Магнетокеровані логічні мікросхеми

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Магнетокеро́вані логі́чні мікросхе́ми, використовуються в пристроях найрізноманітнішого призначення. В даний час найширше поширення отримали універсальні магнетні давачі положення і переміщення. Конструкція давачів може бути різною, але вони завжди містять перетворювач магнетного поля і магнетну систему, розімкнену або замкнуту. Магнетна система може бути складовою частиною давача може включати і ті або инші елементи контрольованого об'єкту. Найпростіший давач складається з магнетокерованої мікросхеми (МКМС) і постійного магнета, укріпленого на рухомій ланці контрольованого об'єкту. При зближенні магнета і МКМС на деяку відстань індукція магнетного поля стає достатньою для спрацювання мікросхеми. Віддалення магнета приводить до її перемикання в початковий стан.

При розробці давачів враховують відомі закономірності дії магнетного поля, характеристики постійних магнетів, а також вплив елементів конструкції на параметри давачів. Магнетні давачі застосовують в безконтактній клавіатурі вентильних електродвигунах, автоматичних пристроях захисту мережі, електронних реле і запобіжниках, вимірювачах частоти і напряму обертання валу, перетворювачах кута повороту, системах промислової, автомобільної і побутової автоматики автостопах магнетофонів і електропрогравачів і т.д. Подібні давачі з циліндровою шторкою, що обертається, використовуються в безконтактних переривачах електронної системи запалення автомобілів. Такий переривач має високу надійність роботи і довговічність.

Якщо на шторці розташувати декілька рядів вікон в порядку, відповідному коду Грея, то з використанням відповідної кількості МКМС й магнетів можна реалізувати 5—8 розрядний давач лінійного переміщення чи давач «частота обертання—код». На відміну від світлового давач магнетний не вимагає складної оптичної системи, більш надійний і економічний.

[ред.] Застосування

На базі магнетного давача можуть бути виконані цікаві електромеханічні замкові пристрої. На циліндровій личині замка укріплюють магнет, так щоб при її повороті ключем магнет наблизився до укріпленої поряд МКМС. Електронний вузол, що сприймає сигнал від мікросхеми, виконує необхідні перемикання. Автомобільні замки запалення, що працюють на такому принципі, відрізняються зручністю і високою надійністю.

Широке застосування отримало використовування МКМС як давачів положення ротора вентильних (безколекторних) електродвигунів.

Частіше за все давач положення ротора є нерухомим кільцем з немагнетного матеріалу на якому рівномірно по колу встановлені 2, 3 або 4 МКМС (залежно від кількості секцій обмотки збудження). Мікросхеми потрапляють в зазори що обертається разом з валом системи керувальних магнетів. Ротором електродвигуна служить багатополюсний постійний магнет, а багатосекційна обмотка збудження грає роль статора. Обертаюче магнетне поле обмоток збудження формується безконтактним комутатором по командах давача положення ротора. При цьому одна мікросхема керує, як правило, однією з секцій обмотки збудження. Використовування МКМС в давачі положення ротора забезпечує можливість керування частотою обертання вентильних електродвигунів в дуже широких межах — від декількох обертів на хвилину до 60 000. Такі двигуни вельми перспективні для прямого приводу електропрогравачів і магнетофонів, оскільки володіють великим терміном служби (до 10000 ч), компактні і безшумні; їх КПД досягає 70 %.

Із застосуванням МКМС створені безконтактні електронні реле. Магнетна система і обмотка такого реле принципово такі ж, як і у звичайного електромагнетного, але якір і пов'язані з ним контакти відсутній. Їх замінюють мікросхема встановлена в зазорі магнетопровода, і транзисторний підсилювач струму. Виконавчий вузол реле, виконаний на могутніх транзисторах або тиристорах, може бути розрахований на великий комутований струм (або напругу). При цьому розміри реле залишаються відносно невеликими.

Аналогічні пристрої можуть бути використані для електронного захисту кіл живлення апаратури від перевантаження і замикань.

При необхідності захисту сильнострумних кіл (до 1000 А), навкруги дроту контрольованого кола розташовують кільцевий концентратор виконаний з трансформаторної сталі. В зазор концентратора поміщають МКМС. Перевищення струму через контрольований провідник понад встановлений поріг приводить до перемикання мікросхеми і спрацювання виконавчого пристрою. Перевагами таких релейних пристроїв є повна розв'язка керувальних і виконавчих кіл, висока швидкодія (десяті частки мікросекунди) і іскробезпека.

На основі МКМС можна виготовити зручні і надійні конструкції органів керування. Переміщення руків'я приладу, в основу якого вмонтований постійний магнет, до одного з крайніх положень приводить до перемикання відповідної мікросхеми і передачі відповідної команди.

