Hадпровідhий логічhий елемеhт

Изобретение относится к логическим устройствам и может быть использовано в электронно-вычислительной технике и в со-. ставе систем управления техническими объектами различного назначения, например, химическими реакторами, энергоблоками атомных электростанций. Известен сверхпроводящий логический элемент на базе проволочных криотронов, выбранный в качестве прототипа. Сверхпроводящий логический элемент состоит из сверхпроводника (вентиля) в виде, например, короткого отрезка сверхпроводящей проволоки, со входным каналом, подключенным к токовым контактам проводника, и выходным каналом, подключенным к потенциальным контактам проводника, изготовленного, например, из тантала, и устройства для создания магнитного поля окружающей сверхпроводник катушки-соленоида со входным каналом, подключенным к токовым контактам устройства. Катушка изготовлена из сверхпроводящего материала. (например, из ниобиевой проволоки), критическое магнитное поле Hc которого выше, чем критическое поле материала сверхпроводника (вентиля). Сверхпроводящий логический элемент функционирует при температуре ниже критических температур материалов вентиля и устройства для создания магнитного поля. Это достигается путем погружения сверхпроводящего логического элемента в криогенную жидкость с температурой кипения ниже критических температур материалов вентиля и соленоида. Из-за низких значений критических температур сверхпроводников, известных до открытия явления высокотемпературной сверхпроводимости в 1986г., в качестве криогенной жидкости применяют исключительно жидкий гелий с температурой кипения 4,2К. Из-за низкой теплоемкости жидкого гелия возможность применения несверхпроводящих металлов с высокой электропроводностью при низких температурах (например, в качестве материалов для изготовления устройства для создания магнитного поля исключается в связи с интенсивным испарением хладагента - жидкого гелия - за счет джоулева тепловыделения при работе устройства для создания магнитного поля. При пропускании через соленоид по его входному каналу управляющего тока генерируется магнитное поле, напряженность которого на оси соленоида равна где - число витков обмоточного провода на единицу длины соленоида. При пропускании через сверхпроводник кругового сечения с радиусом по его входному каналу сверхпроводящего тока на поверхности проволоки генерируется магнитное поле напряженностью При появлении на поверхности сверхпроводника магнитного поля напряженностью более критического значения сверхпроводник переходит в нормальное (несверхпроводящее) состояние. Информация о состоянии сверхпроводника, т.е. о наличии сверхпроводящего или нормального состояния, поступает по выходному каналу сверхпроводящего логического элемента на внешнее устройство. Зависимость сверхпроводящего тока протекающего по сверхпроводнику, от тока протекающего через устройство для создания магнитного поля, снятая, как правило, путем регистрации по выходному каналу появления сопротивления сверхпроводника на вольтамперной характеристике, носит название фазовой характеристики (фазовой диаграммы) сверхпроводящего логического элемента. Линия, соединяющая критические значения токов на соответствующих осях координат, разделяет области сверхпроводящего и нормального состояний сверхпроводящего логического элемента. Основными характеристиками сверхпроводящего логического элемента служат: 1. управляющий критический ток при отсутствии тока через сверхпроводник т.е. ток через устройство для создания магнитного поля, генерирующий на его оси поле равное критическому полю 2. критический ток сверхпроводника генерирующий на его поверхности при отсутствии управляющего тока поле равное критическому полю Недостатком описанного сверхпроводящего логического элемента является наличие функциональной возможности реализации с помощью одного сверхпроводящего логического элемента при монарной (однопроводной) системе кодирования только одной одноаргументной логической Функции (функтора отрицания) В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать сверхпроводящий логический