепи транзистора, вывод 9—9' конденсатора С соединяется с «плюсом» («минусом» во второй схеме совпадений) источника питания;
б) выходной сигнал снимается с резистора R, конденсатор С используется как переходная емкость, выводы первичной обмотки (5—5' и 6—6') трансформатора закорачиваются внешней перемычкой.
Эмиттерные повторители ЭП-12—ЭП-21 с децимальными номерами ГС2.215.012—021 служат для передачи импульсных сигналов положительной или отрицательной полярности с длительностями импульсов от 0,1 до 500 мксек.
7* .179
Рис. 158. Ждущий мультивибратор.
0 -6,Зв 3
3-9'
- 0 выход 3
- 0 выход 2
1-1'
- 0 выход 2
- 0 выход 1
5-5'
Рис. 159. Схема совпадений М22.08.02.05—06.
+1?6в
т-1
Рис. 160. ЭП-12 и ЭП-19.
180
Рис. 161. ЭП-13.
Рис. 162. ЭП-14 и ЭП-15.
Рис. 163. ЭП-16.
181
z-z'<z
BxoS i'
Jj.jx \12-12" Ш1
5-5* выход 1
------------*1
Рис. 164. ЭП-17 и ЭП-18 на транзисторах тм-зв-з.
Рис. 165. ЭП-20 и ЭП-21 на транзисторах ТМ-10А.
182
Часть из них предназначена для передачи синусоидальных и биполярных импульсов. На электрических схемах этих повторителей (рис. 160—165) пунктиром показаны элементы внешнего подключения. Рис. 160 действителен для двух эмиттерных повторителей, выполненных по единой принципиальной схеме, но имеющих транзисторы с разными типами проводимости и соответственно разные полярности источников питания. Это же относится к рис. 162, 164 и 165.
§ 21. Унифицированные микромодули для телевизионных устройств
Для телевизионных устройств общего и специального назначения разработано много типовых схем микромодулей частного применения. Их использование в конструируемых судовых устройствах РЭА оправдывается только в том случае, если эти ЭММ со
гласованы между собой по входным и выходным параметрам с учетом активной,
1-1' 2~2'
Рис. 167. Универсальный видеоусили тель ТЭ2.035.382Сп.
Рис. 166. Видеоусилитель ТЭ2.035.384Сп.
индуктивной и емкостной нагрузок. Но ЭММ частного применения далеко не всегда удовлетворяют требованиям согласования; к тому же они не образуют функционально полной системы, на основе которой можно было бы создавать оптимальные по количеству ЭММ, простые и экономные по энергопотреблению устройства телевизионной РЭА. Тем не менее некоторые типы ЭММ, разработанные и серийно выпускаемые отечественной промышленностью, могут быть рекомендованы и для судовых радиоэлектронных устройств.
Телевизионный видеоусилитель ТЭ2.035.384Сп (рис. 166) выполнен на двух транзисторах 1ТМ305А как микромодуль широкого применения. При напряжении питания —12,6 в, коэффициенте пульсаций 0,1 и температуре окружающей среды +25° С этот видеоусилитель потребляет в нормальных условиях ток около 7 ма. При использовании источника сигнала с внутренним сопротивлением 75 ом, активной (1,5 ком) и емкостной (75 пф) нагрузках видеоусилитель имеет на частоте 100 кгц входное сопротивление 1—2 ком, коэффициент усиления по напряжению более 8, размах входного синусоидального сигнала, пропускаемого без искажения, более 0,35 в. Требуемая частотная характеристика (с неравномерностью ±10% относительно уровня 1 Мгц в пределах полосы пропускания) в области верхних частот обеспечивается включением между выводами 5—5' и 7—7< добавочной емкости в сотни пикофарад.
Универсальный видеоусилитель ТЭ2.035.382Сп (рис. 167), будучи микромодулем широкого применения, используется в телевизионных РЭУ как усилительный каскад с различными коэффициентами усиления, а в случае согласования
183
функциональных элементов с элементами низкоомной нагрузки —и как эмиттерный повторитель. Выполнен на транзисторе 1Т305П и питается отрицательным напряжением —12,6 в.
Основное назначение микромодуля — усилительный каскад с входным сигналом 0,5—1,9 в и коэффициентом усиления от 1 до 5. Варьирование в этих диапазонах достигается подключением внешних сопротивлений к участку цепи эмиттера (выводы 10—7). Используется в следующих вариантах:
а) усилитель с различными фиксированными положениями рабочей точки (вывод 1 подключается к точкам 2, 12 или //);
б) усилитель без фильтра в цепи коллектора (выводы 8 и 12 свободны);
в) усилитель постоянного тока (вывод 11 или 5 используется в качестве выходного);
г) эмиттерный повторитель (выводы 9 и 7 или вывод 11 соединяются через внешний конденсатор с выводом 7).
w' 2-2'
Рис. 168. Эмиттерный повторитель ТЭ2.035.393Сп.
Микромодуль широкого применения ТЭ2.035.393Сп (рис. 168) представляет собой эмиттерный повторитель, выполненный на транзисторе 1Т305П. Питается отрицательным напряжением —12,6 в, потребляет ток около 5 ма. На частоте 100 кгц имеет входное сопротивление от 2 до 3,5 ком, коэффициент усиления по напряжению — около 0,9, номинальную амплитуду входного синусоидального сигнала, пропускаемого без искажений,— около 2,5 в. Последняя величина зависит от температуры окружающей среды; так, при температуре (°C) —60, —30, +25, +50, +70 значения U3x (в) таковы: 2,5; 2,7; 3,0; 2,7; 2,5.
Все описанные в данном параграфе микромодули телевизионных устройств эксплуатируются при температуре окружающей среды от —60 до +70° С и при атмосферном давлении до 5 мм рт. ст. Они выдерживают вибрацию с частотой от 10 до 2000 гц при ускорениях до 10 g, ударные нагрузки при ускорениях до 35 g (10 000 ударов), линейные ускорения до 50 g. Не боятся ни инея, ни росы, ни длительного воздействия повышенной влажности.
§ 22. Система ферротранзисторных и ферродиодных микромодулей для логических устройств и усилителей записи и считывания ЦВМ
Некоторые особенности построения ферродиодных ячеек и их применения для логических устройств судовой автоматики уже были рассмотрены в § 6 и 14, где приведены основные технические характеристики комплекса ферродиодных логических элементов ФДЭ-30 (выполненных в виде ячеек 184
Рис. 170. Ячейка ЯМ-252 на диодах 2ДМ502Б.
Рис. 171. Ячейка ЯМ-256.
185
плоскомодульной конструкции на основе нормальных комплектующих радиокомпонентов и ферритовых тороидальных элементов) и серии магнитных логических элементов ЭЛМ модульной объемной конструкции.
Известно, что любые логические элементы, в том числе и ферродиодные, выполняют только такие операции, результатом которых являются выходные
Рис. 172. Ячейка ЯМ-264.
Рис. 173. Ячейка ЯМ-266.
Рис. 174. Ячейка ЯМ-273.
сигналы «Да» или «Нет» (наличие или отсутствие выходного напряжения). Они не могут ни передавать изменений амплитуды каких-либо величин, ни электрически соединять (или разрывать) какие-нибудь две цепи, ни модулировать выходные сигналы какими-нибудь входными сигналами. Магнитные логические элементы выполняют в ряде случаев роль бесконтактных переключающих
•186
Рис. 175. Ячейка ЯМ-274.
5-5г
0—
Рис. 176. Ячейка ЯМ-276.
Рис. 177. Ячейка ЯМ-282.
187
устройств, но заменять контактные электромеханические реле они могут лишь при выполнении ими логических функций.
К числу достоинств магнитных элементов относится то, что срок их службы не зависит от числа переключений. Не менее важно то, что эти элементы не требуют регулировки и наладки при изготовлении и эксплуатации и могут работать в тяжелых климатических условиях. Все это позволяет рекомендовать их для применения в судовой РЭА в качестве высоконадежных логических элементов систем дискретной автоматики, сигнализации, блокировки, автоматического и программного управления.
Из магнитных логических элементов, выполняющих отдельные логические функции, можно легко компоновать стандартные функциональные узлы, реализующие различные логические операции. Переключающие схемы и запоминающие устройства, построенные на магнитных сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса, обладают практически неограниченным сроком службы, небольшими габаритами и весом; они просты в изготовлении, дешевы и, главное, надежно хранят информацию, не требуя частой регенерации.
Широкое применение ферродиодных логических элементов (выполненных в плоскомодульных и объемных конструкциях) в различных двухтактных логических схемах РЭА и хорошие результаты, полученные при их эксплуатации, побудили разработать систему ферродиодных ячеек для логических устройств, выполненных в микромодульной этажероч-
ной конструкции. За основу системы взята ферродиодная ячейка трансформаторного типа, где передача информации («1») с одного сердечника на другой (или в нагрузку) происходит во время перемагничивания сердечника из состояния «1»
Основные технические характеристики микро
Тип микромодуля Напряжение источника питания, в Частота повторения импульсов, кгц Амплитуда входного импульса, в Длительность входного импульса, мксек Длительность фронта входного импульса, мксек Полярность входного импульса * Входное сопротивление
М22.09.01.09 —12,6 100 +0,5 —0,8 0,4-1,5 <0,5 Б —
М22.09.01.10 ±12,6 +6,3 <50 >6 2-4,5 <0,30 О —
М22.10.00.03 -—12,6 -6,3 + L2 <50 >5 >0,5 <0,32 О —
РЮ2.035.021 +6,3 —1,2 <100 >6 1-2,5 <0,30 П —
РЮ2.035.029 ±6,3 ±12,6 250 1—2,5 0,5-3,0 <0,32 Б >4
• Б — биполярные, О — отрицательные, П — положительные импульсы.
188
в состояние «О». По своему принципу действия все ферродиодные ячейки системы ЯМ (251—290) являются двухтактными, т. е. тактовый импульс поступает сначала в тактовые обмотки, соединенные последовательно и расположенные на нечетных сердечниках, а затем в обмотки, соединенные последовательно и расположенные на четных сердечниках. Схема (выполненная на ферродиодных ячейках) работает от генератора тактовых (продвигающих) импульсов, поступающих с его двух выходов. При этом импульсы сдвигаются по времени так, что импульс в одном канале совпадает с промежутком между импульсами в другом канале.
Предприятиями отечественной промышленности разработаны и серийно выпускаются в соответствии с РТМ НРЯО.473.013 тридцать два типа ферродиодных ячеек: ЯМ 251—ЯМ-276 (РЯ3.084.001Сп—026Сп); ЯМ-278 (РЯ3.084.028Сп), ЯМ-282 и ЯМ-283 (РЯ3.084.032Сп и ОЗЗСп); ЯМ-288—ЯМ-290 (РЯ3.084. 038Сп—040Сп). Схемы некоторых из этих ячеек даны на рис. 169—178.
Параметры выходных импульсов ферродиодных ячеек ЯМ измерены при работе последних от генератора продвигающих импульсов синусоидальной формы с амплитудой 500 ма и длительностью 4 мксек. Система ферродиодных логических ЭММ выполнена на стандартных элементах (резисторы СКПМ, микродиоды 2ДМ502Б, микротрансформаторы ТрНМ-201—211). Она работает на унифицированных входных сигналах с амплитудой от 3 до 7 в и длительностью от 1,2 до 2,5 мксек; отношение амплитуды «сигнала» к амплитуде «помехи» — не менее 2,5 (толы
отношение равно 7); отношение площади «сигнала» к площади «помехи» — не менее 6 (у микромодулей ЯМ-276 и ЯМ-278 оно равно 12).
Таблица 55 модулей для усилителей считывания ЦВМ
Рис. 179. Импульсный усилитель М22.09.01.09.
у микромодулей ЯМ-276 и ЯМ-278 это
Коэффициент усиления (передачи) Амплитуда выходного сигнала, в Амплитуда тока выходного сигнала, ма Длительность выходного импульса, мксек Длительность спада, мксек Мощность рассеяния, мет Высота корпуса, мм Вес микромодуля, г Плотность упаковки, эл/с и3 Частота отказов, 10 6 отказов/ч
— +3,8 —2,2 — 0,4-1,5 — 50 22 6 6-9 10
— + 12,6 + 6,3 50—70 2-5 <0,50 30 18 4,5 6-9 9
— — 60—75 20—55 1,5-5,0 <0,55 35 24 6 1—9 9
— — 6—9 15-40 0,8—3,0 <0,52 30 22 5,4 6-9 10
>0,7 — — — — 40 25 6,7 6-9 8
189
Микромодульные ферродиодные ячейки нормально эксплуатируются при перепаде температур от —60 до +70° С и относительной влажности воздуха до 95—98% (при +40°С). Выдерживают многократные удары с ускорением до 35g, вибрационные нагрузки в диапазоне частот от 10 до 2000 гц с ускорением до 10 g. Надежность описываемых элементов, характеризуемая частотой отказов за
в-в'
выход 1
Рис. 180. Импульсный усилитель М22.09.01.10
2-2' а— выход
6-6' АММЗ
»------И—
4 1к
вход II
*5-5'
*9~9'
*д-в'
12’12' 11-и'
Рис. 181. Микромодуль М22.Ю.00.03.
1000 ч работы, составляет не менее Ю”5 отказов/ч. В зависимости от схемы микромодуля и количества комплектующих элементов микромодули имеют высоту корпуса от 18 до 23 мм, вес не более 6 г и плотность упаковки от 4 до 6 элементов в I см3.
К числу внесистемных микромодулей для усилителей записи и считывания, применяемых в ЦВМ с ферротранзисторной, ферродиодной и импульсно-потенциальной логикой, относится ряд импульсных усилителей, инверторов-повторителей, согласующих цепей, фильтров развязки и микромодульных источников 190
Рис. 182. Импульсный усилитель РЮ2.035.021.
Рис. 183. Инвертор-повторитель РЮ2.035.029.
Рис. 184. Фильтр-развязка РЮЗ.290.008.
191
для работы в усилителях считывания варительного усиления, выполненный
з-з'
s-б' 3-<t' 7-7'
Рис. 185. Источник напряжения ограничения РЮ2.035.025.
напряжения ограничения. Таких схем разработано много, но в большинстве случаев они предназначены для частного применения и не могут быть рекомендованы к использованию в различных схемах ЦВМ без предварительной экспериментальной проверки и выполнения необходимых мероприятий по согласованию входных и выходных параметров. Некоторые из этих микромодулей будут рассмотрены в § 24. Здесь же рассмотрим унифицированные микромодули широкого применения; их технические характеристики приведены в табл. 55 (стр. 188—189).
Импульсный усилитель М22.09.01.09 (РЮ2.035.008) (рис. 179) предназначен ЦВМ. Представляет собой каскад пред-на транзисторе ТМ-4В-4. В усилителях считывания работает совместно с микромодулем М22.10.00.04, представляющим схему «переходная цепь».
Импульсный усилитель М22.09.01.10 (РЮ2.035.009) предназначен для работы в усилителях считывания и записи в качестве усилителя тока (рис. 180). Его двухкаскадная схема выполнена на транзисторах ТМ-5В-3 и дросселях в цепях база—эмиттер, шунтирующих резисторы. Применяется совместно с микромодулем М22.10.00.03 «согласующая цепь» и импульсным усилителем РЮ2.035.021.
Согласующая цепь М22.10.00.03 (РЮ2.035.006) предназначена для совместной работы с микромодулями М22.09.01.10 и РЮ2.035.007, выполняющими функцию схемы стробирования (рис. 181). В таком комплексе согласующая цепь выполняет функцию формирования. При работе без стробирования частота следования импульсов не должна превышать 50 кгц.
Импульсный усилитель РЮ2.035.021 (рис. 182) состоит из двух раздельных каскадов: собственно усилителя, выполненного на транзисторе ТМ-ЗВ-З
с /?С-цепочками на входе, и отдельного диода ДММЗ, подключенного к выводам 3—10. Микромодуль работает совместно с импульсным усилителем М22.09.01.10. При этом вывод 8 через внешний ограничительный резистор подключают к выводу 1 или 9, а вывод 5 — соответственно к выводу 8 или 2 микромодуля М22.09.01.10.
Инвертор-повторитель РЮ2.035.029 (рис. 183) предназначен для работы в усилителях считывания в качестве инвертора и эмиттерного повторителя. Состоит из трех отдельных цепей: а) диодной мостовой схемы, составленной из четырех микродиодов ДММЗ и резистора; б) инвертора — эмиттерного повторителя, выполненного на транзисторе ТМ-4В-4; в) конденсатора.
При использовании микромодуля в двухполярном усилителе считывания эмиттерный повторитель работает совместно с диодной мостовой схемой от источника питания +6,3 в. Выводы 5 и 11 подсоединяются к минусу источника, выводы 2 и 12 — к плюсу; вывод 9 — к выводу 4. Входные импульсы разной полярности подаются одновременно на выводы 1 и 7.
При работе микромодуля в однополярном усилителе считывания эмиттерный повторитель работает (без диодной мостовой схемы) от источника питания —12,6 в. При этом выводы 2 и 12 подсоединяются к плюсу источника, вывод 11 — к минусу. Входные импульсы подаются на вывод 4. Выходные импульсы снимаются или с вывода 8 или через конденсатор.
Микромодульный фильтр-развязка РЮЗ.290.008 (рис. 184) предназначен для развязки усилителей записи и считывания по цепям питания. Состоит из двух фильтрующих цепей, одна из которых предназначена для работы в цепях источ-192
ника положительного, другая — отрицательного напряжения. Конденсатор Ci подсоединяется параллельно, в зависимости от необходимости, либо к конденсатору С3, либо к конденсатору С2. Напряжение питания ±12,6 в, коэффициент ослабления не менее 20.
Микромодуль РЮ2.035.025 (рис. 185) на транзисторе ТМ-5В-8 служит источником напряжения ограничения в усилителях считывания для подачи положительного напряжения (зависящего от температуры окружающей среды) на базу транзистора микромодуля «согласующая цепь». От величины нагрузки, подключаемой к выводам 9 и 12, зависит величина сопротивления в цепи обратной связи.
Работая в режиме усиления постоянного тока при напряжении источника питания +6,3 в и нагрузке от 620 до 240 ом, микромодуль РЮ2.035.025 имеет следующие выходные напряжения: от 0,2 до 0,8 в; от 0,8 до 1,8 в; от 1,2 до 2,3 в, соответствующие температурам окружающей среды (°C): —60, +20; +70. Нагрузочная способность микромодуля — не менее 560 ом\ мощность рассеяния в микромодуле при сопротивлении нагрузки 2,4 ком — не более 46 мет.
§ 23. Система полиэлементных микромодулей на динамических инверторах для ЦВМ
Система полиэлементных микромодулей состоит из трех ти-пов динамических инверторов и одной диодной сборки, выполняющей функцию схемы совпадений; предназначена для создания цифровых вычислительных ма
М' выход йИг-г входе G—
вход 1 0----Н*
2
вход 2 0----И
3
вход С 0------
Рис. 186. Динамический инвертор ИД-1А.
1,5 к
Ч-Ч' -0-1,26
3 •0-3-36 10-10' "0 Земля -012'12 ГИ
шин и устройств дискретной автоматики. Основными элементами системы являются динамические инверторы, которые в сочетании с диодной сборкой обеспечивают построение необходимых логических схем.
Динамический инвертор ИД-1 А типа ГР3.089.037 (рис. 186) предназначен для эксплуатации в жестких климатических и механических условиях. Собран на трех диодах 1ДМ505А и транзисторе ТМ-4В-4. Выдерживает циклические воздействия температуры от —60 до +70° С, нормально работает в условиях морского тумана, возникновения инея и росы, а также в среде, зараженной плесневыми грибками. В отношении всех других климатических и механических воздействий отвечает требованиям нормали, изложенным в § 16. Питается тремя видами отрицательных напряжений: Ек=—3,3 в, ЕСм =—1,2 в и Ur. м = =—12,6 в. В диапазоне температур от —60 до +70° С допускается отклонение питающих напряжений на ±10%; в диапазоне температур от +5 до +50° С отклонение питающих напряжений может доходить до ±20%. Поскольку питающие напряжения являются основой надежной (без сбоев) работы инвертора, то к ним предъявляются следующие требования:
193
а) напряжение Ur,a=—12,6 в вырабатывается импульсным генератором с частотой повторения 1000 кгц±0,1%, длительностью импульсов 0,3±0,03 мксек и длительностью фронтов не более 0,09 мксек;
б) в диапазоне температур от +5 до +50° С допускается кратковременная работа ИД-1А при одновременном изменении напряжений Ек и Есм в одну сторону на ±25%;
в) в диапазоне температур от —60 до 4-70° С допускается нагрузка на
выходе, соответствующая трем вентильным входам, а в диапазоне температур от +5 до +50° С — восьми вентильным входам ИД; емкостная нагрузка на выходе инверторов не должна превышать 50 пф\
г) на «Вход С» (вывод 9) разрешается включать в диапазоне температур от +5 до +50°С не более восемнадцати, а в диапазоне температур от —60 до
+ 70° С — не более восьми диодных запрещающих выходов схемы типа «ИЛИ»;
д) на «Вход 0» (вывод 3) разрешается включать в диапазоне температур от +5 до +50° С не более семи, а в диапазоне температур от —60 до +70° С не более четырех диодных запрещающих
Рис. 188. Микромодуль ГРЗ.081.007.
Диоды (помимо особо помеченных) — 1ДМ505Д.
сборок типа «ИЛИ-И», при этом в каждой сборке схема «ИЛИ» должна состоять в первом случае не более чем из двадцати, а во втором случае не более чем из десяти входов.
При компоновке инверторов в логические схемы не разрешается одновременное прохождение нулевого разрешающего сигнала через две и более диодные сборки типа «ИЛИ-И».
Мощность рассеяния микромодуля, при +70° С не превышающая 50 мет, при +50° С возрастает до 85 мет. При этом максимальное потребление тока от источников питания составляет: около 12 ма по цепи —3,3 в\ около 8 ма по цепи —1,2 в и около 1 ма по цепи —12,6 в.
При выполнении всех условий, изложенных выше, амплитуда положительного выходного импульса находится в пределах 0,3—3,0 в с длительностью 0,33—0,93 мксек. Величина обратного выброса не превышает 10 в.
Динамический инвертор ИД-2А типа ГР3.089.039, имея ту же схему и цоколевку, что инвертор ИД-1А, отличается от него лишь параметрами некоторых комплектующих элементов. Так, номинал входного резистора изменен на 194
820 ом, катушка имеет индуктивность, равную 100 мкгн, а конденсатор обладает емкостью, равной 120 пф.
Унифицированный микромодуль ГКЗ.089.012 (рис. 187) представляет собой инвертор, выполненный на транзисторе ТМ-4Д-4 и диоде 2ДМ502Б в цепи эмиттер — база и реализующий логическую операцию «НЕ». Транзистор инвертора всегда находится в одном из двух устойчивых состояний, зависящих от управляющего сигнала на входе схемы. При напряжении источника питания ±6,3 в и потреблении тока 0,31—6,5 ма схема инвертора нормально работает при следующих уровнях входного и выходного потенциалов: высокий уровень входного потенциала — от 0 до —0,7 в; низкий уровень входного потенциала — от —3,2 до —7 в; высокий уровень выходного потенциала — от —0,1 до —0,3 в; низкий уровень выходного потенциала — от —5,6 до —6,9 в.
При максимальной рабочей частоте следования входных сигналов 1000 кгц (скважность 2), предельной частоте переключения 10 000 кгц и допустимом уровне помех 0,25 в (выше и ниже потенциалов на входе) инвертор обладает следующей нагрузочной способностью: три аналогичных инвертора в диапазоне температур от —10 до +70° С; два аналогичных инвертора в диапазоне температур от —60 до +70° С. Высота корпуса микромодуля 15 мм, вес 3,3 г.
Унифицированный микромодуль ГРЗ.081.007 (схема совпадений ВН-2) представляет собой диодную сборку из 14 диодов и двух резисторов с сопротивлением 4,7 ком (рис. 188). Питание осуществляется от генератора импульсов Г И напряжением —12,6 в, с частотой повторения 1000 кгц (±0,1%), длительностью импульсов 0,3±0,03 мксек и фронтами не более 0,09 мксек. Высота микромодуля 17 мм, вес — не более 4,5 г.
§ 24. Внесистемные микромодули широкого^применения М22, МЗЗ и ЕУ2
Унифицированные микромодули широкого применения, рассмотренные в § 18—23, образуют ряд функционально полных систем, на основе которых конструируются логические устройства ЦВМ, приемно-усилительные тракты связной радиоаппаратуры и весьма многие импульсные устройства дискретной автоматики, телемеханики и телевизионной техники. Еще более обширный ряд образуют микромодули широкого и частного применения, не входящие в какие-либо функциональные системы, но весьма часто используемые в узко специализированных устройствах судовой радиоэлектронной аппаратуры (например, в приемно-усилительных и импульсных трактах гидроакустической и телевизионной аппаратуры). Такие микромодули часто служат базовыми при разработке специализированных схем частного применения.
Основной особенностью внесистемных микромодулей широкого применения, рассматриваемых в настоящем параграфе, является то, что они не согласованы между собой по входным и выходным параметрам. Это усложняет их использование в устройствах, так как в большинстве случаев требует предварительных экспериментальных исследований по согласованию микромодулей между собой. Микромодули же частного применения, описываемые в следующем параграфе, согласованы между собой по входным и выходным параметрам, но лишь для одного типа аппаратуры; для всех других устройств они также требуют экспериментальной проверки и взаимосогласования.
В данном параграфе согласование микромодулей, не входящих в системы, не рассматривается, поскольку очевидно, что оно может осуществляться методами, изложенными в § 8 применительно к унифицированным функциональным узлам системы «Элемент-2».
В состав унифицированных микромодулей, описываемых ниже, входят триггеры (одно плечо) с отрицательным (положительным) перепадом выходного напряжения или с тем и другим одновременно, ждущие мультивибраторы и блокинг-генераторы, видеоусилители, эмиттерные повторители, схемы совпадений, усилители тактовых импульсов, импульсные усилители, УНЧ, УПЧ и УВЧ, инверторы, переходные цепи и прочие унифицированные элементы. Основные технические характеристики всех этих модулей приведены в табл. 56.
195
Основные технические характеристики внесистемных
Микромодуль Децимальный номер Режим работы
Напряжение питания, в Потребляемый ток, ма
Плечо триггера М22.01.03.01 М22.01.03.02 М22.01.03.03 М22.01.03.04 М22.01,03.05 -6,3 + 1,2 +6,3 —1,2 +6,3 -1,2 +6,3 + 1,2 —6,3 + 1,2 6 0,3 6,7 10 6-7 9,5 6—7 9,5 6—7 10
Ждущий мультивибратор М22.01,02.01 —6,3 + 1.2 7,5 0,7
Ждущий блокинг-генератор М22.01,04.01 М22.01.04.02 М22.01.04.03 М22.01.04.04 М22.01.04.05 -6,3 + 1,2 0,2 0,2 0,1 0,1 0,5
Видеоусилитель М22.02.01.01 М22.02.01.02 М22.02.01.03 +6,3 ±6,3 ±6,3 1,2 3,3 3,5
Видеоусилитель М22.02.01.04 М22.02.01.05 М22.06.02.01 —12,6 1,8 2,7 4,8
Эмиттерный повторитель М22.06.01.01 М22.06.01.02 М22.06.01.03 М22.06.02.02 М22.06.02.03 М22.06.02.04 М22.06.01.04 М22.06.02.05 ЕУ2.215.110 ЕУ2.215.111 ±6,3 ±6,3 +6,3 —6,3 —6,3 —6,3 +6,3 —6,3 —6,3 +6,3 0,1 0,16 0,8 0,1 0,1 0,1 2,0 2,0 8,0 8,0
Схема совпадений • П — положительные, М22.08.02.01 М22.08.02.02 М22.08.02.03 М22.08.02.04 О — отрицательные импульсы ±6,3 1. 9/0,85 16/0,85 9/0,85 16/0,85
196
микромодулей этажерочного типа широкого применения
Таблица 56
Параметры входных импульсов
Амплитуда, в Максимальная частота следования, Мгц 1 Полоса пропускания, Мгц Длительность импульса, мксек Длительность фронта, мксек Полярность * Входное сопротивление, ком
Вход 1 Вход 2
3—5 0,7—4,5 2,5-4,5 2,5-4,5 2,7 2,5-6 2,5—6 1,0 0,2 0,01 0,01 0,1 — 0,2—0,3 >1,0 4,0 4,0 2,5 I | 1 1 Р П О П п п —
2—6 — 0,05 — 0,5 — п 1,0
— — — — 4 2,5 0,63 1,0 0,4 — — 3,0
0,5 0,5 0,2 — >0,01 5 3,5 3,5 0,3—500 0,3—500 0,5—500 о п, п 2
0,15 0,25 1,5 — 0,1 7 8 15 — — — —
4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 5 5 5,5-6,0 5,5-6,0 — 0,2—0,5 0,2-0,5 0,3 0,3 — 0,3—500 0,3—500 0,3—500 0,1—500 0,2-500 1—500 1 1 0,5—10 0,5—10 0Л 0,1 — 15 35 15 5 2 3 3-1 3—1
0 4--6 i 4-6 0,2 0,5 0,2 0.5 — 1,5 0,7 1,5 0,7 0,2 0,15 0,2 0,15 — —
197
Микромодуль Децимальный номер Частота отказов, in—5 10 отказов/ч Плотность упаковки, эл 1см3
Плечо триггера М22.01.03.01 М22.01.03.02 М22.01.03.03 М22.01.03.04 М22.01.03.05 1.1 10—14
Ждущий мультивибратор М22.01.02.01 1,2 6-9
Ждущий блокинг-генератор М22.01.04.01 М22.01.04.02 М22.01.04.03 М22.01.04.04 М22.01.04.05 0,9 7—14
Видеоусилитель М22.02.61.01 М22.02.01.02 М22.02.01.03 1,1 7-8
Видеоусилитель М22.02.01.04 М22.02.01.05 М22.06.02.01 1,15 7-8
Эмиттерный повторитель М22.06.01.01 М22.06.01.02 М22.06.01.03 М22.06.02.02 М22.06.02.03 М23.06.02.04 М22.06.01.04 М22.06.02.05 ЕУ2.215.110 ЕУ2.215.111 0,9 5-6
Схема совпадений • П — положительные, М22.08.02.01 М22.08.02.02 М22.08.02.03 М22.08.02.04 О — отрицательные импульс! 1,0 ы. 1-14
198
Продолжение табл. 56
1,8 2,8 1,8 2,8 СО СО Vm! 1 1 1 1 1 1 1 1 ++1 4* 4*сл 4* СЛО» 4* СЛ 05 >5 >4 4-5 4-5 >4,5 Амплитуда, в Параметры выходных импульсов 1
0,5 0,5 0,8 0,6 0,25 0,25 0,15 0,1 0,1 0,5 1 1 0,15 0,25 1 0,15 0,20 0,20 ООО — — о <0,1 <1,3 0,3 0,3 0,5 фронта Длительность, мксек
0,8 0,5 0,5 0,5 _>£.о —— КЭКЭ 1 1 сл 1 1 1 to <0,2 <0,6 4 4 4 спада
1 go go 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4 2,5 0,63 1,0 0,4 о 1 импульса
ООДД □ Ol 1 1 1 1 | | | 1 ООД О или П о О п О и П О и П О Полярность *
о сл 1 1 1 1 1 <0,5 <0,7 Напряжение на выходе открытого транзистора, в
1 1 1 1 — ЮМ 4*0 СЛ СЛСЛ 1 1 Мощность рассеяния, мет
— 2 2 2 0,5 4,7 1,5 1,5 сл 1 О 05 1 1 Сопротивление нагрузки, ком
1 1 *3 1 ел о 1 1 Емкость нагрузки, пф
1 оооооооо 1 1 00 00 00 00 00 00 О» 00 сл 4,5 4 0,9 ЬЭ 1 1 1 Коэффициент усиления (передачи) по напряжению
Микромодуль Децимальный номер Режим работы
Напряжение питания, Потребляемый ток, ма
Схема совпадений М22.08.01.01 М22.08.02.05 М22.08.02.06 М22.08.02.07 М22.08.02.08 ЕУ2.216.089 ЕУ2.216.105 —6,3 —1,2 -6,3 -1,2 +6,3 + 1.2 +0,5 +4,5 —0,5 —4,5 ±6,3 -6,3 7,5 2,5 2,5 0,015—0,7
Усилитель тактовых импульсов (однотактный запуск) М22.13.00.02 М22.09.01.02 М22.10.00.02 +1.2 —12,6 —
Усилитель тактовых импульсов (двухтактный запуск) М22.13.00.02 М22.09.01.02 М22.10.00.02 —12,6 + 1.2 —
Импульсный усилитель М22.09.01.03 М22.09.01.04 М22.09.01.05 М22.09.01.06 М22.09.01.07 М22.09.01.08 М22.09.01.10 M22.09.01.ll М22.99.01.12 М22.09.02.01 М22.09.02.02 —6,3 +1.2 -6,3 —6,3 + 1.2 —6,3 +6,3 —1,2 +6,3 —6,3 —6,3 -6,3 +4 -1.5 —6,3 +0,5 1,5 0,75 7 10 1,2 7 10 1,2 7 0,15 0,8 '
Усилитель ЕУ2.035.326 ±6,3 0,3-7-9
Ограничитель М22.05.04.01 +6,3 —
Переходная цепь М22.10.00.01 — —
Инвентор ♦ П — положительные; ЕУ2.035.295 О — отрицательные импульс! +6,3 я. 1-1,5
200
201 Продолжение табл. 56^
| 0,1-0,7 £ сл 1 о 1,5-2,5 3—6 2-6 3—6 2-6 3-6 2-6 6 2—10 2-10 1,5 80—110 ма; ток записи со 1^ о г’г V г г г г ОСО СО СО сл сл сл со со Вход 1 Амплитуда, в Параметры входных импульсов 1
'l 1 1 1 1 90—110 ма; ток списывания 1 1 Вход 2
о — о р 0,06 0,06 0,07 0,07 0,07 0,07 0,05 0,002/125 0,002/125 0,2 0,025 0,025 0,2 0,2 0,1 0,01 Максимальная частота следования, Мгц
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 II II 1 1 1 1 Полоса пропускания, Мгц
S-I о СО р сл о сл >0,5 >0,5 >0,5 >0,5 >0,5 0,5 2 2,5 3—3,3 2,7—3 0,3—10 0,5-10 2—10 0,7—1,2 0,7—1,2 1—10 1—5 Длительность импульса, мксек
1 0,09 о о 0,1 0,1—10 0,1—10 0,2 о ф* 1 р 00 0,4—0,8 0,1 0,2 0,1—0,2 0,1 Длительность фронта, мксек
1 П и О | 1 О О О 1ОО О ДД 03 О 1 1 ЯО О Я | | | Полярность •
1 1 1 1 1 1««11 II II 1 1 1 1 Входное сопротивление, ком
Микромодуль Децимальный номер Частота отказов, 5 10 отказов/ч Плотность упаковки, эл!см3
Схема совпадений М22.08.01.01 М22.08.02.05 М22.08.02.06 М22.08.02.07 М22.08.02.08 ЕУ2.216.089 ЕУ2.216.Ю5 1.0 7-14
Усилитель тактовых импульсов (однотактный запуск) М22.13.00.02 М22.09.01.02 М22.10.00.02 0,9 7
Усилитель тактовых импульсов (двухтактный запуск) М22.13.00.02 М22.09.01.02 М22.10.00.02 1.1 10-12
Импульсный усилитель М22.09.01.03 М22.09.01.04 М22.09.01.05 М22.09.01.06 М22.09.01.07 М22.09.01.08 М22.09.01.10 M22.09.01.ll М22.09.01.12 М22.09.02.01 М22.09.02.02 1,0 7-9
Усилитель Е У2.035.326 1,1 6
Ограничитель М22.05.04 01 1,2 7
Переходная цепь М22.10.00.01 1,0 5
Инвертор ♦ П — положительные; ЕУ2.035.295 О — отрицательные импульс! 1,2 | >1, 7-10
202
203 1 j Продолжение табл. 56
1 1 о о СП СЛ 1 + 5°?° I слслосл слсл coco сл о -ч 180—270 ма 1 а = 5 6 = 2 а = б = = 3,5 а = 4 б = 4,5 1,5 1,5 5 - 2,5 Амплитуда, в Параметры выходных импульсов
I- 1 о С*5 0,25 1 III ° ьэ ьо кэ сл о , оо 1 о оо 0,3—0,8 0,1 0,2 фронта Длительность, мксек
1 1 к> 1 | | | | ON9 ГОЮ ЮЮ СЛ о г о 0,1—0,4 1 спада
1 1 0,5-1,3 0,85—3,4 1 1 1 1 1° 1 ОО ОО О СО о 2,5-4 3,2-3,7 - 2,5 2,5 3—10 импульса
л о 1 Л □ Л = |ЯЯЛЛ ДО до л О 1 1 ол о о 1 1 1 Полярность ♦
1 1 о 1 1 1 1 1 Напряжение на выходе открытого транзистора, в
1 1 1 1 1 1 —II II II 1 1 1 1 Мощность рассеяния, мет
1 1 сл сл 4 4 0,5 0,5 0,5 0,5 0,082 1 1 1 Сопротивление нагрузки, ком
1 1 1 1 । ।।।।g gg g§ g 1 1 1 Емкость нагрузки, пф
е> со 1 1 СО 1 1 1 1 Коэффициент усиления (передачи) по напряжению
Микромодуль Децимальный номер Режим работы
Напряжение питания, в Потребляемый ток, ма
Переключатель тока M22.ll.01.01 M22.ll.02.01 +6,3 —1.2 4-6.3 —1,2 12
Усилитель низкой частоты МЗЗ.01.01.01 МЗЗ.01.01.02 ±12,6 ±1.8
МЗЗ.01.02.01 М33.01.02.02 —12,6 2,5 7,5
Усилитель промежуточной частоты МЗЗ. 02.01.02 М33.02.02.01 МЗЗ.02.02.02 ±6,3 —12,6 2,2 3
Детектор УПЧ ЕУ2.204.029 — —
Ячейка «Памяти» ФТ1 ФТ2 ФТЗ М22.12.00.01 М22.12.00.02 М22.12,00.03 - —12,6 ’ ±0,6 50 5
Ячейка схемы «И» ФТ4 М22.12.00.04
Ячейка-формирователь ФТ6 * П — положительные, С М22.12.00.06 > — отрицательные импульсы.
Микромодуль М22.01.03.01 (рис. 189) представляет собой одно из плеч унифицированного триггера с отрицательным перепадом выходного напряжения. Плечо собрано на двух р—п—р-транзисторах ТМ-4Г-4 и на пяти диодах ДММЗ. Каждый триггер состоит из двух одинаковых микромодулей этого типа. Триггеры запускаются импульсами положительной полярности с амплитудой 3 в и частотой следования 1 Мгц; широко применяются в дискретных радиоэлектронных и вычислительных устройствах.
