4 Логические схемы на криотронах

Основой построения логических схем на криотронах является условие их совместной работы. При этом управляющая обмотка (пленка) последующего криотрона включена параллельно вентилю предыдущего (рис. 3.7). В исходном состоянии все части схемы находятся в режиме сверхпроводности. Поэтому при подаче тока питания токи в параллельных ветвях перераспределяются обратно пропорционально их индуктивностям. Когда индуктивность вентиля значительно меньше индуктивности цепи управления, ток I₂, в основном протекает через вентиль.

Если при этих условиях в цепь управления первого криотрона подать ток I₁ > I_кp, он перейдет в нормальное состояние, что приведет к резкому увеличению его сопротивления и соответственно тока I₃ в цепи управления второго криотрона. Характер изменения тока I₃ описывается формулой

. (3.6)

За отрезок времени (4...5) τ окончательно устанавливается ток I₃ , в результате происходит переключение тока в цепь управления второго криотрона. Если теперь выключить ток управления первого криотрона, его вентиль перейдет в сверхпроводящее состояние. При очень малых значениях взаимоиндукции не произойдет перераспределение тока, Таким образом, ток питания сохраняется переключенным даже при отсутствии входного сигнала.

В результате имеем элементарную ячейку памяти, состояние которой определяется сопротивлением вентиля второго криотрона. При выключении тока питания I₂ запасенная током в индуктивности управляющей цепи второго криотрона анергия изменит направление тока через вентиль первого криотрона на противоположное. Так как этот вентиль находится в сверхпроводящем состоянии, ток будет продолжать течь сколь угодно долго. Протекание тока в замкнутом контуре можно прекратить, подав входной ток I₁ без подачи тока 0 I₂, что приведет к появлению в первом вентиле сопротивления и к затуханию с постоянной времени, определяемой соотношением (3.6).

Р иc. 3.7. Схема включения двух криотронов.

Ячейка на двух криотронах является базисным элементом для построения логических схем.

Рассмотрим принцип действия регистра сдвига на криотронах. Схема регистра показана на рис. 3.8. По принципу перемещения информации она аналогична схеме регистров, выполненных на магнитных сердечниках.

Одно звено регистра состоит ив трех криотронов, питание на которые подается в три такта.

Если на вход регистра подать импульс тока одновременно о приходом импульса переноса I_А (со входа А ), то ток I_А будет переведен из первого вентиля в управляющую цепь второго криотрона; при прекращении импульса тока I_А сохраняется часть тока в контуре, оборудованном первым вентилем и управляющей цепью второго криотрона. Малое сопротивление контура в режиме сверхпроводимости обеспечивает режим хранения информации в регистре.

Рис.3.8. Схема сдвига на криотронах

Для осуществления первого продвижения информации на вход В подается импульс тока I_в , который переводит ток в правую ветвь второго замкнутого контура. Затем при подаче тока I_А’ в цепь управления первого вентиля последний переходит в нормальное состояние, а ток в контуре вентиля первого криотрона затухает и прекращается.

В результате воздействия импульсов тока I_в и I_А’, ток в контуре второго криотрона возникает, а в контуре первого криотрона прекращается. Таким образом происходит передача информации из первого криотрона во второй. Состояние второго криотрона сохраняется при прекращении тока I_в в силу циркуляции тока в сверхпроводящем контуре вентиля.

Далее эта информация может быть перемещена в третий криотрон за счет последовательной подачи импульса тока продвижения и импульса тока отирания I_в' .

При поступлении новых трех тактовых импульсов перемещение информации происходит в следующем разряде регистра сдвига.

Логические схемы на криотронах могут строиться и при параллельном их соединении. Типовая ячейка схемы (рис. 3.9) содержит две параллельные ветви, в общую точку которых поступает ток питания.

Первая группа криотронов (с последовательно включенными вентилями) предназначена для управления логическим элементом, вторая (с последовательно включенными цепями управления) - для определения состояния логического элемента. Первая группа криотронов является входной, а вторая - выходной. В зависимости от состояния входных криотронов ток от источника питания будет протекать по первой или по второй параллельной ветви.

Комбинируя последовательное и параллельное включение криотронов, можно реализовать практически любую логическую функцию.

Рис.3.9. Типовая логическая схема на криотронах.

Рассмотрим в качестве примера реализацию логических функций И и ИЛИ. Соответствующие структуры показаны на рис. 3.10,а. В схеме И в исходном состоянии постоянный ток ответвляется на выход НЕ - И, а на выходе И сигнал отсутствует. Это определяется тем, что криотроны А и В находятся в сверхпроводящем состоянии, а криотроны и - в нормальном. В таком режиме реализуется логическая функция инверсии. Логическая функция И выполняется в том случае, когда на входы и токи не подаются, и эти криотроны переходят в сверх-I проводящее состояние. Тогда на выходе_И появится сигнал, соответствующий логической функции И по входам и .

Если логический сигнал будет поступать только на один из входов, криотроны и будут в различных проводящих состояниях, в результате ток на выход И поступать не будет.

Аналогично реализуется и схема ИЛИ (рис. 3.10,б). Обе схемы во многом идентичны и различаются только обозначениями входов и выходов. Для реализации функции ИЛИ необходимо снять сигнал с любого из криотронов и . Тогда один из них перейдет в сверхпроводящее состояние и образуется цепь для прохождения тока на выход схемы ИЛИ.

В свою очередь, подача тока на любой из входов криотрона А или В приводит к запрету прохождения тока на выход НЕ - ИЛИ и соответственно к запрету этой логической функции.

На основе схем И и ИЛИ строятся более сложные логические схемы: дешифраторы, сумматоры, счетчики импульсов, запоминающие устройства и т.д.

Рис.3.10. Логические схемы на криотронах: а- схема И; б- схема ИЛИ.

Контрольные вопросы и задания

В чем сущность явления сверхпроводимости?

Как объясняет явление сверхпроводимости БКШ теория?

Почему явление сверхпроводимости существует при низких температурах?

При каких условиях исчезает явление сверхпроводимости.

Поясните принцип действия криотрона.

От чего зависит управляющий ток криотрона?

Приведите конструкцию и охарактеризуйте принцип действия пленочного поперечного криотрона.

Приведите конструкцию и охарактеризуйте принцип действия пленочного продольного криотрона.

Поясните принцип действия ячейки на двух криотрона.

Поясните принцип действия схемы сдвига на криотронах.

Как реализуются логические схемы на криотронах?