элемент, в котором благодаря наличию дополнительных входных каналов появляется возможность реализации с помощью данного логического элемента большего числа логических функций. Поставленная задача решается тем, что в сверхпроводящем логическом элементе, содержащем сверхпроводник (вентиль) с входным каналом, подключенным к токовым контактам сверхпроводника и выходным каналом, подключенным к потенциальным контактам сверхпроводника, устройство для создания магнитного поля с входным каналом, подключенным к токовым контактам устройства, в соответствии с предлагаемым изобретением введены два дополнительных входных канала, подключенных к токовым контактам сверхпроводника, и два дополнительных входных канала, подключенных к устройству для создания магнитного поля. Введение в сверхпроводящий логический элемент двух дополнительных входных каналов в цепи вентильного тока и двух дополнительных входных каналов в цепи тока устройства для создания магнитного поля (соленоида) и их подключение позволяют расширить функциональные возможности сверхпроводящего логического элемента путем реализации с его помощью кроме одноаргументной логической функции - функтора отрицания - восьми из шестнадцати возможных двухаргументных логических функций Буля Ни один из известных авторам сверхпроводящий логический элемент такими полезными свойствами не обладает и заявленной совокупности отличительных признаков не содержит. На фиг.1 приведена схема сверхпроводящего переключательного элемента, а на фиг.2 - его схематическая фазовая характеристика (фазовая диаграмма). Элемент содержит сверхпроводник 1 с двумя токовыми 2 и 3 и двумя потенциальными 4 и 5 контактами; окружающее сверхпроводник 1 устройство 6 для создания магнитного поля в виде соленоида с двумя токовыми контактами 7 и 8. Входной канал.9 и дополнительные входные каналы 10 и 11 подключены к токовым контактам 2 и 3 сверхпроводника 1 и служат для поступления сигналов от внешних источников тока 12, 13 и 14. Входной канал 15 и дополнительные входные каналы 16 и 17 подключены к токовым контактам 7 и 8 устройства 6 для создания магнитного поля и служат для поступления сигналов от внешних источников тока 18, 19 и 20. Выходной канал 21 подключен к потенциальным контактам 4 и 5 сверхпроводника 1 и обеспечивает связь сверхпроводящего логического элемента с внешним устройством 22 или с другими логическими элементами. Элемент помещен в сосуд Дьюара, заполненный криогенной жидкостью (на фиг.1 не показан). Описание работы сверхпроводящего логического элемента приводится в соответствии с его общепринятой фазовой характеристикой (фазовой диаграммой) (Формозов Б.Н. Экспериментальная техника в физике низких температур. - К.: Вища шк., 1978. - 200с, ил.1), приведенной на фиг.2. На фиг.2 приняты обозначения: - область сверхпроводящего состояния сверхпроводника; область нормального (несверхпроводящего) состояния сверхпроводника; - входные токовые сигналы к сверхпроводнику 1 (фиг.1); - входные токовые сигналы к устройству 6 для создания магнитного поля 6 (фиг.1); - критический ток, протекающий через сверхпроводник 1 и разрушающий сверхпроводимость при отсутствии управляющего тока через устройство для создания магнитного поля 6; - критический ток, протекающий через устройство 6 для создания магнитного поля и разрушающий сверхпроводимость в сверхпроводнике 1 при отсутствии тока через него. В зависимости от значений токов, поступающих на входы сверхпроводника 1 и устройства 6 для создания магнитного поля (соленоида) при помощи сверхпроводящего логического элемента могут быть реализованы кроме одноаргументной логической функции - функтора отрицания - восемь различных двухаргументных логических функций (функций Буля). Для этого, согласно изобретению, необходимо, чтобы источники тока 9, 10 и 11 подключенные к токовым контактам 2 и 3 сверхпроводника 1, генерировали токи величиной где критический ток через сверхпроводник, создающий на его поверхности при отсутствии тока через соленоид магнитное поле, равное критическому, а источники тока 15, 16 и 17, подключенные к токовым контактам 7 и 8 устройства 6 для