Микромодуль М22.01.03.02 (рис. 190) используется в унифицированных триггерах с положительным перепадом выходного напряжения. Собран на микротранзисторе ТМ-ЗГ-З с п — р — n-neyexQRQM,. пяти резисторах СКПМ, двух конденсаторах КМК и трех диодах ДММЗ. Каждый триггер комплектуется из двух таких модулей.
Микромодули М22.01.03.03 (рис. 191) и М22.01.03.04 (рис. 192) —два плеча одного унифицированного триггера с положительным и отрицательным перепадами выходного напряжения. Первое из плеч собрано на транзисторе ТМ-5В-3 с р—п—р-переходом и на двух диодах ДММ1В, второе — на двух транзи-
204
Продолжение табл. 56
Параметры входных импульсов
Амплитуда, в Максимальная частота следования, Мгц Полоса пропускания, Мгц Длительность импульса, мксек Длительность фронта, мксек Полярность ♦ Входное сопротив-ле , ом
Вход 1 Вход 2
—0,6 +0,6 0-0,5 — 0,6 0,2 — —
(0,5-0,4) х Х10“3 — — — — — — 10
— — 0,02 — — — — —
20-10“3 — 1—30 До 10“3 — — — — 3
0,5 — 20-80 — 1 — П или О —
Микромодульные ферротранзисторные ячейки
11,8 — — — 4,3 0,1—0,5 П
— — — — 4,3 0,1-0,5 П —
— — — — 2 — П —
сторах ТМ-ЗВ-З с п—р—n-переходом. Запускающие импульсы обладают положительной, выходные — положительной и отрицательной полярностью.
Микромодуль М22.01.03.05 (рис. 193) —одно плечо триггера низкой частоты. Собран на микротранзисторе ТМ-2Г-3 и двух диодах 2ДМ101А. Используется в качестве счетчика, делителя и формирователя импульсов в различных вычислительных и импульсных радиоэлектронных устройствах.
Микромодульный ждущий мультивибратор М22.01.02.01 (рис. 194) предназначен для формирования импульсов отрицательной полярности длительностью 10 мксек. Длительность импульсов может быть доведена до 250 мксек подключением между выводами 10—10' и 11—11' внешних конденсаторов КОПП или КОПМ на рабочие напряжения 15—30 в. Микромодуль собран на транзисторах ТМ-5В-3 с р—п—р-переходами.
Микромодульные ждущие блокинг-генераторы М22.01.04.01—05 (рис. 195) и 196) предназначены для работы с усилителями запуска M22.09.01.ll и М22.09.01.12; генерируют импульсы положительной и отрицательной полярности с длительностями 4; 2,5; 1,0; 0,63; 0,4 мксек. Длительности ряда 6,3; 10 и
205
Микромодуль Децимальный номер Частота отказов, 5 10 отказов/ч Плотность упаковки, эл!см3
Переключатель тока M22.ll.01.01 М22.11.02.01 0,9 9
Усилитель низкой частоты МЗЗ.01.01.01 МЗЗ. 01.01.02 1,0 6-7
МЗЗ. 01.02.01 М33.01.02.02 1,0 6-7
Усилитель промежуточной частоты МЗЗ. 02.01.02 МЗЗ. 02.02.01 МЗЗ.02.02.02 1,0 9-10
Детектор УПЧ Е У2.204.029 0,9 5
Ячейка «Памяти» ФТ1 ФТ2 ФТЗ М22.12.00.01 М22.12.00.02 М22.12.00.03 1,1 4-6
Ячейка схемы «И» ФТ4 М22.12.00.04
Ячейка-формирователь ФТ6 ♦ П — положительные , О М22.12.00.06 — отрицательные импульсы.
16 мксек могут быть получены подключением внешних дополнительных емкостей. Собраны на транзисторах ТМ-5Г-3, ТМ-5Г-5 и ТМ-4Г-4 с р—п—р-переходом, модульных импульсных трансформаторах ММТИ-4-П (13-Й), резисторах СКПМ, конденсаторах КОПМ и КМПМ, диодах ДММ-1ДИ.
Микромодульные видеоусилители М22.02.01.01—03 (рис. 197) предназначены для усиления импульсов: 01 — отрицательной полярности с длительностью от 0,3 до 500 мксек; 02 — положительной полярности с длительностью от 0,5 до 500 мксек-, 03 — положительной и отрицательной полярности с длительностью от 0,5 до 500 мксек.
Первый тип модуля собран на транзисторе ТМ-4Г-4 с р—п—р-переходом, второй и третий — на транзисторах ТМ-10Г с п—р—п-переходом.
Микромодульные видеоусилители М22.02.01.04—05 и М22.06.02.01 предназна- * чены для усиления телевизионных сигналов. Первые два модуля (рис. 198 и 199) собраны на транзисторах 1ТМ305А с р—п—р-переходом по схеме с общим эмиттером. Последний модуль (рис. 200) собран на том же транзисторе, но 206
Продолжение табл. 56
Параметры выходных импульсов
Амплитуда, в Длительность, мксек Полярность • Напряжение на выходе открытого транзистора, в Мощность рассеяния, мет Сопротивление нагрузки, ком Емкость нагрузки, пф Коэффициент усиления (передачи) по напряжению
фронта спада импульса
-0,6 —1,8 -0,6 —1,6 0,2 — — — — — — — —
— — — — — — — 1 — 30 дб
— — — — — — — — — 20 дб
0,6 — — — — — — 1 — 15—20 38±5
— — — — П или О — — — — 0.6
Микромодульные ферротранзисторные ячейки
11,8 0,1—0,5 0,1—0,5 2,5-4,3 — — — — — —
11,8 0,1—0,5 0,1—0,5 2,5—4,3 — — — — — —
5 — — 15 — — — — — —
по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель). Настройка частотной характеристики видеоусилителей осуществляется по синусоидальным или симметричным прямоугольным импульсным сигналам с помощью внешней корректирующей емкости, подбираемой экспериментально для обеспечения максимальной полосы пропускания.
Микромодульные эмиттерные повторители М22.06.01.01—03 предназначены для межкаскадной развязки и передачи импульсов положительной полярности в устройствах радиоэлектронной аппаратуры. Модули этих типов (рис. 201—203) собраны на транзисторах ТМ-10А с и—р—n-переходом и диодах 2ДМ502Б. Для передачи импульсов отрицательной полярности применяются микромодульные эмиттерные повторители М22.06.02.03—04 (рис. 204 и 205), собранные на транзисторах с р—п—р-переходом. Обеспечивают коэффициент передачи для первых двух типов 0,8, для последнего 0,35.
Микромодульные эмиттерные повторители М22.06.01.04 и М22.06.02.05 (рис. 206) на диодах 2ДМ502В. Предназначены для применения в импульсно-
207
Рис. 189. Плечо триггера М22.01.03.01 (ИЮ2.212.000Сп).
Рис. 190. Плечо триггера М22.01.03.02 (ИЮ2.212.019Сп).
г-2'
*1,26 0---Т—
в-в' Ю00 1К
0—II—ъ-вход 2 1’1
3~3'
’6,360--------------
10-10' 1000
2*
4 U ----------J
Общий.
6-6' -0
11-11*
Выход
12-12' Мб
Рис. 192. Плечо триггера М22.01.03.04 (РХ2.212.001Сп).
Рис. 191. Плечо триггера М22.01.03.03 (РХ2.212.000Сп).
208
Рис. 193. Плечо статического триггера М22.01.03.05 (УП2.212003Сп).
Рис. 194. Ждущий мультивибратор и цепь запуска М22.01.02.01.
Рис. 195. Ждущий бло-кинг-генератор
М22.01.04.01—02 (БА2.211.001—002Сп).
8 П. Д. Верхопятницкий
7-7'
“0 -6,38
-0 , 8ь/хос 1
1-1'
6-6'
-0 ВыхоЗ 2
1-2'
вход
5 S'
—0 Общий
12-12'
+1,28
209
s'
-6,39 0-
8-81
Biot) 0—
3,3 —^o-io'OSuiui 4 Выход 1 2’2* 12-12' a ,,
-----0 Выход 2
11-11'
-а Выход 3
4-4'
-0 Общий
10-10' -0
-6.36
г-2'
Выход
4-9' -0 Общий
Рис. 196. Ждущий блокинг-генератор M22.01.04.03—05 (БА2.211.003—005Сп).
Рис. 197. Видеоусилители М22.02.01.01—03 (УП2.035.001—002Сп).
2-2'
3-3'
Вход 2 0
Вход 1
Общий &
\3*
7
-0
-12,66
10-Ю'
Выход 2
7
-0
Выход 1
9‘В' “0
Общий
9-9
-0
-12,66
3-3'
Общий 10-10'
— 0 „
Выход 2
7"7' ,
— 0 Выход 1
- 4 5-5'
11-11'
Общий
Рис. 198. Видеоусилитель М22.02.01.04 (ТЭ2.030.026Сп). Рис. 199. Видеоусилитель М22.02.01.05 (ТЭ2.030.028Сп) J
потенциальных схемах для передачи: первый — положительных перепадов напряжения (собран на транзисторе ТМ-ЗВ-З с п—р—n-переходом), второй — отрицательных перепадов напряжений (собран на транзисторе ТМ-5А-3 с р—п—р-переходом. Коэффициент передачи — не менее 0,8.
Рис. 200. Видеоусилитель М22.06.02.01 (ТЭ2.215.009Сп).
Рис. 201. Эмиттерные повторители М22.06.01.01 (ГС2.039.064Сп) и М22.06.01.02.
г-г'
Рис. 202. Эмиттерный повторитель М22.06.01.02 (ГС2.039.065Сп).
Микромодульные эмиттерные повторители ЕУ2.215.110—ШСп (рис. 207) предназначены для усиления сигналов по мощности и передачи: первый — сигналов отрицательной полярности (собран на транзисторах ТМ-4Б-4 с р—п—р-пе-реходом), второй — сигналов положительной полярности (собран на транзисторах ТМ-10Б с п—р—n-переходом). Коэффициент передачи — не менее 0,6.
8*
211
Рис. 203. Эмиттерный повторитель М22.0601.03 (ГС2.039.071Сп).
---0
+ 6,96
12-12
--0—
Вхоо
9-9'0--
Вход 2
о».
I 0-----1
Вход 1
гдмзогб!.
1\в-8' ----0 Выход 2 JL
, >П 4,6-6 м
—0 / L Ойщии.
- А - -о
Общий
Рис. 204. Эмиттерный повторитель М22.06.02.03 (ГС2.039.068Сп).
Рис. 205. Эмиттерный повторитель М22.06.02.04 (ГС2.039.070Сп).
212
Микромодульные «схемы совпадений» М22.08.02.01—02 (вентили-инверторы ВИМ-1 и ВИМ-1 А) предназначены для применения в импульсно-потенциальных устройствах радиоэлектронной аппаратуры. Собраны на диодах 2ДМ502Б и на транзисторах: первый — ТМ-2В-3, второй — ТМ-ЗВ-З, оба с р—п—р-переходом; отличаются друг от друга максимальной частотой следования входного импульса (200 и 500 кгц) и нагрузочной способностью: у первого — три аналогичных модуля ВИМ-1 или ВИМ-1А, у второго — нагрузка не менее 1 ком.
Схемы обоих микромодулей (рис. 208) реализуют логическую операцию Х = АхВ для отрицательных сигналов. Имеют три входных и один выходной канал. Когда на первый вход подают потенциальный (разрешающий) уровень от —4 до —6 в, а на второй вход — прямоугольные импульсы, то с выхода снимают импульсы положительной полярности. При подаче на первый вход потенциального (запрещающего) уровня от 0 до —0,5 в на выходе схемы будет напряжение помехи. При подаче импульсов на третий вход схема работает как инвертор.
Микромодульные «схемы совпадений» М22.08.02.03—04 (ВИМ-2 и ВИМ-2А) собраны на транзисторах ТМ-ЗВ-З с п—р—n-переходом и отличаются от пре-
5-5’ ------0 выход
3,3 к .
9~9' ------0 Одиши
1-1*
вход
6-6
0—
в-в'
-0 + 6,36
(-6,36)
Рис. 207. Эмиттерный повторитель
ЕУ2.215.110— 111Сп.
Рис. 206. Эмиттерные повторители M22.06.0l.04 и М22.06.02.05.
дыдущих только тем, что реализуют ту же логическую операцию для положительных импульсов. Соответственно этому на первый вход подают два положительных потенциальных уровня: от +4 до +6 в (разрешающий уровень) и от 0 до +0,5 в (запрещающий уровень). С выхода схемы (рис. 208) снимают отрицательные импульсы, напряжение помехи или инвертируемые импульсы.
Микромодульные «схемы совпадений» М22.08.01.01 (рис. 209) и М22.08.02.05—06 (рис. 210) предназначены для временного селектирования при совпадении: у первого модуля — двух положительных импульсов с длительностями до 10 мксск или импульса и положительного уровня напряжения; у второго модуля — трех отрицательных импульсов или уровней отрицательной полярности в разных сочетаниях (выходные сигналы отрицательной полярности снимают с первого выхода, а положительной полярности — со второго выхода; при этом выводы 3—6 замыкаются внешней перемычкой); у третьего модуля — трех положительных импульсов или одного уровня положительной полярности с двумя импульсами (или двух уровней с одним импульсом). Первый модуль собран на транзисторах ТМ-2Г-3 с р—п—р-переходом, второй — на транзисторе ТМ-4Б-4 тоже с р—п—р-переходом, третий — на транзисторе ТМ-ЗВ-З с п—р—п-перехо-дом. Последние два модуля имеют в своем составе импульсные трансформаторы типа ММТИ-2-111 и диоды ДММЗ. При работе этих трех микромодулей происходит запаздывание фронта выходного импульса относительно входного соответственно на 0,2; 0,1 и 0,3 мксек.
Микромодульные «схемы совпадений» М22.08.02.07—08 представляют собой диодно-трансформаторные схемы, собранные на диодах ДММЗ и ДММ1В и импульсных трансформаторах ММТИ-9-11. Схемы имеют по четыре входа и по два выхода. Первый из этих микромодулей (рис. 211) оперирует импульсами и управляющими сигналами положительной, второй — отрицательной полярности. На выходе обоих микромодулей получают импульсы отрицательной полярности.
213
J-j'
Вход 1
Вход 2 &— о ц ,10-10 Вход 3 я---
*> -Ь,ЗВ (ч.зв)
в-в'
-0
Вьчид
5-5'
Одщии Ч-ч' -0 +6,38 (~6,36)
Рис. 208. Микромодули «схема совпадений» М22.08.02.01—04 (РЯ2.082.449—452Сп).
---• - "0 ~6\3б 20 к
—4-——л---------0 Выход 1
—--------------4 Вход 2
7-7 11-11
Пюк
| 12-12'
’----------0 ,
Вход 2
Общий.
—
Выход 2
Рис 209. Микромодуль «схема совпадений» M22.08.01.0l (БА2.085.595Сп).
3
Обццт
4-4' э-в'
-г---М—"Т-------0 Выход 1
В20 его , У У/ 1-1
-*-------------1—0 выход 2
---------------0 Выход 3
в-в' -----------------0 - 1,2В
1B-W' п
—0 вход 3
---0 Вход 2
Рис. 210. Микромодули «схема совпадений» М22.08.02.05—06 (БА2.085.600—601Сп).
214
Микромодульные «схемы совпадений» ЕУ2.216.089Сп (рис. 212) и ЕУ2.216.105Сп (рис. 213) предназначены для временной селекции отрицательных импульсов. Первый из этих микромодулей собран на двух транзисторах ТМ-4Б-4 с р—п—р-переходом, имеет два входа и один выход для положительных
д~3 . ю-ю'
Вход 1 0-------Н----
9~9'
Вход 2 0----
э 7-7'
Вход 3 0----
0-
12 6-6'
4
Вход 4 0-
11-11'
।--------0
► П Зсм
I в-в'
’-------0 Выход
j--------0 2-2'
: I ----------012
Рис. 211. Микромодуль М22.08.02.07
1-Г
0 Вход
Рис. 212. Микромодуль ЕУ2.216.089Сп. Общий
9-О'
Выход 1 0-----К
в-в'
0-------
Рис. 213. Микромодуль ЕУ2.216.105Сп.
5-5’
-0
12-12'
-0 +66
импульсов с амплитудой не менее 5 в; второй — на двух диодах 2ДМ502В, имеет два выхода для отрицательных импульсов с амплитудой не менее 2,5 в и длительностью от 3 до 10 мксек.
Микромодульные усилители тактовых импульсов М22.13.00.02, М22.09.01.02
и М22.10.00.02 предназначены для работы в выходном усилителе тактовых импульсов радиоэлектронной аппаратуры.
215
г-2'
-0 -6,36
8-8' выход 2 0-г-9-9'
, 11-11' Общий 0—— 6~б' +126 0---------
4-4'
— 0, Bmxod 1 5-5'
12-12' „
— 0 Вход 2
-0^9x03 1
1-1'
— 8 Смещение
Рис. 214. Импульсный усилитель М22.09.01.05.
4-4'
0—
-6,3 в
11-11'
Выход 0— 5-5'
Общий 0—
1000 9-3< -------1|---0 вход 1 $-6г 1000 j-j'
II---0 вход 2
Рис. 215. Импульсный усилитель М22.09.01.06.
10-10*
8рег
2к
2
--------0
Смещение
в-в'
- 0 выход 1 2-2'
- 0 выход 2
5-5f
- 0 Общий
Рис. 216. Импульсный усилитель М22.09.01.10 (РЮ2.035.009Сп).
216
Микромодуль М22.13.00.02 представляет собой ферродиодную ячейку ВТ. В составе выходного усилителя он обеспечивает работу с однотактным и двухтактным запусками. Ячейка построена на диоде ДММ1ДИ, импульсном трансформаторе ММТИ-3-11 и трансформаторе с ферритовым сердечником ММТЗ-17.
Микромодуль М22.09.01.02 собран на трех транзисторах ТМ-5А-3 с р—п—р-переходом, коллекторы и базы которых включены параллельно. Представляет собой усилитель импульсного типа ВУ.
Рис. 217. Импульсный усилитель запуска M22.09.01.ll и его соединение с блокинг-генератором М22.01.04.01.
Рис. 218. Импульсный усилитель запуска М22.09.01.12 и его соединение с блокинг-генератором М22.01.04.03.
Микромодуль М22.10.00.02 типа ЭС представляет собой согласующую цепь, составленную из шести резисторов СКПМ.
Все три микромодуля работают совместно с выходом усилителя тактовых импульсов, в состав которого входят два микромодуля М22.09.01.02 и по одной ячейке ВТ и ЭС.
Микромодульные импульсные усилители М22.09.01.03—08 предназначены для применения в устройствах радиоэлектронной аппаратуры (в схемах ждущего мультивибратора или в ключевых схемах). Отличаются друг от друга полярностью питающего напряжения и выходных импульсов, максимальной частотой
217
следования импульсов, а также способом включения в схему ждущего мультивибратора. Мультивибраторы составляются из двух микромодулей по схеме: М22.09.01.03—04; М22.09.01.05—06 (рис. 214 и 215) и М22.09.01.07—08. Длитель-
мультивибраторов можно изменять в пределах от 15 до 250 000 мксек, под-
ность выходных импульсов ждущих
ключая внешнюю емкость в пределах от 680 пф до 28 мкф (конденсаторы КОПМ и КОПП). Пары микромодулей собраны соответственно их номерам па транзисторах ТМ-5В-3, ТМ-5А-3,
ТМ-ЗВ-З. Диоды —ДММ1БЦ.
Микромодульный импульсный усилитель М22.09.01.10 (рис. 216) применяется в импульсных устройствах радиоэлектронной аппаратуры для усиления и инвертирования отрицательных импульсов с частотой следования 50 кгц и длительностью 2 мксек. Собран на двух транзисторах ТМ-5В-3, двух катушках индуктивности ИФМ-63 и двух резисторах СКПМ-470.
Микромодульные импульсные усилители М22.09.01.11—12 предназначены для запуска блокинг-генераторов. Они отличаются друг от друга только параметрами элементов, входящих в одну и ту же схему. Первый (левая часть рис. 217) собран на транзисторах ТМ-5Г-3 с р—п—р-переходом, второй (левая часть рис. 218)—на транзисторах ТМ-4Г-4 с р—п—р-переходом. Максимальная частота запуска импульсов у обоих модулей — не более 125 кгц при частоте следования входных импульсов 2 кгц.
Микромодульный импульсный усилитель М22.09.02.01 (левая часть рис. 219) собран на транзисторе ТМ-4Б-4 с р—п—р-переходом. Будучи соединен с микромодулем И22.10.00.01 (по схеме инвертора ИД-1М), образует типовой регистр шестнадцатиразрядного счетчика, обеспечивающий работоспособность при изменении нагрузки на выходе от максимальной до минимальной и при изменении частоты следования главных импульсов на ±100 кгц.
Микромодульный импульсный усилитель М22.09.02.02 (рис. 220)
предназначен для выполнения различных логических операций в импульсных устройствах радиоэлектронной аппаратуры. Собран на транзисторе ТМ-2Б-3, двух диодах 2ДМ101А и трехобмоточном трансформаторе выхода ММТИ-5-11. Работает на частоте следования отрицательных импульсов 200 кгц с длитель-
218
ностыо не более 2,5 мксек. С выхода снимаются положительные (т = 3 мксек) и отрицательные (т = 2,5 мксек) импульсы с амплитудой не более 3 в.
Микромодульный импульсный усилитель ЕУ2.035.326Сп (рис. 221) предназначен для усиления по напряжению (Х^^2) и инвертирования импульсов»отрицательной полярности с максимальной частотой повторения до 300 кгц и длительностью от 0,5 до 3 мксек. Собран на транзисторе ТМ-4Б-4.
М-Ц'
Общий.#----
1
Вход 70----
, 7-7'
Вход 2 0----
з-з’
0,50 0—
4-4'
— 0 Выход 1 в
— 0 Выход 2 12
— 0 Выход 3 10-ю'
— 0 Выход 4 5-5'
— 0 Выход 5 ~09~9’-6^6
6-6
- 0
Рис. 220. Усилитель отрицательных импульсов М22.09.02.02 (УП2.035.0ЮСп).
Микромодульная «переходная цепь» М22.10.00.01 составлена из трех диодов ДММЗ, двух катушек индуктивности ИМ па 50 мкгн, резисторов СКПМ и конденсатора КМК-2-М75-160. Совместно с модулем М22.09.02.01 составляет схему (см. рис. 219) динамического инвертора ИД-1Н. Одновременно оба модуля
могут входить в схему регистра типового шестнадцатиразрядного счетчика.
Микромодульный инвертор ЕУ2.035.295Сп (рис. 222) собран на транзисторе ТМ-10В с п—р—«-переходом, резисторах СКПМ и конденсаторах КМК-2-Н-30. Предназначен для поворота на 180° фазы положительных и отрицательных импульсов, следующих с частотой повторения до 100 кгц и имеющих длительность от 1 до 5 мксек. Коэффициент передачи модуля — не менее 0,8.
Микромодульные «переключатели тока» М22.11.01.01 и М22.11.02.01 выполнены по общей схеме (рис. 223), каждый на четырех транзисторах (первый — ТМ-2Г-3 с р—п—р-пере-ходом, второй — ТМ-ЗГ-З с п—р—п-переходом). Они имеют по три входа и по два выхода.
При подаче на все входы модуля М22.11.01.01 положительного
перепада напряжения +0,4 в с прямого выхода снимается напряжение При изменении полярности входного напряжение —1,8 в, а на инверсном этого модуля является уровень +0,6 ,
При подаче на все входы модуля М22.11.02.01 напряжения —1,6 в на прямом выходе возникает напряжение —0,6 в, а на инверсном +0,6 в. Запрещающим напряжением для этого модуля является уровень —1,8 в, а разрешающим — уровень —0,6 в.
3300
41-
1-l’ ТЗ7'
820к в-в -------0 Выход
4-4'
-0 +6,36
12~12'
—0 -6,3 в
5-5’ ,
—0 Общий 10-10' . -0 Общий 11-11' , —0 вход
Рис. 221. Импульсный нательной полярности
усилитель отри-ЕУ2.035.326Сп.
выхода —1,8 в.
—0,6 в, а с инверсного напряжения на прямом выходе возникает
—0,6 в. Запрещающим напряжением для в, а разрешающим — уровень —0,6 в.
219
Микромодульные усилители низкой частоты МЗЗ.01.01.01—02 входят в состав предварительного усилителя низкой частоты: первый — в качестве согласующего каскада, второй — в качестве усилителя с общим эмиттером. Предварительный усилитель составляется из двух согласующих каскадов и одного усилителя с общим эмиттером, собранных на транзисторах ТМ-4Б-4 с р—п—р-переходом. При напряжении 10-10’ входного сигнала 0,5—4 мв
коэффициент усиления модуля МЗЗ.01.01.02 — не менее 30 дб.
1 Микромодульные усили-
тели низкой частоты МЗЗ.01.02.01-02 (рис. 224) 2 работают в паре и явля-
ются двумя каскадами общего усилителя с коэффициентом усиления не менее 20 дб (10 раз). Собраны на транзисторах ТМ-5В-3.
Микромодульный усилитель промежуточной частоты МЗЗ.02.01.02 собран на схеме с общей базой (рис. 225). ть использован при проектиро-
вании линеек УПЧ в качестве усилительного каскада (с различным включением транзистора), работающего в диапазоне частот от 1 до 30 Мгц с коэффициентом усиления 15—20.
6-6'
вход 0—
0-у 7-7'
0,015 41— 0,015
9-9'
2.,Чк
г-2'
-------0 Выход
11-11'
—0 выход
4-4'
-0 Общий
Рис. 222. Инвертор ЕУ2.035.295Сп.
транзисторе ТМ-4В-4 с р — п — р-переходом С подключенным внешним контуром может
по
Рис. 223. Переключатели тока М22.11.01.01 и М22.11.02.01.
Микромодульные усилители промежуточной частоты типов МЗЗ.02.02.01—02 представляют собой два усилительных каскада, собранных на транзисторах ТМ-4В-4 с р—п—р-переходом, которые, работая в паре, составляют схему широкополосного УПЧ с коэффициентом усиления 38, рабочим диапазоном частот от 30 до 1000 гц и максимально допустимым выходным напряжением 0,6 в.
Микромодульный детектор усилителя промежуточной частоты ЕУ2.204.029 (рис. 226) состоит из двух изолированных одинаковых каналов, собранных на 220
Рис. 224. Каскады усилителя низкой частоты: а — первый каскад МЗЗ.01.02.01; б —второй каскад МЗЗ.01.02.02.
1-Т 100
-6J60-----
$— 0,01 ЧЬ
9-3
АРУ 0----;
11-11 12'
Общий,
Рис. 225. Усилитель промежуточной частоты МЗЗ.02.01.02 (ЕУ2.031.272Сп).
Рис. 226. Детектор усилителя промежуточной частоты ЕУ2.204.029.
221
диодах ДММЗ, резисторах СКПМ и конденсаторах КМК. Предназначен для детектирования сигналов промежуточной частоты в диапазоне от 20 до 80 Мгц с коэффициентом передачи не менее 0,6 при амплитуде входных импульсов 0,5 в и длительности 1 мксек.
Микромодульная ячейка DRC типа ЕУ2.064.039 на диодах ДММ1ДИ по своей схеме (рис. 227) похожа на только что описанный детектор УПЧ с той лишь разницей, что по обоим ка-
W'
1-1' 0---
г-г' 0—
7-7' 0—
5~5'
—0
6~б'
—0
11-11'
-0
12-12'
-0
налам проходят импульсы только положительной полярности с амплитудой на входе от 3 до 25 в и с коэффициентом передачи не менее 0,8.
За последнее время в радиоэлектронной аппаратуре и особенно в дискретных вычислительных устройствах стали широко применяться ферротранзисторные ячейки, реализующие различные функциональные и логические за-
висимости.
Если в устройствах и системах, выполненных на магнитных сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса, связь между последними поддерживается пассивными цепями, то в ферротранзисторных ячей-
Рис. 227. Унифицированная ячейка DRC типа ЕУ2.064.039.
ках связь между сердечниками осуществляется транзисторами, которые используются и как элементы управления и подачи мощности и как буферные элементы; магнитные же сердечники лишь определяют здесь состояние схемы.
Подобное сочетание ферритового сердечника с обмотками и транзисторами дает существенные преимущества, так как повышает устойчивость в работе, увеличивает помехозащищенность, упрощает схему и облегчает ее построение.
7-Г
-Q5 выход
1~1f Вход списывания 0^-1
12-12' Вход записи & J
в-в'
~~0 ОБиций
6-6'
Вход 0-
Вход 0-
1В-10'
списывания ?.
з-9' 97 г-г'
-------1—1----------------0 ^0JS6
Рис. 228. Ферротранзисторные ячейки М22.12.00.01 и М22.12.00.04.
Отечественная радиотехническая промышленность выпускает в микромодуль-ном исполнении ферротранзисторные ячейки памяти ФТ1—ФТЗ, ячейки логической схемы «И» ФТ4, ячейки-формирователи ФТ6 и ряд других.
Микромодульные ферротранзисторные ячейки М22.12.00.01—04 и М22.12.00.06 выполнены на транзисторах ТМ-5Д-3 и запоминающих трансформаторах и диодах, а модуль М22.12.00.02 еще и на диоде ДМТ1ДИ. Первые три модуля представляют собой ячейки памяти ФТ1, ФТ2 и ФТЗ, четвертый модуль —
222
Рис. 229. Ферротранзисториая ячейка М22.12.00.02.
вход 5 5_________ ।
записи \ IJ
0—г ^>2) j
Вход &L1---------2^
списывания 1 XJ 7
9~9' •Г|е Вход 0----------------1
списывания 2|
4'
-0
выход
10-10’
2-21
з-з'
в-в'
-0
0 12-12’
11
0-
4 0-
Рис. 230. Ферротранзисториая ячейка М22.12.00.03.
Вход 3^_ записи &___
Вход 6^L
списывания
2-2’
-0 ВыхоЗ
5-5’ ,
-0 05ищи
Рис. 231. Ферротранзисториая ячейка М22.12.00.06.
223
ячейку логической схемы «И», пятый — ячейку-формирователь ФТ6. Их схемы представлены на рис. 228—231.
Амплитуда напряжения на выходе любой ячейки отличается от величины коллекторного питания не более чем на 0,5 в. При подаче импульса тока только в обмотку списывания амплитуда импульса помех на выходе ферротранзистор-ных ячеек не должна превышать 5% от амплитуды сигнала.
§ 25. Микромодули частного применения системы „Темп"'
Система микромодулей частного применения «Темп» предназ-
начена для конструирования приемно-усилительных и импульсных устройств судовой радиоэлектронной аппаратуры. Эта система, разработанная под руководством И. М. Гаврилова, со-держит: четырнадцать микро-
Рис. 232. Усилитель низкой частоты У1 (ЛУ2.033.573).
модулей, составляющих шесть типов усилителей низкой частоты и два типа усилителей высокой частоты; семь микромодулей, образующих четыре типа эмиттерных повторителей; восемнадцать микромодулей, образующих четыре типа ограничителей, два типа аттенюаторов, регулирующий каскад АРУ, четыре схемы совпадений и три электронных ключа. Основные технические характеристики этих микромодулей приведены в табл. 57.
Большинство функциональных микромодулей системы питается напряжением —12,6 в. В тех случаях, когда
формируются цепочки микромодулей, величина питающего напряжения может изменяться
в~б'
Рис. 233. Согласующий усилитель низкой частоты У2 (ЛУ2.033.572).
в следующих пределах: а) до —15 в для цепочек, составленных из 2—4 микромодульных функциональных узлов; б) до —27 в для устройств с большим коэффициентом усиления.
Развязка по напряжениям питания в таких сложных устройствах осуществляется включением внешнего /?С-контура, устанавливаемого на печатной соединительной плате усилителя.
Из шести типов усилителей низкой частоты, имеющихся в системе, только первые два усилителя, а именно У1 (рис. 232) и У2 (рис. 233), конструктивно самостоятельны —
каждый из них оформлен в виде отдельного микромодуля. Остальные усилители (У4, У5, У8 и У9), представленные на рис. 234—236, составлены из двух микромодулей. Микромодули каждой пары согласованы между собой по входным и выходным параметрам и не требуют включения каких-либо дополнительных элементов.
224
Рис. 234. Усилитель низкой частоты У4, составленный из микромодулей ЛУ2.033.769—770 на транзисторах ТМ-2А-3.
Рис. 235. Усилитель низкой частоты У5, составленный из микромодулей ЛУ2.033.771—772.
225
Основные технические характеристики микро
Назначение микромодуля Децимальный номер Условное обозначение Частотный диапазон, кгц Амплитуда входного сигнала, в Входное сопротивление, ком Коэффициент усиления (передачи), дб Линейность амплитудной характеристики, в /
Усилитель низкой частоты Л У2.033.573 ЛУ2.033.572 ЛУ2.033.769 ЛУ2.033.770 Л У2.033.771 ЛУ2.033.772 ЛУ2.033 820 ЛУ2.033.821 ЛУ2.033.822 Л У2.033.823 У1 У2 У4-1 У4-2 У5-1 У5-2 У8-1 У 8-2 У 9-1 У9-2 0,1—200 0,2—100 ) 0,3—100 ) 0,2—100 ) 0,3—200 ) 0,2—100 — 3 3 50 20 20 10 10 20 20 30 30 40 1.5 5 1 1,1 1,5 2
Усилитель высокой частоты ЛУ2.030.066 ЛУ2.030.067 ЛУ2.030.064 Л У2.030.065 УР-1 УР-2 УШ-1 УШ-2 ) 300—5000 } 100—500 — 1 1 20 10 7 2,5
Эмиттерные повторители Л У2.215 063 ЛУ2.215 067 ЛУ2.215.068 ЛУ2.215.069 ЛУ2.215.070 ЛУ2.215.071 ЛУ2.215.072 ЭП-1 ЭП-2-1 ЭП-2-2 ЭП-3-1 ЭП-3-2 ЭП-4-1 ЭП-4-2 0,1—200 ) 0,2—200 ) 0,2—200 ) 50—5000 — 50 100 100 1-50 0,95 1 1 0,85 1,5 1,2 5 3
Ограничители ЛУ2.217.227 ЛУ2.217.228 ЛУ2.217.229 ЛУ2.217.230 ОГ-1 ОГ-2 О Г-3 ОГ-4 0,3—30 0,3—30 0,3—15 0,3—30 — — — —
Аттенюаторы ЛУ2.727.101 ЛУ2.727.102 ЛУ2.727.101 ЛУ2.727.103 АО А6 АО А10 } 0,3-100 } 0,3—100 — — — —
Регулирующий каскад (АРУ) Л У2.070.024 ЛУ2.070.025 Л У2.070.026 АРУ-1 АРУ-2 АРУ-3 0,3—100 — — 0,5 —
Схемы совпадений ЛУ2.081.121 ЛУ2.081.120 ЛУ2.081.122 ЛУ2.081.123 СС-1 СС-2 СС-3 СС-4 — — — — —
Ключи ЛУ2.088.084 Л У2.088.085 Л У2.088.086 КЭ-1 КЭ-2 кэ-з 500 500 0,1 0,1-5 2,5 0,003—3 — 0,9 0,5 0,9 —
226
227
1 1 1 о о СЛ© О сл 1 1 1 Затухание, дб Выходные параметры сигнала
1 1 1 1 0,3—0,9 0,01—0,03 0,005—0,1 0,05—1,2 1 1 1 Уровень ограничения, в
1 1 о 1 1 1 1 1 Диапазон регулирования, дб
i сл сл 1 1 1 1 1 1 Амплитуда импульса, в
1 № NO сл СЛ — — 1 1 1 1 1 1 импульса Длительность, мксек
1 0,3 0,3 1 1 1 1 1 1 1 1 фронта
сл Qi сл о сл N0 N0 12 10,5 26 12 NO ©72^оьсослслосл Интенсивность отказов, 10—6 отказов/*
Oi 1 Н~Z Ci 1 00 о 1 00 с> Ci 00 6—7 Плотность упаковки, эл(сл<3
1 1 NO NO —6,3 + 1,2 —6,3 + 1,2 —6,3 + 1,2 -6,3 + U2 — 12,6 1 N0 1111 N0 NO NO N0 Ci Ci Ci —12,6 -12,6 —27 —27 1 NO — 12,6 -27 — 12,6 -12,6 —12,6 —12,6 Напряжение питания. а+10%
1,5 0,15 2 0,2 2 0,4 6 0,4 6 0,17 NO no о сл 0,12 0,04 0,012 0,15 2,75 4 3,5 5,25 Cl 3 5,3 2,6 5 8,5 8,9 Потребляемый ток, ма -t- 10%
модулей частного применения системы «Темп»
Рис. 236. Усилители низкой частоты У8 и У9, составленные из микромодулей ЛУ2.033.820(822) и ЛУ2.033.821 (823) на транзисторах ТМ-5В-3.
Рис. 237. Резонансный усилитель УР, составленный из микромодулей ЛУ2.030.066—067 на транзисторах
1ТМ305Б.
228
Это же относится и к усилителям высокой частоты: резонансному — типа УР (рис. 237) и широкополосному — типа УШ (рис. 238).
В системе имеется также достаточный выбор эмиттерных повторителей ЭП-1—ЭП-4 (рис. 239—242), охватывающих довольно широкий частотный диапазон (0,1—5000 кгц).
Рис. 238. Широкополосный усилитель УШ, составленный из микромодулей ЛУ2.030.064—065 на транзисторах 1ТМ305Б.
Для обеспечения формирования импульсных сигналов в заданных уровнях, дискретной и автоматической регулировки усиления, выполнения логических операций и бесконтактного переключения в систему введен ряд вспомогательных
функциональных микромодулей:
а) ограничители ОГ-1—ОГ-4 (рис. 243);
б) аттенюаторы Ai и Аг (рис. 244), каждый из которых собран из двух микромодулей: АО (ЛУ2.727.101) и А6 (ЛУ2.727.102) образуют схему Ai, а АО (ЛУ2.727.101) и А10 (ЛУ2.727.103) образуют схему Аг. Соответствующий подбор параметров комплектующих элементов (резисторов и конденсаторов) для Ai и Аг обеспечивает заданные выходные параметры импульсных сигналов;
в) регулирующий каскад АРУ (рис. 245), составленный из трех микромодулей АРУ-1—АРУ-3
(ЛУ2.070.024—026);
г) схемы совпадений СС-1—СС-4, обеспечивающие выполнение логических операций с импульсами, имеющими соответствующие значения дли-
11-11’
-0
-12,66
8~8' —0 Выход
2~2’ —0 Общий.
тельности как самих импульсов, так и их фронтов;
д) электронные ключи КЭ-1— КЭ-3.