Слід зазначити, що МКМС можна використати у багатьох випадках, в яких застосовують геркони. Проте в порівнянні з герконами магнетокеровані мікросхеми мають

  • менші розміри,
  • більшу механічну міцність і стійкістю,
  • відсутність брязкоту контактів при перемиканні,
  • в 10 разів більшою швидкодію і надійність.

Цікаві можливості надає застосування МКМС в дефектоскопії. Як приклад можна розглянути конструкцію головки для шукача обірваних проводів в канаті. Ці прилади дуже потрібні гірникам, будівникам експлуатаційникам канатних доріг, ліфтів і т.д. Принцип їх роботи ґрунтується на реєстрації магнетного поля розсіяння, що виникає навколо канату. Індукція поля розсіяння уздовж каната відносно невелика — близько 15 мТл. Тому чутливість головки підвищують введенням в систему магнетного концентратора. Він складається з двох кілець з скошеними всередину поверхнями, в зазорі між якими розміщені МКМС. Зазор визначається товщиною мікросхеми і повинен бути якомога меншим. Для установки концентратора на канаті концентруючі кільця виконують роз'ємними (з двох напівкілець кожне). Поле, що створюється магнетною системою намагнечує контрольовану ділянку каната між полюсами. За відсутності дефекту каната навкруги нього на цій ділянці з'являється рівномірне поле розсіяння. При переміщенні головки уздовж такого каната МКМС не перемикається. При обриві проводів у канаті виникає деформація магнетного поля розсіяння, яке мікросхема реєструє, і рівень напруги на її виході змінюється. Головку можна встановити на спрацьовування при обриві певного числа проволікав і на певну глибину їх. Від швидкості переміщення головки по канату її чутливість майже не залежить що дозволяє перевіряти його в русі і зупиняти головку шукача на місці виявлення дефекту.

Основні переваги магнетокерованих мікросхем в порівнянні з іншими перетворювачами фізичних (неелектричних) величин простота забезпечення практично ідеальних механічній, електричній тепловий і інших видів розв'язки вимірювальних і керувальльних кіл від об'єктів контролю, а також великий динамічний діапазон і можливість безпосереднього сполучення із стандартними логічними вузлами.

Продукція промисловості — інтегральні логічні мікросхеми К1116КП1, К1116КП2, К1116КПЗ, К1116КП4, К1116КП7, К1116КП8, К1116КП9 і К1116КП10 є електронними ключами, керованими магнетним полем. Мікросхеми цієї серії є пристроями малого ступеня інтеграції, що містять в одному кремнієвому кристалі перетворювач магнетного поля і електронний пристрій підсилення і обробки сигналу. Перетворювачем магнетного поля служить інтегральний 4-електродний елемент Гола, принцип дії якого заснований на виникненні на двох подовжніх електродах ЕРС, прямо пропорційної добутку напруженості магнетного поля на струм, що протікає через поперечні електроди. Мікросхеми виготовляють за епіпланарною технологією і оформляють в 3-х 5-вивідному пластмасовому корпусі з жорсткими плоскими виводами.

За реакцією на дію зовнішнього магнетного поля мікросхеми підрозділяють на уніполярні, рівень напруги на виході яких залежить від значення індукції магнетного поля однієї полярності, і біполярні, рівень вихідної напруги яких залежить як від значення індукції, так і від знака (полярності) магнетного поля впливу.

Уніполярні мікросхеми К1116КП1,К1116КПЗ, К1116КП9, К1116КП10 мають прямий вихід, сигнал на якому у відсутність магнетного поля відповідає рівню логічної 1. При підвищенні індукції зовнішнього магнетного поля до значення В>Вспрац, відбувається перемикання мікросхеми і рівень сигналу на її виході стрибком змінюється до логічного нуля. Уніполярна мікросхема К1116КП2 має інверсний вихід, на якому рівень логічної 1 з'являється при віз дії магнетного поля з індукцією. З підвищенням температури уніполярних мікросхем відбувається збільшення значення індукції спрацьовування / відпускання. З підвищенням температури біполярних мікросхем індукція спрацьовування відпуску зменшується. Температурний коефіцієнт зміни індукції спрацьовування і відпуску лежить в межах від 0,01 до 0,05 мТл/°С залежно від типу мікросхеми. Підвищена завадодостійкість мікросхем забезпечена наявністю гістерезису (з індукцією 39 мТл) на характеристиці перемикання.

Мікросхеми серії До 1116 розраховані на з’єднання з цифровими інтегральними мікросхемами видів РТЛ, ДТЛ, ТТЛ, ЕСЛ, ТЛЛ і структури КМОП.


Мікросхеми К1116КП1 і К1116КП2 мають по два синфазних виходи з відкритим колектором і стробуючий вхід. При подачі на цей вхід стробуючого імпульсу з рівнем 0, рівень вихідної напруги не залежатиме від дії зовнішнього магнетного поля, тобто буде реалізований функція «заборона» Якщо вхід стробує не використовують, його необхідно підключити до плюсового дрота живлення.