книги из ГПНТБ / Цифровые многозначные элементы и структуры учеб. пособие

Таким образом, для составных элементов существует оптимальное

..., п) имеют примерно одинаковые дисперсии, то вне зависимости от

от k приведен на рис. 96. На рис. 97 показано, как зависит оптимальное

надежность многоустойчивых элементов уменьшается, общая надеж­ ность устройств, построенных на их основе, в некоторых случаях может быть значительно повышена.

160

конструкцию цифрового устройства следует применять позиционные элементы, так как в этих условиях надежность определяется в основ­ ном внезапными отказами [7]. В стационарных условиях более на­ дежными являются составные элементы, так как здесь преобладают постепенные отказы.

§ 5.8. Надежность фазо-импульсных многоустойчивых элементов

Фазо-импульсные элементы являются позиционными. Следователь­ но для них справедливо все сказанное в § 5.7 о надежности позици­ онных элементов, то есть существует максимально допустимое число kmсостояний и оптимальное k0 число состояний фазо-импульсных эле­ ментов. Оценим указанные величины для фазо-импульсного элемента, схема которого приведена на рис. 32.

Анализ работы этого элемента показывает [26], что более всего на его надежность по постепенным отказам влияет время Т заряда конденсатора С от нуля до опорного напряжения U0. Это время равно

Т = т In ь — и„ ’

где т = RC — постоянная времени цепи заряда конденсатора С от источника Е (на рис. 32 RC = R XC и Е = Ег — 27 В).

Элемент будет обладать k устойчивыми состояниями, если

2/ In t - U 9

161

Величину т0, постоянную для всех элементов, можно сделать более стабильной, чем т. Поэтому в дальнейшем нестабильностью т0 будем пренебрегать (хотя это и не обязательно). Нестабильность т0 можно учитывать описанным в § 5.7 методом, однако это не дает качественно новых результатов. Пусть

распределена по нормальному закону с математическим ожиданием М (Лх + Х 2) и дисперсией о2. Из этих графиков видно, что оптималь­ ное число /?0 устойчивых состояний может быть значительно больше двух. При этом максимально допустимое число km — [z] — 1 состояний определяется из уравнения

Так как величины и имеют порядок 0,01, то &т = 25.

Заметим, что аналогичный анализ, выполненный для фазо-импуль­

дежностью триггерной декады. Пусть надежность триггерной декады по постепенным отказам равна единице, а внезапные отказы фазо­ импульсного элемента и триггерной декады имеют постоянные интен­ сивности Хг и Х2соответственно. Так как при прочих равных условиях фазо-импульсный элемент содержит меньше деталей, чем триггерная декада, то Хг < Хг и, следовательно,

Рт(t) — надежность триггерной декады. Если плотность / (у) распре­ деления случайной величины Х г + Х 2 в точке у = 0 не равна нулю,

162

/соотношение между Р м и Ртсильно зависит от X, Лт0 и f (у). На рис. 99 показаны графики зависимости г (/) в предположении, что случайная величина Х г + Х 2 распределена по нормальному закону с дисперсией

о2 и М ( Хг + Х 2) = 0.

г ft)

Таким образом, надежность фазо-импульсных элементов при t -*■ оо становится выше надежности триггерных декад. Поэтому применение фазо-импульсных элементов вместо триггерных декад является пер­ спективным методом повышения надежности цифровых устройств при одновременном снижении их сложности.

§ 5.9. Способ повышения надежности фазо-импульсных элементов

Фазо-импульсные многоустойчивые элементы на основе емкостного накопителя могут иметь большую надежность, чем схемы с тем же числом устойчивых состояний на двоичных триггерах, при условии, что начальные параметры радиодеталей соответствуют их номиналь­ ным значениям. На практике выполнение этого условия выражается в необходимости настройки элемента на заданное число устойчивых состояний путем подбора параметра одной из деталей схемы (обычно дозирующего конденсатора). Однако вводя в схему подбираемую или перестраиваемую радиодеталь, невозможно наладить промыш­ ленный выпуск фазо-импульсных элементов небольшой стоимости, пригодных для массового использования.