Рис. 239. Эмиттерный повторитель ЭП-1 (ЛУ2.215.063).
229
Рис. 240. Эмиттерный повторитель ЭП-2 (ЛУ2.215.067—068).
Рис. 241. Эмиттерный повторитель ЭП-3 (ЛУ2.215.069—070) на транзисторах ТМ-4Б-4.
230
Система микромодулей частного применения «Темп» обеспечивает согласование по входным и выходным параметрам для ряда последовательно соединяемых функциональных модульных узлов. Но надо учитывать специфику их электрических схем и выполнять следующие рекомендации:
Рис. 242. Эмиттерный повторитель ЭП-4 (ЛУ2.215.071—072) на транзисторах ТМ-4Г-4.
1. Для согласования микромодульных узлов с устройствами, имеющими большое затухание (например, с фильтрами), следует применять усилительные элементы У2. ЭП-1+У2 или ЭП-3, обладающие более «длинной» амплитудной
характеристикой.
2. Для упрощения компонуемых усилительных трактов основное внимание следует уделять схемам двухкаскадных усилителей У4, У8, У9 и трехкаскадному усилителю У5.
3. С помощью микромодулей АО, А6 и А10 можно набрать сосредоточенный аттенюатор с ослаблением сигнала до 30 дб\ в этих целях на входе аттенюатора устанавливают согласующее звено АО, а затем три звена А10 или пять звеньев А6.
4. Микромодули-ограничители типов ОГ-1—О Г-4 можно исполь-
Рис. 243. Ограничители ОГ-1 — ОГ-4 (ЛУ2.217.227—230) на диодах ДММЗ.
зовать в фазовых многоканальных трактах на частотах не свыше 3—4 кгц.
231
0-216 0-216
Рис. 244. Аттенюаторы Ai и Аг.
Рис. 245. Регулирующий каскад АРУ на диодах 2ДМ101А.
232
5. Схемы совпадения СС-1—СС-4 хорошо сочетаются с электронными ключами постоянного (КЭ-1) или переменного (КЭ-2) тока, но требуют разработки специальной программы и проверки ее экспериментальным путем.
в 6. Схемы совпадений СС-1 — СС-4 хорошо сочетаются с микромодульными триггерами широкого применения ТС-03 (ЫК2.212.113Сп).
7. Микромодули АРУ-1—АРУ-3 используются в многоканальных приемноусилительных устройствах, обеспечивающих возможность совмещения регулировочных характеристик каналов в двух точках (при £/рег=0 и Uper =—£/max~ ~3 в); для этих целей между выводами 1—4 и 5—12 микромодулей включают малогабаритные потенциометры СПЗ-6 с сопротивлениями 1 и 220 ком.
§ 26. Конструирование микромодульных блоков судовых радиоэлектронных и вычислительных устройств на основе ЭММ
Создание судовых радиоэлектронных устройств, в том числе и в микромодульном исполнении, ставит перед разработчиками ряд противоречивых проблем, от степени согласования которых и зависит эффективность и оптимальность выбранной конструкции.
Помимо общих вопросов (обеспечение высокой схемной и эксплуатационной надежности, виброизоляции, ударостойкости, шумоизоляции, водо- и брызгозащи-щенности, эффективного использования площадей и объемов приборных отсеков, удобства обслуживания и быстрого обнаружения неисправностей, возможно более полного теплооотвода и хорошей вентилируемости, общей технологичности и однородности по отношению к смежной аппаратуре, низкой стоимости, малого веса, небольших габаритов, снижения энергопотребления, транспортабельности через ограниченные по размерам люки, двери и проемы) на этапе разработки микро-модульной аппаратуры решаются и основные схемотехнические проблемы:
а) деление принципиальной схемы на части, подлежащие выполнению в мик-ромодульной конструкции или в виде печатных плат с навесным монтажом дискретных радиоэлементов, их согласование по рассеиваемым мощностям, входным и выходным параметрам, определение числа и типов необходимых микромодулей и дискретных элементов, компоновка всех комплектующих элементов в конструктивно законченные сборки;
б) выбор оптимального метода компоновки микромодулей на соединительной плате и дискретных комплектующих элементов на печатной плате, одинаковой или кратной по размерам соединительной плате; определение конструкции микромодульных узлов и блоков исходя из условий максимальной плотности упаковки элементов и высокой эксплуатационной надежности в составе автономного прибора или отдельной стойки;
в) выбор малогабаритных конструктивных изделий электротехники (кабелей, разъемов, колодок, кнопок, переключателей, сигнальных фонарей, печатных плат) и методов межузловых и межблочных соединений;
г) обеспечение заданного температурного режима работы микромодульных функциональных узлов, блоков, автономных приборов и приборных стоек.
Оптимальное решение такого комплекса проблем имеет решающее значение при разработке судовых радиоэлектронных устройств, работающих в условиях герметизированных отсеков с недостаточной вентилируемостью или в труднодоступных для обслуживания местах.
Вообще говоря, создать конструкцию РЭА, в которой были бы учтены все перечисленные требования, практически невозможно. Поэтому из всего комплекса требований, предъявляемых к разрабатываемому образцу, выделяются основные, решение которых и определяет конструктивные особенности каждого функционального узла, блока, прибора или отдельной стойки в целом.
Сложной и трудоемкой задачей является одновременное выполнение требований по обеспечению высокой эксплуатационной надежности РЭА в микромодульном исполнении при заданном температурном режиме и воздействии механических ударов, вибраций и линейных ускорений. Если механическую прочность
233
конструкции удается обеспечить более или менее удовлетворительно, то Создать нужный температурный режим миниатюризированной РЭА на всех стадиях разработки, создания и испытаний образца уже намного труднее.
Известно, что уменьшение размеров электронных блоков в РЭА достигается как уменьшением числа составляющих элементов схемы и их габаритов, так и уплотнением их монтажа. Повышение плотности монтажа элементов РЭА усложняет теплоотдачу и охлаждение. Интенсивность теплоотдачи определяется величиной поверхности, отдающей тепло, и ее температурным нагревом относительно среды. В этом отношении чрезмерное сокращение габаритов аппаратуры, конструируемой на микромодульной основе, затрудняет решение проблемы теплоотвода. Уменьшение общей поверхности прибора ведет к возрастанию температурного перепада между поверхностью теплоотдачи и средой, а стало быть, и к повышению температуры микромодулей.
Все эти соображения не вызывают особой тревоги до тех пор, пока абсолютная температура не превышает определенной величины, а поверхность несущей конструкции может обеспечить требуемый отвод тепловой энергии в окружающую среду без заметного повышения температуры конструкции в целом. Так, если режим установившейся конвекции поверхность — среда с течением времени не обнаруживает тенденции к возрастанию, то очевидно, что данный тип функционального узла (прибора, блока) не требует специальных мероприятий по его стабилизации. Но на практике такие случаи встречаются, к сожалению, редко. В судовых и корабельных отсеках миниатюризированная аппаратура эксплуатируется в жестких температурных условиях и о какой-либо стабильности параметров окружающей среды не может быть и речи.
Поэтому, учитывая условия эксплуатации, микромодульную радиоэлектронную судовую аппаратуру надо конструировать в расчете на внедрение специальных методов температурной стабилизации как местного, так и общего характера. Для охлаждения микромодульных блоков в практике конструирования РЭА применяют методы естественного и искусственного (принудительного) охлаждения.
Наиболее простой способ охлаждения узлов и блоков заключается в использовании естественной конвекции. Этот способ особенно эффективен в аппаратуре с относительно небольшой плотностью компоновки и при незначительных уровнях рассеиваемой мощности; он сводится, во-первых, к увеличению коэффициента теплоотдачи микромодулей и дискретных элементов, излучающих тепловую энергию, и, во-вторых, к развитию теплоотводящих поверхностей, например, посредством перфорации кожухов блоков или установки в зазоры между модулями медных или алюминиевых пластин (толщиной всего 0,8—1 мм), обладающих достаточной степенью черноты и заземленных на сравнительно холодные поверхности, обычно на корпуса приборов.
Известно, что степень перегрева модулей, смонтированных в микроблоки, зависит не только от компоновки блока, числа микромодулей в нем и рассеиваемой ими мощности, но в большой степени и от черноты поверхностей модулей и стенок внутри корпуса. Поэтому в тех случаях, когда микроблоки расположены один над другим, теплообмен между ними можно уменьшить, понизив степень черноты обращенных друг к другу поверхностей или использовав экраны с невысокой степенью черноты. Заметим, однако, что уменьшать тепловое влияние микроблоков друг на друга не всегда выгодно. Иногда в целях установления равномерного температурного поля рекомендуется даже увеличивать теплообменную связь между микроблоками.
В микромодулях этажерочной конструкции от 70 до 90% тепловой энергии отводится двенадцатью металлическими ножками и лишь остальные 10—30% — стенками корпуса. Поэтому соединительные микромодульные платы необходимо располагать так, чтобы отвод тепла к отводящим шинам и холодным поверхностям осуществлялся наиболее коротким путем. Следует предусмотреть также, чтобы по возможности все теплоотдающие поверхности микромодульных узлов и блоков были перфорированы и покрыты черной краской или лаком. Микромодули, выделяющие наибольшее количество тепловой энергии, надо располагать по периферии соединительных плат, а платы с такими элементами — помещать поблизости от теплоотводящих шип и поверхностей.
234
Не менее важное значение имеет метод принудительного охлаждения, осуществляемого путем продува воздуха (или протока жидкости). Этот метод широко используется в аппаратуре с высокой удельной мощностью тепловыделения. Конструктор аппаратуры должен, учтя внешние условия среды и конструктивные особенности аппаратуры, рассчитать скорость и расход вентилирующего воздуха, выбрать тип вентилятора, подсчитать мощность приводного двигателя (если вентиляция автономная) и сечение воздуховодов (в случае общей вентиляции) по-цепи: общая магистраль — стойка (блок, прибор). При этом методе охлаждения основной поток воздуха должен обдувать теплоотводящие поверхности микромодулей, соединительных плат, стенок кожухов, экранов и других конструктивных элементов.
Если необходимо снизить температуру элементов и микромодулей ниже температуры окружающей среды, то применяют термоэлектрическое охлаждение, основанное на эффекте Пельтье.
Физическая сущность этого эффекта основана на изменении энергетических уровней при прохождении постоянного тока через соединение двух термоэлектрических полупроводниковых материалов, один из которых имеет электронную, а другой — дырочную проводимость. В такой термобатарее происходит в зависимости от направления тока либо выделение, либо поглощение тепла. К основным достоинствам метода можно отнести малые габариты и вес батареи, возможность локального охлаждения небольших объемов и т. и.
Опыт конструирования показывает, что тепловой режим является одним из основных факторов, определяющих надежность судовой микромодульной аппаратуры. Поэтому к формулированию требований по температурному режиму и к решению проблемы отвода тепла обычно приступают уже на стадии пред-эскизного конструирования. Продолжают эту работу вплоть до испытания опытного образца.
На первой стадии разработки выполняют предварительный инженерный расчет теплообмена конструируемого микроблока, определяют как необходимый вид охлаждения, так и требования к компоновке микромодулей в микроблоке с учетом внедрения мероприятий, направленных на установление оптимального теплообмена. При этом учитывают следующее.
1. Допустимая среднеобъемная температура микромодуля определяется техническими условиями на микроэлементы, входящие в его состав и имеющие свою минимально допустимую положительную температуру.
2. Допустимая температура р — п — р-перехода транзистора ( + 85° С) из-за высоких значений термических сопротивлений между р — п — р-переходом и корпусом (0,8 град!мвт) значительно отличается от температуры корпуса и тем более от температуры окружающей среды.
3. Предельно допустимые температуры Т окружающей среды зависят от мощности Р, рассеиваемой одним транзистором, входящим в состав одиночного микромодуля:
Р, мвпг 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
Т оС 80 76 72 67 63 59 54 50 47 41 37 32 28 24 20 15
4. Расчетом определяют среднеобъемную температуру центрального микромодуля блока, который с точки зрения теплообмена находится в наиболее неблагоприятных условиях. При этом в основу кладут данные о мощности рассеяния микромодулей, о допустимой температуре для микроэлементов, входящих в состав микромодулей блока, о числе микромодулей, о температуре воздуха, окружающего микромодули.
Степень перегрева центрального микромодуля в блоке, содержащем от одного до шести микромодулей, рассчитывают по формуле:
центр “ (б^центр т 2лРокр> ср) • 10 [мвпг],
235
где фцентр — температура перегрева центрального микромодуля (°C) относительно температуры окружающей среды; Рцентр — мощность рассеяния центрального микромодуля, мет-, Рокр. ср — усредненная мощность микромодулей в блоке, равная причем ЕРбл — суммарная мощность рассеяния в микроблоке,
а п — число микромодулей в блоке.
Если блок содержит от семи до двадцати микромодулей, то степень перегрева центрального микромодуля оценивают по другой формуле:
фцентр = (б^центр + ^Рокр. Ср)*^ [мвт].
В тех случаях, когда расчет показывает, что степень перегрева центрального микромодуля превышает допустимые значения, просчитывают вариант компоновки микромодулей блока с металлическими прокладками по формулам:
а) для блока, содержащего от одного до пяти микромодулей,
фцентр = [^центр + 2 (л 1) Рокр< ср] ’ [мвт],
б) для блока, содержащего от шести до двадцати микромодулей, фцентр “ (б^центр + ^’^окр. ср)‘ [мвт].
Заключая рассмотрение температурного режима микромодулей и микроблоков, отметим, что практикой конструирования микромодульной аппаратуры одоб-рен достаточно большой пе-Таблица 58 речень мероприятий по сниже- Нормальный ряд типоразмеров микроблоков нию температуры перегрева микромодулеи. К их числу от-
Типоразмер Ширина | Длина Высота носятся: а) расположение микромодулей, выделяющих лаиболь-шее количество тепла, не только по периферии, но и в промежутках между микромодулями. имеющими меньший размер по высоте; б) применение контактных площадок под выводы микромодулей, максимально разви-
мм
I II III IV V VI 34 28 40 52 64 76 88 28
тых по поверхности;
в) распайка всех двенадцати выводов микромодулей на печатных платах, вдоль которых распространяется основной тепловой поток.
Перечень специфических требований, предъявляемых к судовой радиоэлектронной аппаратуре (см. введение), еще более расширяется в случае ее микромодульного исполнения. Если конструирование общепромышленных радиоэлектронных и вычислительных устройств предполагает, что наименьшей конструктивной единицей в микромодульных блоках является микромодуль, то в практике конструирования судовой РЭА оправдал себя метод деления электрической схемы на части, конструктивно выполненные в виде микромодулей, которые затем соединяются между собой в функционально законченные (в основном) микроблоки. При этом в условиях эксплуатации РЭА микроблок является наименьшей сменной единицей конструкции.
Одинаковая стандартная форма микромодулей дает возможность унифицировать и стандартизировать не только микроблоки, но и целый ряд конструктивных элементов, входящих в общий функциональный блок. В основу конструирования судовой РЭА положен нормальный ряд типоразмеров микроблоков, приведенный в табл. 58. В качестве базового размера микроблока взято основание параллелепипеда с исходными размерами: 34 мм в ширину, 28 мм в высоту и 28 мм в длину. Дальнейшее развитие микроблоков от одного типоразмера к другому осуществляется путем увеличения длины каждый раз на 12 мм.
Конструирование микромодульной аппаратуры подразумевает распространение этого ряда типоразмеров также и на другие конструктивные узлы и элементы (вторичные источники питания, согласующие трансформаторы, электроме-
236
ханические и пьезокерамические фильтры, линии задержки и т. д.). При этом размеры элементов, размещаемых в два ряда на соединительной плате микроблока, должны быть такими: одномодульных — 11X11X25 мм, двухмодульных — 11X23X25 мм, четырехмодульных — 23X23X25 мм.
По своему конструктивному оформлению функциональные микроблоки могут быть выполнены как в экранах-кожухах, так и без них. В первом случае в качестве несущих конструкций допустимо применение ячеек сотового типа, разработанных конструкторами судовой РЭА В. И. Соколовым, А. С. Бейлиным, Л. И. Свирским.
Микромодули, входящие в состав функционального микроблока, компонуются на специальной соединительной плате с печатным монтажом. Для обоих конструктивных вариантов функциональных микроблоков разработан единый ряд печатных плат, изготавливаемых из фольгированного стеклотекстолита марок СФ1 и СФ2. Толщину этих печатных плат (в пределах от 0,8 до 2 мм) выби-
Таблица 59
Типовые размеры печатных плат микроблоков
Количество микромодулей в микроблоке Размеры печатных соединительных плат, мм Количество выводов платы
4 28 X 34 8
6 40 X 34 12
8 52 X 34 16
10 64 X 34 20
12 76 X 34 24
14 88 X 34 28
16 100 X 34 32
20 130 X 34 40
рают в зависимости от природы и интенсивности внешних механических воздействий. Предельное соотношение сторон 1 : 2 или 1 :3. Для судовых РЭА, выполненных на микроблоках, толщина печатных плат установлена в 1,5 мм.
Типовые размеры печатных плат в зависимости от числа микромодулей, устанавливаемых на них, приведены в табл. 59.
Микромодули можно располагать на печатной плате в один ряд, в два ряда или вплотную друг к другу по всей плоскости соединительной платы. Рекомендуемое распо
ложение микромодулей — двухрядное. Оно обеспечивает: а) достаточную плотность и упрощенную схему печатного монтажа; б) высокую технологичность,
поскольку делает возможным механизированное производство однотипных (или кратных по размеру) печатных плат — субпанелей; в) необходимую ремонтоспособность (простую замену линеек с микромодулями).
Устанавливать микромодули можно как вертикально, так и горизонтально. Оптимально вертикальное расположение микромодулей, позволяющее осуществлять сравнительно простым технологическим приемом распайку двенадцати выводов каждого микромодуля на соединительной печатной плате. При монтаже микромодулей оптимален шаг в 12 мм при шаге координатной сетки печатной платы в 0,5 мм.
Платы изготавливаются с односторонним и двухсторонним печатным монтажом. Выбор того или другого вида их зависит от конструктивных особенностей микроблока и его температурного режима.
На платы с двухсторонним монтажом микромодули устанавливают с зазором (между печатной платой и основанием микромодуля), равным 1,5—2 мм. Этот зазор необходим для лакировки. На платы с односторонним монтажом, изготовленные фотохимическим методом, микромодули можно устанавливать без зазора. В микроблоках с напряженным тепловым режимом микромодули устанавливают на расстоянии 1 мм друг от друга; в зазоры, образованные в продоль
ном и поперечном направлениях, укладывают металлические прокладки.
Чтобы увеличить число выводов и несколько увеличить зазоры между пайками печатного монтажа, с двух сторон микроблока устанавливают дополнительные печатные платы. При таком конструктивном решении рекомендуется нижний ряд микромодулей распаивать на одной, а верхний ряд — на другой плате.
На печатной плате микроблока возможна установка дискретных радиоэлементов (транзисторов, диодов, резисторов и конденсаторов), компонуемых, как
237
правило, в один ряд над верхним рядом микромодулей. При этом высота элементов над печатной платой не должна превышать 6 мм.
В состав того или иного функционального микроблока могут входить конденсаторы обычного исполнения или другие дискретные элементы, не поддающиеся размещению на печатной плате, расположенной над микромодулями. В этом случае допустимо устанавливать радиоэлементы сбоку от микромодулей (желательно с одной стороны) на печатной плате следующего (большего) типоразмера при условии максимального заполнения ее площади.
Если количество выводов на такой печатной плате с микромодулями и дискретными радиоэлементами недостаточно, то рекомендуется применить еще большую плату. Малогабаритные элементы, конденсаторы типов КОПП и КМПП, трансформаторы и другие элементы рекомендуется устанавливать между микромодулями.
Микроблоки, предназначенные для установки в блоки сотовой конструкции, компонуются как на печатных субплатах, так и на платах с объемным монтажом. Электрическая связь между ними осуществляется посредством гибких многожильных плоскошлейфных кабелей или миниатюрных угловых колодок на 8 и 12 контактов. Электрическая связь между микроблоками, устанавливаемыми на печатную субплату, осуществляется с помощью прямых контактных колодок. Допускается распайка соединительных проводов непосредственно к выводным концам микроблока, без установки на субплате переходных колодок.
Защиту отдельного микромодуля и микроблока в целом от электромагнитных или электростатических полей можно обеспечить с помощью металлических экранов.
Разработчикам судовой РЭА, желающим получить более конкретные сведения по основным конструктивным элементам, необходимо обратиться к специальной литературе {3, 4].
Не меньшее значение при конструировании судовой РЭА придается построению схем и согласованию отдельных микромодулей между собой. При компоновке логических схем на микромодулях системы СИПЭ-С5 широко используются как простейшие схемы вентилей в качестве импульсно-потенциальной схемы совпадения, схемы вентилей с запретом на потенциальный вход и схемы с положительной обратной связью (последние применяются, если на вход поступают укороченные импульсы, а на выходе необходимо получать расширенные импульсы), так и более сложные схемы, требующие включения различных комбинаций функциональных микромодулей всей системы СИПЭ-С5.
Собирательные схемы «ИЛИ» для потенциальных сигналов, образованные с помощью инверторов И-018, И-019 и И-025, схемы триггеров, собранные на этих же инверторах (как в моно-, так и в полиэлементном исполнении), схемы запуска триггера (с повышенной емкостной нагрузкой) от двух вентилей, охваченных прямыми или обратными связями, схемы различных кипп-реле (мультивибраторов с одним устойчивым состоянием), образованных соединением в кольцо потенциального и импульсного инверторов (И-019-+-У024 или И-019 + 4-У027) выполняются на двух — четырех функциональных микромодулях и образуют промежуточные логические элементы микроблоков.
На этих элементах можно выполнять формирование импульсов как по уровням и длительности, так и по фазе. Формирование по уровням выполняют вентили, потенциальные и импульсные инверторы; формирование по длительности осуществляют вентили (укорачивание) и импульсные инверторы, вентили с обратными связями, кипп-реле и триггеры (удлинение); фазирование импульса с ближайшим тактовым импульсом осуществляет типовая последовательная цепочка функциональных узлов триггер — вентиль.
Схемы «Неравнозначность» и «Равнозначность» в пределах потенциальных сигналов выполняются на основе инверторов системы СИПЭ-С5, реализующих логические функции «И — НЕ». Потенциально-импульсные схемы выполняются либо на вентилях, либо с помощью счетного каскада.
Избирательные схемы, схемы двоичных однотактных счетчиков, схемы одно-гактных сдвиговых регистров и различных распределителей образуют законченные схемные функциональные субблоки или устройства, конструируемые на основе элементарных логических микроблоков.
238
Избирательная схема (дешифратор) потенциальных сигналов выполняется на повторителях с диодными входными схемами, инверторах или вентилях. При числе двоичных разрядов более трех рекомендуется применять ступенчатые дешифраторы.
Двоичный однотактный счетчик компонуется из триггеров, выполненных на основе двух инверторов и двух вентилей с импульсно-потенциальным запретом. В качестве инверторов можно использовать микромодули И-019, И-018, БМ-381-1 (2), а в качестве вентилей — В-020(021) и В-378-1 (379-2). В случае применения вентилей В-020 и В-379-2 в счетчике, работающем на частоте до 1 Л4г/{, следует уменьшить сопротивления в диодных сборках цепей потенциальных входов в 1,5—2 раза путем их шунтирования внешними резисторами или резисторами других микромодулей. В случае применения инверторов И-018 и БМ-381-2 и вентилей В-020 и В-379-2 в счетчиках, работающих на частотах до 1,2 Мгц, следует между логическими вентилями и входами триггера включить вентили-формирователи с обратной связью.
Однотактный сдвиговый регистр образуется из ячеек, составленных из триггера и двух вентилей с импульсно-потенциальным запретом. Импульс сдвига передается последовательно по регистру. Для повышения быстродействия схемы следует использовать параллельное возбуждение всех вентилей.
Распределители компонуются последовательным включением импульсных усилителей БМ-380-1 (У-024, У-027). Необходимые величины задержки и длительности сигнала устанавливаются подбором емкости внешнего конденсатора. Распределители могут быть выполнены также на основе сдвигового регистра с одним вентилем на разряд, рассчитанного на перемещение одной единицы.
Конструирование логических схем дискретной автоматики требует учета быстродействия основных микромодулей, характеризуемого максимальной тактовой частотой импульсов или минимальным периодом повторения импульсов. Быстродействие инвертора определяется временем задержки сигнала, триггера — временем переброса и необходимой длительностью импульса запуска, вентиля — временем, необходимым для перехода в режим разрешения или запрета и временем запаздывания выходного импульса.
Переход к разрешению должен происходить за время паузы между выходными импульсами, следующими с максимальной тактовой частотой,- а переход к запрету — за время максимальной тактовой частоты с вычетом времени Задержки запрещающего сигнала относительно тактового импульса.
Увеличение длительности импульсов, поступающих на вход вентиля, как и задержка сигнала на его выходе, снижают его быстродействие. Поэтому необходимо заранее определять суммарные задержки взаимодействующих сигналов и в целях их уменьшения использовать схемы с параллельным прохождением сигналов. При больших взаимных задержках сигналов нужны меры, направленные на местное снижение частоты тактовых импульсов.
Согласование микромодулей, обладающих различным быстродействием, обеспечивается включением формирующих буферных каскадов. В случае применения вентилей (обладающих малой задержкой сигнала) процесс такого формирования осуществляется с помощью положительной обратной связи. Логические устройства, выполненные на микромодулях с различным быстродействием, надо компоновать, руководствуясь следующим: триггер на инверторах высокочастотной группы должен работать от любых вентилей, а триггер на инверторах низкочастотной группы — только от низкочастотных вентилей.
Входные сигналы микромодулей, работающих от различных датчиков, необходимо согласовать по амплитуде, уровням, длительностям и фронтам. Для этого принимающий каскад микромодульной аппаратуры должен работать только в режиме формирования, без выполнения каких-либо логических функций. Если длительность фронта входного импульса чрезмерно велика, следует применять формирователь на нескольких инверторах, один из которых увеличивал бы крутизну фронта в 10 раз. На импульсные входы вентилей-формирователей В-021 (В-378-1) допускается подача сигналов с длительностью фронта не более 0,6 мксек; В-020 (В-379-2) — не более 0,2 мксек.
Повышение помехоустойчивости при потенциальных связях достигается использованием длительных сигналов и применением интегрирующих /?С-фильтров
239
или логических анализаторов длительности сигналов. Повышение помехоустойчивости импульсных связей достигается применением параллельного или последовательного кода.
Заключая главу о микромодулях этажерочной конструкции, необходимо обрисовать перспективу их внедрения в судовые РЭА на фоне развивающегося микросхемного конструирования (плоские конструкции пленочных и полупроводниковых интегральных микросхем). В настоящее время в нашей стране и за ее рубежами разработаны и внедряются в РЭА многие типы этажерочных микромодулей, объединенные в функционально полные системы; разработан микромодульный метод конструирования различной аппаратуры; уже имеются изделия, в каждом из которых используются более чем по 10 000 микромодулей ЭММ. И хотя отечественная промышленность наращивает выпуск этих микромодулей, потребность в них опережает производство.
Технические характеристики серийно выпускаемых микромодулей таковы: вес — от 1,5 до 5,8 г; объем — от 0,95 до 3,2 см3\ плотность монтажа — от 1 до 8,8 эл)см3\ потребляемая мощность — от 1 до 125 мег, количество микроэлементов в микромодуле — от 3 до 28. Эти показатели — не предел возможного; нет сомнения в том, что они будут еще более улучшены. Надежность ЭММ можно повысить до Х= 10-64-10-7 отказов/ч, частотный диапазон расширить до 50—100 Мгц, температурный диапазон увеличить от —60 до 4-85° С, плотность упаковки микроэлементов довести до 15—20 эл!см3, Путь к этому — использование в новых типах микромодулей металло-пленочных резисторов, нанесение на микроэлементы демпфирующих покрытий, капсулирование конструкций, введение технологических тренировок, применение кремниевых полупроводниковых транзисторов и туннельных диодов.
Объемная этажерочная конструкция микромодулей прогрессивна при их компоновке не только в составе микроблоков, но и в составе узлов и блоков с дискретными элементами (реле, фильтры, контуры, трансформаторы и т. п.). Плоские же конструкции интегральных микросхем плохо компонуются с такими элементами и еще длительное время не смогут конкурировать с объемными конструкциями.
Бесспорные преимущества интегральных микросхем, выражающиеся в большой плотности упаковки и в высокой надежности, делают перспективным создание не только чисто микросхемных конструкций, но и гибридных микромодулей. Это направление все больше внедряется в микромодульное конструирование по мере совершенствования технологии изготовления пленочных и полупроводниковых схем. На типовой керамической или стеклянной микроплате методами пленочной технологии изготавливаются все типы резисторов и конденсаторов (полиэлементы).
Новые разработки бескорпусных транзисторов и микродиодов открывают путь к гибридизации микромодулей. Это направление особенно перспективно при использовании в составе микромодуля функционально законченных сложных пленочных и полупроводниковых схем. Уже разработаны первые образцы гибридных микромодулей, содержащие всего восемь микроплат (четыре триггера) с 64 микроэлементами. В таких микромодулях с корпусами высотой 1,65 см плотность упаковки доведена до 60 эл!см3.
Аналогичные микромодули из трех микроплат имеют в высоту 6,5 мм и содержат 24 элемента. Они выполняют функции одного триггера, двух вентилей и двух эмиттерных повторителей. Плотность упаковки составляет 48 эл)см3. Соединение микроплат в модуль осуществляется с помощью 36 медных шин, привариваемых электронным лучом к металлизированным контактным участкам на торцах.
ГЛАВА IV
КОНСТРУИРОВАНИЕ СУДОВОЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ НА ОСНОВЕ ПЛОСКИХ МИКРОМОДУЛЕЙ (ПММ)
В отличие от тенденций, господствующих за рубежом, где микромодульное конструирование РЭА развивается лишь в одном направлении — на основе этажерочных конструкций, в Советском Союзе получило развитие новое направление миниатюризации — создание микромодулей плоской конструкции (ПММ).
Отечественные предприятия уже выполнили большой объем работ по обоснованию, разработке, унификации и внедрению этих микромодулей.
В настоящее время насчитывается более ста типов ПММ широкого применения, отвечающих требованиям надежности при климатических и механических воздействиях. Сверх того разработано свыше 400 типов ПММ частного применения.
Практикой конструирования установлено, что плоский вариант конструкции корпуса модуля, микромодуля, пленочной гибридной или полупроводниковой микросхемы выгодно отличается от объемной конструкции большей плотностью монтажа микроэлементов и лучшим коэффициентом формы и вполне может рассматриваться в перспективе как оптимальный конструктивный вид микромодуля, способный стать надежной основой для разработки микроминиатюрных устройств бортовой судовой РЭА.
Хотя сопоставление электрических схем ЭММ и ПММ затруднено из-за различий в номенклатуре и в величинах рабочих питающих напряжений, мы ^ожем, учитывая, что в обеих конструкциях микромодулей используются одни и те же типы микроэлементов, говорить о равноценных значениях входных и выходных характеристик и об одинаковых разбросах значений параметров как в нормальных условиях эксплуатации, так и при климатических и механических воздействиях. Определенное преимущество ПММ перед ЭММ в схемной топологии объясняется тем, что в первых используются схемные решения ряда функциональных модулей системы «Элемент-2» и применяется повышенное напряжение источников питания (10 в), что почти удваивает снимаемую мощность. А поскольку плоская конструкция микромодуля, выполненная на одной микроплате, при использовании микроэлементов без плат уменьшает количество паек, то можно утверждать, что и в отношении надежности и безотказности ПММ лучше моноэлементных ЭММ и не уступают полиэлементным ЭММ. Все это приводит к выводу, что ПММ найдут широкое применение в судовой РЭА.
В табл. 60 сопоставлены весо-габаритные характеристики некоторых типов функциональных элементов, выполненных па основе ПММ и на основе моноэлементных ЭММ. Анализ данных, приведенных в таблице, показывает что в среднем ПММ легче ЭММ в 2,1 раза, меньше их по габаритам в 2 раза, обладают в 2,8 раза большей плотностью расположения выводов. К этому надо добавить, что ПММ в 1,5 раза дешевле ЭММ.
9 П. Д. Верхопятницкий 241
Таблица 60
Сопоставление весо-габаритных характеристик микромодулей, выполненных в плоской (ПММ) и моноэлементной этажерочной (ЭММ) конструкциях по схемам СИПЭ-С5
Функциональное назначение микромодуля Конструктивное оформление Тип микромодуля Вес, г Плотность монтажа, ЭЛ 1см9 Плотность расположения выводов, Л(Л(2/ВЫВОД
Инвертор ВЧ ПММ 2И51 2,9 9,5 21,5
ЭММ И-018 6,5 5 10,2
Инвертор НЧ ПММ 2И52 2,9 9,5 21,5
ЭММ И-019 6,5 5 10,2
Вентиль ВЧ ПММ ЗЛ41 2,9 11 23,8
ЭММ В-020 6,5 4,3 10,2
Вентиль НЧ ПММ ЗЛ42 2,9 11 23,8
ЭММ В-021 6,5 4,3 10,2
Точный усилитель ПММ 5У51 2,9 7,7 23,8
ЭММ У-027 6,5 3,3 10,2
Усилитель ПММ 5У31 2,9 7,7 26,5
ЭММ У-024 6,5 3,8 ДО,2
Эмиттерный повторитель ПММ 2Э71 2,9 6,9 21,5
ЭММ П-025 5,5 3,8 10,2
Усилитель тока ПММ 5У42 2,9 8,5 34
ЭММ У-026 6,5 3,3 10,2
Генератор ПММ 1Г1 3,5 6,5 78
ЭММ Г-002 6,5 3,8 10,2
Диодная сборка ПММ 4Л43 2,9 5,4 19,7
ЭММ Д-002 3 5 10,2
242
§ 27. Особенности конструкции плоских микромодулей
Микромодули плоской конструкции (ПММ), в отличие от микромодулей этажерочной конструкции, имеют всего по одной микроплате. Изготовляют эти микроплаты для элементов общего применения из гетинакса марки ГВ, а для микромодулей повышенной надежности — из стеклотекстолита марки СТЭФ. Толщина микроплат 0,5 мм.
Как правило, ПММ представляют собой функционально законченные узлы, собранные из микроэлементов. Микроплаты имеют односторонние или двухсторонние печатные схемы, выполненные фотогальванохимическим методом. Микроэлементы — в зависимости от конструкции микроплаты — либо впаиваются
Рис. 246. Плоский микромодуль: а — со снятым колпачком; б — с колпачком и маркировкой.
в нее, либо приклеиваются токопроводящим составом к одной или к обеим ее сторонам.
В ПММ используются микроэлементы двух исполнений: а) обычные — такие же, как в ЭММ, но без керамических микроплат; б) таблеточные, тоже без карамических микроплат (микротранзисторы в таблеточном исполнении не выпускаются). В перспективе намечено применение бескорпусных диодов и транзисторов, что приведет к уменьшению веса и увеличению плотности упаковки элементов ПММ.
Конструкция ПММ представлена на рис. 246, где на примере микромодуль-ной линии задержки МЛЗ показано расположение микроконденсаторов 1 и катушек микроиндуктивности 2 на микроплате. Чтобы защитить микроплату от внешних воздействий, ее покрывают металлическим колпачком и затем герметизируют. Защитный колпачок представляет собой цельнотянутую (без швов) алюминиевую коробку со стенками толщиной 0,3 мм. Заполнение колпачка пеноматериалом ПУ-3 или компаундом ЭК-166 обеспечивает как герметизацию, так и механическое упрочнение микроплаты с элементами и выводами.
Типовая конструкция корпуса ПММ унифицирована по высоте колпачка (6,5 мм) и по его ширине (17,5 мм). Длина ПММ в зависимости от сложности электрической схемы и типоразмера образует ряд с шагом 4 мм (9,5; 13,5; 17,5;
9Ф 243
21,5 и т. д.), что позволяет компоновать ПММ на соединительной плате микроблока с максимальной плотностью, экономно используя и его объем. Выводы также унифицированы. У микромодулей всех типоразмеров они имеют в длину 6 мм', их изготавливают из медной луженой проволоки диаметром 0,6 мм. Выводы расклепывают в микроплате и запаивают согласно принципиальной электрической схеме в печатный монтаж (с шагом 4 мм) в узлах координатной сетки. Выводы ПММ служат не только для электрического соединения элементов микроблока, но и для механического крепления ПММ к соединительной плате путем впаивания в металлизированные отверстия. Нумерация выводов ПММ соответствует унифицированной цоколевке по системе, указанной на рис. 247.
Использование таблеточных микроэлементов несколько видоизменяет конструкцию ПММ. Вместо одной микроплаты создается более объемная по высоте двухплатная конструкция. Основная жесткая (несущая) плата выполняется
. Z? С ?5 Г 21 Г ./7 Г . 13 < 9
ф । ф | Ф | Ф" । У | -Ф
30 I 26 ' .Z2 1 ,18 1 , 10 ! .10
4- I 4 I 4 I 4 I 4 1 Ф
I I I I 1
,31 . 27 | ,23 . .13 , ,15 I 11
-ф- I -ф- ' ф- I ф- I ф- 1 ф
I I I I I
,32 I ,28 | ,24 | ,20 | .16 | 12
> ^4 k 4 ^4 ^4 ^4
45
4г
4J
4*
___г.
7
4
9,5
Рис. 247. Типоразмеры ПММ и нумерация выводов. п — шаг по длине.
с углублениями под таблеточные микроэлементы, сверху которых накладывают вторую гибкую печатную плату толщиной 0,05—0,1 мм, выполненную из стеклоткани или фторопласта.
Контактирование микроэлементов с печатными проводниками до последнего времени осуществлялось по преимуществу дозированными капельками специального токопроводящего клея — контактола. Однако опыт длительной эксплуатации ПММ показал, что контактол не всегда оправдывает себя. Поэтому теперь предпочитают подвергать контактирующие элементы пайке, что уменьшает брак плоских микромодулей и увеличивает их надежность.
В основу конструирования ПММ положены одинаковые по основным размерам и форме микроэлементы, номенклатура и основные параметры которых приведены в табл. 61.
По заполнению объема микромодуль плоской конструкции в несколько раз превосходит плоский модуль системы «Элемент-2». Конструкция ПММ и метод их сборки разработаны так, что позволяют вести производство на автоматизированном универсальном оборудовании, обеспечивающем высокий уровень производительности труда и малый процент брака.
Технологический процесс сборки и монтажа ПММ [22] состоит из вспомогательных п основных операций. К вспомогательным операциям относятся: а) подготовка триодов, диодов, конденсаторов, резисторов, катушек индуктивности, импульсных трансформаторов и других элементов; б) лужение и калибровка проволоки.