создания магнитного поля, генерировали токи величиной где критический ток через соленоид, создающий на поверхности сверхпроводника при отсутствии тока через сверхпроводник магнитное поле, равное критическому. Путем различной коммутации токов на входы сверхпроводника 1 можно подавать токи, равные создания а на входы устройства 6 для магнитного поля токи, равные 0, Пример 1. Одноаргументнаялогическая функция - функтор отрицания. При работе сверхпроводящего логического элемента в режиме выполнения одноаргументной логической функции - функтора отрицания - на токовые контакты 7 и 8 устройства 6 для создания магнитного поля от источников тока 18, 19 и 20 постоянно подают токи (цепь источника 18 замкнута, цепи источников 19 и 20 разомкнуты). а) На токовые контакты 2 и 3 сверхпроводника 1 подают от источников тока 12, 13 и 14 токи (цепи источников 12 и 13 замкнуты, цепь источника 14 разомкнута). Логическая переменная На выходном канале 21, подключенном к потенциальным контактам 4 и 5 сверхпроводника 1, получают 1 (т.е. значение функции б) На токовые контакты 2 и 3 сверхпроводника 1 подают от источников тока 12, 13 и 14 токи (цепь источника 12 замкнута, цепи источников 13 и 14 разомкнуты). Логическая переменная На выходном канале 21, подключенном к потенциальным контактам 4 и 5 сверхпроводника 1, получают 0 (т.е. значение функции Таким образом, что при таком задании токов выполняется одноаргументная логическая функция - функтор отрицания: Пример 2. Функция Буля (логическое умножение (конъюнкция)). а) На токовые контакты 2 и 3 сверхпроводника 1 подают от источников тока 12, 13 и 14 токи (т.е. цепи источников 12, 13, 14 разомкнуты). Логическая переменная На токовые контакты 7 и 8 устройства 6 для создания магнитного поля при этом подают от источников тока 18, 19 и 20 токи (цепи источников 18, 19 и 20 разомкнуты). Логическая переменная На выходном канале 21, подключенном к потенциальным контактам 4 и 5 сверхпроводника 1, получают 0 (т.е. значение функции б) На токовые контакты 2 и 3 сверхпроводника 1 подают от источников тока 12, 13 и 14 токи (т.е. цепи источников 12, 13, 14 разомкнуты). Логическая переменная На токовые контакты 7 и 8 устройства 6 для создания магнитного поля при этом по да ют от источи и ко в тока 18, 19 и 20 токи (цепи источников 18 и 19 замкнуты, цепь источника 20 разомкнута). Логическая переменная На выходном канале 21, подключенном к потенциальным контактам 4 и 5 сверхпроводника 1, получают 0 (т.е. значение функции в) На токовые контакты 2 и 3 сверхпроводника 1 подают от источников тока 12, 13 и 14 токи (т.е. цепь источника 12 замкнута, цепи источников 13 и 14 разомкнуты). Логическая переменная На токовые контакты 7 и 8 устройства 6 для создания магнитного поля при этом подают от источников тока 18, 19 и 20 токи (цепи источников 18, 19 и 20 разомкнуты). Логическая переменная На выходном канале 21, подключенном к потенциальным контактам 4 и 5 сверхпроводника 1, получают 0 (т.е. значение функции г) На токовые контакты 2 и 3 сверхпроводника 1 подают от источников тока 12, 13 и 14 токи (т.е. цепь источника 12 замкнута, цепи источников 13 и 14 разомкнуты). Логическая переменная На токовые контакты 7 и 8 устройства 6 для создания магнитного поля при этом подают от источников тока 18, 19 и 20 токи (цепи источников 18 и 19 замкнуты, цепь источника 20 разомкнута). Логическая переменная На выходном канале 21, подключенном к потенциальным контактам 4 и 5 сверхпроводника 1, получают 1 (т.е. значение функции Таким образом, при таком задании токов выполняется функция (конъюнкция) Аналогичным образом при помощи заявляемого сверхпроводящего логического элемента выполняются и другие логические функции. Данные о всех двухаргументных логических функциях Буля приведены в табл. 1. Возможные способы кодировки логических переменных и для выполнения функций и представлены в табл.2. Таким образом, заявляемый сверхпроводящий логический элемент позволяет выполнять в условиях однопроводного (монарного) кодирования кроме одноаргу-ментной логической функции (функтора отрицания) восемь двухаргументных логических функций и