В связи с этим возникает задача устранения критичности фазо­ импульсных элементов к нестабильности параметров схемы [3].

163

Для этого в схему фазо-импульсного элемента вводят цепь само­ настройки, в результате чего любые влияния дестабилизирующих факторов компенсируются изменением величины управляющего сигнала на выходе цепи самонастройки, например напряжения компарации. В простейшем случае такая цепь представляет собой фильтр нижних частот с большой постоянной времени, подключаемый к фазо-импуль­ сному элементу с емкостным накопителем вместо внешнего источника напряжения компарации. Для элемента памяти (рис. 32) режим са­ монастройки может быть введен подключением к аноду диода Д1 па­ раллельной RC цепи, изображенной на рис. 100.

Рассмотрим на примере изменения величины емкости С механизм

Д1, не остается неизменным, а продолжает возрастать в течение времени еТ одновременно с напряжением на конденсаторе фильтра Сф. Однако крутизна изменения, а следовательно, и ток базы

транзистора 7\, уменьшается в раз. При Сф С практически

весь ток от источника Ег через сопротивление R t идет на заряд кон­ денсатора фильтра Сф, вследствие чего элемент срабатывает точно так же, как и без цепи самонастройки. Если параметры схемы остаются без изменений, то работе элемента с числом устойчивых состояний к соответствует такое среднее значение напряжения на конденсаторе Сф, что величины его приращений при заряде емкости за время гТ и при разряде за время kT равны. Предположим, что под влиянием каких-либо причин величина емкости С уменьшилась. Это приводит к увеличению крутизны нарастания напряжения на конденсаторе С (линия Г на рис. 101), диод Д1 открывается раньше и, следовательно, время заряда конденсатора Сф возрастает на величину АеТ, что обус­

увеличения напряжения компарации £/ф. Аналогично, увеличение ем­ кости С приводит к уменьшению среднего значения 1/ф. Очевидно,

164

ЛИТЕРАТУРА

1. А й з е н б е р г Н. Н., Р а б и н о в и ч 3. Л. Некоторые классы функцио­ нально полных систем операций и канонические формы представления функций многозначной логики.— «Кибернетика», 1965, № 2.

2.Б о р и с о в К- Г. и др. Электронная клавишная настольная машина.— «Ме* ханизация и автоматизация управления», 1968, № 3.

3.Б о р и с о в К. Г. и др. О надежности фазо-импульсных многоустончивых элементов.— «Автометрия», 1970, № 1.

4.Б ы ч е н о к Н. Н. и др. Матрица умножения десятичных чисел. Авт. свид.

СССР, № 230518.

5.К а р ц е в М. А. Арифметика цифровых машин. М., «Наука», 1969.

6.К о р н е й ч у к В. И. Функционально полный набор многозначных потен­ циальных логических элементов.— «Автоматика и вычислительная техника», 1968, № 5.

7.К о р н е й ч у к В. И. Надежность и оптимальное число состояний много­

14.Н е ч и п о р у к Э. И. О многополюсниках, реализующих функции много­ значной логики.— В сб.: Проблемы кибернетики. М., Физматгиз, 1961, вып. 5.

15.Многозначные элементы и структуры. (Сборник статей). М., «Советское радио»,

1967.

16.П о с п е л о в Д. А. Логические методы анализа и синтеза схем. М., «Энергия», 1968.

17.П о с п е л о в Д. А. и др. Представления в многозначных логиках.— «Кибер­ нетика», 1969, № 2.

18.Р а б и и о в и ч 3. Л. и др. Об одном классе канонических форм представ­ ления трехзначных функций.— Известия АН СССР. Техническая кибернетика,

1963, № 5.

166