К основным операциям относятся: а) установка и расклейка выводов на микроплате; б) облуживание выводов и печатных проводников припоем ПОС-61 в электрованне; в) монтаж микроэлементов на печатной плате, осуществляемый 244
Таблица 61
Номенклатура и основные параметры микроэлементов, применяемых в ПММ
Наименование Тип Нормаль Основные параметры
Германиевый транзистор М2 М3 М4 М5 М10 (А—Ж) 1Т115 (А-Г) 1Т305 (А—В) ЖКО. 005. 009ТУ ПЖО. 336. 008ТУ ЩТЗ. 365. 022ТУ ЖКО. ООО. 012ТУ ЖКО. 005. 013ТУ ЮФ0. 336 . 002ТУ ЩТЗ. 365. 022ТУ р — п — р\ fa > 3 Мгц п — р — п\ fa> 1 Мгц р — п — р; > 50 Мгц р — п — р; fa> 1 Мгц п — р — п\ fa > 20 Мгц р — п — р; fa> \ Мгц р — п — р; fa> 140 Мгц
Кремниевый транзистор 2Т301 (Г-Ж) 2Т306 (А-Г) 2Т307 (А-Г) 2Т312 (А-В) 2Т319 (А-В) ШБЗ. 365. 007ТУ СБ0. 336. 015ТУ СБ0. 336. 016ТУ ЖКЗ. 365. 143ТУ ЖКЗ. 365. 144ТУ п — р — п\ freH >60 Мгц п — р — п\ fa> 300 Мгц п — р — п\ fa > 150 Мгц п — р — п\ fa > 120 Мгц п-р-п-, Ртах = = 5 мет-, UK3 = 5 в
Германиевый диод мдз ТТЗ. 362. 089ТУ иобр=|5«
Кремниевый диод 2Д101, 2Д502 КД-901 Б-41 ТТЗ. 362. 007ТУ TT0. 336 001 ТУ ТТЗ. 362. 094ТУ ^обп^ 30 - 100 » <бр=10в Уобр = 5«
Кремниевый стабилитрон 2СМ180 и др. 2СМ133 и др. СМ3. 362. 801 ТУ СМ3. 362. 806ТУ (/ст = 7-г14в
Непроволочный резистор С2-12 СЗ-З СЗ-2 ОЖ0. 467. 055ТУ ОЖО. 467. 056ТУ Р = 0,05; 0,125; 0,25 вт Р = 0,025 4- 0,125 в
Проволочный резистор С5-15 МПР-4 ЮЫ0. 467. 005ТУ ТКС = 4- (1,54-6) X X 10-5 град—1
Керамический конденсатор КМ-(4в—5в) КМК-(2а—За) К Ю-9 ОЖО. 460. 043ТУ ОЖ0. 460. С60ТУ ОЖО. 460. 068ТУ С = 16 пф ч- 0,15 мкф С — 16 пф 4- 0,047 мкф С — 2,2 пф 4- 0,47 мкф
Оксиднополупроводниковый конденсатор КОПМ-а К53-10 ОЖО. 464. 064ТУ ОЖО. 464. 085ТУ С = 0,047 4- 10 мкф С =- 0,047 4- 100 мкф
Импул ьсный трансформатор ММТИ-а ММТИ-а ОЮО. 472. 038ТУ ОЮО. 472. 093ТУ Сердечник из феррита Сердечник из пермаллоя
Катушка индуктивности ИФМ-а ОЖО 475. 000ТУ —
Дроссель — ЭР5. 777. 182 —
245
Основные технические
Система Состав системы Рабочая частота, кгц Напряжение питания и смещения, в Мощность, потребляемая основным ПММ системы (не более), мет
основные ПММ вспомогательные ПММ
Потенциальная Инвертор 4Н02 6К01 1000 +6,3 60
Потенциальная Инвертор 6П01 9А01; 9Г0Г, 8К01 800 + 6,3; —12,6 50
Потенциальноимпульсная СИПЭ-С5 Инверторы 2И51 и 2И52, вентили ЗЛ41 и ЗЛ42 5У4Г, 2У31; 5У51; 2Э71; 1Г71 500; 125 +6,3;—12,6 20
Потенциальноимпульсная по схемам «Ключ» Инверторы ЗИ31 и 2Т71 6Г04; 6Г05 3000 +6,3 72
Динамическая Инвертор 5С71 5С72; 4Л71; 1П9; 6Ц21 2ВН-1; ВН-2 2000 —5 8
Динамическая Инверторы 1-ИД-1 и 1-ИД-2 1000 -3,3; —1,2 40
Ряд функциональных узлов для аналоговых вычислительных устройств Преобразователи напряжения 1П51 и 1П31 4Ц2; ЗУ1 + 10; —2
вручную путем пайки припоем ПОС-61 и приклеиванием контактолом марки К-1; г) визуальная, электрическая и параметрическая проверка готового микромодуля.
При серийном производстве ПММ сборку микроэлементов па плате и монтаж соединений (пайку или склеивание контактолом) целесообразно выполнять пооперационно, конвейерным методом. Это относится к микроэлементам как обычного, так и таблеточного исполнения.
Эксплуатационную надежность РЭА, выполненной на основе ПММ, повышают отбраковкой дефектных микромодулей в процессе пооперационного контроля и во время проверки их выходных параметров, а также тренировкой ПММ в ходе их изготовления. Целью такой технологической тренировки ПММ является не только выявление неполноценных образцов, но и осуществление дополнительной полимеризации герметизирующего влагозащитного состава.
Технологическая тренировка бывает электротермической и термической. Первой подвергаются микромодули, содержащие в своем составе микротранзисторы, второй — микромодули, содержащие в своем составе либо микродиоды и пассивные микроэлементы, либо только пассивные микроэлементы (фильтры, линии задержки и др.).
Электротермическая тренировка проводится в такой последовательности: а) измерение параметров ПММ на контрольном стенде в нормальных условиях (микромодули, имеющие отклонения по параметрам от норм ТУ, тренировке не подлежат); б) установка ПММ в специальные приспособления (типа ПР-44213); в) установка приспособлений с ПММ в специальные шкафы или термостаты с температурой 4-68±5°С; г) включение напряжения питания в прерывистом режиме (номинального для автоколебательных схем и повышенного на 20% Для всех остальных схем); продолжительность включения 5—10 мин\ продолжительность выключения 0,5—1 мин\ продолжительность тренировки — не менее 96 ч\ д) измерение параметров ПММ при крайних значениях температур по окончании тренировки.
В процессе тренировки ведется непрерывное наблюдение по приборам за общим током, питающим напряжением и температурой.
246
характеристики систем ПММ
Таблица 6'2
Задержка сигнала основным ПММ, мксек Коэффициент разветвления основного ПММ по выходу Число ПММ системы, используемых в схеме ячейки счетчика Возможность помодульного резервирования Помехоустойчивость, в Амплитуда импульсов, в Длительность импульса, мксек Потенциал верхнего уровня, в Потенциал нижнего Л уровня, в
от ДО от ДО
0,04—0,3 3 4 Нет 0,25 0 —0,3 —3,2 -6.5
0,25 4 4 Нет 1,5 — — -0,5 1,2 -3,4 —6
0,35 3 4 Нет 1,5 6 1-3; 3-0,6 0 —0,3 — -6
0.12 3—4 1 (4) Нет 1,0 3-7 0,1 0 -0.8 -4,7 —6,3
0,25 10 4 Да 0,2 1,2 0,75 — — — —
0,5; 0,25 3 4 Да — 0,5 0,4—0,65 — — — —
Термическая тренировка предусматривает измерение электрических параметров ПММ в нормальных условиях до тренировки, установку микромодулей в специальные термошкафы или термостаты с температурой +68±5°С и выдержку их там в течение 96 ч. По окончании тренировки производится измерение электрических параметров ПММ при крайних значениях рабочих температур.
Микромодули, электрические параметры которых после прохождения технологической тренировки соответствуют ТУ (НОКО.054.001), могут применяться в судовой РЭА, эксплуатируемой при рабочей температуре, циклически изменяющейся в диапазоне от —60 до +70° С, относительной влажности воздуха 98% (при +40° С в течение 30 суток), пониженном атмосферном давлении до 5 мм рт. ст., в условиях инея и росы, морского тумана, а также в среде, зараженной плесневыми грибками.
Конструктивное оформление ПММ позволяет использовать их в РЭА, подверженной мощным внешним механическим воздействиям: вибрационным нагрузкам в диапазоне частот от 10 до 5000 гц с ускорением 40 g, многократным ударам с ускорением до 150 g, одиночным ударам с ускорением до 1000 g и линейным ускорениям до 150 g.
Минимальное значение вероятности безотказной работы ПММ на протяжении 1000 ч испытаний в рабочем режиме — не менее 0,99 (при риске заказчика 0,1). Гарантируемая долговечность ПММ — не менее 5000 ч с сохранением параметров, соответствующих требованиям ТУ на поставку. Срок хранения ПММ — 10 лет.
Микромодули ПММ широкого применения образуют не только отдельные ряды типовых схем, но и функционально полные системы, пригодные для конструирования как цифровых вычислительных машин, так и устройств дискретной автоматики. Основные характеристики систем приведены в табл. 62.
§ 28. Плоские микромодули широкого применения
* Номенклатура ПММ широкого применения, предназначенных для конструирования РЭА (в том числе и судовой), еще не охватывает всего многообразия функциональных логических, импульсных и приемно-усилительных
247
схем, в которых испытывается в настоящее время нужда. Однако эта номенклатура быстро расширяется в результате разработки все новых и новых схем и создания рядом наших предприятий большого числа ПММ частного применения.
В данном параграфе рассматриваются некоторые образцы ПММ, разработанные за последние годы и являющиеся основой микромодульного метода конструирования, с помощью которой создаются высоконадежные в эксплуатации малогабаритные судовые радиоэлектронные устройства дискретной автоматики. Номенклатура охватывает усилители ЗИ и 1 А, предназначенные для усиления импульсов длительностью от 1 до 10 мксек, инверторы 4Н, выполняющие логическую операцию «НЕ», эмиттерные повторители ЗЭ, 1Э и 4Г, схемы совпадения 1И, смесители 4Х, диодно-резисторные цепочки -- ----
Рис. 248. Усилитель ЗИ.
ЗГ, 4Е и 6Г, триггеры 1В и 5Д, унифицированные мультивибраторы ЗД и ЗН, блокинг-генераторы ЗЕ и 4У, сдвоенные резисторно-емкостные цепочки 4С и индуктивно-емкостные цепочки 6С, микромодульные линии задержки МЛЗ. Универсальность перечисленных типов ПММ обеспечивается тем, что каждый из них подразделяется на подтипы, имеющие различные выходные электрические параметры с достаточно широкими частотными и временными диапазонами. Описания типов ПММ, а также электрические схемы и параметры подтипов приведены ниже.
Импульсные усилители ЗИ (рис. 248) предназначены для усиления положительных, отрицательных и биполярных импульсов длительностью от 1 до 10 мксек. Подразделяются на семь подтипов (табл. 63), основные технические характеристики которых приведены в табл. 64.
Универсальные усилители 1А (рис. 249) по составу и параметрам комплектующих элементов, а также по основным входным и выходным характеристикам мало отличаются от усилителей ЗИ, но обладают раздельными выводами резисторов /?1 и /?4, что расширяет их функциональные возможности. Выпускаются
Таблица 63
Параметры комплектующих микроэлементов ПММ-усилителей ЗИ
Шифр схемы Ri, ком Я>, ом Ср мкф с3, пф Микротранзистор
ЗИ01 56 750 0,022 160 М-4Г-4
ЗИ02 20 750 0,022 160 М-4Г-4
ЗИОЗ 8,2 750 0,022 160 М-4Г-4
ЗИ04 56 620 0,022 560 М-5В-3
ЗИ05 20 620 0,022 560 М-5В-3
ЗИ06 8,2 750 0,022 560- М-5В-3
ЗИП 56 1,2 Перемычка 160 М-4Г-4
248
Таблица 64
Основные технические характеристики усилителей типа ЗИ (1А)
Подтип усилителя W с с £Х Потребляемый ток (не более), ма Полярность входного импульса Максимальная амплитуда входного импульса в режиме линейного усиления, в Длительность входного импульса, мксек Входное сопротивление, ком Время за фронта 1 мк переднего 1тягивания импульса, сек заднего Полоса пропускания (не менее), Мгц 1 Коэффициент усиления по напряжению Предельная рабочая температура, СС Вес микромодуля, г
ЗИ01 (1А41) ЗИ02 (1А42) ЗИОЗ (1А43) ЗИО4 (1А44) ЗИ05 (1А45) ЗИ06 (1А46) ЗИП (1А51) Примем ной нагрузки 3 2. Полярш А Б А Б А Б А Б А Б А Б А Б а и и я. 1. : 0 пф и актг эсть импуль 2 7 10 4,5 7,5 11 2,5 Характерно 1вной нагр^ >са: О — отр О Б П О Б П О тики yci гзки 2 Kt >ицатель 1,4 0,4 0,7 1 0,6 0,9 1,6 илителей ти эм. Напрял .ная; П — п< 0,3—10 0,3—10 0,3—10 2—10 2—10 2—10 2—10 па ЗИ (1 А) :ение питан: эложительн 4 4 4 5 5 5 4 приведем и я соста: ая; Б — 0,2 0,2 0,2 0,1 0,2 0,1 0,3 0,1 0,2 0,1 0,25 0,1 0,25 0,15 1Ы ДЛЯ BXOZ вляет —10 в биполярная 0,25 0,25 0,2 0,1 0,25 0,15 0,35 0,15 0,25 0,15 0,25 0,15 0,25 0,15 1НЫХ импул! 1. 10 10 10 1 1 1 2 >СОВ с ЧЭ1 2,5—4,5 3—3,5 2,5—4,5 3,0—3,5 2,5-4 3,0—3,5 2,5—4 3—3,5 2,5—4 3—3,5 2,5—4 3—3,5 3—5 4—5 стотой следов at 70 60 65 65 60 60 70 1ИЯ 10 К21 1,95 1,8 1,9 1,95 1,85 1,9 1,95 4, емкост-
в вариантах А и Б. Вариант Б отличается от варианта А наличием внутренней перемычки между выводами резисторов R2 и Т?4, замыкаемых на корпус. По своим параметрам усилители 1А подразделяются на восемь подтипов, первые семь из которых полностью соответствуют подтипам усилителей ЗИ (см. табл. 64), а восьмой (1А54) отличается от предыдущих как параметрами комплектующих микроэлементов (/?i = 68 ком; 7?3=130 ом; С2 = 620 пф), так и некоторыми основными характеристиками, имеющими следующие значения: потребляемый ток 4 ма, максимальная амплитуда входного сигнала в режиме линейного усиления 0,5 в; входное сопротивление 4 ком; время затягивания фронтов 0,1/0,05 мксек; полоса пропускания — не менее 5000 кгц; коэффициент усиления по напряжению — от 5 до 6.
Инверторы 4Н (рис. 250) являются базовыми ПММ системы элементов с потенциальными связями. Основой этих инверторов служит ключевой усили-
тель на транзисторе М-4Д-Г с диодом 2ДМ502Г в цепи эмиттер — база, управляемый потенциалом и реализующий логическую операцию «НЕ». В сочетании с запускающей диодно-рези
Рис. 249. Универсальный усилитель Рис. 250. Инвертор 4Н.
1А.
сторной цепочкой (ПММ типа 6К01) обеспечивают построение триггеров со счетным входом. Хорошо согласуются с эмиттерпым повторителем ЗЭ, что способствует увеличению их нагрузочной способности. На базе этих элементов могут быть выполнены функциональные микроблоки, реализующие следующие логические операции: а) отрицание конъюнкции («Штрих Шеффера»); б) отрицание дизъюнкции («Стрелка Пирса»),
На основе инвертора 4Н и ряда других ПММ конструируются типовые схемы (например, дешифраторы) или специальные схемы дискретной автоматики (например, схема формирования длительности импульса).
Таблица 65
Параметры комплектующих элементов и основные технические характеристики инверторов 4Н
Шифр схемы R, ком С, пф Напряжение, в Потребляемый ток, ма
питания смещения
4Н02 5,6 150 —6,3 4 6,3 7
4Н03 6,2 180 —5 г 5 6
250
Параметры комплектующих микроэлементов и основные технические характеристики инверторов 4Н02 и 4Н03 приведены в табл. 65. Вес ПММ-инверто-ра — около 2 г.
У инвертора 4Н02 уровень входного потенциала: высокий 1,2 в; низкий 2,2 в; уровень выходного потенциала: высокий 0,25 в; низкий 6,1 в\ предельная
частота переключений 10 Мгц. У инвертора 4Н03 длительность входного импульса — от 0,5 до 5 мксек и амплитуда от 3 до 5 в при частоте повторения 1000 кгц. Длительность фронта выходного импульса составляет 0,25 (0,1) мксек, длительность спада 0,7 (0,5) мксек, амплитуда выходного импульса 4,0 (4,5) в.
Эмиттерный повторитель ЗЭ (рис. 251) предназначен для усиления сигналов по мощности, а также для того, чтобы схемы, обладающие высокоомным выходом, согласовывать с низкоомной нагрузкой. Выпускается в вариантах А—В в зависимости от полярности входного конденсатора. Параметры комплектующих элементов для девяти подтипов этого повторителя приведены в табл.66.
На основе подтипов ЗЭ разработаны универсальные схемы эмиттерных повторителей типа 1Э, отличающиеся от первых в схемном отношении только раздельными выводами резисторов Ri и Т?2 и некоторыми параметрами комплектующих элементов (табл. 66). Электрические схемы эмит-
Рис. 251. Варианты эмиттерного повторителя ЗЭ.
терных повторителей типа 1Э
в зависимости от способа включения входного конденсатора С выполнены в вариантах А—Г, представленных на рис. 252. Основные технические харак-
теристики эмиттерных повторителей ЗЭ и 1Э приведены в табл. 67.
Таблица 66
Параметры комплектующих микроэлементов ПММ-эмиттерных повторителей ЗЭ и 1Э
Шифр схемы Яз с, мкф Микротранзистор
ком
ЗЭ01 (1Э01) 56 4,7 0,62 0,022 М-4Б-4
ЗЭ02 (1Э02) 56 10 1 0,022 М-4Б-4
ЗЭОЗ (1Э03) 11 15 1 0,022 М-4Б-4
ЗЭ04 (1Э04) 4,7 10 1 0,022 М-4Б-4
ЗЭ05 (1Э05) 56 10 1 0,022 М-5В-3
ЗЭ06 (1Э06) 11 15 1 0,022 М-5В-3
ЗЭ08 (1Э08) 10 51 1 10 М-5В-3
(М-2В-3)
ЗЭ11 (1Э11) 10 51 1 0,022 М-5В-3
ЗЭ12 (1Э12) 56 4,7 0,62 0,022 М-ЗГ-З
(М-ЗВ-З)
1Э13 56 4,7 0,62 0,33 М-4Б-4
1Э14 56 10 1 0,33 М-5В-3
251
ьэ Таблица 67
Основные технические характеристики эмиттерных повторителей ЗЭ, 1Э и 4Г на частоту следования входных импульсов 10 кгц
Подтип эмит-терного повторителя Напряжение питания,в +10 \ Потребляемый ток, ма Полярность импульса (сигнала) на входе Амплитуда входного импульса, в Длительность импульса на входе, мксек Входное сопротивление, ком Время затягивания фронтов импульса, мксек Полоса пропускания, гц Спад плоской части импульса, % Выходное сопротивление, ом Вес микромодуля, г
переднего заднего
ЗЭ01 (1Э01) — 10 2 О 6 0,3—10 5 0,2 0,25 — 20 100 1,9
ЗЭ02 (1Э02) — 10 2 О 7 0,3—10 5 0,22 0,2 — 20 100 1,9
ЗЭОЗ (1Э03) — 10 8 Б 2 0,3—10 5 0,2 0,3 — 10 100 1,9
ЗЭ04 (1Э04) + 10 9 П 2 0,3—10 5 0,22 0,2 — 10 100 1,9
ЗЭ05 (1Э05) —10 2,5 О 7 2—10 6 0,2 0,32 — 15 100 1,9
ЗЭ06 (1Э06) —10 8 Б 2 2—10 6 0,2 0,3 — 10 200 1,9
ЗЭ08 — 10 10 С 2 — 6 — 50— — 200 1,9
(1Э08) — 100 000
ЗЭ11 —10 10 С 2 — 6 — — 500— — 200 1,9
(1Э11) —400 000
ЗЭ12 (1Э12) + 10 2,5 П 6 2—10 5 0,22 0,32 — 25 100 1,9
1Э13 — 10 2 О 6 0,3—50 8 0,22 0,3 — 10 100 1,9
1Э14 —10 2,5 О 6 2—50 6 0,2 0,32 — 15 100 1,9
4Г01 — 10 8 О 6 2—50 6 0,2 0,3 — 15 100 1,9
4Г02 -10 8 П 6 0,3—10 8 0,22 0,3 — — — 2,5
4Г03 -но 8 П 6 0,3—10 8 0,2 0,32 — — — 2,5
Примечания. 1. Эмиттерные повторители типов ЗЭ и 1Э выпускаются с коэффициентами передачи 0,6 (группа А) и 0,8 (группа Б).
2. Основные параметры эмиттерных повторителей соответствуют емкостной нагрузке 200 пф и активной нагрузке 510 ом.
3. Полярность импульса: О — отрицательная; П — положительная; Б—биполярная; С — синусоидальная.
Эмиттерные повторители 4Г01— 03 (рис. 253) предназначены для передачи положительных и отрицательных импульсов (потенциалов) и для согласования логических схем, обладающих высокоомным выходом, с низкоомной нагрузкой
Вариант А Вариант б
1 1
Рис. 252. Варианты универсального эмиттерного повторителя 1Э.
Рис. 253. Эмиттерный повторитель 4Г.
Основные технические характеристики этих повторителей приведены в табл. 67; параметры комплектующих элементов таковы: у 4Г01 резисторы по 1 ком, транзисторы — М-4Б-4, у 4Г02 резисторы по 390 ом, транзисторы — 2Т301Ж, у 4Г03 резисторы по 1 ком, транзи-
стор ы — 2Т301 Ж. £* &--------f ----- f 0 Ек
Схемы совпадений 1И01—04 (рис.
254) выполняются в вариантах А Вход 1 и Б, отличающихся друг от друга только полярностью входных диодов. Собраны на диодах МДЗВП. Предназначены для временной селекции положительных (вариант А) и отрицательных (вариант Б) импульсов с частотой следования до 10 кгц. Параметры комплектующих элементов приведены в табл. 68, а основные технические характеристики схем совпадений — в табл. 69.
Смесители импульсов 4X02—03
(рис. 255) по аналогии со схемами совпадений выполняются также в ва-
риантах А и Б, собранных на микро-
диодах МДЗВП. Смеситель 4X02 предназначен для отрицательных, 4X03 —для положительных импульсов. Оба типа смешивают импульсы длительностью 0,5— 5 мксек и максимальной амплитудой 6 в, имеют коэффициент передачи 0,6 (0,85),
253
нормально работают на сопротивление активной нагрузки не менее 510 ом при емкости нагрузки 200 пф. весят не более 2 г. Параметры комплектующих элементов приведены в табл. 70.
Диодно-резисторные цепочки ЗГ (рис. 256) выполняются в вариантах А, Б и В. Состоят из двух отдельных диодно-резисторных цепочек. Друг от друга варианты цепочек отличаются только полярностью включения диодов и параметрами резисторов 7?1. Предназначены для работы в логических устройствах, где выполняют операции «И», «ИЛИ». Подразделяются на двенадцать подтипов и комплектуются из микродиодов МДЗВП и резисторов с параметрами,
соответствующими: для подтипов ЗГ01; ЗГ06; ЗГ12 — 24 ком\ для подтипов ЗГ02 и ЗГ07—12 ком; для подтипов ЗГОЗ и ЗГ08 — 6,2 ком; для подтипов ЗГ04 и ЗГ09 — 2 ком. У подтипов ЗГ05; ЗГ10 и ЗГ11 вместо резисторов устанавливаются перемычки. Подтипы ЗГ01—05, 11, 12 работают с входными импульсами отрицательной, а подтипы ЗГ06—10 — положительной полярности с амплитудой 5 в, длительностью 2 мксек, частотой следования 2 кгц. При сопротивлении
Таблица 68
Параметры комплектующих микроэлементов ПММ-схем совпадений 1И
Шифр схемы « 1 Миктротранзисторы
ком
1И01 12 4,7 М-4Г-4
1И02 6,2 4,7 М-ЗВ-З
1И03 12 6,2 М-4Г-4
1И04 6,2 6,2 М-ЗВ-З
Таблица 69
Основные технические характеристики схем совпадений 1И
Шифр схемы Группа j Напряжение питания, в + 10% Потребляемый ток, ма Входные импульсы Выходные импульсы
Полярность Амплитуда, в Длительность, мксек Входное сопротивление, ком Коэффициент передачи Амплитуда помехи, в Длительность, мксек
переднего фронта спада
1И01 А — 10 3,5 О 5,2 0,5 8 0,6 0,2 0,2 0,32
1И02 Б А + 10 5 п 5,0 3 4 0,8 0,7 0,3 0,1 0,7 0,15 0,3
1И03 Б А — 10 2,5 О 5,2 0,5 8 0,85 0,6 0,3 0,35 0,25 0,1 0,32
1И04 Б А + ю 3,5 п 5,0 3 4 0,8 0,8 0,45 0,1 0,7 0,15 0,3
п Б ! р име ч а н и я I. 1. Ч; астота с ледован ИЯ вход ных им 0,85 пульсов равна 0,35 10 кгц', 0,2 актив-
ное сопротивление нагрузки 0,51 ком", емкость нагрузки 200 пф‘, вес — не более 1,9 г.
2. Полярность импульсов: О — отрицательная, П — положительная.
254
активной нагрузки 820 ом и емкостной нагрузке 200 пф цепочки ЗГ01 —10 имеют коэффициент передачи 0,8(0,85); у цепочек ЗГ11—12 коэффициент передачи равен 0,6(0,8). Весят эти ПММ по 1,9 г.
По аналогии с цепочками ЗГ выполняются и диодно-резисторные цепочки 4Е, предназначенные для выполнения* логических операций «И», «ИЛИ». На рис. 257 представлены варианты А, Б и В схемного исполнения цепочек 4Е, отличающиеся друг от друга ие только числом диодов 2Д502Г и полярностью их включе
ния, но и схемным построением. Параметры комплектующих резисторов приведены в табл. 71. Цепочки 4Е01, 02, 06, 07 работают в устройствах с входными импульсами отрицательной, цепочки 4Е03 — 05 — положительной полярности с амплитудой 10 в, длительностью 2 мксек и частотой повторения 2 кгц. При сопротивлении активной нагрузки 200 ом и емкостной нагрузке 200 пф цепочки 4Е имеют коэффициент передачи не менее 0,85(0,9). Вес цепочки 4Е равен 1,9 г.
Диодно-резисторные цепочки 6Г (рис. 258) выполняются на диодах МДЗ в вариантах А и Б. Обеспечивают логические операции, аналогичные тем, для которых предназначены цепочки ЗГ, и 4Е. Отличаются от них большим числом входов (6) и соответственно большей логической гибкостью.
255
Диодно-резисторные цепочки со схемными вариантами А и Б выполнены на микродиодах МДЗВП и резисторах Ri. В зависимости от полярности входных сигналов варианты А и Б различаются между собой полярностью включения диодов и разными значениями параметров резистора R{. Для подтипов 6Г01 и 6Г02 Ri = 12 ком\ для 6Г03 7?i=l ком. Работая с отрицательными (6Г01) и положительными (6Г02—03) входными импульсами с амплитудой 5 в, длитель-
8арий нт 4
вариант Б
Рис. 256. Варианты диодно-резисторных цепочек ЗГ.
ностью 2 мксек, частотой повторения 2 кгц, диодно-резисторные цепочки при сопротивлении активной нагрузки 820 ом и емкостной нагрузке 200 пф имеют коэффициент передачи не менее 0,8(0,85). Вес цепочки 6Г равен 1,9 г.
Таблица 70
Параметры комплектующих микроэлементов ПММ-смесителей импульсов 4Х
Шифр схемы R, ком. Микротранзистор
4X02 12 М-4В-4
4X03 4,7 2Т301В
Таблица 71
Параметры резисторов, комплектующих диодно-резисторные цепочки 4Е
Шифр схемы ** | я.
ком
4Е01
4Е02 15 15
4Е03 15 15
4Е04 1,6 27
4Е05 10 10
4Е06 1 12
4Е07 10 10
256
Триггер 1В02 (рис. 259) предназначен для работы в логических устройствах в качестве элемента коммутации электрических цепей, формирования импульсов, деления частоты и счета числа импульсов. Работает при входных
Вариант А
Вариант 5
Рис. 257. Варианты диодно-резисторных цепочек 4Е.
вариант 6
вход 2
1
вход 1
2
Рис. 258. Варианты диодно-резисторных цепочек 6Г.
5
вход 5
6 вход 6
7
—0 „ выход
импульсных сигналах положительной полярности с минимальной амплитудой 4±2 в (3,5± 1 в) и частотой их следования 1500 кгц. Выходные импульсы имеют амплитуду не менее 6 в, длительность фронта 0,25 (0,1) мксек, длительность спада 0,4 мксек. Нагрузкой может быть активное сопротивление не менее 5,1 ком и емкость 51 пф. Вес триггера 4 г.
257
15
0---
выход 1
i 51
нь
вход1 "
Рис. 260. Триггер 5Д.
4, 5, 8 и 9 — контрольные точки.
258
Таблица 72
Параметры микроэлементов унифицированных мультивибраторов ЗД
Шифр Ri Ri Си пф С2. мкф Шифр Ri R* Clt пф С2, мкф
схемы ком схемы ком
ЗД01 15 27 240 0,047 ЗД15 27 27 330 0,068
ЗД02 30 27 330 0,047 ЗД16 24 22 330 0,1
ЗДОЗ 30 27 330 1,0 ЗД17 24 36 240 0,1
ЗД04 27 24 330 2,2 ЗД18 24 36 240 0,1
ЗД05 12 24 330 0,0047 ЗД19 18 22 330 0,22
ЗД06 13 24 330 0,0022 ЗД20 22 22 330 0,33
ЗД07 15 24 240 0,0047 ЗД21 12 22 330 0,47
ЗД08 15 24 240 0,47 ЗД22 18 18 330 10
ЗД09 12 24 330 0,0075 ЗД23 27 30 240 1,5
ЗД10 15 24 240 0,0047 ЗД24 11 30 330 з,з
здн 15 24 240 0,0047 ЗД25 12 30 330 4,7
ЗД12 15 24 240 0,045 ЗД26 27 30 240 4,7
ЗД13 11 24 330 0,033 ЗД27 20 24 330 4,7
ЗД14 12 24 330 0,047 ЗД28 22 24 330 1,0
При [ м е ч а ние. / Хля ПОД' гипов ЗД06, ЗД07, ЗД09 и ЗД13 к клемм ам 20 и 16 (рис. 261)
подключается конденсатор С3 емкостью 2200 пф. Для подтипов ЗД02, ЗДН, ЗД18, ЗД26 и емкостью (соответственно
ЗД27 к клеммам 20 и 16 подключается внешний конденсатор С4 подтипу) 1,0; 0,01; 0,1; 0,015 и 0,022 мкф.
Триггер 5Д03 (рис. 260) выполняет в логических устройствах и приборах дискретной автоматики те же функции, что и триггер 1В02, но отличается от него не только схемой, но и параметрами входного и выходного сигналов. Рабо-
Рис. 261. Ждущий мультивибратор ЗД.
тает от входного синусоидального сигнала с минимальной амплитудой 3±1 в, частотой его следования 1500 кгц и длительностью фронта запускающего сигнала 0,1—0,3 мксек.
259
ГО 8
со со со со со со со со со со COCOQOCOCOCOCOCO со сососо Й Й Й in fa fa fa to to to — — •— •— — >— — — — — ooooo О ООО tO — О О 00 -о О сл Ф СО to — О О 00 -xj О СЛ Ф СО tO — Шифр схемы
1+ 1+ 1+ 1+ + 1+ 1+ 1+“*- + + + + + + ++ н- 4- + + + — — — — — )—* >—‘ М )—<> О О СЛ СЛ О СЛ СЛ О СЛ СЛ ОСЛОСЛОСЛСЛО СЛ СЛ О СЛ Напряжение смещения, в
со ~со со JO со со со со со со сосососососососо со сососо СЛ сл О О СЛ О О сл О О СЛ О СЛ О ~СЛ О "*О ~СЛ "о О "сл СЛ Потребляемый ток цепи питания (не более), ма
оооооооо ооооооооооооо 00 95 00 92 00 9° 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 to to to to 00 to to to to to to to to Потребляемый ток цепи смещения (не более), ма
00ОСЛСл2£Г00ОФЬЭ — 7г — СП СЛ Ф О О ° сл О О О о 2 2 о СО О СЛ Сл2оСООООиО О о о о о о Р 2 ° о о о о 3 о 14. 2 14-14- 3 2 2 о о 14- 14- 14- |4- 1+ |_|_ 14- 14- |4- |4- 14- |4 | 4- L- Д Д 1 "Jz о о 5? 1 4- gg gg gg to АэХ gg gg gg gg gg to gg СЛ СЛ СЛ gg 1 + 1 + 1+ gg \o \o \o \o \o \o \o Xp OO \o \o xp X© x© '© \o \o x© *4P \© x© О О x© \© fa? fa? 00 О 00 О xo \o ox ox o\ ox ox o\ o\ x^ XO xo 04 oX oX 04 e\ o\ 6x ox 6x 8x ©X xo ©X <^x cX 04 О О О О СЛ ® ® ох 6\ сх ох хР ©^ > Длительность выходного импульса (мксск) для групп
О Ф tO — — — СЛ 2 — — 222сл°а>оо<отФго-- — — г-> оо ° о о сл 2 2 2 2 2 ° ° w ° сл слоо<от2слфо о ~ о р р о ооо о о о о ооосаэ2оои о 2 2 о 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ i+ 1+ н 1+ 1+ !+ § о 1+ 2 2 2 2 *“* •“ *“* *“* *“* — — — сл'4.слслсл1т i J. — О о О О О СЛ сл СЛ СЛ СЛ СЛ О СЛ Xp 7Z о хО х® — Д сп СЛ V© V© X© X© X© X© х© X© х© хО хО х© X© О4 4/ <э^ СЛ X \© ©^ ©^ ©X ©~х <^Х <5х ^х ох Зх <^Х О'х ©X о~х хР о СЛ X© <£х ©"х ©X X© ©X от
1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ и- 1+ 1+ 1+ н 1+ 1+ 1+ |+ it 4ХЮФ». фх ф- ф. ф. ФЬЭФСОФ-ООООСО ф Ф to ф- О О О ООО О О о О ОООООООСЛ О ООО W* Е X в Е и
Основные технические харак
261
сл сл сл слслсл сл сл сл сл слслслслслслслсл сл слслсл Ю Ю ND ND ND ND "nd ND при нагрузке 4 ком Амплитуда выходного импульса, в
7 7 ' 7,2 7,2 7 7 7,2 7,2 7 7 7 7 7 7,2 7,2 7 7 7,2 7,2 7 7 7 при нагрузке 6,8 ком
©©©NDNDNDOO©NDND«—‘ ‘ ‘ © СЛ О © ND © о О слслсл сл сл сл сл гоюгослослслоо о о о сл сл сл сл сл сл Длительность переднего и заднего фронтов, мксек
ND ND ND ND KD ND ND ND ND ND NDNDNDNDNDNDNDND ND ND ND ND Сл © © Сл © © СЛ СЛ © © ©©©©©©©© © © Сл © Минимальная амплитуда положительных импульсов, в^1,5 в
со со со со со со со со со со сосососососососо со со со со © сл © сл © сл © сл © © ©©©©©©©© © о сл сл 1+ 1+ 1+ Н- 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ ND ND ND ND ND ND ND ND ND ND NDNDNDNDNDNDNDND ND ND ND —‘ Сл Сл Сл СЛ Сл СЛ Сл Сл Сл © СЛСЛ СЛСЛСЛ СЛСЛСЛ © О Сл © Минимальная амплитуда отрицательных импуль- сов, в
ND ND "nd "nd "nd О ОООООООО о о о о СО СО со со со '© © СО © © со СО СО о Длительность входного импульса, мксек
10 10 10 10 10 ,0 10 10 10 10 10 10 10 §
. . СО © © 00 О ND © — ND СО©© ©00 ND ND ©ООО—‘000 О ND О О О О О О © О ОООООООО ND © © О О Ф» О О О О О О О О ОООООООО © ООО Максимальная частота запускающих импульсов, гц
00 00 00 ОО ОО ОО 00 оо оо оо оооооооооооооооо оо оо оо оо ’ —- ND ND ND ND *— ND ND ND ND — ND ND —- ND ND •— Максимальная амплитуда входного импульса, в
4^ фь фх фь фь фх фх фк фх фх фх фх © © © © © © © © © © ©©©©©©©© © © © © Вес (не более),?
© © © © © © © © о О ООО©©©©© © © © о О О О О О О О О О О О О О — О —- — — о о о о Емкость нагрузки, пф
теристики мультивибраторов ЗД
Шифр схемы Напряжение смещения, в Потребляемый ток цепи питания (не более), ма Потребляемый ток цепи смещения (не более), ма Длительность выходного импульса (мксек) для групп Дтвых • , % 'вых
А Б
ЗД23 +1,6 13,5 0,8 15 000±б“« 15 000±20% ±40
ЗД24 11,6 13,5 0,82 25 000±63<>« 25 000 ±20 % ±40
ЗД25 +1,6 13,5 0,8 40 0001“ Г» 40 000 + 20% ±40
ЗД26 +1,6 13,5 0,82 150±20% 150±10% ±20
ЗД27 -I 1,6 13,6 0,8 250±20% 250±10% ±20
ЗД28 + 1,6 13,5 0,82 8 000±“’" 8 000±20% ±40
п р и м е ч а н и е. Технич еские параметры муль .тивибраторов привед ены при напря
Рис. 262.
Мультивибратор ЗЯ.
262
Продолжение табл. 73
Амплитуда выходного импульса, в Длительность переднего и заднего фронтов, мксек Минимальная амплитуда положительных импульсов, ef 1,5 в Минимальная амплитуда отрицательных импуль- сов, в Длительность входного импульса, мксек Максимальная частота запускающих импульсов, гц Максимальная амплитуда входного импульса, в Вес (не более), г Емкость нагрузки, пф
при нагрузке 4 кои при нагрузке 6,8 ком
от до
5 7 50 2,6 3,5+2,5 7 70 8,2 4,6 150
5 7 50 2,5 3,6+2,5 7 20 8 4,5 150
5,2 7,2 50 2,6 3,5+2,5 7,2 12 8,2 4,6 150
5,2 7,2 12,5 2,6 3,6+2,5 7,2 3000 8,2 4,5 100
5 7 25 2,6 3,6+2,5 7 2000 8 4,6 100
5 жении 1 7 питания 50 — 10 в 1 2,5 л активь 3,5+2,5 юй нагрузке 6,: 7 8 ком. 60 8,2 4,5 150
При сопротивлении активной нагрузки 3 ком и емкостной нагрузке 51 пф на выходе схемы формируются импульсы с амплитудой не менее 6 в, длительностью фронта 0,1 мксек и длительностью спада 0,3 мксек. Вес триггера 4 г.
