МАЖОРИТАРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ "ДВА ИЗ ТРЕХ"

Полезная модель относится к устройствам дискретной автоматики.
Известен мажоритарный элемент, реализующий функцию выбора большинства из трех, содержащий диоды, резисторы и транзисторный инвертор, в котором катоды первого и пятого диодов соединены с первым входом устройства, катоды второго и четвертого соединены с вторым входом устройства, катоды третьего и шестого диода соединены с третьим входом устройства, аноды первого и второго диодов соединены с первым выводом первого резистора и с анодом седьмого диода, аноды третьего и четвертого диодов соединены с первым выводом второго резистора и с анодом восьмого диода, аноды пятого и шестого диодов соединены с первым выводом третьего резистора и с анодом девятого диода, вторые выводы резисторов соединены с источником питания, катоды седьмого, восьмого и девятого диодов соединены с входом транзисторного инвертора, выход которого является выходом устройства (Пакулов Н.И. и др. Мажоритарный принцип построения надежных узлов и устройств ЦВМ. - М.: Советское радио, 1974, с.72, рис.1.30).
Данный мажоритарный элемент имеет низкую надежность из-за большого числа элементов, а так же ограниченную область применения, так как в нем имеет место несоответствие логики выходного и входных сигналов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому мажоритарному элементу «два их трех» является устройство выбора «большинства из трех», содержащее шесть диодов, четыре резистора и транзистор, в котором первый вход соединен с катодом первого диода, анод которого соединен с анодом второго диода и через первый резистор соединен с катодами третьего и четвертого диодов, аноды которых соединены соответственно с вторым и третьим входами устройства, третий вход которого через второй резистор и пятый диод соединен с его вторым входом, анод пятого диода через шестой диод соединен с катодом первого диода и с базой транзистора, подключенной через третий резистор к одному из полюсов питания, к которому подключен эмиттер транзистора, катод которого, подключенный через четвертый резистор к другому полюсу источника питания, является выходом устройства (RU №52286, Н03К 19/23, опубл. 2006.03.10).
Недостатком данного устройства, выполняющего операцию мажоритирования «два из трех», является несоответствие логики выходного и входных сигналов: при наличии на его входах двух или трех сигналов «логическая 1» на его выходе формируется сигнал «логический 0», а при наличии двух или трех сигналах «логический 0» формируется сигнал «логическая 1». Этот недостаток ограничивает область применения данного устройства в средствах дискретной железнодорожной автоматики, так как при их синтезе подразумевается однозначность соответствия логики входных и выходного сигналов мажоритарных элементов (См., например, «Теория дискретных устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи»: учеб. для вузов ж.-д. трансп. / Под ред. В.В. Сапожникова, 2-е изд. перераб. и доп. - М.: УМК МПС России, 2001 г., с.191, рис.6.16).
Задача полезной модели заключается в расширении области применения данного устройства на дискретные устройства железнодорожной автоматики за счет приведения в однозначное соответствие логических значений выходного и входных сигналов.
Технический результат достигается тем, что в мажоритарном элементе «два из трех», содержащем шесть диодов, четыре резистора и транзистор, в котором первый вход соединен с катодом первого диода, анод которого соединен с анодом второго диода и через первый резистор соединен с катодами третьего и четвертого диодов, аноды которых соединены соответственно с вторым и третьим входами устройства, третий вход которого через второй резистор и пятый диод соединен с его вторым входом, анод пятого диода через шестой диод соединен с катодом второго диода и с базой транзистора, которая через третий резистор подключена к отрицательному полюсу источника питания, катод транзистора подключен к положительному полюсу источника питания, а эмиттер транзистора, являющийся выходом устройства, через четвертый резистор подключен к отрицательному полюсу источника питания.
Схема заявляемого мажоритарного элемента «два из трех» представлена на рисунке.
Мажоритарный элемент «два из трех» содержит шесть диодов, четыре резистора и транзистор. Его первый вход 1 соединен с катодом первого диода 2, анод которого соединен с анодом второго диода 3 и через первый резистор 4 соединен с катодами третьего 5 и четвертого 6 диодов, аноды которых соединены соответственно с вторым 7 и третьим 8 входами элемента. Третий вход 8 элемента через второй резистор 9 и пятый диод 10 соединен с его вторым входом 7. Анод пятого диода 10 через шестой диод 11 соединен с катодом второго диода 3 и с базой транзистора 12, которая через третий резистор 13 подключена к отрицательному полюсу 14 источника питания. Катод транзистора 12 подключен непосредственно к положительному полюсу 15 источника питания, а эмиттер транзистора, являющийся выходом 16 элемента, через четвертый резистор 17 подключен к отрицательному полюсу 14 источника питания.
Работа мажоритарного элемента «два из трех» иллюстрируется таблицей, в которой показаны логические сигналы на его входах 1, 7 и 8 и соответствующие им логические сигналы на выходе 16 элемента. За сигнал «логическая 1» принят потенциал, близкий к положительному потенциалу положительного полюса 15 источника питания, а за сигнал «логический 0» -потенциал, близкий к потенциалу отрицательного полюса 14 источника питания.
Таблица
№ п/п
Сигналы на входах
Сигнал на выходе
1
7
8
16
1
0
0
0
0
2
0
0
1
0
3
0
1
0
0
4
0
1
1
1
5
1
0
0
0
6
1
0
1
1
7
1
1
0
1
8
1
1
1
1
Как видно из таблицы, в заявляемом элементе логическое значение выходного сигнала однозначно соответствует логическим значениям входных сигналов.
Поясним работу заявляемого элемента на примере поступления на его входы 1, 7, 8 соответственно комбинации сигналов «010». При этом диоды 2 и 5 открываются, а по цепи: вход 7 - диод 5 - резистор 4 - вход 1 протекает ток. Напряжение, соответствующее сигналу «логическая 1», поступающее на вход 7, падает на резисторе 4. При этом диод 3 будет закрыт отрицательным потенциалом, который соответствует сигналу «логический 0», поступившим на вход 1 элемента. Так как на входе 8 элемента также присутствует отрицательный потенциал, который соответствует сигналу «логический 0», то будет закрыт и диод 11. В базовой цепи транзистора 12 ток не протекает, поэтому транзистор 12 будет закрыт, а на выходе 16 элемента будет присутствовать отрицательный потенциал отрицательного полюса 14 источника питания, который соответствует сигналу «логический 0».
При поступлении не те же входы комбинации входных сигналов «110» диоды 2, 10, 11 будут закрыты, а диоды 3 и 5 открыты. По цепи: вход 7 - диод 5 - резистор 4 - диод 3 - база - эмиттер транзистора 12 - отрицательный полюс 14 источника питания будет протекать ток. При этом транзистор 12 открывается и на его выходе появляется потенциал, близкий к положительному потенциалу положительного полюса 15 источника питания, то есть сигнал «логическая 1».
Предложенное изменение схемы включения транзистора элемента на схему включения с общим коллектором позволило обеспечить соответствие логических сигналов на входах и выходе заявляемого элемента. За счет этого расширяется область применения данного элемента на дискретные системы железнодорожной автоматики.