Рис. 263. Блокинг-генератор ЗЕ01.
Таблица 74
Параметры микроэлементов мультивибраторов ЗН
Шифр схемы Я, R2 с,
ком пф
ЗН01 20 48 1500
ЗН04 27 22 430
ЗН05 38 27 1500
ЗН06 10 — 3000
ЗН07 30 27 3000
Низкочастотный ждущий мультивибратор ЗД (рис. 261) имеет 28 подтипов, отличающихся друг от друга как параметрами комплектующих элементов, так и длительностью выходных импульсов и частотой их следования. Предназначен для генерирования прямоугольных импульсов отрицательной полярности длительностью от 40 до 40 000 мксек. Параметры комплектующих 263
Основные технические характе
Шифр схемы Напряжен ие смещения, в Ток в цепи питания (не более), ма Ток в цепи смещения (не более), ма Минимальная амплитуда запускающего импульса, в Длительность входных импульсов, мксек
отрицательной полярности положительной полярности от до
ЗН01 + 1,5 13,6 0,82 2,6zt 1,5 3,6zt2,5 о,3 10,2
ЗН04 + 1,6 13,5 0,8 2,5 zt 1,5 3,6zt2,5 0,3 10
ЗН05 + 1,6 13,6 0,82 2,6 ±z 1,5 3,5zt2,6 0,3 10,2
ЗН06 + 1,5 13,5 0,8 2,5 ±z 1,5 3,6zt2,5 0,3 10
ЗН07 + 1,6 13,6 0,82 2,6 zt 1,5 3,5zt2,6 0,3 10,2
Примечание. Технические характеристики мультивибраторов приведены при
элементов приведены в табл. 72, а основные технические характеристики — в табл. 73.
Ждущий мультивибратор ЗН (рис. 262) имеет пять подтипов, собранных
на транзисторах М-5А-3 и диодах МДЗВП и предназначенных для генериро-
вания коротких прямоугольных импульсов отрицательной полярности длительностью от 6 до 30 мксек. Параметры комплектующих Таблица 77 Параметры комплектующих микроэлементов сдвоенных 7?С-цепочек 4С
элементов приведены в табл. 74, а основные технические характеристики — Шифр схемы R, | R, ком Конденсаторы
в табл. 75. Ждущий блокинг-гене-ратор ЗЕ01 (рис. 263) соб- Таблица 76 Параметры комплектующих конденсаторов блокинг-генераторов 4У 4С01 4С02 4С03 4С04 4С05 4С06 4С07 4С08 4С09 4С10 4С11 4С12 4С13 4С14 4С15 4С16 4С17 4С18 4,3 2,4 1,8 | 1,6 1,0 0,68 0,47 0,43 0,24 0,1 4,3 I 0,43 2,4 1 0,43 4,3 0,24 0,68 3 0,75 I — 1,2 1 20 0,062 К53-2-15-6,8
Шифр схемы Ci П( са К 53-2-6-3,3
4У16 4У17 4У18 4У19 6 800 15 000 6 800 15 000 ) К53-2-6-15 | К53-2-10-0,1 К53-2-15-6,8
ран на транзисторе М-4В-4 и диодах МДЗВП. Предназначен для генерирования импульсов положительной и отрицательной полярности длительностью от 0,3 до 10 мксек. Амплитуда запускающих импульсов — от 2,8 до 8 в при частоте следования 10 кгц. Генерируемые выходные импульсы имеют длительность 17 мксек, амплитуду 5 в, длительность переднего и заднего фронтов — не более 1,5 мксек при активной нагрузке 510 ом и емкостной нагрузке 51 пф.
264
Таблица 75
ристики мультивибраторов ЗН
е; 2 ад О S м ад К CQ * Н s ° . о х о ад З'чсс Максимальная амплитуда входных импульсов, в Длительность выходных импульсов, мксек Амплитуда выходных импульсов (в) при нагрузке Длительность фронтов, мксек Вес (не более), г
группа А группа Б 4 ком 6,8 ком
40 30 20 20 15 напряжени 8,2 8 8,2 8 8,2 и питания - 10 ± 20% 6,3.±20% 15 ±20% 25 ± 20% 30 ± 20% -10 в, емкости 1 10 ± 5% 6,3 ±5% 15 ±5% 25 ± 5% 30’±5% <агрузки 51 пф 5 5,2 5,2 5 5 и сопротив. 7 7,2 7,2 7 7 лении нагр] 1 1,5 2 2 2 )гзки 6,8 л 4,55 4,6 4,55 4,65 4,5 гом.
Таблица 78
Основные технические характеристики сдвоенных /?С-цепочек 4С
Шифр схемы Напряжение питания (не более), в Ток нагрузки (не более), ма В нормальных условиях и при механических испытаниях Изменение климатических и прочих условий относительно нормальных условий Вес, г
сопротивление, ом ± 20% емкость (не менее), мкф сопротивление, % емкость, % ток утечки, мка
4С01 -15 1 2200 5 ±20 ±35 76 1,9
4С02 -15 2 1200 5 ±20 ±35 75 1,8
4С03 —15 3 820 5 ±15 ±36 76 1,9
4С04 -15 5 510 5 ±15 ±36 75 1,8
4С05 -15 7 330 5 ±20 ±35 76 1,8
4С06 -15 10 240 5 ±20 ±35 75 1,9
4С07 -15 10 200 5 ±20 ±36 75 1,9
4С08 -15 20 120 5 ±15 ±35 76 1,8
4С09 -15 45 51 5 ±20 ±35 76 1,8
4С10 -15 1 о So СЧ ф сч сч IIII 5 ±20 ±36 75 1,9
4С11 -15 2 о сч IIII 5 ±20 ±35 76 1,8
4С12 —6 1 2200 2,2 ±15 ±36 75 1,9
4С13 -6 8 120 11 ±20 ±35 75 1,9
4С14 —6 3 330 11 ±20 ±36 76 1,8
4С15 -10 2 1500 0,04 ±15 ±36 76 1,9
4С16 -10 3 /± = 390 0,04 ±15 ±35 75 1,8
4С17 -10 5/0,1 R, = 520 Rs = 12 000 0,04 ±20 ±36 76 1,9
4С18 -15 8 31 5 ±20 ±36 76 1,4
При м е ч а н 1 не. В но •рмальных усл< ЭВИЯХ И П{ ?и механ! 1ческих г шпытани: ях ток
утечки не превышает 50 мка у микромодулей группы А и 10 мка у микромодулей группы Б.
265
Рис. 264. Ждущий
Диоды (помимо особо
блокинг-генератор 4У.
обозначенного) — МДЗВП.
Рис. 265. Сдвоенная 7?С-цепочка 4С.
18
0,015
05
I
1 08
Рис. 266. Сдвоенная LC-цепочка 6С.
266
Ждущий блокинг-генератор 4У (рис. 264) на транзисторе М-5В-3 предназначен для генерирования импульсов положительной и отрицательной полярности. Параметры комплектующих конденсаторов приведены в табл. 76. При напряжении питания —10 в и напряжении смещения 4-1,5 в нормально работает при следующих параметрах запускающих импульсов: амплитуда — от 3,5±2,5 до 8 в по обоим входам, но с разной полярностью импульсов (вход 1 — отрицательные, вход 2 — положительные импульсы), частота следования 15 кгц (для подтипов 4У16 и 4У18) и 10 кгц (для подтипов 4У17 и 4У19), длительность импульсов — от 0,3 до 10 мксек. Будучи нагружен активным сопротивлением не менее 510 ом и емкостью 100 пф, имеет на выходе импульсы с параметрами: длительность 2,5 мксек (для подтипов 4У16 и 4У17 с допусками ±50%; ±20%; ±10%) и 4 мксек (для подтипов 4У18 и 4У19 с допусками ±25%; ±10%; ±5%), амплитуда 7 в, длительность переднего и заднего фронтов — не более 1 мксек. Вес — не более 4,5 г.
Сдвоенная /?С-цепочка 4С (рис. 265) является низкочастотным фильтром и предназначена для фильтрации помех в цепях питания, а также для обеспечения устойчивой работы импульсных схем. Параметры комплектующих элементов приведены в табл. 77, а основные технические характеристики — в табл.78.
Сдвоенная LC-цепочка 6С (рис. 266) является высокочастотным фильтром и предназна-
чена для фильтрации помех в це- Рис. 267. Микролиния задержки МЛЗ. пях питания с напряжением не выше 15 в. Вес — не более 1,9 г.
Микролиния задержки МЛЗ (рис. 267) предназначена для выполнения различных логических операций в схемах дискретной автоматики на основе временной задержки сигнала в диапазоне от 0,25 до 1 мксек. Основные технические характеристики подтипов МЛЗ приведены в табл. 79.
Таблица 79
Основные технические данные микролиний задержки МЛЗ
Подтип МЛЗ Время задержки, мксек. Допуск на время задержки, % Полоса пропускания не менее (Мгц) на уровне
0,7 0
0,25-150 0,25 ±20 5,5 10
0,25-300 0,25 ±20 5 10
0,5-300 0,5 + 10 3,2 4,5
0,25-600 0,25 +20 5 10
0,5-600 0,5 ±ю 3,2 4.5
0,25-1200 0,25 +20 5 10
0,5-1200 0.5 ±10 2,7 4,5
1-1200 1 + 10 1,2 2
0,5-2400 0,5 ±ю 2,2 4,5
0,5-150 0,5 ±ю 2,2 4,5
1-300 1 ±ю 1,9 4,5
1-600 1 ±ю 1,9 4,5
П р и м е ч а н и е. Коэффициент отражения для микромодулей МЛЗ группы А — от
0 до 20%, группы Б — от 0 до 10%.
267
§ 29. Система ПММ с потенциальными связями
Система ПММ с потенциальными связями строится на основе инвертора 4Н02 и ряда вспомогательных элементов: эмиттерных повторителей ЗЭ01, ЗЭ04 и ЗЭ05, мультивибратора ЗН01, £М?С-цепочки 6К01 и линий задержки МЛ3-0,5-1200 и МЛЗ-1-1200.
Все схемы этой системы питаются от источников напряжения —12,6 в, —6,3 в и 4-6,3 в с допустимой нестабильностью ±3%. Стандартными сигналами
связи ПММ в схемах являются перепады потенциалов от высокого уровня (—0,34-4-0,6 в) до низкого уровня (—3,24—6,5 в). Максимальная рабочая частота логических устройств, выполненных на основе описываемой системы, составляет не менее 1 Мгц. Нагрузочная способность на рабочей частоте — до трех инверторов. Максимально допустимая по-
меха — импульсы с амплитудой 0,2 в любой полярности и длительности.
Инвертор 4Н02 (см. рис. 250) представляет собой ключевой усилитель на микротранзисторе. Под воздействием управляющего потенциала реализует логическую операцию «НЕ».
Вспомогательные микромодули хорошо согласованы друг с другом и с базовым инвертором по характеристикам «вход — выход» и в определенных комбинациях образуют ряд функциональных построений для выполнения заданных сложных логических операций. Так, цепочка-вентиль 6К01 на диодах ДМ1ДН (рис. 268) в сочетании с инвертором 4Н02 образует схему триггера со счетным входом.
Увеличению нагрузочной способности логических построений способствует то, что
в системе предусмотрены эмиттерные повторители ЗЭ01, ЗЭ04, ЗЭ05 (см. рис. 251).
На основе инвертора, микролиний задержки МЛЗ и мультивибратора ЗН01 (см. рис. 262) можно построить типовые схемы: «Стрелку Пирса», «Штрих Шеффера», дешифратор, схему формирования длительности импульса и ряд других.
Установка <0 £>
Установка << 1
Рис. 269. Типовые схемы, выполнен а — «Щтрих Шеффераэ; б — «Стрелка
268
Принципиальные блок-схемы некоторых функциональных узлов приведены на рис. 269.
Основные технические параметры ПММ, образующих систему элементов с потенциальными связями, были приведены в § 28.
§ 30. Система унифицированных ПММ для логических устройств автоматики
Система унифицированных ПММ с потенциальными связями для устройства дискретной автоматики и вычислительной техники представляет собой совокупность базового ПММ-инвертора 6П01 и вспомогательных ПММ: усилителя 8К01 и двух диодно-резисторных цепочек 9А01 и 9Г01.
Питание всех основных и вспомогательных ПММ этой системы, а также функциональных узлов, выполненных на их основе, осуществляется от источников напряжения — 6,3 в и —12,6 в с допустимым отклонением от номинала ±10%, вызываемым, в частности, нестабильностью источника питания и пульсацией напряжения. Верхний уровень потенциального сигнала составляет от —0,5 до —1,2 в, нижний уровень потенциального сигнала — от 3,4 до —6 в, потребление тока по одному входу равно 1,5 ма. Зона чувствительности: без усиления по мощности — от 1,5 до —2,5 в; с усилением по мощности — от 2 до —3 в. Длительность входного сигнала 0,3 мксек. Разность температур между любыми ПММ системы, входящими в логическое устройство, не превышает 20° С.
Микромодульный инвертор 6П01 на транзисторе М-4Б-4 (рис. 270) выполняет функцию инверсии «И — ИЛИ — НЕ», а также усиления сигнала по мощности.
Микромодульные диодные цепочки 9А01 (рис. 271) и 9Г01 (рис. 272) на диодах МДЗ при совместной работе с инверторами 6П01 реализуют в логических схемах при подаче нижних уровней потенциальных сигналов функции «И — ИЛИ», а при подаче верхних уровней сигналов — функции «ИЛИ — И». Использование дополнительных входов диодных цепочек позволяет увеличить число входов на схемы «И».
Микромодульный усилитель сигнализации 8К01 (рис. 273) на транзисторах М-5В-3 не выполняет какой-либо логической функции. Являясь усилителем тока, он предназначен для увеличения нагрузочной способности элементов конструируемого логического устройства.
Примеры схемных решений некоторых логических узлов и отдельных устройств дискретной автоматики, выполненных на ПММ данной системы с потенциальными связями, приведены в § 35.
ные на основе инвертора 4Н02:
Пирса»; в — триггер; г — дешифратор.
269
to о
г
вход 1 0------
3
?------и
4
вход 2 а------
-0 Выход 1
-0 -12,6 в
6
0--------------;---- у
вход 3 0------И ----------- "----М-----------0 Выход 2
Вход Ч 0------Н------------------1 i---------0 -12,68
Рис. 271. Диодная цепочка 9А01.
мдз.
Рис. 273. Усилитель сигнализации 8К01.
Диоды: Дх—Дз—МД1В; Д4—МДЗ; Д5—МД1ВП.
§ 31. Система ПММ с импульсно-потенциальными связями СИПЭ-С5
Система ПММ с импульсно-потенциальными связями СИПЭ-С5 предназначена для конструирования специализированных цифровых вычислительных устройств. В состав системы входят четыре основных унифицированных ПММ: инвертор высокой частоты 2И51; инвертор низкой частоты 2И52;
Рис. 275. Вентиль ЗЛ.
271
3
-0 6,36
Выход
Рис. 276. Импульсный усилитель 5У31.
Рис. 277. Импульсный усилитель повышенной стабильности 5У51.
278. Усилитель тока 5У41.
272
вентиль высокой частоты ЗЛ41; вентиль низкой частоты ЗЛ42 и шесть вспомогательных унифицированных ПММ, к которым относятся: импульсный усилитель 5У51; импульсный усилитель 5У31; усилитель тока 5У41; эмиттерный повторитель 2Э71; генератор импульсов 1Г71; диодная сборка 4Л43.
Основные и вспомогательные ПММ этой системы питаются от равных напряжений питания и смещения (отличающихся только полярностью) ±6,3 в± ±10%; исключение составляет усилитель тока 5У41, напряжение питания которого составляет —12,6 в ±10%. Стандартными импульсными сигналами являются импульсы положительной полярности, когда пауза между импульсами соответствует нижнему уровню напряжения, а вершина импульса — верхнему уровню напряжения. Потенциальные входные сигналы имеют два уровня напряжений. нижний (или уровень «1»), соответствующий напряжению на коллекторе закрытого транзистора —6 в; верхний (или уровень «0»), соответствующий
напряжению на коллекторе насыщенного транзистора —0,3 в. Микромодули системы и устройства, выполненные из них, имеют рабочие частоты 500 и 125 кгц.
Микромодульные инверторы 2И51 (высокочастотный) и 2И52 (низкочастотный) на транзисторе М-4Д-4 имеют общую схему (рис. 274) и отличаются друг от друга только параметрами двух комплектующих элементов: в инверторе 2И52 вместо резистора сопротивлением 220 ом стоит резистор сопротивлением 500 ом и вместо конденсатора емкостью 560 пф — конденсатор емкостью 1000 пф. В логическом и схемном отношениях каждый из них представляет собой потенциальный инвертирующий усилитель с диодной логической схемой «И — ИЛИ» па входе.
Микромодульные вентили типов ЗЛ41 (высокочастотный) и ЗЛ42 (низкочастотный), так же как и инверторы, имеют общую схему (рис. 275) и отличаются друг от друга типами межкаскадных импульсных трансформаторов. Собраны на диодах МДЗВП и транзисторе М-4Д-4.
Оба вентиля в логическом и схемном отношении представляют собой импульсно-потенциальные схемы с неинвертирующими импульсными усилителями и с диодной схемой совпадения «И» отрицательных потенциалов (запоминанием потенциала на время действия импульсов). Вентили реализуют операцию управления прохождением импульсов со стороны потенциального сигнала.
Импульсные усилители 5У31 (рис. 276) и 5У51 (рис. 277) на диодах 2Д502А и транзисторах М-4Д-4 совместно с инверторами 2И51 и 2И52 образуют ряд логических узлов, например кипп-реле. В схеме кипп-реле согласующим элементом служит вспомогательный навесной диод. У усилителя 5У51 стабильность /2 10 п. Д. Всрхопятницкий 273
работы выше, чем у усилителя 5У31. Тот и другой рассчитаны на подключение внешних конденсаторов связи.
Усилитель тока (индикации) 5У41 (рис. 278) на диодах 2Д502Д представляет собой мощный инвертор, который может быть использован в низкочастотных логических схемах в качестве оконечного каскада и элемента согласования с низкоомной нагрузкой.
12 в
0 0
if 0
0 0
К к
0 0
ю 4
6 0
0
if
К
0 3
Рис. 281. Диодная сборка 4Л43.
Эмиттерный повторитель 2Э71 (рис. 279) на транзисторах М-4Д-4 и диодах МДЗ состоит из двух электрически не связанных между собой схем: собственно эмиттерного повторителя с разрядными диодами и диодной логической схемы. Применяется для увеличения нагрузочной способности конструируемого логического устройства или для уменьшения шунтирующего влияния емкостной нагрузки.
274
Микромодульный генератор импульсов 1Г71 (рис. 280) на транзисторах М-4Д-4 предназначен для работы с внешним кварцевым резонатором на частоте 1 Мгц. Выполнен по типовой схеме емкостной трехточки с формирователем импульсов на выходе. Выходные импульсы имеют характерные для системы СИПЭ-С5 уровни ограничения и длительность около 0,5 мксек. Выход подключен непосредственно ко входам вентилей. Начальная рабочая точка генератора находится в центре активной области характеристики, что обеспечивает мягкий режим возбуждения колебаний. Частотный режим генератора можно изменить, подключив к нему дополнительные навесные конденсаторы.
Микромодульная сборка 4Л43 на диодах МДЗ (рис. 281) состоит из пяти электрически не связанных между собой цепочек. Как вспомогательный элемент системы может быть использована для выполнения логической операции «И — ИЛИ», хотя обычно применяется для увеличения числа входов основных элементов системы — инверторов и вентилей.
Некоторые типовые функциональные узлы цифровых вычислительных устройств, выполненных на основе микромодулей системы СИПЭ-С5, описаны в § 35.
§ 32. Импульсно-потенциальные элементы системы „Ключ"
Эта система импульсно-потенциальных микромодульных элементов выполнена по типу системы СИПЭ-С5 и имеет аналогичное назначение, но отличается от нее составом комплектующих ПММ и некоторыми основными характеристиками.
В комплект системы входит базовый ПММ-инвертор ЗИ31 и три вспомогательных микромодуля: триггер 2Т71 и диодные цепочки 6Г04 и 6Г05.
Питание основных и вспомогательных ПММ системы осуществляется от источников тока с напряжениями питания и смещения, равными по величине (±6,3 в ±10%) и отличающимся друг от друга только полярностью. Входные потенциальные сигналы системы имеют два уровня напряжения: нижний (от 4,6 до 6 в) и верхний (от 0 до —0,8 в). Стандартными импульсными сигналами в системе приняты импульсы положительной полярности с амплитудой 4—7 в и максимальной частотой следования 3 Мгц. Мощность, потребляемая инверторами, не превышает 72 мет.
х/2 Ю* 275
Базовый инвертор ЗИ31 (рис. 282) на микротранзисторах М-4Д-4 и микродиодах МДЗ выполняет логическую операцию «НЕ». В совокупности с вспомогательными ПММ системы инвертор используется при конструировании функциональных узлов и блоков, содержащих схемы триггера, мультивибратора, кипп-реле и различного рода формирователей.
Микромодульный триггер 2Т71 (рис. 283) на диодах 2Д502В представляет собой схему со счетными и раздельными входами. Триггер служит базовым
Рис. 283. Триггер 2Т71.
ПММ при конструировании логических устройств для счета и деления частоты импульсов.
Диодно-резисторные цепочки 6Г04 и 6Г05 (см. рис. 258) предназначены для реализации логических операций «И», «ИЛИ», а также для увеличения числа входов функциональных узлов, выполненных на основе системы ПММ.
На основе этой системы ПММ осуществляется построение как ряда простейших логических схем на инверторах, так и более сложных устройств с последовательным (относительно источника питания) объединением инверторов (осуществление логической операции «И») или параллельным их соединением для реализации операции «ИЛИ». Счетчики импульсов выполняются на основе триггеров 2Т71.
276
§ 33. Динамические системы ПММ для вычислительных устройств
Динамические системы ПММ для вычислительных устройств представляют собой комплексы основных и вспомогательных микромодульных элементов.
Комплекс элементов с динамическими инверторами типа 1ИД
В основу этой системы положены два динамических инвертора 1ИД. Для расширения логических возможностей основных инверторов в системе использованы в качестве вспомогательных микромодулей две диодные сборки ВН.
В целях снижения числа межмодульных соединений и повышения надежности логических схем, формируемых на базе основных инверторов, система пополнена двумя резервированными инверторами Р-ИД (представляющими собой компоновку в одном корпусе двух динамических инверторов с объединенными входами и выходами) и двумя инверторами 2ИД (представляющими собой схему последовательно соединенных двух динамических инверторов типа ИД).
Питание основных, вспомогательных и объединенных попарно в одном корпусе микромодулей системы осуществляется от источников питания напряжением —3,3 в (со стабильностью ±10% и пульсациями не более 7%) и по цепи смещения с напряжением —1,2 в (допустимые отклонения в диапазоне от 0,9 до 1,8 в). Величина тока, потребляемого одиночным инвертором, не превышает 12 ма, а потребляемого резервированными инверторами не превышает 25 ма. Тактовая частота следования импульсов составляет 1000 кгц. Амплитуда тактовых импульсов равна 12,6±0,5 в, длительность — от 0,3 до 0,6 мксек, длительность фронтов — не более 0,09 мксек. Длительность выходного импульса — от 0,4 до 0,65 мксек, амплитуда — более 0,5 в. Коэффициент разветвления по выходу — 3 инвертора.
Основные микромодули динамической системы — динамические инверторы 1ИД-1 и 1ИД-2 представляют собой функциональные элементы, реализующие логическую операцию «ИЛИ-И» с последующим инвертированием выходного сигнала.
Построенные по одной и той же схеме (рис. 284) на диодах МДЗ и транзисторе М-4Б-4, микромодули отличаются друг от друга только величиной тактовой задержки: инвертор 1ИД-1 осуществляет задержку на 0,5 такта,
277
Рис. 285. Диодная сборка 2ВН-1.
Рис. 286. Диодная сборка ВН-2.
Рис. 287. Резервированный микромодуль Р-ИД-1 (Р-ИД-2).
278
а Инвертор 1ЙД-2—на 0,25 такта. Эта последняя задержка обеспечивается специальным подбором параметров комплектующих элементов (табл. 80).
Вспомогательные микромодули системы — диодные сборки 2ВН-1 (рис. 285) и ВН-2 (рис. 286) представляют собой функциональные элементы динамического комплекса, реализующие логические операции «И» или «ИЛИ». Используются
также для увеличения числа входов при Сборка 2ВН-1 представляет собой две электрически не связанные между собой цепочки из диодов МДЗ, имеющие совершенно одинаковые параметры.
Резервированные микромодули Р-ИД-1 и Р-ИД-2 (рис. 287) на диодах МДЗ и транзисторах М-4Б-4 представляют собой объединение двух динамических инверторов 1ИД-1 (или 1ИД-2) в одном корпусе. Замыкание входных и выходных цепей инверторов — параллельное, шины питания и смещения — общие. Друг от друга инверторы отличаются только параметрами задержки такта и
компоновке схем логических устройств.
Таблица 80
Параметры комплектующих микроэлементов динамического инвертора 1ИД
Шифр схемы С, пф L, мкгн
1ИД-1 330 175 6,8 ком
1ИД-2 120 100 820 ом
параметрами комплектующих элементов, приведенными в табл. 80. Все сказанное относится и к микромодулям 2ИД-1 и 2ИД-2, которые в схемном отношении представляют собой последовательное соединение двух динамических инверторов 1ИД-1 (или 1ИД-2).
На основе комплекса микромодулей динамической системы ПММ реализу-
ются следующие схемы: полусумматор на три входа, сов, генератор серии импульсов и др. Некоторые смотрены в § 35.
сдвигатель, счетчик импуль-из этих схем будут рас-
Комплекс динамических емкостных элементов запрета и задержки
Этот комплекс ПММ представляет собой совокупность динамических емкостных элементов, выполняющих функции запрета и задержки сигнала и предназначенных для компоновки логических схем вычислительных устройств. Состоит из пяти функциональных микромодулей, один из которых — элемент запрета 5С71—является основным. К числу вспомогательных относятся: элемент задержки 5С72, формирователь главных импульсов 1П9, две диодные цепочки 4Л71 и 6Ц21.
Питание основных и вспомогательных ПММ системы, а также логических схем, выполненных на их основе, осуществляется от источника тока с напряжением —5 в и нестабильностью, не превышающей ±5%. Стандартными сигналами связи ПММ-комплекса являются импульсы отрицательной полярности с амплитудой 1,2 в и длительностью 0,75 мксек, на уровне 0,5. Максимально допустимая помеха — импульсы с амплитудой 0,2 в сигнальной цепи. Нагрузочная способность — не более 10 основных элементов ПММ. Максимальная рабочая частота логических устройств, выполненных на основе элементов комплекса,— йе ниже 2 Мгц.
На базе основного элемента комплекса — плоского микромодуля 5С71 (элемент запрета), осуществляющего логическую операцию «НЕ — ИЛИ» с задержкой на полтакта, и вспомогательных элементов 5С72 (элементов задержки), осуществляющих логическую операцию «ИЛИ» с задержкой на полтакта, строятся все основные логические узлы цифровых вычислительных устройств.
Все входящие в данный комплекс элементы имеют схемное резервирование (в одном корпусе две схемы с общими входами и выходами), что значительно повышает надежность конструируемых устройств.
Элемент запрета 5С71 и элемент задержки 5С72 собраны на диодах МДЗ и транзисторах М-4Д-4 (рис. 288). По своему схемному решению они не отличаются друг от друга. Параметрическое и функциональное различие между ними определяется полярностью и амплитудой выходного импульса. У микромо-
279
Дуля 5С71 амплитуда выходного импульса отрицательной полярности составляет 1,2 в, а у микромодуля 5С72 амплитуда положительной полярности равна 2 в. Как правило, оба элемента работают совместно, реализуя логическую опе
Рис. 288. Элементы запрета 5С71 и 5С72.
Рис. 289. Логическая цепочка 4Л71.
Рис. 290. Согласующая цепочка 6Ц21.
Диоды: Д1—Д< — МДЗ; Д5—Д& — 2Д101А.
рацию «НЕ—ИЛИ» с задержкой на один такт. Число входов микромодуля 5С71 можно увеличить до 12, включив на его вход логическую цепочку 4Л71 (рис. 289), собранную на диодах МДЗ.
280
Для согласования уровней сигналов совместно работающих элементов 5С71 и 5С72 применяется согласующая цепочка 6Ц21 (рис. 290).
Вспомогательным элементом комплекса является и формирователь главных импульсов 1П9 (рис. 291), собранный на диодах МДЗВП. Предназначен для совместной работы с генераторами импульсов (Г/Л и ГИ2) в целях формирования тактовых прямоугольных импульсов при входном сигнале синусоидальной формы; требует применения навесных транзисторов, располагаемых вне корпуса на общей соединительной плате.
На основе этой системы можно построить полусумматоры, счетчики, двух-разрядныс сдвигающие регистры с дешифратором и другие узлы, принципиальные схемы которых будут для примера рассмотрены в § 35.
вариант /1
пб оЮ
вход ГИ2 База
Рис. 291. Формирователь главных импульсов
вариант б
ИЬ 010 входГИг База
вход ГИ,
1 1
4 выход ГИ,
1П9.
§ 34. Комплекс ПММ для аналоговых вычислительных устройств
Комплекс микромодулей, предназначенный для построения аналоговых вычислительных устройств, состоит из пяти элементов, основным из которых является усилитель постоянного тока ЗУ 11. В комплекс входят также два преобразователя напряжений 1П51 и 1П31, делитель напряжения 4Ц21 и выходной каскад 1П41. На базе ПММ этого комплекса формируются схемы аналоговых устройств, основанных на время-импульсном методе преобразования входной информации.
Напряжение питания микромодулей этого комплекса равно ±10 в ±10%; для схемы выходного каскада напряжение —27 в ±10%. Напряжение смещения равно +2,5 в ±10%.
Основным элементом любых аналоговых вычислительных устройств является операционный усилитель постоянного тока, к числу существенных недостатков которого относится дрейф нуля, снижающий точность работы устройства и усложняющий его эксплуатацию из-за частой ручной подстройки нуля усилителя. Известно, что от этого недостатка свободны только усилители переменного тока. Поэтому вполне разумным является использование в данном комплексе идеи усиления сигналов постоянного тока с помощью усилителей переменного тока
281
Рис. 292. Преобразователь напряжения 1П51.
Диоды (помимо особо обозначенного) — 2СМ210А.
Выход усилителя
Рис. 293. Импульсный преобразователь 1П31.
282
по следующей схеме: преобразование сигнала постоянного тока в сигнал переменного тока (модуляция) — усиление сигнала — преобразование усиленного сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока (демодуляция). Синхронная модуляция и демодуляция обеспечивают соответствие полярностей выходного и входного напряжений.
Преобразователь напряжения 1П51 (рис. 292) предназначен для преобразования напряжения постоянного тока в прямоугольные импульсы с частотой 400 гц, их усиления и демодуляции.
В соответствии с выполняемыми функциями схема преобразователя состоит из трех каскадов: а) каскада модуляции на транзисторе М-ЗВ-З; б) каскада
Рис. 294. Усилитель постоянного тока ЗУ11.
Транзисторы (помимо особо обозначенных) — 1М115Б. ФК — фазочувствительный канал; УПТ — усилитель постоянного тока.
импульсного усиления на транзисторах 5-5В-3; в) каскада демодуляции на транзисторе 1М115Б.
Импульсный преобразователь 1П31 (рис. 293) предназначен для преобразования напряжения постоянного тока в импульсы прямоугольной формы переменной длительности. Состоит из генератора пилообразного напряжения, эмиттерного повторителя, сравнивающего узла (выполненного на резисторах и предназначенного для выделения части пилообразного напряжения) и триггера, с помощью которого из выделенной (относительно нулевого уровня) части пилообразного напряжения формируются пилообразные импульсы.
Усилитель постоянного тока ЗУ11 (рис. 294) предназначен для усиления напряжения в схеме операционного усилителя.
Импульсный делитель напряжения 4Ц21 (рис. 295) на транзисторах МП предназначен для модуляции управляющего импульса и его последующего сглаживания.
283
Рис. 297. Блок-схема множительно-делительного устройства.
284
Выходной каскад 1П41 (рис. 296) па транзисторах 1М115Б предназначен для переключения управляющих цепей при подаче знакопеременного напряжения.
Комплекс ПММ для аналоговых устройств позволяет конструировать множительно-делительные устройства различного назначения, операционный усилитель, усилитель для управления работой электронного реле и другие схемы.
На рис. 297 для примера показана блок-схема четырехквадратного множительно-делительного устройства, выполненного по время-импульсному методу. Устройство основано на изменении скважности и амплитуды периодических знакопеременных прямоугольных импульсов. Один из сомножителей пропорционален скважности, другой — амплитуде импульсов.
На основе мпкромодулей 1П51 и 1П41 можно выполнить усилитель электронного реле, блок-схема которого приведена па рис. 298. Усилитель может управлять работой электромагнитного реле РЭС-15. Микромодуль 1П51 в схеме усилителя выполняет роль преобразователя, в котором фаза модулированного сигнала определяется полярностью входного напряжения постоянного тока, а полярность выходного сигнала определяется фазой усиленного напряжения переменного тока. Микромодуль 1П41 выполняет роль усилителя мощности, управляющего работой реле РЭС-15.
Рис. 298. Блок-схема усилителя электронного реле.
Рис. 299. Блок-схема операционного усилителя.
При последовательном включении микромодулей 1П51 и ЗУ11 без каких-либо согласующих элементов реализуется схема операционного усилителя, предназначенного для работы в составе как множительно-делительного устройства, так и ряда других устройств, выполняющих операции суммирования входных сигналов постоянного тока, перемены знака (инвертирования), согласования нагрузок, интегрирования, умножения на постоянный коэффициент и т. д. Усилитель, блок-схема которого представлена на рис. 299, имеет два канала усиления. Он обладает сочетанием ряда достоинств: низким уровнем дрейфа нуля, широкой полосой пропускания и большим коэффициентом усиления.
§ 35. Конструирование типовых устройств судовой дискретной автоматики и вычислительной техники на основе ПММ
Функционально полные системы ПММ, рассмотренные в § 29—34, уже использованы в качестве основы многих приборов, устройств и систем судовой радиоэлектронной аппаратуры. Опишем для примера компоновку некоторых наиболее характерных из них.
В судовых автоматических и вычислительных устройствах радиоэлектронной аппаратуры чаще всего используются схемы функциональных узлов, реализующие следующие логические операции: отрицание конъюнкции («Штрих Шеффера»); отрицание дизъюнкции («Стрелка Пирса»); запоминание (триггер). Помимо того, эти функциональные узлы, будучи собраны в различных комбинациях, обеспечивают построение таких функциональных устройств, как дешифратор, формирователь длительности импульса; генератор одиночных импульсов; кипп-реле (мультивибратор с одним устойчивым положением); схема пересчета импульсов (разряд счетчика); схема совпадений и антисовпадений импульсов; сумматор импульсов; сдвиговый регистр импульсов и т. п.
Схемы таких функциональных устройств могут быть выполнены па основе ряда систем ПММ.
285
Так, на рис. 269 были показаны некоторые типовые схемы, выполненные на основе системы ПММ с потенциальными связями. Базовым микромодулем схем «Штрих Шеффера», «Стрелка Пирса», триггера и дешифратора является инвертор 4Н02. Для реализации этих схем необходимо от двух до четырех микромодулей, соединенных друг с другом без помощи каких-либо дополнительных согласующих элементов.
На основе инвертора 4Н02 и линии задержки МЛЗ довольно просто компонуется схема формирователя длительности импульса (рис. 300).
Рис. 300. Блок-схема формирователя длительности им пульса.
Схему формирователя импульсов (рис. 301) можно скомпоновать на основе инвертора 6П01, диодно-резисторной цепочки 9А01, двух линий задержки МЛЗ и ограничительного резистора /?.
Эта же система ПММ положена в основу схемы триггера, реализующего операцию запоминания и собранного на двух инверторах 6П01, двух схемах совпадений 9А01 и двух дополнительных диодах (рис. 302).
Рис. 301. Блок-схема формирователя импульсов.
Комбинация такого триггера с двумя схемами совпадений 9А01, линией задержки МЛЗ и двумя инверторами 6П01 образует схему генератора одиночных импульсов (рис. 303).
На основе системы импульсно-потенциальных элементов (функционально полной системы СИПЭ-С5) можно выполнить компоновку любых электрических схем, необходимых для вычислительных устройств любой сложности. Наличие в системе низкочастотных и высокочастотных микромодулей ПММ обеспечивает потребности весьма многих дискретных вычислительных устройств РЭА и систем автоматики. На элементах данной системы — инверторах 2И51 и 2И52 и вентилях ЗЛ41 и ЗЛ42 — реализуются схемы триггеров, кипп-реле, пересчетных устройств, дешифраторов и т. п.
286
Установка.
Установка.
Рис. 302. Блок-схема триггера на шести элементах.
Рис. 304. Блок-схема триггера на двух ин верторах.
Рис. 303. Блок-схема генератора одиночных импульсов.
612311
Рис. 305. Блок-схема кипп-реле.
Весьма просто реализуется, в частности, схема триггера на инверторах 2И51 (2И52), соединенных в кольцо с помощью диодных логических^ связей (рис. 304). Управляется такой триггер импульсами от входных вентилей.
Кипп-реле (рис. 305) компонуется из элементов системы путем соединения в кольцо потенциального и импульсного инверторов. Наиболее стабильной работой обладает кипп-реле, собранное на потен-
циальном инверторе 2И52 и импульсном точном усилителе 5У51
Схема разряда счетчика импульсов (рис. 306) компонуется на основе инверторов 2И51 (2И52) и вентилей ЗЛ41 (ЗЛ42) без дополнительных согласующих элементов.
И -------------* //
Рис. 306. Блок-схема разряда счетчика импульсов.
0 1 0 1
тгтг
Тг Тг
Рис. 307. Блок-схема дешифратора.
Дешифратор (рис. 307) компонуется на основе инверторов И системы СИПЭ-С5 и двух триггеров Тг, выполненных по одной из блок-схем, представленных на рис. 302 и 304.
Импульсно-потенциальная система элементов «Ключ» в отличие от всех
других имеет в своем составе микромодульные триггеры 2Т71. Это позволяет,
Рис. 308. Блок-схема ячейки совпадений.
располагая инверторами ЗИ31 и цепочками 6Г, компоновать в числе прочих рациональные схемы совпадений, антисовпадений и последовательного счетчика (рис. 308—310).
Рис. 309. Блок-схема ячейки антисовпадений.
На основе комплекса динамических емкостных элементов запрета 5С71, элементов задержки 5С72 и согласующей цепочки 6Ц21 рационально компонуются (без дополнительных дискретных согласующих элементов) многие схемы и устройства, в том числе полусумматор (рис. 311), счетчик импульсов (рис. 312) и двухразрядный сдвигающий регистр с дешифратором (рис. 313).
288
и ме-к ап-
а
Заканчивая рассмотрение электрических схем микромодульных элементов п компоновки из них различных узлов, блоков, приборов и систем вычислительной техники н дискретной автоматики, входящих в состав судовой радиоэлектронной аппаратуры, необходимо более подробно остановиться на вопросах технологии и конструирования микроузлов и микроблоков.
При конструировании РЭА в микромодульном исполнении был использован большой производственный опыт, накопленный в процессе создания ряда образцов приборов и устройств и отраженный в отраслевых руководящих технических материалах, излагающих основные конструкторско-технологические приемы тоды создания образцов аппаратуры, паратуре. Некоторые положения этих руководящих материалов приведены ниже.
Микроузлы и микроблоки радиоэлектронной аппаратуры, разрабатываемые на основе плоских микромодулей (ПММ),, должны отвечать требованиям нормалей Н0.005.026—030. Конструкция микроузлов и микроблоков должна обеспечивать их нормальную работу, а также сохранение параметров в условиях эксплуатации на протяжении всего срока, установленного техническими условиями. Кроме того, конструкции микроузлов, блоков и устройств дискретной автоматики должны обеспечивать:
а) установленный температурный режим как в условиях естественной конвекции, так н при принудительном охлаждении;
б) надежность механических и электрических соединений;
в) возможность максимальной механизации и автоматизации процессов изготовления и сборки;
г) доступность любого микромодуля и навесного электрорадиоэлемента, быструю их замену и различимость маркировки;
д) возможность контроля параметров элементов без снятия их или распайки монтажных соединений;
е) защиту от механических и атмосферных воздействий;
ж) простоту установки па рабочем столе для ремонта и осмотра без механических повреждений.
Микромодули, микроузлы и микроблоки одного типа должны быть полностью взаимозаменяемыми, как правило, без электрической подстройки и механической подгонки. Электрический монтаж и механическая сборка микроблоков должны быть выполнены так, чтобы их замена и замена микромодулей и навесных электрорадиоэлементов в процессе эксплуатации и ремонта осуществлялись с минимальной разборкой и распайкой схемы.
Основным методом конструирования микромодульной РЭА является функционально-узловой метод.
Процесс конструирования микромодульной РЭА разбивается, как правило, на ряд этапов, каждый из которых включает в себя выполнение нескольких операций.
К основным этапам можно отнести:
а) разработку правил и норм конструирования микроузлов;
также требования, предъявляемые
Рис. 310. Блок-схема последовательного счетчика.
Рис. 311. Блок-схема полусумматора.
289
б) разработку правил и норм конструирования Микроблоков;
в) защиту микроблоков от механических перегрузок и электрических помех;
г) определение тепловых режимов микроузлов и микроблоков;
д) сборку и монтаж микроузлов и микроблоков.
Рис. 312. Блок-схема счетчика импульсов.
Рис. 313. Блок-схема двухразрядного сдвигающего регистра с дешифратором.
Головное предприятие, назначенное разработчиком микромодульного метода конструирования РЭА на ПММ, и предприятия, являющиеся разработчиками конкретных образцов РЭА, должны с целью создания единого технологического процесса сборки и монтажа изделий разрабатывать и по мере накопления опыта совершенствовать основные правила и нормы конструирования, оформляя их в виде отраслевых руководящих технических материалов (РТМ).
290
Не пересказывая всех этих материалов, остановимся подробно лишь на той их части, в которой отмечаются приемы изготовления и свойства, отличающие РЭА на ПММ от РЭА на ЭММ.
Правила и нормы конструирования микроузлов на основе ПММ предусматривают, что монтажной основой микроузлов является специальная печатная плата из стеклотекстолита марки СФ-2. Размеры такой платы определяются заданными размерами микроузлоъ и могут в общем случае быть произвольными. Однако, чтобы удовлетворить требованиям унификации, стандартизации и автоматизации процесса производства, конструкторы предусматривают печатные платы размером не более 150X250 мм. В толщину печатные платы имеют 1,5 мм, но при наличии расчетного и экспериментального обоснования возможно изготовление более тонких печатных плат.
Размеры микроузлов, определяемые в процессе схемной и конструктивной проработки, зависят в основном от следующих факторов: заданных габаритов микроблока; количества ПММ в микроузле; количества крупногабаритных дискретных элементов и их размеров; количества и конструкции внешних выводов; условий теплообмена; разрешающей способности печатного монтажа; механической прочности и жесткости конструкции.
Учет изложенных факторов, а также стремление добиться высокой плотности упаковки ПММ в объеме микроузла привели к двум вариантам расположения ПММ на печатной плате: многорядному и двухрядному. В обоих случаях устанавливать ПММ на печатную плату микроузла следует рядами шириной 17,5 мм (унифицированный размер боковой стенки колпачка ПММ). При этом ключ ПММ (метка на корпусе колпачка) в любом ряду должен быть либо в верхнем правом, либо в нижнем левом углу (если смотреть со стороны ширины ряда ПММ).
Устанавливать ПММ на печатную плату необходимо так, чтобы были соблюдены следующие размеры: зазор от края платы до стенки колпачка 0,5 мм, расстояние от края платы до центров отверстий под крайние выводы ПММ — не менее 3±0,2 мм, расстояние между центрами отверстий на печатной плате под крайние выводы соседних ПММ—не менее 6±0,15 мм (что обеспечивает номинальный зазор между ПММ на плате 0,5 мм), расстояние между центрами отверстий на плате под крайние выводы ПММ и центрами отверстий под внешние выводы — не менее 5±0,15 мм.
Установка ПММ на печатную плату микроузла по двухрядному варианту и основные размеры представлены на рис. 314.
В зависимости от условий эксплуатации, требований влагозащиты и механической прочности установку ПММ на плату следует производить с зазором между основанием колпачка и поверхностью платы 0,5—2 мм. Величину зазора определяют в каждом конкретном случае расчетным или экспериментальным путем.
Типовому расположению выводных контактов ПММ на печатной плате соответствуют металлизированные отверстия или контактные трубки. При монтаже ПММ на печатную плату его выводные контакты устанавливают в соответствующие отверстия (трубки) печатной платы и в целях обеспечения надежной электрической связи и механического крепления распаивают. Если разрешающая способность печатного монтажа платы недостаточна и возникает необходимость применить дополнительный (навесной) проволочный монтаж, то дополнительные проводники запаивают в специально предусмотренные на платах металлизированные отверстия, расположенные поблизости от точки электрического контакта. Но иногда не удается воспользоваться дополнительными отверстиями. Тогда в качестве контактной точки используют выводы ПММ, электрически не связанные со схемой и выполняющие роль механического крепления. Подпайку проволочных проводников к выводам ПММ осуществляют через дополнительную перемычку контактной трубки.
Нередко компоновка ПММ на печатной плате требует установки навесных электрорадиоэлементов, применяемых для электрического согласования ПММ между собой. Надобность в навесных элементах возникает и тогда, когда те или иные из элементов по своим габаритам не вписываются в колпачок ПММ. Помещают навесные элементы на той же стороне платы, что и ПММ. Выводы
291
Таких элементов запаивают в Металлизированные отверстия или контактные трубки печатной платы. Чтобы крепление навесных элементов к печатной плате сделать более прочным, прибегают к их подклеиванию или к установке специальных держателей.
Эксплуатационная надежность микромодульных узлов весьма сильно зависит от электрической коммутации. Опытом компоновки микроузлов в микроблоки установлено, что внешние выводы целесообразно располагать по длине печатной платы (с одной или с обеих сторон) с шагом не менее 3 мм. В качестве внешних выводов для печатной платы микроузлов можно применять как отдельные контакты, так и разъемы. Непосредственное впаивание монтажных проводов в отверстия печатной платы мпкроузлов пе рекомендуется. Наибольшее распро
Рис. 314. Двухрядный вариант установки ПММ на печат-• ную плату микроузла.
странение получили малогабаритные пятиконтактные разъемы (НОКО.364.029), которые можно монтировать на печатной плате в горизонтальном и вертикальном положении (в зависимости от выбранного метода компоновки микроблоков).
При компоновке микроузлов в микроблоки используют объединительные платы. Механическое крепление микроузлов к объединительным платам микроблока осуществляют винтами № 2,5, но предварительно контрольным расчетом проверяют их на прочность при воздействии ожидаемых вибраций, ударов и тряски. Если результаты расчета неудовлетворительны, переходят на больший диаметр винтов. Расстояние между точками крепления определяют в каждом конкретном случае на основании расчета механической прочности с учетом условий эксплуатации. Рекомендуемый шаг установки крепежных винтов составляет 55—70 мм в пределах одного ряда ПММ.
Микроблок РЭА компонуют механическим и электрическим соединением микроузлов и навесных электрорадиоэлементов в единое конструктивно законченное изделие, габариты и геометрическая форма которого определяются функциональными и эксплуатационными особенностями аппаратуры.
Практика конструирования микроблоков РЭА выдвинула несколько вариантов их компоновки, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Выбор оптимального варианта требует каждый раз учета многих факторов, в первую очередь эффективности теплоотвода, технологичности конструкций, 292
прочности, ремонтоспособности, весо-габаритных характеристик. Некоторые из вариантов приводятся ниже.
Плоскостная конструкция предполагает горизонтальную установку микроузлов на объединительную плату в один ряд. Такая конструкция микроблока технологична и обладает хорошей ремонтоспособностью; к тому же она прогрессивна, так как позволяет выполнять электрическую коммутацию печатным способом. К недостаткам конструкции следует отнести некоторое увеличение площади микроблоков и недостаточно полное использование объема ввиду разновысокости комплектующих элементов.
Этажерочная конструкция представляет собой ряд микроузлов, расположенных горизонтально друг над другом и соединенных между собой и с несущей (объединительной) платой вертикальными стержнями. Конструкция обладает достаточной механической прочностью и жесткостью и характеризуется незначительными потерями объема, но доступ к комплектующим элементам схемы при настройке и ремонте весьма затруднен.
Гребенчатая конструкция компонуется из микроузлов, установленных вертикально на несущую (объединительную) плату. Подобно предыдущей конструкции она обладает незначительными потерями объема, делает возможной электрическую коммутацию печатным способом, облегчает условия теплообмена. К числу недостатков гребенчатой конструкции относятся недостаточная жесткость конструкции и малая доступность комплектующих элементов схемы при настройке и ремонте.
Сочетания плоскостной, этажерочной и гребенчатой конструкций образуют ряд смешанных конструкций. Многие из них оптимальны по своим весо-габаритным показателям и по плотности упаковки элементов, но все они страдают всеми теми недостатками, которые присущи исходным конструкциям.
Кассетная конструкция предусматривает компоновку микроузлов на кассетах, устанавливаемых в направляющих пазах несущей конструкции. Эта конструкция обладает хорошей ремонтоспособностью, но этому достоинству противостоит ряд существенных недостатков, к числу которых следует отнести плохое использование объема из-за разновысокое™ комплектующих элементов, трудности с осуществлением межкассетной электрической коммутации ввиду отсутствия высоконадежных малогабаритных разъемов, ограниченное количество выходных контактов микроузлов.
Но какой бы из перечисленных вариантов конструкции микроблока ни был выбран, при его компоновке рекомендуется применять микроузлы одного типоразмера, устанавливая их в микроблоке так, чтобы между колпачками ПММ одного микроузла и печатной платой соседнего имелся необходимый зазор. Величина зазора определяется условиями обеспечения расчетного температурного режима. Установку микроузлов в микроблоке рекомендуется производить с шагом не менее 11 мм.
Электрические соединения микроузлов в микроблоке осуществляют объемными и печатными проводниками, внутриблочный электрический монтаж — гибкими печатными платами и жгутами в соответствии с требованиями РТМ «Электромонтаж внутриблочный и внутриприборный радиоэлектронной аппаратуры» (Н0.010.001). Все внешние электрические цепи микроблока рекомендуется выводить на штепсельные разъемы, в которых должно быть предусмотрено резервирование штырей (8—10%, но не менее 2 шт.).
Микроблок РЭА следует считать изделием, законченным схемной и конструктивной проработкой. Поэтому в процессе конструирования микроблока должна быть обеспечена его защита от механических перегрузок и электрических помех. 4
Для защиты микроблоков от механических перегрузок рекомендуется:
а) использовать несущие конструкции, элементы механического крепления микроузлов, электрорадиоэлементы, изделия электротехники и элементы электрического монтажа, обладающие достаточной механической прочностью и жесткостью в условиях-воздействия вибраций и ударов;
б) не пренебрегать различными способами, предохраняющими винтовые крепления от самоотвинчивания (установка деталей на эпоксидном клее, применение пружинных шайб, невыпадающих винтов и т. п.);
293
в) применять дополнительное крепление элементов электрического монтажа путем приклеивания, заливки эпоксидной смолой, лакировки и т. п.;
г) наиболее чувствительные к вибрациям элементы, а также наиболее тяжелые по весу детали располагать поблизости к точкам крепления, к усиленным кромкам шасси и другим местам, где вибрация ограничена.
Если перечисленные меры защиты не обеспечивают выполнения специальных требований, то следует применять амортизаторы типов АКСС-М, АД, АП, АЧ, АН (Н0.445.000ТУ). Система амортизации блока (прибора) должна удовлетворять следующим требованиям:
1. Амортизаторы должны быть равномерно нагружены; сумма их допустимых нагрузок должна быть больше веса амортизируемого блока (прибора).
2. Частота собственных колебаний должна быть в 2,5—5 раз меньше частоты действующих возмущений.
3. В целях предохранения амортизаторов от разрушения необходимо устанавливать ограничители; при этом должна быть исключена возможность жестких соударений элементов конструкции.
4. Устанавливать микроблок на амортизаторы следует так, чтобы его центр тяжести располагался в плоскости размещения амортизаторов или по крайней мере так, чтобы центр тяжести микроблока и центр жесткости амортизаторов лежали на одной оси и притом как можно ближе друг к другу.
5. Если расстояние между центром тяжести микроблока и центром жесткости амортизаторов превышает максимальное расстояние между крайними амортизаторами, необходимо устанавливать дополнительные амортизаторы.
Для защиты микроблоков от электрических помех необходимо предусмотреть меры по максимальному уменьшению электрических наводок, а именно выполнять межблочные соединения и цепи питания проводниками наименьшей длины, выделять цепи — источники помех в отдельные экранированные кабели, располагать неэкранированные монтажные провода так, чтобы они образовывали с линиями печатного монтажа, несущими токи высокой частоты, угол, близкий к 90°.
В высокочастотных микроблоках рекомендуется:
а) разносить цепи с малым уровнем от цепей с большим уровнем сигнала;
б) экранировать входные цепи, микроузлы и микроблоки в целом;
в) создавать по периметру печатной платы замкнутое металлизированное поле, соединенное с корпусом микроблока.
Источники электрического и электромагнитного полей следует изолировать экранами из металлов и сплавов с высокой электрической проводимостью (медь, латунь, сталь). Экранирование электромагнитного поля высокой частоты осуществляется экранами из немагнитных металлов и сплавов с обязательным покрытием их поверхности слоем металла с повышенной электрической проводимостью. Экранирование постоянного или медленно изменяющегося магнитного поля рекомендуется выполнять сплошными экранами из материала с высокой магнитной проницаемостью (пермаллой, сталь). Качество экранирования тем выше, чем толще экран и чем меньше в нем швов и стыков, расположенных перпендикулярно магнитным силовым линиям. Экраны необходимо надежно соединять с корпусом микроблока (за исключением экранов для магнитных полей).
Все микроблоки необходимо тщательно заземлять. В микроблоках с несущей конструкцией, выполненной из изоляционных материалов, заземление рекомендуется осуществлять посредством специальных шин, соединенных между собой в общую цепь заземления. Цепь заземления должна быть соединена с заземленным контактом блочного разъема. Для заземления микроузлов на корпус микроблока рекомендуется использовать гибкие шины и объемные проводники с пайкой или креплением их под винт.
Рассматривая способы конструирования и компоновки РЭА на основе микроузлов и микроблоков, выполненных на ПММ, нельзя обойти молчанием такое существенное обстоятельство, как обеспечение нормального теплового режима.
Основные принципы обеспечения высокой эксплуатационной надежности микроблоков уже рассматривались в § 26. Очевидно, что в своей основе они 294
являются общими как для микроблоков с ЭММ, так и для микроблоков с ПММ. Но важны и частности.
Чтобы остановить свой выбор на одном из двух способов обеспечения нормального теплового режима микроблоков (естественной конвекции или принудительного охлаждения), нужен предварительный расчет температуры перегрева центральных ПММ в микроузле и микроблоке. Такой расчет выполняют на стадии конструирования с учетом заданных параметров: а) геометрических размеров микроузлов и микроблоков; б) мощности рассеяния ПММ и навесных дискретных электрорадиоэлементов; в) теплофизических характеристик окружающей среды; г) допустимой температуры на корпусе германиевого транзистора (73° С, что соответствует допустимой температуре на колпачке ПММ, равной 70° С); д) температуры и давления окружающего воздуха.
Предварительный расчет выявляет необходимые условия охлаждения, в соответствии с которыми и выбирают систему охлаждения. Затем наступает очередь поверочного расчета, цель которого — установить, насколько разработанная конструкция микроблока соответствует техническим условиям обеспечения нормального теплового режима. Поверочный расчет основывают на точных геометрических и теплофизических характеристиках конструкции и на параметрах системы охлаждения, руководствуясь методикой, изложенной в работе [4].
Опыт конструирования РЭА в микромодульном исполнении позволил предприятиям отечественной промышленности разработать рекомендации по улучшению тепловых режимов микроузлов и микроблоков. Приведем ниже наиболее существенные из этих рекомендаций.
При работе микроблоков в условиях естественной конвекции рекомендуется тепловыделяющие поверхности корпусов делать ребристыми и покрывать их лаком или краской высокой степени черноты. Те из ПММ и навесных электрорадиоэлементов, которые выделяют в виде тепла мощность, превышающую 50 мет, следует располагать по периферии печатной платы микроузла и притом так, чтобы вокруг каждого из них были ПММ, обладающие незначительным тепловыделением.
Самой выгодной конструкцией с точки зрения обеспечения оптимального теплового режима микроблока является «гребенчатая» компоновка микроузлов (вертикальное расположение микроузлов в микроблоке), что при естественной конвекции дает снижение температуры перегрева центральных ПММ примерно на 3—5° С.
Если расчетом установлено, что теплоотвод методом естественной конвекции недостаточен, то следует увеличить зазоры между микроузлами, а если габариты микроблока не позволяют сделать этого, то следует применить принудительный обдув (или продувку) микроблока. При этом микроблок располагают таким образом, чтобы поток охлаждающего воздуха, проходящий через него во время работы, имел вертикальное направление.
Все изложенное выше относится к РЭА, эксплуатируемой в нормальных атмосферных условиях. С понижением атмосферного давления эффективность охлаждения методом естественной конвекции значительно падает, уменьшается влияние перфорации и жалюзи тепловыделяющих стенок корпусов блоков и приборов. Теплоотдача в этих условиях происходит в основном посредством излучения, в связи с чем значительно возрастает влияние, оказываемое на теплообмен состоянием поверхности и окраской кожуха. Если естественная конвекция при пониженном атмосферном давлении не обеспечивает нормального теплового режима микроблока, то следует переходить к герметичной конструкции блоков и приборов с сохранением в них нормального атмосферного давления. При работе РЭА в условиях невесомости естественная конвекция вообще отсутствует и теплообмен осуществляется только излучением.
* * *
Заключая рассмотрение микромодульного метода конструирования судовой радиоэлектронной аппаратуры на основе ЭММ (глава III) и ПММ (глава IV), необходимо отметить, что эти направления, основанные на микроминиатюризации
295
дискретных электрорадиоэлементов функциональных электронных схем и сборке их в микроблоки с высокоупорядоченной геометрией, в настоящее время получили наибольшее распространение. Конструирование судовой РЭА с высокой плотностью монтажа (более 3 эл!см?) на основе микромодульной техники сопровождается внедрением отлаженной технологии и хорошо организованного контроля над процессами производства и тем самым позволяет добиться выпуска аппаратуры, обладающей достаточной эксплуатационной надежностью.
Отдавая должное достоинствам микромодульного метода конструирования РЭА, не следует, однако, их преувеличивать. Этот метод не может коренным образом решить проблему создания судовой РЭА высокой надежности, ибо он основан на функциональных элементах (микромодулях ЭММ и ПММ) с большим числом паяных и сварных внутрисхемных соединений, являющихся источниками многочисленных отказов. Кроме того, уменьшение размеров комплектующих электрорадиоэлементов (микроэлементов) затрудняет операции сборки и монтажа микромодульных узлов. А поскольку количество таких операций остается примерно тем же, что и при изготовлении обычных устройств, то мы не погрешим против истины, если скажем, что излишняя миниатюризация может привести к снижению общей надежности конструируемой судовой РЭА и к увеличению трудоемкости ее изготовления.
К тому же увеличению плотности монтажа микромодульной РЭА поставлен предел из-за невозможности продолжать до бесконечности миниатюризацию комплектующих компонентов. Дело в том, что плотность монтажа микроблоков определяется, главным образом, наличием соединительных элементов, опорных и несущих конструкций и прочих конструктивных элементов, которые по мере микроминиатюризации компонентов занимают относительно все больший объем, в конце концов начинающий превышать объем самих микрокомпопентов.
Стандартизация размеров деталей и строго определенное размещение выводов микромодульных схем делают возможной автоматизацию сборки и внутрисхемного монтажа с использованием программных устройств, что выгодно отличает микромодульные схемы от обычных схем с навесным монтажом. Однако автоматизация изготовления отдельных комплектующих микроэлементов не всегда возможна, что также ограничивает возможности микромодульного метода.
Реальная оценка достоинств, недостатков и перспектив микромодульного метода конструирования судовой РЭА позволила сформулировать основную за-зачу микросхемного метода, которая заключается в том, чтобы при разработке функционального устройства по возможности уменьшать количество простейших компонентов, которые приходится изготавливать, защищать от внешних воздействий, испытывать и соединять между собой по отдельности (индивидуальными операциями).
Внедрение микросхемного метода конструирования на базе интегральной электроники открывает путь к независимой обработке огромного количества компонентов во время их производства и к автоматизации процесса сборки из них функциональных узлов и блоков.
ГЛАВА V
ОБЗОР МЕТОДОВ КОНСТРУИРОВАНИЯ СУДОВЫХ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ НА ОСНОВЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
Интегральная микроэлектроника как отрасль техники возникла и развивается на стыке достижений физики твердого тела, химии полимерных материалов, пленочной технологии, технологии изготовления радиокомпонентов, схемотехники, функционально-узлового метода конструирования, рациональных приемов синтеза РЭА.
Эффективность перехода от электровакуумных приборов с дискретными элементами электронной техники нормальных, малогабаритных и миниатюрных размеров к модульным, микромодульным и микросхемным конструкциям интегральной электроники на всех этапах развития оценивается такими основными показателями, как надежность, стоимость, энергетические и весо-габаритные характеристики. Количественная оценка этих показателей весьма наглядна для сложных радиоэлектронных систем, состоящих из большого числа комплектующих дискретных элементов.
Надежность. Характеризуя надежность дискретного элемента средним числом отказов в час Л=10-5 отказов/^ (без учета элементного и системного резервирования), можно весьма грубо считать, что в аппаратуре, содержащей 107 элементов, среднее время на отказ составит около 6 мин. Такая оценка надежности показывает, что аппаратура еще в процессе прогрева и подготовки к работе уже будет практически неработоспособной.
Габариты и вес. Если отбросить все крупногабаритные электромеханические элементы электротехники, кабели и конструктивные компоненты создаваемого образца РЭА и рассматривать только обычные дискретные элементы электронной техники (полупроводниковые активные приборы и малогабаритные радиоэлементы), оценив средний объем каждого из них в 0,5 см3, а вес в 1 г, то общий объем системы, содержащей 107 таких элементов, составит не менее 10 м3, а вес — не менее 10 т. С учетом же всех комплектующих элементов и конструкций этих показатели возрастут в 3— 10 раз.
Использование бескорпусных транзисторов и сверхминиатюрных деталей, у которых средний объем компонентов составляет 0,1—0,2 см3, а средний вес — около 0,1 г, снижает приведенные цифры, но не очень значительно, так как основной вес и объем РЭА определяют: монтаж, крупногабаритные элементы, громоздкие конструкции и мощные кабельные соединения.
Каким бы методом (модульным, микромодульным или микросхемным) ни конструировалась радиоэлектронная аппаратура, размещение ее в малых объемах остается по-прежнему сложной задачей. Эта сложность объясняется необходимостью включения в схемы не только унифицированных функциональных узлов, но и большого числа дискретных электрорадиоэлементов, которые, как правило, не компонуются с этими узлами и нуждаются в значительных объемах для своего размещения, что существенно снижает плотность упаковки.
Потребляемая мощность. Если принять, что каждый элемент (каскад) РЭА рассеивает в среднем мощность, равную 50 мет, то общая мощность, рассеиваемая системой, содержащей 107 элементов, составит 500 кет. Обеспе-
1 П. Д. Верхопятницкий
297
чение такой мощности потребовало бы разработки и размещения на судне специального силового агрегата с преобразующими и распределительными устройствами, что представляет собой сложную и не всегда разрешимую техническую задачу.
Весьма грубые оценки количественных показателей эффективности образцов РЭА в некоторой степени определяют наметившиеся пути развития электроники, схемотехники и рационального конструирования на основе интегральных микросхем.
§ 36. Обзор зарубежных и отечественных достижений в области создания микросхем
Интегральные микросхемы давно вышли из стадии лабораторных разработок. Как за рубежом, так и в нашей стране они производятся в значительных и притом все возрастающих количествах. Достаточно широка и их номенклатура. Представляя собой монолитную структуру, внутри или на поверхности которой в едином технологическом процессе формируются все компоненты электрической схемы, микросхемы обладают значительно меньшими (по сравнению с микромодулями) размерами ввиду сокращения объема, занимаемого проволочным или печатным монтажом, опорными конструкциями и т. п. Важным стимулом бурного развития интегральной электроники была также перспектива резкого снижения стоимости и увеличения надежности образцов РЭА благодаря исключению пооперационных испытаний, сборки и монтажа отдельных компонентов схем. В настоящее время в интегральной электронике сформулировались два самостоятельных направления конструирования микросхем, отличающиеся друг от друга как физическими, так и технологическими принципами. Первое направление заключается в разработке пленочных микросхем на пассивной подложке, второе — в разработке микросхем на активной (полупроводниковой) подложке.
Технология изготовления пленочных микросхем предусматривает формирование всех компонентов схемы и соединений между ними посредством нанесения на пассивную изоляционную подложку тонких пленок из различных материалов. Последовательность нанесения этих пленок и их конфигурация обусловлены заранее, а толщина должна быть меньше средней длины пробега носителей тока в этих пленках.
Тонкопленочные схемы (ТПС), применяемые в настоящее время на практике, не являются в полном смысле слова интегральными, так как в качестве активных компонентов в них используются навесные микроминиатюрные полупроводниковые приборы, монтируемые на подложке, на которой нанесены пассивные тонкопленочные компоненты. Такие схемы с навесными деталями обычно называются гибридными.
Поскольку гибридные ТПС обходятся дорого и не позволяют в полной мере использовать все преимущества интегральных схем, в последнее время вновь стал проявляться интерес к схемам на так называемых толстых пленках, т. е. к печатным схемам. Строго говоря, эти схемы также следует считать гибридными, так как их пассивные части и соединения между компонентами формируются на подложке в виде печатной схемы, а активные компоненты делаются навесными. И хотя применение толстых пленок ограничивает возможности миниатюризации аппаратуры, многие зарубежные фирмы стали все чаще применять вместо тонких пленок толстые, поскольку они значительно проще в изготовлении и намного дешевле.
В отечественном приборостроении широкое развитие получила гибриднопленочная технология создания микросхем дискретного действия. Гибридные микросхемы предназначены для конструирования ЦВМ и устройств дискретной автоматики, состоящих из большого числа однотипных узлов.
В разработанных гибридных микросхемах достигнута плотность упаковки 25—100 эл)см3 и обеспечено довольно высокое значение надежности (Ю-6 отказов/ч).
Разделяясь по своему назначению на логические и линейные, микросхемы
298
образуют функционально полные ряды с присущими им параметрами. Некоторые сведения по номенклатуре и параметрам гибридных микросхем представлены в табл. 81.
Ряды логических микросхем в большинстве случаев это — комплексы элементов типа «НЕ-И», «HE-ИЛИ» с различным количеством входов и со средним временем задержки порядка 100—500 нсек. Такие микросхемы позволяют строить основные устройства ЦВМ и приборы дискретной автоматики: регистры, счетчики, сумматоры, дешифраторы и схемы управления любой сложности.
Рисунок Обозначение Логика
а б в г д е DCTL RTL RCTL DTL TTL HCTL HCML Диодно-емкостная транзисторная Резистивно-транзисторная Резистивно-емкостная транзисторная Диодно-транзисторная Транзисторно-транзисторная Транзисторная с общим эмиттерным управлением Транзисторная с общими коллекторными связями
Ряды линейных микросхем в своем большинстве являются комплексами усилителей низкой, промежуточной и высокой частот, а также преобразователей частоты. Плотность упаковки в линейных микросхемах примерно в три раза ниже, чем в логических микросхемах.
Полупроводниковые (твердые) микросхемы изготовляются в основном методом планарной технологии, для которой характерны изоляция компонентов р—«-переходами и применение окиси кремния.
Плотность упаковки полупроводниковых микросхем превышает 1000 эл!см3, что значительно увеличивает плотность упаковки устройств РЭА в целом.
В настоящее время разработаны ряды микросхем с непосредственными связями и другими видами логики (рис. 315). Основные характеристики некоторой части полупроводниковых микросхем приведены в табл. 82. Преобладающая часть
11*
299
g
Таблица 81
Основные технические характеристики гибридных интегральных микросхем
S’ i к. со
Тип микросхемы Выполняемая логическая функция Напряжение источника питания, в ебляемая мо . (не более), фициент раз ения по вы- фициент обт {ИЯ ПО ВХОД} я задержки олее), нсек ность упако: гементов, м3 микросхемы, Размер корпуса, мм
° о * С Коэф ветвл ходу Коэф динеь Врем (не б' н S о • s си си Ш
2ЛБ011 «НЕ», «И —НЕ» 15 2 — — 18,5
2ЛБ012 2ЛБ013 | «НЕ», «ИЛИ —НЕ» + 4± 10% 30 5 6 270 12,3
30 8 — — 12,3
2ЛС011 2 «И» —2 «ИЛИ» 30 8 6 270 21,5 1,5 11,6 X 11,6 X 4,8
2ЛБ014 2 «И»—2 «НЕ», 2 «НЕ» 23 2 6 270 27,7
2ЛБ015 + 4 ± 10% 20 2 6 270 23
2ЛБ016 5 «НЕ» 38 5 6 270 15,4
2ЛБ017 38 8 6 270 15,4
2ЛП211 Диодная сборка — — — 250 16
2ЛН211 2 «НЕ» 50 4 — 250 32
2ТР211 Триггер -+ 4 ±10% 25 — — — 27 2 16,4 X 10,4 X 3
2ЛБ211 «И — НЕ» 15 — — 250 21
2ЛР211 «И — ИЛИ — НЕ» 25 10 10 250 32
| |
1 1 | | |
2ЛП031 «И —ИЛИ —НЕ» +3,15; +2,4; —6,3 35 6 8 500 9
2ЛС031 2ЛС032 4 9
«И — ИЛИ» —6,3 6 — — — 9
2ЛС033 8 — — — 9 1,5 0 11; h = 22
2НД031 «И — или» — — — — — 6
2ЛН031 3 «НЕ» +4 5,5 4 4 2100 8
2ЛБ031 «И —ИЛИ» + 4 7 4 4 2100 9
2ЛС021—22 4 «И» — 2 «ИЛИ» ±4 22 3(5) 8 250 20,1
2ЛС023—24 2 (2 «И — ИЛИ») ±4; —0,25 30 3(5) 8 250 27
2ЛН021—22 2 «НЕ» ±4; —0,25 32 3(5) — 250 23,2
2УИ021 Усилитель мощности ±4; — 0,25 48 15 — 250 20,1 1,6 11,6 X 11,6 X 4,8
2ЛС025 3 (2 «И» — «ИЛИ») —4 23 — — — 20,1
2ЛС026 3 (3 «И» — «ИЛИ») —4 16 — — — 15,5
2ЛС027—28 4 «И» — 2 «ИЛИ» ±4; —0,25 21 3(5) 8 150 23,9
2ТК041 Триггер +±4 36 10 5 150 43
2ЛБ041 2 (3 «ИЛИ — НЕ») zt4 46 10 5 150 50 • 1,0 16,4 X 10,4 X 3
2ЛБ042 2(2 «И —НЕ») zt4 43 10 5 150 37
2НК041 4ДС-вентиля — — 1 10 — 25
Таблица 82
Основные технические характеристики полупроводниковых интегральных схем
Тип микросхемы Логическая функция Напряжение питания, в Потребляемая мощность (не более), чет Напряжение выходного сигнала, в Коэффициент разветвления (не более) Коэффициент объединения по входу «И» («ИЛИ») Время задержки, не более, нсек Напряжение помехи (не более), в
Логика «1» Логика «0»
1ЛБ041 1ЛБ042 1ЛБ043 1ЛБ044 Логическая схема «И—НЕ» Серия 1 6,3; —2,4; 3,0 .04 18 2,6 0,5 5 (8)3 50 0,5
1ЛИ041 1ЛИ042 1ЛИ043 1ЛИ044 1ЛИ045 Логическая схема «И» 6,3 Обратное напряжение входных диодов — не более 4,5 в. Прямое падение напряжения — от 0,6 до 0,85 в. Обратный ток — не более 6 мка
1НД041 1НД042 1НД043 1НД044 1ЛБ061 1ЛБ062 1ЛБ063 1ЛБ064 Диодная сборка Логическая схема «И—НЕ» («ИЛИ—НЕ») Обратное напряжение диодов — не более 4,5 в. Прямое падение напряжения — от 0,6 до 0,85 в Серия 106
5 18 7 18 7 2,3 0,3 0,25 0,3 0,25 10 3 3 2 2 40 100 40 100 0,6
1ЛБ065 1ЛБ066 1ЛБ067 1ЛБ068 1ЛБ069 1ЛБ0610 Логическая схема «И—НЕ» («ИЛИ—НЕ») 5 18 7 18 7 18 7 2,3 0,30 0,25 0,30 0,25 0,30 0,25 10 8’ 8 6 6 4 4 45 ПО 45 НО 45 100 0,6
1ЛП061 1ЛП062 1ЛП063 1ЛП064 Расширитель по «ИЛИ» 5 — — — — 8 8 6 6 6 10 6 10 —
1ЛП065 1ЛП066 1ЛП067 1ЛП068 Два расширителя по «ИЛИ» 5 — — — — 4 4 3 3 6 10 6 10 —
1ЛР061 1ЛР062 1ЛР063 1ЛР064 Логическая схема «И-ИЛИ-НЕ» 5 24 10 24 10 2,3 « о,зо' 0,25 0,30 0,25 10 8 8 4 4 45 ПО 45 ПО 0,6
302
>s - 5 - ь ^3 — и 1ИЛ131 1ЛБ135 (А, Б, В) 1 1ЛБ134 (А, Б, В) 1ЛБ133 (А, Б, В) 1ЛБ132 (А, Б, В) - ЬЬЬ НННН 2 слетел - 2? 8888 WN3 — ^С*5ЬЭ — Тип микросхемы
Триггер и двухвходовая логическая схема «ИЛИ—НЕ» с возможностью расширения Полусумматор и двухвходовая логическая схема «ИЛИ—НЕ» Полусумматор Расширитель и двухвходовая логическая схема «ИЛИ—НЕ» Трехвходовая логическая схема «ИЛИ—НЕ» с большой нагрузочной способностью Двухвходовая и трехвходовая логические схемы «ИЛИ—НЕ» с большой нагрузочной способностью Две двух входовые логические схемы «ИЛИ—НЕ» с возможностью расширения Триггер Логическая схема «ИЛИ—НЕ» । Четыре двухвходовые логические схемы «ИЛИ—НЕ» с возможностью расширения Логическая функция
4 Серия 4 * * * 4^ * 5 Серия • Серия 4 Напряжение питания, в
Ю ЬЭ ьо ЬО № ЬО КЭ 36 14 36 14 111 0,5 | 113 2 Потребляемая мощность (не более), мвт
0,78 0,95 0,78 0,95 1 1 0,95 2,3 0,95 | 0,95 Логика «1» я ® Я О X с» “ S о Я я •-J S ТЗ ® Я Ж Л> S) QJ о
0,2 0,15 о ьо р кэ СП О U1 р 0,3 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 Логика «0»
Л. 4*> * * СЛ о сл о 4^ о Коэффициент разветвления (не более)
1 1 1 1 1 1 1 | । ьо ьо со со Коэффициент объединения по входу «И» («ИЛИ»)
400 500 8 8 8 о о 8 40 100 40 100 I 400 I 400 1 100 1 400 Время задержки, не более, нсек
0,15 0,15 0,15 о р 0,15 0,6 0,2 0,15 Напряжение помехи (не более), в
Продолжение табл. 82
етететслслет -2 КЗ N3 го N3 N3 ГО , , ЕЛ>ТСПСЛ> ~ 1ЛП142 . (А, Б) 1ЛП141 (А, Б) 1ЛБ146 (А, Б) 1ЛБ145 (А, Б) 1ЛБ144 (А, Б) 1ЛБ143 (А, Б) 1ЛБ142 (А, Б) 1ЛБ141 (А, Б) 1ИР141 (А, Б) Тип микросхемы
| Триггер Логическая схема «И—НЕ» («ИЛИ—НЕ») Два четырехвходовых расширителя Два расширителя Двухвходовая логическая схема «ИЛИ—НЕ» и аналогичная схема с большой нагрузочной способностью Логическая схема «ИЛИ—НЕ» с повышенной нагрузочной способностью Две четырехвходовые логические схемы «ИЛИ—НЕ» с возможностью расширения Две логические схемы «ИЛИ—НЕ» с инверсным выходом Шестивходовая логическая схема «ИЛИ—НЕ» с инверсным входом Две логические схемы «ИЛИ—НЕ» Разряд регистра сдвига Логическая функция
* Серия 5(3) 1 1 4» 4S. 4» * * 4^ * Напряжение питания, в
12 121 12 12 12 12 19 19 1 1 го N3 ГО ГО ГО ГО ГО Потребляемая мощность (не более), мет
| 0,78 2,5 1 1 0,95 0,95 0,95 0,95 0.95 0,95 0,78 Логика «1» -1 и S n X * Ьэ ? S о 2 3 * я я s а в, о .
| 0,15 0,35 0,35 0,35 0,35 0,40 0,40 1 1 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 Логика «0»
и- NO — — I ОО СЛ ООО N3 1 1 1 сл ° о 4^ * 4^ * 4^ Коэффициент разветвления (не более)
о | 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Коэффициент объединения по входу «И» («ИЛИ»)
| 500 35 35 35 35 50 50 сл о о сл о сл о о сл 8 СЛ О о СЛ О о СЛ 8 СЛ 8 СЛ О Время задержки (не более), нсек
ъ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Напряжение помехи (не более),£в
П родолжение табл. 82
Продолжение табл. 82
Тип микросхемы Логическая функция Напряжение питания, в Потребляемая мощность (не более), мет Напряжение выходного сигнала, в Коэффициент разветвления (не более) Время задержки, не более, нсек Напряжение помехи (не более), в
объед] 1У «И»
Логика «1» Логика «0» н о ж X о» д X НО
X С А
о JS
1ЛП211 1ЛБ251 Расширитель Логическая схема «И—НЕ» Падение hi диода 1,5 Серия 1 апряя мка. 125 Кения Врел —8 на Д1 !я рас иоде 0,: :сасывс 10 85 в, о 1ния 5 5 братный нсек 4000 [ ток
1ЛП251 1ТК251 Расширитель Триггер —27 Серия 17 133 —8 —2 10 5 6000 4000
1ЛБ331 (А, Б) Логическая схема «И—НЕ» 5 20 2,4 0,4 10 4* 22 (А) 35 (Б) 0,9
1ЛБ332 (А, Б) То же 5 20 2,4 0,4 10 8 25(A) 35 (Б) 0,9
1ЛП331 Расширитель 5 — — — — — 5 —
1ЛР331 (А, Б) 1ЛБ341; 1ЛБ342 Логическая схема «И—ИЛИ—НЕ» Логическая схема «И—НЕ» 5 Серия 20 134 2,4 0,4 10 4 ♦ 28(A) 40 (Б) 0,9
1ЛР341; 1ЛР342 1ЛБ471; 1ЛБ472 Логическая схема «И—ИЛИ—НЕ» Логическая схема «ИЛИ—НЕ» 5 Серия —12,6 2 147 25 10 100 0,4
1ЛР471 Логическая схема «И—ИЛИ—НЕ» —27 45 —8 —2 10 1500
1ТК471 Триггер —12,6 —27 Серия 15 30 101 —8 —2 — — — —
1КТ011 (А, Б, В, Г) । Прерыватель Серия 122 1 1 1
1УС221 Двухкаскадный 6(A); Коэффициент усиления 250(A), 400 (Б),
(А, Б, В) усилитель 9 (Б); 12,6 (В) 500 (В). Диапазон рабочих 0-10 Мгц частот
1УТ221 Однокаскадный диффе- ±4 (А, Б); ±6,3(В, Г) Коэффициент усиления на частоте 12 кгц
(А. Б, В, Г) ренциальный усилитель 15 (А, Б), 22 (В, Г); диапазон рабочих частот 0—2 Мгц
1УС222 Каскадный усилитель 4(A); Коэффициент усиления на частоте
(А, Б, В) * На каждую схему. 6,3 (Б, В) 12 кгц 15—40(A), 25—50 (Б), 40—80 (В); диапазон рабочих частот 0—30 Мгц
305
микросхем относится к схемам с DTL-связями. Ведутся разработки микросхем на основе МОП-структур (металл — окисел — полупроводник).
Одними из первых были разработаны схемы НСТЛ — транзисторная логика с непосредственной связью, являющаяся исходной формой схем со связанными коллекторами. В иностранной литературе такие схемы называются «DCTL». В логических ИС на транзисторах с непосредственной связью инверторы соединены между собой непосредственно, без всяких дополнительных элементов (рис. 315, а). Из-за разброса весьма нелинейных базовых характеристик в таких схемах возможно паразитное изменение величины выходного тока вследствие влияния одного из «полувозбужденных» транзисторов, что и ограничивает сферу применения схем НСТЛ.
Широко распространенная схема РТЛ (RTL) — резистивно-транзисторная логика — является модификацией схемы НСТЛ, осуществленной включением в цепи связи токоограничивающих резисторов, обеспечивающих более равномерное распределение базовых токов транзисторов (рис. 315, б).
Увеличение сопротивления связи и соответственное повышение напряжения питания приводит к улучшению разделения сигналов «О» и «1», что дает возможность повысить уровень помех, увеличить количество каскадов, подключаемых к данному выходу, и расширить диапазон температур окружающей среды. Отрицательным фактором при этом служит эффект значительного снижения быстродействия.
Схема РЕТЛ (RCTL)—резистивно-емкостная транзисторная логика — отличается от схемы РТЛ только тем, что у нее во входных цепях транзисторов параллельно ограничивающим резисторам стоят конденсаторы небольшой емкости. Включение в цепи базы транзисторов таких RC-цепочек сокращает время переключения транзистора. Величины сопротивлений резисторов в данной схеме по сравнению с схемой РТЛ значительно увеличены, что позволило повысить перепад уровней сигнала с 1 до 6 в и тем самым значительно повысить помехоустойчивость (рис. 315, в). Однако высокие требования к разбросу номиналов сопротивлений резисторов (выполнение которых при существующих методах группового изготовления связано с большими технологическими трудностями) и снижение быстродействия у схем РТЛ не позволяет последним конкурировать с другими видами ИС.
К группе ИС вида РЕТЛ (RCTL) относятся серии 201, 206, 211, 204 обладающие большим временем задержки распространения сигнала (^100 нсек) и низким значением помехоустойчивости (^0,15 в).
ДТЛ (DTL) схема диодно-транзисторной логики (рис. 315, г) возникла при решении проблемы, связанной с неравномерным распределением базовых токов в каскадах, подключенных к выходу. В ДТЛ-схемах ток в базу каждого транзистора подается отдельным источником тока. Входы развязаны входными диодами. Нагрузочный множитель по выходу ограничивается способностью транзистора, находящегося в открытом состоянии, пропускать максимальные токи нагружающих каскадов, оставаясь в состоянии насыщения.
Напряжение сигналов «0» и «1» определяется падением напряжения на переходах диода и транзистора и не зависит от сопротивления резистора и напряжения источника питания.
Разделение между сигналами «0» и «1» можно увеличить, введя в цепь базы дополнительные диоды связи. Основным недостатком ДТЛ-схем является то, что при запирании первоначально открытого транзистора диодь?! связи могут запираться слишком быстро, в результате чего накопленный в транзисторе заряд медленно рассасывается через базу. Для получения приемлемого времени выключения используется дополнительный источник отрицательного смещения.
В вентильную схему ДТЛ может быть введен дополнительный усилительный каскад, который обеспечивает устойчивое включение транзистора, благодаря чему в этой схеме допустим широкий разброс номиналов резисторов.
К элементам ДТЛ относятся серии 202, 217, 105, 121, 125. Все они обладают повышенной помехоустойчивостью (0,5 в) и средним временем задержки распространения сигнала от 30 до 100 нсек.
Схемы типа ДТЛ получили наибольшее распространение. Основной их недостаток — не очень высокое быстродействие.
306
ТТЛ (TTL)-схема транзисторно-транзисторной логики образуется за счет замены в вентиле ДТЛ группы входных диодов (вместе с первым диодом связи) на многоэмиттерный п—р—n-транзистор. Такая замена уменьшает емкостную нагрузку и, как результат, увеличивает быстродействие. В схемах ТТЛ (рис. 315, д) предусматривается выходная цепь с низким сопротивлением, благодаря чему для базового тока создается низкоомный путь, необходимый при работе на высокой частоте. Чтобы ток заряда емкостной нагрузки в равной мере обеспечивался как в момент включения, так и в момент выключения схемы, на ее выход обычно включают «двухэтажный каскад». При такой схеме ток в нагрузку идет через активный элемент схемы как при нарастании, так и при спаде сигнала. Но развязка между входами здесь не столь эффективна, как в случае включения отдельного диода в цепь каждого входа.
К элементам этого типа относятся комплексы интегральных схем серий 106 и 133, обладающие повышенными быстродействием (задержка от 15 до 30 нсек) и помехоустойчивостью (0,5 в).
Благодаря высоким показателям схемы ТТЛ можно считать наиболее перспективными.
К группе схем ТТЛ относятся также схемы с общим эмиттерным управлением HCTL (рис. 315, е) и схемы с общими коллекторными связями HCML (рис. 315, ж). В отечественных разработках получила широкое применение схема HCML, представляющая собой логическое построение, выполненное на переключателях тока. Таким схемам присвоено обозначение ПТТЛ.
Существенной особенностью схем ПТТЛ является ограниченный перепад уровней сигналов, так как режим работы этих схем таков, что они не заходят ни в область насыщения, ни в область отсечки.
В исходную схему ПТТЛ входят дифференциальный усилитель и генератор тока.
Схемы ПТТЛ предназначены для применения в весьма быстродействующих ЦВУ. Основной недостаток их — сравнительно большая рассеиваемая мощность, что особенно заметно при их использовании в устройствах ограниченного быстродействия.
Ограничением в применении ПТТЛ-схем служит их несовместимость со всеми типами логических схем, в которых транзисторы работают с насыщением. К числу таких схем относятся элементы серий 137 и 223 с задержкой распространения сигнала от 5 до 10 нсек, потребляемой мощностью 50—100 мет, и уровнем помехоустойчивости 0,2 в
Конструирование РЭА на основе полупроводниковых микросхем привело к значительному снижению веса и габаритов (в два — пять раз, а в отдельных случаях даже до десяти раз) и к заметному увеличению надежности (до трех раз). Выпуск интегральных микросхем характеризуется данными зарубежной печати, приведенными в табл. 83. Как видно из таблицы, основное внимание за
Таблица 8
Выпуск интегральных микросхем зарубежными фирмами (млн. долларов)
Типы микросхем Годы
1965 1966 1967 1970
Полупроводниковые 79-80 148 198—250 380—500
Г ибридные — 56 75 125
Тонкопленочные — 9 10 12
Т олстопленочные — 14 15 20
Всего 79—80 227 298—350 537—657
307
рубежом обращается на производство полупроводниковых микросхем, хотя гибридные микросхемы, по-видимому, не утратят своего значения в ближайшие годы.
Значительный интерес вызывает экономический аспект производства интегральных микросхем. Табл. 84 демонстрирует устойчивую тенденцию к снижению их стоимости в период с 1963 по 1970 г. Характерно и то, что на протяжении ряда лет интегральные микросхемы обходятся в 8—10 раз дороже дискретных транзисторов, хотя стоимость и тех и других непрерывно уменьшается. Сравнительно высокая стоимость интегральных микросхем (по сравнению с транзисторами) объясняется тем, что первым присущ значительно меньший процент выхода годных изделий, а также тем, что они состоят из большого числа компонентов и изготавливаются по более сложной технологии.
Таблица 84
Средняя стоимость интегральной микросхемы
(доллары)
Тип микросхемы Годы
1963 1С64 1965 1966 1967 1970
Логическая Линейная — — 7,5 23—25 4,3 13,5 2,75 6,5 0,93 1,4
В среднем 100 20 8,4 5 3,25—3,5 0,95
Кремниевые транзисторы — — — 0,6 0,35 0,18
Экономический анализ будет, однако, более объективным, если сравнивать не стоимости устройств, а стоимости реализации той или иной функции с помощью микросхемы и с помощью соответствующей ей совокупности дискретных компонентов. Такой анализ показывает, что «функциональная стоимость» у большинства микросхем ниже, чем у транзисторов. Но даже в тех сравнительно редких случаях, когда она все же несколько выше «функциональной стоимости» транзисторов, преимущества в отношении габаритов, веса, расходуемой мощности и надежности определяют целесообразность использования интегральных микросхем.
Весо-габаритные характеристики интегральных микросхем обычно оцениваются по критерию «плотность упаковки» (число компонентов в 1 см3 объема), который может характеризовать: а) физическую плотность упаковки, т. е. объем пластины (подложки), отнесенный к среднему объему компонента; б) схемную плотность упаковки с учетом расстояний и соединений между компонентами схемы (межсоединений), объема пассивной подложки и корпуса; в) аппаратурную плотность упаковки (с учетом размещения микросхемы на печатных платах, сборках плат и т. п.).
Физическая плотность упаковки полупроводниковых микросхем, серийно выпускаемых отечественной радиоэлектронной промышленностью, превышает 104 эл!см3. Для разработчиков РЭА, однако, более показательны два других критерия: схемная плотность, оцениваемая в 103 эл!см3, и аппаратурная плотность, которую можно довести до (1 4- 3) • 102 эл!см3.
Высокие значения физической плотности упаковки интегральных микросхем обусловлены минимальными размерами интегральных компонентов, которые для бескорпусных микротранзисторов установились, в частности, на уровне: диаметр коллектора — от 15 до 20 мкм; размер наименьшего электрода (эмиттера) — от 1 до 2 мкм\ толщина базы — не более 0,2—0,5 мкм; разрешающая способность фо-308
толитографии, этого основного лимитирующего процесса в планарной технологии,— в пределах от 0,2 до 0,5 мкм.
Минимальные размеры компонентов и малые расстояния между ними определяют быстродействие микросхем. Так, токовые переключатели на рассеиваемую мощность 50 мвт обладают быстродействием от 3 до 5 нсек,, а элементы транзисторно-транзисторной логики на мощность 10 мвт — от 5 до 10 нсек. Арифметические устройства, выполненные на таких компонентах, осуществляют до 50—80 млн. операций в секунду.
§ 37. Конструирование микроблоков на основе интегральных микросхем
Разработка микроблоков РЭА на основе интегральных микросхем сводится к решению двух групп проблем. Первая из этих групп касается структуры, функциональных построений и номенклатуры самих интегральных микросхем и составляет область схемотехники. Вторая группа охватывает вопросы проектирования узлов, блоков и приборов РЭА на основе микросхем и составляет область системотехники.
Конструктивные и технологические вопросы, возникающие при разработке микроузлов, решаются совместно, при этом учитываются требования оптимальной геометрии и обеспечивается рациональный выбор вида и характера компоновочной схемы узла, блока, системы или устройства РЭА. Чтобы воплотить все принятые решения в единую конструкцию, разработчику необходимо учитывать малую схемотехническую гибкость микросхем и невозможность получения ряда схемных решений из-за несовершенства технологии напыления отдельных компонентов. Особенно обоснован должен быть выбор системы (комплекса) микросхем, которая, будучи функционально достаточно полной, обладала бы необходимой логической гибкостью или набором необходимых линейных усилительных и формирующих элементов.
Из экономических соображений целесообразно остановить свой выбор на такой системе, в которой номенклатура микросхем (как логических, так и линейных, пусть по отдельности даже весьма функционально сложных) была бы как можно более ограниченной.
Ограниченный перечень микросхем исключает разработку и внедрение уникальных образцов и требует создания достаточно универсальных блоков, приборов и устройств с широкой областью применения, обеспечиваемой функциональной или структурной избыточностью.
Примером такого устройства может служить микросхемный линейный операционный усилитель, в котором замена одного компонента в цепи обратной связи позволяет получить целую гамму схем, в том числе интегратор, генератор и усилитель.
Практикой конструирования миниатюрной РЭА на основе интегральных микросхем установлено, что ограничивающим фактором для создания микроблока с высокой схемной плотностью упаковки является не отсутствие сверхминиатюрных микросхем, а физическая невозможность эффективного соединения их между собой.
Серийно выпускаемые в настоящее время микросхемы имеют достаточно миниатюрные корпуса. Если учесть наличие в них до 12—14 выводов, расположенных близко друг от друга, то станет ясно, что компоновка микроблока на основе таких микросхем представляет для разработчиков трудную конструкторско-технологическую проблему. Для ее решения необходимо:
а) выбрать способ соединения микросхем на соединительной печатной плате;
б) найти средства защиты микросхем как от тепла, выделяющегося в процессе пайки, сварки и других способов их соединения в единую электрическую схему, так и от внешних механических, климатических и прочих воздействий окружающей среды;
в) изыскать способ изоляции микросхем, обеспечивающий их помехоустойчивость;
309
г) разработать многофункциональные микроблоки, которые, обладая минимальным числом входных и выходных соединений, отвечали бы заданному уровню надежности;
д) создать конструкцию функционального блока на базе высоконадежных и дешевых микросхем, позволяющую быстро обнаруживать и устранять неисправности или быстро и с минимальными затратами заменять неисправный блок исправным.
Разработку монтажа узлов, блоков и приборов РЭА начинают, как правило, с выбора типа корпуса интегральной микросхемы.
Анализ интегральных микросхем, серийно выпускаемых зарубежной и отечественной электронной промышленностью, показывает, что шире всего распространены плоские и цилиндрические корпуса. Плоские корпуса имеют только три модификации: прямоугольную, квадратную и круглую, тем не менее разнообразие их весьма велико и продолжает увеличиваться.
Зарубежные фирмы (Fairchild, Signetics, Sylvania, Transitron) выпускают микросхемы в корпусах с ленточными выводами в верхней части, фирма Texas Instrument — в корпусах, снабженных жесткими выводами [11, 14, 37]. Корпуса микросхем делают металло-стеклянными или полимерными.
Прямоугольная конструкция корпуса позволяет располагать ленточные выводы с двух противоположных сторон, круглая — по всей окружности, что улучшает условия теплоотвода и дает ей некоторые преимущества перед другими типами плоских корпусов.
Цилиндрический корпус ТО-5 микросхем, широко используемый фирмой RCA, аналогичен корпусу, применяемому в производстве транзисторов. Внешне они отличаются друг от друга только количеством выводов. Существенным преимуществом корпуса ТО-5 является его высокая герметичность и сравнительная дешевизна.
Отечественные интегральные микросхемы также имеют корпуса плоской или цилиндрической формы. Из плоских наибольшее распространение получили прямоугольные корпуса 11,6X11,6X4,8 мм с двенадцатью выводами, равномерно расположенными по нижнему торцу с шагом 3 мм, а также прямоугольные корпуса типа Texas Instrument с шагом 1,25 или 1 мм.
Цилиндрические корпуса типа ТО-5 для полупроводниковых интегральных схем имеют диаметр 9,4 мм и высоту 4 мм. Они выпускаются в двух модификациях: на 8 и 12 выводов.
Конструирование микроблоков на основе выбранной системы интегральных микросхем зависит от способа их соединения и крепления на печатных платах, что в свою очередь определяется типом конструкции корпуса микросхемы и его выводов. Некоторые корпуса (в основном плоские с жесткими выводами по нижнему торцу) крепятся на печатных платах путем распайки выводов в отверстиях платы, другие приклеиваются одной стороной плоского корпуса к печатной плате, а его выводы распаиваются по схеме.
Монтаж микросхем на соединительных платах микроблоков отличается значительной трудоемкостью. По сведениям фирмы Westinghouse, стоимость операций монтажа и сборки микроблоков составляет половину общей стоимости аппаратуры, выполненной на интегральных схемах [26, 27].
Существенной частью разработки РЭА и систем дискретной автоматики на интегральных схемах является конструирование печатных плат. Наиболее эффективны многослойные печатные платы. Их применение обеспечивает, во-первых, большую плотность соединений по сравнению с одно- и двухсторонними платами, а во-вторых, уменьшение веса и снижение стоимости (благодаря отказу от соединительных* деталей). Не менее важно и то, что сокращение внешних паяных соединений и количества монтажных проводов упрощает сборку и повышает надежность монтажа.
Многослойные печатные платы применяются для соединения отдельных интегральных схем в модули, а модулей в узлы. Служат они также для соединения групп многослойных плат на одной общей соединительной плате. В последнем случае изменения в логической схеме системы часто становятся осуществимы посредством простого изменения схемы внешних соединений, выполняемых на общей плате.
310
Большинство элементов, монтируемых на многослойных платах, имеет постоянную (повторяющуюся) конфигурацию штырей, лепестков или выводов. Это делает возможным конструирование всех или большинства плат с идентичным размещением выводов. Отличие этих плат друг от друга сводится лишь к особенностям схем соединения отдельных слоев.
Количество слоев может изменяться от платы к плате в зависимости от сложности монтируемых на них функциональных устройств, но общая толщина платы обычно остается постоянной. Это достигается изменением толщины отдельных слоев. Такая унификация конструкции отдельных плат снижает стоимость их обработки и изготовления, упрощает сборку систем.
Конструирование многослойных печатных плат зависит от рационального выполнения противоречивых требований, предъявляемых к разрабатываемой РЭА. Но в любом случае этот процесс складывается из ряда последовательных операций схемотехнического и технологического характера.
К схемотехническим операциям относится выбор решения относительно разделения всей системы на части, размещаемые на отдельных платах; при этом надлежит обеспечить:
а) наилучшее использование заданного объема;
б) замену вышедших из строя компонентов;
в) наибольшую гибкость конструкции;
г) сокращение веса, стоимости и числа внешних соединений.
На этом этапе решается вопрос о выборе числа слоев на плате. Известно, что увеличение этого числа повышает стоимость платы. Так, чтобы соединить 25 микросхем, достаточно иметь плату с 3—4 слоями; для соединения 50— 60 микросхем требуется 5—6 слоев; для соединения 450 микросхем может понадобиться уже 12 слоев. Между тем простое удвоение числа слоев — с 5 до 10 — увеличивает на 30—40% стоимость плат, изготавливаемых путем гальванизации отверстий. Поэтому для многократно повторяющихся функциональных схем (сумматоров, регистров сдвига или других логических блоков) иногда бывает целесообразно использовать платы меньшего размера. Это увеличивает число плат, а стало быть и стоимость монтажа вследствие увеличения числа соединений между платами, но зато дает экономию на изготовлении фотошаблонов и самих плат.
К технологическим операциям можно отнести определение числа входов и выходов печатной платы. В многослойной плате число контактов входа и выхода, как правило, не должно превышать 20% общего числа клемм. Чем ниже это процентное соотношение, тем лучше конструкция. Если число точек на плате, которые нужно соединить с другими платами, равно числу внутренних соединений, то использование многослойных плат становится неэффективным, и возникает необходимость применения иной компоновки.
Рациональным решением является расположение контактов входа и выхода на противоположных сторонах платы вплотную к ее краям. Существует определенное ограничение плотности размещения входных контактов на многослойных платах. По данным зарубежных фирм, при использовании штыревых контактов, расположенных в два ряда и более, расстояние между штырями должно быть не меньше 2,54 мм, а диаметр штыря — не больше 0,06 мм, так как иначе не хватает места для прокладки проводников между первым и следующими рядами. Максимальное количество контактных точек на плате определяет в большинстве случаев максимальное число микросхем, которые можно расположить на плате.
Весьма важной технологической операцией является и определение диаметра отверстий и размера контактных площадок. Практикой конструирования установлено, что диаметр отверстия должен на 0,12—0,25 мм превышать диаметр штыря или проводника, который в него вставляется. Этот зазор необходим для обеспечения хорошего качества пайки. В случае применения метода сквозной металлизации соотношение между минимальным диаметром отверстий и общей толщиной печатной платы должно составлять 1 : 3.
Если место между отверстиями окажется недостаточным для прокладки проводников, то нужно изыскать возможность уменьшить размеры отверстия и контактной площадки вокруг него. В других случаях требуется так сгруппировать
311
модули, чтобы оставить свободными проходы между рядами или колонками отверстий и получить тем самым доступ к каждому контакту. Если на плате достаточно места, то следует просверлить несколько дополнительных отверстий для пропуска проводников, соединяющих компоненты, размещенные в разных слоях; это увеличивает плотность монтажа, сокращает число слоев и упрощает компоновку.
Рекомендуется не размещать проводники на поверхности многослойных плат, соединяющих микросхемы. Если все соединения удается разместить во внутренних слоях, то на поверхности многослойных структур должно быть оставлено место для теплоотвода. Это особенно важно там, где тепло нельзя отвести при помощи конвекции. Обычно теплоотводы изготавливаются вместе с платой. Они представляют собой медную фольгу, покрытую теми же материалами, которые используются для сквозной металлизации отверстий. Общая толщина теплоотводов, изготовленных таким образом, не превышает 0,15 мм. Иногда теплоотводы изготавливаются отдельно, из более толстой фольги, и приклеиваются к поверхности платы.
Существует много различных конструкций и методов получения многослойного печатного монтажа. Наибольшее распространение получили платы, изготавливаемые попарным прессованием или последовательным наращиванием, а также платы с открытыми контактными площадками. Последние обладают рядом преимуществ, а том числе простотой изготовления и возможностью демонтажа в условиях эксплуатации РЭА (при помощи специальной фрезы).
Известны три варианта конструкции многослойного печатного монтажа.
Вариант 1 — плата состоит из трех и более склеенных слоев, каждый из которых представляет собой односторонний печатный монтаж на фольгированном диэлектрике. Толщину слоя выбирают в зависимости от размеров платы; основной несущий Слой имеет в толщину от 0,5 до 1 мм, остальные — от 0,1 до 0,3 мм. Диаметры монтажных и технологических отверстий выбирают в зависимости от толщины отводов микросхем. Под выводы 0 0,4 мм монтажные отверстия делают 0 0,6 мм, а технологические, т. е. обеспечивающие доступ к контактной площадке,— 0 0,8 мм. Последовательность операций сборки платы такова:
а) послойное изготовление печатного монтажа фотохимическим способом;
б) послойное сверление технологических отверстий;
в) совмещение и склеивание слоев между собой;
г) сверление монтажных отверстий в плате.
Вариант 2 — плата состоит из склеенных слоев, каждый из которых представляет собой двухсторонний печатный монтаж на фольгированном диэлектрике. Между двумя таким слоями прокладывают изоляционный слой толщиной 0,1—0,2 мм. Толщина слоев, диаметры монтажных и технологических отверстий — такие же, как в первом варианте. Операции сборки платы — те же, что при первом варианте, за исключением того, что послойное изготовление печатного монтажа осуществляется не фотохимическим, а комбинированным методом. Заметим также, что если в обычных двухсторонних печатных платах металлизируют монтажные отверстия в слоях, то здесь металлизации подлежат специальные соединительные отверстия. Их назначение — гальванически соединить проводники, находящиеся на противоположных сторонах слоя. Такая конструкция платы делает возможным холодный демонтаж при помощи специальной фрезы. Сказанное относится к микросхемам, выполненным в корпусах типа «Тропа», «ТО-5» и других с цилиндрическими выводами. Этот способ, проверенный на ряде серийных образцов, себя полностью оправдал.
Вариант 3 — плата состоит из комбинации слоев, описанных в вариантах 1 и 2. Конструктивные размеры и технология изготовления аналогичны предыдущим вариантам.
В практике конструирования РЭА на основе микросхем многослойный печатный монтаж выполняют с гальваническими соединениями между слоями. Существуют разные способы междуслоевых соединений, однако все они усложняют изготовление, снижают ремонтоспособность, а подчас и надежность (например, способ сквозной металлизации отверстий).
Опыт отечественных разработчиков РЭА показывает, что практически под любую схему можно разработать многослойный печатный монтаж без между-312
слоевых соединений. В электрической схеме каждого электронного блока нетрудно обнаружить группы цепей, не имеющих между собой непосредственных соединений. Достаточно расположить монтаж каждой из них на отдельном слое, чтобы решить указанную задачу, т. е. получить многослойную печатную плату без междуслоевых соединений.
На этой основе рядом предприятий были разработаны и изготовлены микроблоки на многослойном печатном монтаже с открытыми контактными площадками. Испытания показали достаточную механическую прочность конструкции и надежную работу микроблока.
Многослойные печатные платы полностью обеспечивают монтаж на них микроблоков, выполненных на основе интегральных микросхем в герметизированных корпусах.
Для микросхемного метода конструирования типично кассетное и книжное исполнение блочных конструкций, каркасов и оснований. Отдельной функциональной единицей некоторых образцов РЭА, выполненных зарубежными фирмами, является модуль с размерами 220x50 мм.
Коммутирующая разводка выполнена методом печатного монтажа. В других случаях, характерных для бортовых ЭВМ, применен набор кассет-модулей, монтируемых на стандартной раме. Употребительна также книжная конструкция форматом обычной книги. Нередко микро-ЦВМ выполняются в виде блока объемом около 0,12 м3, содержащего три платы, соединенные друг с другом с помощью петель. Две платы содержат логику машины, третья — память. Американская фирма IBM выпускает блок РЭА, конструктивно выполненный в виде трех «страниц». Каждая «страница» состоит из несущей алюминиевой пластины, к которой прикреплена многослойная печатная плата с микросхемами, припаянными к особым площадкам. Конструкции придана цилиндрическая форма, удобная для размещения в головке самонаведения ракеты. Охлаждаются алюминиевые пластины путем отвода тепла в результате контакта с охлаждаемой плитой.
Трудно да, пожалуй, и не нужно описывать все многообразие конструктивных оформлений микроблоков РЭА. Важнее обрисовать тенденции развития методов конструирования и способов межсоединений. Обзор зарубежной периодической печати показывает, что совершенствование методов конструирования микроблоков на интегральной микросхемной основе будет развиваться в направ-лениии использования керамических подложек с тонко- и толстопленочной многослойной разводкой, оптимальные варианты которой предполагается определять расчетным путем на ЦВМ с минимизацией числа слоев и упрощением геометрии межсоединений.
Большое внимание уделяется уменьшению паразитных эффектов (наводок, перекрестных помех и т. д.), вызываемых протяженными монтажными и соединительными проводниками. В настоящее время намечается переход на непаяные электрические соединения, осуществляемые навивкой и обжимкой. Эти методы, хороши и тем, что радикально повышают производительность труда, облегчают автоматизацию процессов, не вызывают местных перегревов.
Внедрение метода навивки требует от конструктора видоизменения внешних выводов и придания им формы штырей, расположенных параллельными рядами. Навивку соединительных проводов выполняют либо вручную (с помощью пневматических или электрических пистолетов с одновременной зачисткой проводов от изоляции), либо на специальных автоматах. Исследование соединений, осуществленных навивкой, паказало, что лучшие из них получаются при прямоугольном сечении выводных штырей.
Метод обжимки легко реализуется в тех блоках и устройствах, где требуется быстро и высококачественно выполнить небольшой объем монтажных работ.
Все возрастающие требования к надежности, экономичности и весо-габарит-. ным характеристикам РЭА. приведут, очевидно к тому, что электрические между-блочные соединения останутся в ближайшие годы одним из узких мест микросхемного конструирования. Методы навивки и обжимки несомненно найдут поэтому широкое применение в РЭА, однако пайка и сварка как средства создания электрического контакта еще долго будут занимать значительное место во внутренних и внешних соединениях.
12 П. Д. Верхопятницкий 313
Новые методы конструирования микросхемной РЭА и межсоединений обусловлены не только тенденцией к миниатюризации, но и все более усложняющимися условиями эксплуатации судовой РЭА, требованиями упрощать компоновку схем, повышать экономическую эффективность их производства и обеспечивать высокие показатели надежности.
В перспективе намечается массовое производство микроузлов в виде непрерывной ленты, содержащей все элементы схемы со всеми необходимыми соединениями между ними. Компоненты схем потеряют в такой ленте свои четко выраженные дискретные формы, что несомненно скажется на технике и методах компоновки микроузлов и микроблоков.
Создание элементов микросхемы, решение некоторых физико-технологических и топологических вопросов, а также получение более высоких показателей плотности упаковки и безотказности в работе (надежности) — таков в общих чертах перечень новых вопросов, которые необходимо решать разработчикам РЭА. Из отечественного и зарубежного опыта следует, что при переходе от функционально-блочного к функционально-узловому методу конструирования на основе микросхем разработчикам приходится заново конструировать образец, ибо иначе не создать его экономического и работоспособного микросхемного варианта, не внося существенных изменений в принципиальную схему, конструктивное оформление и технологию производства. Взаимосвязь между этими компонентами в интегральных микросхемах значительно теснее, чем в обычных схемах на дискретных элементах. Механический перенос принципиальных схем обычной апппаратуры на микросхемную практически полностью исключается. В лучшем случае в основу разработки микросхемной аппаратуры можно положить лишь общую функциональную схему блока (прибора), подлежащего разработке, или техническое задание.
Весьма часто приходится разрабатывать микроминиатюрный вариант существующего образца РЭА. Это делает необходимым ряд дополнительных исследований для определения того, какие элементы, узлы и функциональные схемы поддаются микроминиатюризации (имеют миниатюрные эквиваленты), а какие не поддаются и требуют замены другими типами, работающими по принципиально новому физическому принципу. Нужны также исследования для определения путей рационального конструирования аппаратуры с минимальными междублочными (междуприборными) и стоечными кабельными соединениями. Наконец, основными остаются такие задачи, как повышение эксплуатационной надежности аппаратуры и определение экономической целесообразности ее микроминиатюризации.
Как известно, легко поддаются микроминиатюризации электронные устройства маломощных приемно-усилительных и импульсных каскадов обработки информации и устройств управления ЦВМ и дискретной автоматики.
Устройства управления аналогового типа, содержащие электромеханические элементы (реле, переключатели, потенциометры с электродвигателями, сельсины, синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы и др.), плохо поддающиеся микроминиатюризации, следует заменять их миниатюрными эквивалентами, а в случае отсутствия последних — электронными функциональными схемами дискретной автоматики. В частности, электромеханические реле и переключатели могут быть заменены диодными, транзисторными и оптоэлектронными переключающими устройствами.
В ряде случаев значительные трудности возникают при миниатюризации различных фильтровых контуров и линий задержек.
LC-фильтры можно заменять более миниатюрными электромеханическими и пьезокерамическими фильтрами (типов ЭМФ и ПКФ), активными /?С-фильт-рами, а также активными эквивалентами индуктивности и емкости. Пассивные линии задержки обычно заменяются миниатюрными активными электронными устройствами в микромодульном или микросхемном исполнении с необходимыми параметрами задержки сигнала.
Разработка управляемых тиристорных вентилей разрешила проблему миниатюризации генераторных устройств большой мощности. Внедрение тиристорных генераторов, основанных на методах затягивания частоты или внешней синхронизации, существенно уменьшило вес, габариты и потребляемую мощность 314
(благодаря высокому к. п. д.) и улучшило режим их работы при длительной эксплуатации.
Внедрение цифровых устройств управления фазой элементов антенной решетки позволило в ряде случаев отказаться от электромеханических приводов антенн РЛС.
Наличие интегральных СВЧ-микросхем полоскового типа позволило отказаться в некоторых случаях от громоздких и малоэффективных вакуумных элементов СВЧ-тракта.
Замена визуальных индикаторов, выполненных на основе электроннолучевых трубок, матрицами из электролюминесцентных диодов или микропленок, открывает пути к уменьшению и этих крупногабаритных приборов.
Таким образом, оценивая перечисленные выше способы уменьшения веса, габаритов и потребляемых мощностей при одновременном резком возрастании надежности, следует сказать, что проблема решается не только микроминиатюризацией электронной части РЭА, но и широким внедрением миниатюрных элементов, узлов и конструкций, новых схемных решений на основе принципов дискретной автоматики, новых приемов оптимального конструирования, т. е. того, что в совокупности составляет метод комплексной миниатюризации.
Комплексная миниатюризация некоторых реальных образцов судовых РЭА с применением интегральных микросхем в ряде случаев приводит к некоторому ухудшению стабильности выходных параметров, что объясняется влиянием ряда дестабилизирующих факторов, наличием активных частотных фильтров, активных эквивалентов индуктивностей, малых напряжений питания и др.
Чтобы локализовать вредное действие этих факторов, необходимо в функциональные схемы сложных и ответственных систем вводить элементы автоматизированного самоконтроля и самонастройки нулей индикаторов, частотных характеристик и их положений, коэффициентов передачи и т. д. Требуется также контролировать точность решаемых задач и программировать операции самоконтроля и самонастройки.
Уменьшение веса, габаритов и потребляемых мощностей, достигаемое в результате внедрения мероприятий по комплексной миниатюризации, невольно наталкивает разработчиков на мысль о возможности значительно увеличить параметр надежности образца РЭА путем резервирования ряда ответственных функциональных устройств. Это мероприятие всегда ведет к функциональному усложнению и к увеличению стоимости образца, но достигаемое при этом увеличение эксплуатационной надежности обычно с избытком окупает понесенные затраты.
Возможности промышленности еще не делают реальной замену всех функциональных узлов одной системой миниатюрных эквивалентов.
При определении возможности миниатюризации образца РЭА наиболее рационален метод разделения общей функциональной схемы на функциональные узлы, в основном соответствующие широко применяемому понятию «каскад».
Функциональные узлы, выполненные на обычных электрорадиоэлементах, можно разделить по рассеиваемой мощности на три основные группы.
Функциональные узлы первой группы с мощностями рассеяния до 0,1 вт могут быть заменены миниатюрными эквивалентами в микромодульном и микросхемном исполнении. В эту группу входят: импульсные и потенциальные каскады трактов приемно-усилительной и импульсной аппаратуры; логические элементы цифровой вычислительной техники, реализующие всю систему булевых функций; быстродействующие БГ, МВ, Тг, Эм, УНЧ, УПЧ, УВЧ, ВУ, СС, Г и др.
Функциональные узлы второй группы, имеющие мощности рассеяния около 1 вт, нельзя, как правило, выполнить на микросхемах и на серийно выпускаемых плоских и этажерочных микромодулях (ПММ и ЭММ). Такие узлы наиболее рационально разрабатывать на основе плоских модулей (например, унифицированных функциональных узлов «Элемент-2», «Аккорд» и т. п.). К этой группе относятся: низкочастотные блокинг-генераторы и мультивибраторы; триггеры низкой и высокой частоты; эмиттерные повторители; видео
12* 315
усилители; схемы совпадений; диодно-ключевые схемы; усилители НЧ, ПЧ; генераторы пилы и sin а; схемы индикации — предоконечные и выходные каскады.
К функциональным узлам третьей группы с мощностями рассеяния более 1 вт следует причислить выходные каскады импульсно-потенциальных устройств; вторичные источники питания; цепи развязки с емкостной, индуктивной и активной низкоомной нагрузкой; элементы усилителей записи и считывания. Подобрать для большинства из этих узлов модульные эквиваленты — задача не из легких. Чтобы придать аппаратуре единую конструкторскую форму и унифицировать технологию сборки, целесообразно функциональные узлы этой группы компоновать в виде специальных модулей с мощными полупроводниковыми (или даже миниатюрными электровакуумными) приборами, укомплектованными пассивными элементами нормального исполнения с использованием искусственного охлаждения.
В перспективе такие модули будут, по-видимому, заменены микромодуль-ными эквивалентами, выполненными на основе мощных микротранзисторов с соответствующими частотными характеристиками пассивных элементов (конденсаторов, резисторов, индуктивностей) в пленочном исполнении на заданные мощности рассеяния.
Практикой конструирования судовых радиолокационных станций (РЛС) установлено, что осуществляемая в настоящее время миниатюризация одних лишь электронных блоков РЛС, состоящих из маломощных каскадов, хотя и имеет большое значение, но не может полностью решить проблемы в целом. Основной вес (и объем) РЛС падает на механические и электромеханические узлы, которые трудно поддаются миниатюризации. Правда, замена металлов пластмассами, а также использование методов точного приборостроения, позволило за последние десять лет примерно в 2,5 раза уменьшить вес и габариты упомянутых механизмов. Но резервы миниатюризации в этом направлении почти исчерпаны, и дальнейшее усовершенствование механизмов будет происходить медленно.
Вместе с тем прогресс в миниатюризации электронных блоков весьма значителен и характеризуется улучшением весо-габаритных показателей в сотни раз. Такое сопоставление двух линий развития невольно вызывает стремление у разработчиков РЭА к замене механизмов электронными устройствами там, где последние могут выполнять аналогичные функции. Так, блоки слежения за временным положением импульса и измерения задержки, блоки слежения за фазой и ее измерения, блоки смены дискретных частот и тому подобные функциональные устройства поддаются замене электронными устройствами. Эта замена не вызывает больших трудностей и при использовании прогрессивных схемотехнических решений сулит значительное сокращение веса и габаритов изделий.
Так, электронно-цифровой вариант следящей системы электромеханического типа даст (при сохранении точности работы) выигрыш по весу в 10— 20 раз. Но число комплектующих элементов возрастает при этом в 10—20 раз.
К числу механизмов РЛС, которые не могут быть легко заменены электронными схемами, относятся блоки точной и плавной перестройки, блоки настройки антенн и т. п.
Миниатюризация мощных блоков наталкивается на большие трудности в связи с необходимостью обеспечить тепловой режим и уменьшить мощность рассеяния путем повышения к. п. д. мощных каскадов (генераторов, усилителей мощности, выпрямителей, модуляторов и др.).
Уменьшения мощности передатчиков, что имеет весьма существенное значение, добиваются применением когерентных сигналов и сигналов с линейной частотной модуляцией, а также псевдослучайной манипуляцией фазы. Последний способ заметно усложняет аппаратуру, обеспечивающую оптимальный прием сложных сигналов, и резко повышает требования к точности и стабильности фазы. Но зато он позволяет снизить мощность передатчика в десятки раз при тех же дальностях действия системы и той же интенсивности помех.
Миниатюризация блоков и элементов СВЧ-техники осуществляется различ
316
ными путями: конструктивным совершенствованием ламп, внедрением титанокерамических миниатюрных образцов, созданием твердотельных полупроводниковых интегральных СВЧ-микросхем.
Следует, однако, заметить, что миниатюризация элементов конструкций СВЧ-блоков затрудняется тем, что геометрические размеры этих элементов зависят от длины волны (частоты). Уменьшение их веса при сохранении размеров также ограничено, так как сама конструкция должна быть жесткой и прочной.
При малых уровнях мощности (например, в СВЧ-цепях приемных устройств) большие возможности дает использование «полосковых» конструкций, основанных на применении высококачественных диэлектриков и пленочной технологии.
В области создания электронных методов сканирования и поворота диаграмм направленности антенн значительный интерес представляют конструкции, в которых большая мощность достигается совместным действием многих маломощных источников излучения со слабо выраженной направленностью. Их рассредоточение на определенной поверхности и управление фазой излучения позволяют осуществить сложения мощностей и изменений направления, где это сложение наблюдается, т. е. обеспечить поворот диаграммы направленности. При этом антенна и передатчик представляют собой единую конструкцию, состоящую из сотен или даже тысяч маломощных передатчиков и простых антенн. В такого рода СВЧ-устройствах возможно широкое использование полосковых конструкций. Общий вес и габариты при этом могут быть уменьшены, а надежность улучшена, но технические трудности создания таких конструкций, конечно, весьма велики.
§ 38. Определение уровня миниатюризации радиотехнических изделий
Современные РЛС по своему конструктивному оформлению и составу приборов являются сложными системами, состоящими из многих разнородных устройств. Общую оценку уровня миниатюризации РЛС нельзя получить поэтому непосредственно, а если такая оценка каким-либо образом все же может быть определена, то она не будет характеризовать уровня миниатюризации отдельных устройств. В этом отношении более рационален метод разделения всей РЛС на законченные и однородные по своему составу функциональные устройства с тем, чтобы уровень их миниатюризации характеризовался свойственными им показателями (критериями). Устройства, входящие в состав РЭА, можно подразделить на следующие группы:
1. Механические устройства (блоки) в виде редукторов приводов вращения антенн, механизмов настройки, оснований сканирующих антенн, приборных стоек, рам, каркасов и т. п. По числу деталей и узлов они составляют 5—10% общего объема РЛС.
2. Электромеханические устройства, состоящие из сочетания электрических элементов и механических узлов. К таким устройствам относятся: следящий привод антенн, электропривод сканирования диаграммы направленности антенны, блоки электромеханической настройки и перестройки, устройства дистанционного управления и др. Электромеханические устройства составляют 5—10% общего числа узлов РЭА.
3. Электронные устройства малой мощности — функциональные узлы преобразования сигналов, их усиления, селекции, накопления и коммутации (распределения). По мере функционального усложнения системы обработки информации (алгоритмов) количество функциональных устройств в современной РЛС возрастает, доходя до 50—70% общего числа узлов. Это — усилители промежуточной частоты, гетеродины с формирователями сетки частот, накопители, счетчики, регистры, фазовые, частотные и временные дискриминаторы, электронные коммутаторы, распределители т. п.
4. Радиотехнические блоки большой мощности, состоящие из функциональных узлов, осуществляющих генерирование, усиление и формирование сигналов
317
большой мощности. И хотя количество таких блоков в РЛС обычно не превышает 2—3% общего количества узлов (каскадов), не считаться с ними нельзя, так как они обладают большими габаритами и значительным весом, выделяют много тепла, работают при высоких напряжениях и часто являются наиболее ненадежными устройствами РЛС. К числу таких блоков относятся мощные каскады передатчика, модуляторы, генераторы разверток, входные усилители следящих приводов, мощные выпрямители, источники питания.
5. Блоки СВЧ и антенны имеют сложную механическую конструкцию и размеры, непосредственно связанные с рабочей частотой станции. Функция этих устройств — излучение энергии, прием эхосигналов, канализация, преобразование, селекция и усиление сигналов на высоких и сверхвысоких частот. СВЧ-блоки составляют менее 5% общего числа- узлов, но они сильно влияют на параметры конструкции, поскольку их размеры определяются длиной волны радиосигнала. К числу СВЧ-блоков относятся облучатели антенн, зеркала антенн, волноводные тракты, коаксиальные линии передачи, СВЧ-гетеродины, смесители и др.
6. Пульты управления, контроля и съема информации. По количеству деталей и узлов они составляют лишь малую часть общего числа блоков РЭА. Но все усиливающаяся тенденция включать в РЛС системы встроенного автоматического контроля и поиска неисправностей и усовершенствованные индикаторы обстановки привела к тому, что данные устройства начинают занимать все больший объем — факт, который необходимо учитывать в каждом конкретном случае.
Перечисленные выше функциональные устройства РЛС сильно отличаются друг от друга своими конструктивно-техническими решениями. Различны по своему характеру и трудности, которые вызываются их миниатюризацией. В то же время все они работают совместно, являясь частями единого радиотехнического устройства. Поэтому при решении задачи определения уровня миниатюризации надо идти от частного к общему, от устройства (узла) к функциональному блоку (прибору) и ко всей системе в целом, отыскивая решение по главному направлению.
Известно, что уменьшение геометрических размеров, веса и потребляемой мощности зависит прежде всего от выбора основной элементной базы и метода конструирования изделия (узла, блока, прибора). Учитывая, что сконструировать сложное радиотехническое устройство на единой и однородной системе элементов в настоящее время практически невозможно, необходимо оценку уровня миниатюризации изделия дифференцировать по устройствам и видам использованных в них элементов (навесной монтаж дискретных элементов, модульные, микромодульные и микросхемные функциональные узлы) с присвоением каждому виду элементов определенного весового коэффициента. Значение весового коэффициента достаточно объективно определяется как по сравнению веса (объема) однородного функционального узла, выполненного на различных видах элементов, так и по плотности упаковки элементов.
Наиболее простая и рациональная методика оценки уровня миниатюризации образца РЭА, основанная на использовании коэффициентов применяемости, заполнения объема и эффективности функциональных узлов различных поколений, предложена В. С. Латинским. Заключается она в следующем:
1. Оценка уровня миниатюризации образца РЭА производится как на этапах его проектирования, так и в серийном (опытном) производстве и может служить основой для сравнения ряда однотипных образцов с целью определения показателя качества каждого из них и выбора наилучшего по критерию миниатюризации.
2. В основу оценки уровня миниатюризации образца РЭА положены критерии, учитывающие степень совершенства конструкторско-технологической и схемотехнической проработки, внедрение прогрессивной элементной базы с учетом эффективности, оцениваемой снижением весо-габаритных и энергетических показателей и увеличением ресурса безотказной работы функциональных устройств.
3. Показателем уровня схемотехнической проработки РЭА является коэффи
318
циент применяемости КПр унифицированных функциональных узлов в виде модулей, микромодулей, интегральных схем и больших интегральных схем.
4. Показателем конструкторской проработки образца РЭА является коэффициент заполнения объема Кз о прибора.
5. Внедрение различных поколений унифицированных функциональных узлов в РЭА оценивается коэффициентом эффективности 3k.
6. Коэффициент уровня миниатюризации в общем виде определяется зависимостью:
Н-—Кзо Е Knpkdk-k=i
7. Коэффициент применяемости определяется из соотношения: к -
Knpk~ м0 ’
где Mk — число эквивалентных элементов в унифицированных функциональных узлах; Мо—сумма всех элементов.
Значение коэффициента КПр л лежит в диапазоне от 0 до 1 и показывает, какая часть от общего количества элементов входит в функциональные узлы.
8. Значение коэффициента заполнения объема определяется из выражения:
к = 17 зл .
30 V у устр
где Уэл—объем, занимаемый элементами, платами и соединениями; Уустр — объем конструктивно законченного блока (устройства, прибора).
Численное значение коэффициента Кз.о лежит в диапазоне от 0 до 1.
9. Коэффициент эффективности Эк различных поколений функциональных узлов определяется методом экспертных оценок или путем логического сравнения типовых параметров (веса, надежности, энергопотребления, стоимости, числа эквивалентных элементов и т. п.).
С учетом межсоединений, а также весовых значений параметров (вес, надежность, стоимость и потребляемая мощность) коэффициенты 3k для различных поколений функциональных узлов могут иметь следующие значения: 0,2 для модулей; 0,3 для микромодулей; 0,45 для интегральных схем и 1,0 для больших интегральных схем.
ЛИТЕРАТУРА
1. Азарх С. X. и Фрид Е. А. Микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры. М.—Л., Госэнергоиздат, 1963.
2. Алексеенко А. Г. и др. Современная микроэлектроника и ее перспективы.— Известия вузов, «Радиоэлектроника», 1968, 11, № 7.
3. Б а р к а н о в Н. А. Микроминиатюризация электронной аппаратуры. М., 1966 (ВДНХ).
4. Б а р к а н о в Н. А. и др. Конструирование микромодульной аппаратуры. М., «Сов. радио», 1968.
5. Белевцев А. Т. Микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры. М.—Л., «Энергия», 1965.
6. Б р у к Б. А. Функционально-узловой принцип конструирования электронной аппаратуры. Л., 1960 (ЛДНТП).
7. В а р л а м о в Р. Г. Компоновка радио- и электронной аппаратуры. М., «Сов. радио», 1966.
8. Верхопятницкий П. Д. Электрические элементы судовых радиоэлектронных и вычислительных устройств. Л., «Судостроение», 1967.
9. Верхопятницкий П. Д. Электрические элементы автоматики.. Л., Судпромгиз, 1963.
10. В о р о н о в А. А. и др. Цифровые аналоги для систем автоматического управления. Л., Изд-во АН СССР, 1960.
И.. Высоцкий Б. Ф. Вопросы проектирования микроэлектронной радиоаппаратуры.— «Электронная техника», серия 6 («Микроэлектроника»), 1967, вып. 7.
12. Ге ди кс Г. С. и Ко с тюк А. И. Типовые конструкции унифицированных функциональных узлов. — «Радиоэлектроника», 1960, № 8—9.
13. Г и р ш б е р г В. В. и др. Типовые узлы на полупроводниковых логических и функциональных элементах серии ЭТ. М.—Л., «Энергия», 1966.
14. Гусев В. П. Производство радиоаппаратуры. М.. «Высшая школа», 1967.
15. Гу тки н Л. С. Современная радиоэлектроника и ее проблемы. М., «Сов. радио», 1968.
16. Долкарт В. М. и др. Микроминиатюрные аэрокосмические цифровые вычислительные машины. М., «Сов. радио», 1967.
17. Дубровский А. X. и Кочетова Л. И. Бесконтактные магнитные логические элементы серии ЭЛМ. М., «Энергия», 1967.
18. Евтеев Ф. Е. Перспективы в области конструирования и технологии производства радиоэлектронной аппаратуры. — Известия ЛЭТИ им. В. И. Ульянова (Ленина), 1962, вып. 47.
19. И в а н о в- Е с и п о в и ч Н. К. Инженерные основы пленочной микроэлектроники. Л., «Энергия», 1968.
20. К о л е с о в Ю. Н. Основные этапы проектирования микроэлектронной аппаратуры. — Известия вузов, Киев, «Радиоэлектроника», 1967, № 10.
21. Левин С. Н. Основы полупроводниковой микроэлектроники. М., «Сов. радио», 1966.
22. М а й о р о в С. А. Проектирование и производство модулей и микромодулей. М., «Машиностроение», 1968.
23. П е т р о в В. П. Проектирование цифровых систем контроля и управления. М., «Машиностроение», 1967.
24. Племенос. Особенности проектирования при переводе систем на микросхемы. — «Электроника» (русский перевод), 1966, № 4.
320
25. П о л я к о в К. П. Приборные корпуса радиоэлектронной аппаратуры, М.—Л., Госэнергоиздат, 1963.
26. Будущее интегральной электроники. — «Радиоэлектроника за рубежом», 1965, № 24.
27. Введение в микроэлектронику. Пер. с англ. М., «Сов. радио», 1968.
28. Вопросы пленочной электроники. Сборник статей. М., «Сов. радио», 1966. 29. Вопросы радиоэлектроники. Серия 12, общетехническая, 1965, № 1—33; 1966, № 1—32.
30. Зарубежная радиоэлектроника, 1965—1968, № 1—12.
31. Магнитные логические элементы типа ЭЛМ. Калинин, 1965 (Дом научно-технической информации и пропаганды).
32. Миниатюризация и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры. Обзор авторских свидетельств и иностранных патентов М., 1965.
33. Миниатюризация и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры. Пер. с англ, под ред. Н. А. Барканова. М., «Мир», 1965.
34. Микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры. Пер. с англ, под ред. А. А. Тудоровского. Л., Судпромгиз, 1962.
35. Микромодульное конструирование. Состав. В. Ф. Ворфоломеев. М., 1963 (Гос. комитет по электронной технике).
36. Микромощная электроника. Пер. с англ, под ред. Е. И. Гальперина. М., «Сов. радио», 1967.
37. Микроэлектроника. Теория, конструирование и производство. Пер. с англ, под ред. Н. П. Богородицкого. М., «Сов. радио», 1966.
38. Микроэлектроника и большие системы. Пер. с англ, под ред. В. Г. Толстова. М., «Мир», 1967.
39. О терминологии в микроэлектронике. — «Радиоэлектроника за рубежом», 1967, № 38.
40. Обзор трудов симпозиума по применению микроэлектроники. — «Радиоэлектроника за рубежом», 1967, № 18—19.
41. «Радиоэлектроника» (Известия вузов), 1968, 11, № 1 —12
42. «Радиоэлектроника за рубежом», 1965—1968, № 1—48.
43. Функциональные схемные элементы, узлы и блоки ЦВМ и устройства дискретной автоматики. Изделия радиопромышленности, т. 4. М., 1966.
44. «Электронная техника». Серия 6 («Микроэлектроника»), 1967, вып. 7.
ОБОЗНАЧЕНИЯ ТИПОНОМИНАЛОВ ЭЛЕМЕНТОВ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛОВ
Книга содержит значительное количество иллюстраций в виде электрических схем функциональных узлов. Все электрические схемы выполнены в основном с учетом требований «Единой системы конструкторской документации» (ЕСКД) — ГОСТ 2.702—69. Но поскольку книга не является конструкторским документом, схемы представлены, как правило, без позиционных обозначений комплектующих электрорадиоэлементов. Подавляющее большинство схем содержит численные обозначения номиналов резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности. При этом в соответствии с пунктом 3.48 ГОСТ 2 702—69 применен следующий упрощенный способ обозначения единиц измерений:
а) для резисторов отОдо 999 ом — в омах без указания единицы измерения; от 1000 до 999 000 ом — в килоомах с обозначением единицы измерения буквой «к»; свыше 1 000 000 ом — в мегомах с обозначением единицы измерения буквой «АЬ> (например, 560; 9,1 к; 5,6 М);
б) для конденсаторов от 0 до 9999-10-12 ф — в пикофарадах без указания единицы измерения; от 1 • 10-8 до 9999 • 10-6 ф — в микрофарадах без указания единицы измерения. В последнем случае величины емкостей записываются в виде десятичных дробей (например, 0,01; 0,2; 30,0; 50,0);
в) для индуктивностей все значения номиналов катушек индуктивности и дросселей с ферритовыми сердечниками — в микрогенри без указания единицы измерения.
321
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
До настоящего времени еще нет общесоюзного стандарта на термины по микроэлектронике. Предлагаемый перечень терминов и определений основан на нормали Министерства радиопромышленности СССР, которая распространяется на потенциальные, импульсные, импульсно-потенциальные, ферро-транзисторные, ферродиодные функциональные узлы ЦВМ и устройств дискретной автоматики (1965 г.). В перечне учтены также разработки предприятий электронной промышленности и термины, широко используемые в отечественной и иностранной литературе.
Микроэлектроника — направление электроники, охватывающее комплекс технологических и схемотехнических вопросов, связанных с проектированием и изготовлением надежной электронной аппаратуры в миниатюрном (микроминиатюрном) исполнении в результате полного или частичного исключения дискретных элементов.
Модули на дискретных элементах
Функциональный узел — схема, выполняющая определенную элементарную функцию (формирование, усиление, преобразование сигнала) или логическую операцию и имеющая законченное конструктивное и схемное оформление. Функциональные узлы могут быть унифицированными и иметь широкое применение; узлы неунифицированные имеют частное применение.
Комплект (комплекс) функциональных узлов — совокупность функциональных узлов со взаимно согласованными входными и выходными параметрами, достаточная для построения устройств дискретной автоматики.
Импульсный комплекс — комплект функциональных узлов, в котором использованы только импульсные сигналы.
Потенциальный комплекс — комплект функциональных узлов, в котором использованы только потенциальные сигналы.
Импульсно-потенциальный комплекс — комплект функциональных узлов, в котором использованы как импульсные, так и потенциальные сигналы.
Ферротранзисторный (ферро диодный) комплекс — комплект функциональных узлов, построенный на* ферротранзисторных (ферродиодных) элементах.
Нагрузочная способность узла — максимальная величина нагрузки, при которой обеспечивается работоспособность функционального узла; определяется эквивалентом активной и .реактивной нагрузок или количеством подключенных на выходе других функциональных узлов с известными вводными параметрами.
Модуль — некая функционально связанная совокупность элементов электронной техники, законченная в конструктивном отношении и изготовляемая в едином технологическом процессе. Основой модуля служит диэлектрическая плата с односторонним или двухсторонним печатным монтажом и навесными радиоэлементами (плоский модуль). Модуль может быть выполнен также в двухрядном или многорядном исполнении (этажерочный вариант — объемный модуль).
Функциональный модуль — конструктивно законченная часть электронной схемы, реализующая определенные логические функции («И», «НЕ», «ИЛИ», триггер, линия задержки, регистр, полусумматор и т. п.). Функциональный модуль является воплощением схемного, конструктивного и технологического решений.
Микромодуль — функциональный конструктивно-стандартизованный узел радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), состоящий из микроэлементов, объединенных в общую конструкцию, обеспечивающую герметизацию и защиту от 322
внешних климатических и механических воздействий. По своему конструктивному выполнению микромодули подразделяются на плоские и этажерочные.
Этажерочная конструкция микромодуля состоит из микроплат с дискретными элементами, из которых собирается объемная конструкция — «этажерка». В зависимости от числа элементов на одной микроплате микромодули подразделяются на полиэлементные и моноэлементные.
Плоская конструкция микромодуля состоит из одной микроплаты, с одной или с обеих сторон которой формируются по определенной технологии микроэлементы схемы, после чего ее заливают герметизирующим составом и устанавливают в прямоугольный защитный металлический корпус.
Микроэлектронные модули
Микросхемотехника — область электроники и радиоэлектроники, связанная с разработкой и расчетом микросхем, размещением и соединением их в микроузлы и микроблоки.
Микросхема — технологически законченная схема, составленная из микроэлементов и внутрисхемных соединений, изготавливаемых в едином технологическом цикле на поверхности (или в объме) материала основания (подложки). Как правило, микросхема имеет общую герметизацию и общую защиту от климатических и механических воздействий.
Микроузел (функциональный микроузел) — миниатюрное устройство, состоящее из одной или нескольких микросхем и междусхемных соединений, скомпонованных в единую конструкцию, и выполняющее определенную элементарную функцию (формирование, усиление, преобразование сигнала).
Микроблок — функционально и конструктивно законченное устройство, состоящее из микроузлов, навесных электро- и радиоэлементов, коммутационных и конструктивных элементов.
Функциональный субблок — совокупность электрически связанных гибридно-пленочных микросхем, выполняющая ряд функциональных операций (суммирование, накопление, преобразование и т. п.). Конструктивно субблоки выполняются на единой пассивной подложке и содержат по 10—12 микросхем в одном корпусе. Корпуса располагаются (до 30 шт.) на двухсторонней печатной плате.
Междусхемные соединения — проводники и соединительные детали, не находящееся в постоянном, нераздельном контакте с подложкой или элементами схемы.
Внутрисхемные соединения — проводники и соединительные детали, находящиеся в постоянном нераздельном контакте с подложкой или элементами схемы.
Подложка — основание, на поверхности или в объеме которого создаются по определенной технологии микроэлементы. Подложка может быть как активной, так и пассивной.
Пассивная подложка (например, из стекла)*—основание микросхемы, придающее ей механическую прочность; являясь в схеме конструктивным элементом и теплоотводом, не выполняет функции передачи сигнала.
Активная подложка (из монокристаллов полупроводникового вещества или из ферромагнитных материалов) подобно пассивной подложке является конструктивным элементом микросхемы и ее теплоотводом, но в результате специальной технологической обработки имеет отдельные участки, обладающие способностью передавать сигнал. Активные подложки могут быть основой микротранзисторов и микродиодов или микроферромагнитных элементов, способных выполнять логические функции, функции усиления или хранения (памяти) сигнала.
Пассивный пленочный элемент — микроэлемент, не обладающий усилительными свойствами (резистор, конденсатор, проводник и т. п.), выполненный осаждением в вакууме тонких пленок из проводящих, резисторных и диэлектрических материалов.
Активный навесной микроэлемент — элемент (диод или транзистор), выполненный по специальной технологии и смонтированный на диэлектрической подложке.
323
Интегральная схема (микросхема) — микроминиатюрный функциональный узел, все элементы (или часть элементов) которого неразъемно связаны на поверхности или в объеме подложки. В интегральных схемах, выполненных на пассивных и активных подложках, внутрисхемные соединения обычно осуществляются посредством металлизации методом напыления в вакууме (тонкопленочная технология) или, в редких случаях, методом шелко-графии (толстопленочная технология).
Большая интегральная схема (БИС) — термин, относящийся к функционально сложным многокристальным гибридным сборкам с высоким уровнем интеграции (от 100 до 10 000 эквивалентных элементов, скомпонованных между собой не менее чем двумя слоями соединений). Представляет собой совокупность бескорпусных микросхем (кристаллов), соединений и дискретных компонентов, выполненных методами пленочной или полупроводниковой технологии.
Полупроводниковая интегральная схема — микросхема, все элементы которой выполнены на поверхности или в объеме подложки из полупроводникового материала (активная подложка). Этот термин ассоциируется с более часто применяемыми на практике терминами «интегральная схема на активной подложке», «твердая микросхема», «монолитная интегральная схема». В зависимости от типа используемого полупроводникового материала применяются определения: «кремниевая интегральная схема», «германиевая интегральная схема» и т. д.
Пленочная интегральная схема — микросхема, все элементы которой выполнены в виде пленок, нанесенных на поверхность пассивных подложек. Под этим термином подразумевается физическая реализация на поверхности подложки пленочных элементов схемы (резисторов, конденсаторов и, в редких случаях, элементов индуктивности). До сих пор еще не освоена производственная технология изготовления канальных транзисторов на пассивных подложках. Поэтому в пленочных микросхемах используются дискретные активные микроэлементы, образующие различные гибридные микросхемы.
Гибридная микросхема — комбинация двух или более компонентов: интегральной схемы на активной подложке, интегральной схемы на пассивной подложке, дискретных микроэлементов (диодов, транзисторов, катушек индуктивности).
Пассивная интегральная схема — микросхема, не содержащая активных (усиливающих или выпрямляющих) микроэлементов.
Пленочная гибридная схема — интегральная микросхема на пассивной подложке, содержащая дискретные активные микроэлементы.
Совмещенная интегральная микросхема — микросхема на активной подложке, содержащая микроэлементы пленочных микросхем, нанесенных методами пленочной технологии.
Гибридная полупроводниковая микросхема — интегральная микросхема на - активной подложке с активными дискретными микроэлементами.
Магнитная интегральная схема — схема, объединяющая как пленочные магнитные устройства, так и многоотверстные ферритовые структуры. \
МОП-структура — полупроводниковая интегральная схема, выполненная на основе структуры «металл—окисел—полупроводник».
Базовый кристалл — полупроводниковая подложка со сформированными на ней микроэлементами без законченной коммутации. Служит основой для изготовления различных полупроводниковых интегральных схем.
Технология интегральных схем
Технология микросхем — раздел микроэлектроники, охватывающий вопросы оптимального размещения и коммутации элементов микросхем.
Топологический чертеж — чертеж взаимного расположения элементов и соединений микросхемы с указанием их формы.
*24
Оригинал микросхемы — специальный чертеж конфигурации слоя структуры микросхемы, выполненный с высокой точностью в увеличенном масштабе.
Фотолитография — способ получения • микрорельефа на поверхности пластинки избирательным травлением через маску фоторезиста.
Фотошаблон — негативное или позитивное изображение оригинала, выполненное на прозрачном материале фотографированием с высокой точностью в масштабе микросхемы.
Маска — трафарет, изготовленный по фотошаблону с высокой точностью, обеспечивающей избирательность формирования отдельных участков микросхемы путем защиты некоторых участков подложки от соответствующего воздействия.
Планарная технология — совокупность технологических операций по созданию планарных (плоских) структур в полупроводниковой подложке методом локальной диффузии, осуществляемой с помощью оксидных масок методом фотолитографии. Под планарной структурой понимается структура микросхемы, контактные области микроэлементов которой выходят на плоскую поверхность подложки.
Эпитаксиальное наращивание — процесс образования на поверхности полупроводника монокристаллического слоя, ориентированного определенным образом относительно подложки. Другими словами, эпитаксия — образование однообразно ориентированных относительно друг друга кристаллов одного вещества на грани кристалла другого вещества методом выращивания монокристаллических слоев.
Технология печатных плат
Печатная плата, печатный ротор, кабель — изоляционное основание с нанесенными на его поверхности плоскими печатными проводниками, монтажом или печатной схемой.
Двухсторонняя плата — плата с печатными проводниками и элементами, расположенными с обеих сторон изоляционного основания.
Многослойная плата — плата, выполненная в виде изоляционного основания (подложки), на которое нанесена система печатных проводников или проводников и элементов, расположенных в несколько слоев и разделенных промежуточными изоляционными пленками.
Пленочная микроплата — многослойная плата в миниатюрном или в микроминиатюрном исполнении, выполняемая методами пленочной технологии.
Многослойная сборная плата — плата, получаемая неразъемным соединением (например, склеиванием) нескольких обычных плат, обеспечивающим непосредственный электрический контакт между проводниками всех отдельных плат.
Печатная полосковая линия — изоляционное основание с нанесенной на его поверхность системой плоских печатных металлических проводников различной конфигурации, выполняющих роль высокочастотных передающих трактов и обеспечивающих определенные электрические параметры.
Печатный монтаж — система печатных проводников, обеспечивающих электрическое соединение элементов схемы или экранирование.
Печатная схема — система печатных проводников и печатных электро- и радиоэлементов, нанесенных на общее изоляционное основание.
Печатный проводник — участок токопроводящего покрытия (слоя), нанесенного на изоляционное основание.
Печатный элемент — сопротивление, емкость, индуктивность, разъем, концевые контакты и другие элементы, полученные нанесением на изоляционное основание слоя металла или диэлектрика.
Навесные элементы — электро- и радиоэлементы, закрепленные на печатной плате пайкой или сваркой, создающей электрический контакт с печатными проводниками.
Контактная площадка — токопроводящий участок, предназначенный для присоединения объемных проводников или выводов навесных элементов; при наличии монтажных отверстий — площадка, окружающая отвер
325
стия или примыкающая к ним, при отсутствии отверстии — площадка на конце проводника.
Контактный переход — токопроводящий участок, обеспечивающий электрический контакт между проводниками, находящимися в разных слоях многослойной платы.
Концевой контакт— контакт на краю платы, предназначенный для штеккерного соединения с ответной частью соединителя (разъема).
Контактное отверстие — отверстие в двухсторонней плате, предназначенное для того, чтобы проводники, расположенные с двух сторон изоляционного основания или в разных слоях многослойной платы, можно было электрически соединить друг с другом путем нанесения металлического покрытия на стенки отверстия или установки пустотелой заклепки (пистона).
Монтажное отверстие — отверстие, предназначенное для закрепления выводов навесного элемента.
Крепежное отверстие — отверстие, предназначенное для крепления платы в блоке или элементов на плате.
Технологическое отверстие — отверстие в печатной плате, предусмотренное для выполнения технологических операций.
Координатная сетка — сетка, определяющая положение контактных и монтажных отверстий, а также печатных проводников и других элементов на изображении платы в прямоугольной или полярной системе координат.
Шаг координатной сетки — постоянная величина, определяющая расстояние между соседними линиями координатной сетки и кратность расстояний между монтажными отверстиями:
а) для сетки в прямоугольной системе координат — линейный шаг, одинаковый по горизонтали и вертикали;
б) для сетки в полярной системе координат — линейный шаг концентрических окружностей и угловой шаг радиальных линий.
Узел координатной сетки — точка пересечения линий координатной сетки.
Миниатюризация аппаратуры
Миниатюризация РЭА (устройства, изделия)—направление технического прогресса, обеспечивающее более эффективное использование объемов РЭА (устройства, изделия) и приводящее к повышению их качества.
Микроминиатюризация РЭА (устройства, изделия) — миниатюризация РЭА (устройства, изделия), основанная на использовании принципов микроэлектроники и других областей науки и техники, связанных с изучением и реализацией процессов в малом объеме физической среды.
Комплексная миниатюризация РЭА — высшая степень миниатюризации всех узлов, блоков и устройств РЭА на данном этапе развития науки и техники. С точки зрения конструирования РЭА комплексная миниатюризация — прогрессивное направление развития РЭА на основе внедрения достижений микроэлектроники, технических средств автоматики, электротехники и вычислительной техники, новых схемотехнических решений и методов рационального конструирования, имеющее своей целью повышение качества и эффективности использования устройства (изделия).
Качество РЭА (устройства, изделия) — совокупность функциональных, технических и экономических характеристик РЭА (устройства, изделия), определяющих степень ее пригодности для использования по заданному назначению.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ... ...............................3
Введение ................................................... 5
ГЛАВА I
КОНСТРУИРОВАНИЕ СУДОВОЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ НА ОСНОВЕ МОДУЛЬНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛОВ................... 10
§ 1. Комплекс унифицированных схемных элементов «Урал-10» и «Урал-10В»................................................ 11
§ 2. Комплекс типовых логических элементов «Мир-1»..........22
§ 3. Комплекс унифицированных функциональных схемных элементов М-2К...................................................24
§ 4. Комплексы типовых импульсно-потенциальных логических элементов ....................................................31
§ 5. Конструирование судовых устройств и систем дискретной автоматики на ферротранзисторных модулях ФМ-125 и ФТМ . . 41
§ 6. Комплекс ферродиодных логических элементов ФДЭ-30 ... 48
§ 7. Система импульсно-потенциальных унифицированных узлов (плоских модулей) «Элемент-2»............................ 55
§ 8. Построение функциональных устройств судовых РЭС на основе узлов «Элемент-2»...................................... . 75
§ 9. Системы унифицированных узлов типов «Аккорд», «Ритм» и ЭК-30.................................................. 85
§ 10. Конструирование блоков и субблоков устройств дискретной автоматики с применением плоских модулей ................. 89
ГЛАВА II
КОНСТРУИРОВАНИЕ СРЕДСТВ СУДОВОЙ АВТОМАТИКИ НА ОСНОВЕ ПОТЕНЦИАЛЬНО-ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭТ И МАГНИТНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛМ .................................. 93
§ 11. Особенности конструкций функциональных элементов ЭТ и ЭЛМ........................................................94
§ 12. Типовые потенциально-импульсные элементы ЭТ...........96
§ 13. Конструирование однотактных и многотактных логических
схем с помощью элементов ЭТ...........................107
§ 14. Типовые магнитные логические элементы ЭЛМ...........114
§ 15. Конструирование типовых схем дискретной автоматики на основе магнитных логических элементов ЭЛМ...................129
327
ГЛАВА HI
КОНСТРУИРОВАНИЕ СУДОВОЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ НА ОСНОВЕ МИКРОМОДУЛЕЙ ЭТАЖЕРОЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ
(ЭММ).....................................................138
§ 16. Особенности конструкций микромодулей этажерочного типа . — § 17. Технология изготовления и условия эксплуатации микромодулей 153 § 18. Система микромодулей для логических устройств на импульс-
но-потенциальных элементах СИПЭ-С5...................155
§ 19. Система микромодулей для приемно-усилительных устройств 166
§ 20. Система микромодулей для импульсных устройств.......176
§21. Унифицированные микромодули для телевизионных устройств 183 § 22. Система ферротранзисторных и ферродиодных микромодулей для логических устройств и усилителей записи и считывания ЦВМ.......................................................184
§ 23. Система полиэлементных микромодулей на динамических инверторах для ЦВМ..........................................193
§ 24. Внесистемные микромодули широкого применения М22, МЗЗ
и ЕУ2................................................195
§ 25. Микромодули частного применения системы «Темп» .... 224 § 26. Конструирование микромодульных блоков судовых радиоэлек-
тронных и вычислительных устройств на основе ЭММ . . . 233
ГЛАВА IV
КОНСТРУИРОВАНИЕ СУДОВОЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ НА ОСНОВЕ ПЛОСКИХ МИКРОМОДУЛЕЙ (ПММ)......................241
§ 27. Особенности конструкции плоских микромОдулей........243
§ 28. Плоские микромодули широкого применения.............247
§ 29. Система ПММ с потенциальными связями................268
§ 30. Система унифицированных ПММ для логических устройств автоматики................................................269
§ 31. Система ПММ с импульсно-потенциальными связями СИПЭ-С5 271
§ 32. Импульсно-потенциальные элементы системы «Ключ» . . . 275
§ 33. Динамические системы ПММ для вычислительных устройств 277
§ 34. Комплекс ПММ для аналоговых вычислительных устройств . 281
§ 35. Конструирование типовых устройств судовой дискретной ав-
. томатики и вычислительной техники на основе ПММ . . . 285
ГЛАВА V
ОБЗОР МЕТОДОВ КОНСТРУИРОВАНИЯ СУДОВЫХ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ
СРЕДСТВ НА ОСНОВЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ..................297
§ 36. Обзор зарубежных и отечественных достижений в области создания микросхем..........................................298
§ 37. Конструирование микроблоков на основе интегральных микро- ч
схем............................................... 309
§ 38. Определение уровня миниатюризации радиотехнических изделий ....................................................317
Литература ...............................................320
Обозначения типономиналов элементов электрических схем функциональных узлов ................................321
Термины и определения ...................................3 22
о
оЪ оо оо/оо оо оо оо
о oo
о oo о
oo oo oo о
oo о
о oo
о oo
.OO о о о
О О О 00/0 о оо о оо
о
о
оогоо оо оо оо о
о
о
оо о
о
оо оо оо оо о
ОО ОО ОО ООО
о
О Q0^> О
о
о оо оо
о оо
о
оо
оооо о
оого
оо о
ОО 00700 оо оо оо оо оо о
00100X00 о о
о оо
ОО о
о
о о оо
оо о
оо о
оо оо
о о
о оо
ООО
bo ov opSS
о оо
Оо о о ockJ7
______ о О 00^)0 <^р о о о о
р оо оо оо 00^0 оо
ОО о
oo oo о
о оо оо оо оо о
Я^ХРО оо OO/^==XOOyg, - -
у -Упо ПО О П ПП ПО—_ _
ХгтОР^О О О ОО О О О о О О 00/3 0 00 ООДрДО
6Т) ор ОООСУООЬОО
о оо оо
ОЬО^
оо оЪ о
.о о
OO OO OOfOO ОО оо 6 QO JOQJ О ОО
о oo OO OO QO frO OO <xo CTO
ОО ОО ОО ОО О О 0(700 О О 0 0(00 Оу ОО ОО ОО О
.0 0 QO О О ОрЛОО^
р ooppqo о
оЪ о о
О ОО 00/00j00/>0 о оо оо
tfb оо оо оо оо оо оо оо оо ОО ОО ОО о0\р
О 0/0 О ОО ОО О ООО
оо оО< ^оР оъУ^0 °0
о ро opobyoo о о oq^o
о
1 Р«59 к.
СУДОСТРОЕНИЕ»
1971