Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Аналоговые запоминающие и адаптивные элементы

..pdf

Скачиваний:

Добавлен:

24.10.2023

Размер:

9.92 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 / 2612 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Ч'вых
	вых
у	е зап

/ / ^4ых

а)

/ ^ в ы х

Ли"

б)

Рис.	2-25. Характеристики за
писи	в	двуполярных		АЗЭ
при	различных		исходных
состояниях.
а — оба		сердечника	блокированы;
б — оба		сердечника	полностью
разблокированы;			в — оба	сердеч
ника	намагничены		до	состояния
Ф , - Ф 1 г / 2 .

тока насыщения. Возможность ком пенсации обратимой составляющей потока записи позволила использо вать этот метод для создания наи более точных разомкнутых АЗЭ с неразрушающим считыванием и по грешностью, равной ~ 1—2% [Л. 68].

Для АЗЭ замкнутого типа или для АЭ часто используются такие режимы записи, что перед каждой последующей записью элементы не возвращаются в исходное состояние, при котором £ в ы х = 0 . В таком слу


чае при первой же смене						полярности
импульса записи				оба трансфлюксо
ра обязательно				будут	перемагничи-
ваться	одновременно.				Действитель
но, пусть оба трансфлюксора забло
кированы (рис. 2-25,а),						и затем по
дается	сигнал		записи			положитель
ной полярности,				тогда		характери
стики	£ В ы х	В	ф у Н К Ц И И			ОТ е з а п		ДЛ Я
последующего			сигнала записи					будут
иметь	вид	изображенных					на рис.
2-26,а.	Из	рисунка видно,					что при

отрицательном сигнале записи будут перемагничиваться оба трансфлюк

сора, а сама характеристика	смеща
ется и в ней появляется	излом.
В принципе для замкнутых	АЗЭ,

а также для АЭ, работающих в пер вом режиме записи аналогично за мкнутым АЗЭ или во втором режи ме записи (§ 4-6), наличие излома не важно. Однако если требуется его исключить, то состояние трансфлюксоров перед самой первой за писью требуется согласовать. Усло вием согласования

Ф ' 1 + Ф ' , 1 = Ф 1 п

(2-34)

где Ф Г ! и Ф"1 — потоки в управляю щих плечах первого и второго сер дечника.

i l l

Проще всего выполнить условие (2-34), если один сердечник заблокировать, а другой полностью разблокировать. Характе ристика записи после ряда циклов записи будет иметь вид изо

браженной на рис. 2-26,6.
	Возможности исключения обмотки смещения или примене
ния	двухотверстных сердечников такие			же, как и для		случая
однополярного АЗЭ (§ 1-3,6).
б)	Считывание с	частотной модуляцией		выходного	сигнала
Принципиальная		схема АЗЭ с	частотной модуляцией			изобра
жена на рис. 2-27, и основными			ее элементами являются			транс-

флюксор, магнитный мультивибратор MB и частотный детектор ЧД. Принцип действия магнитного мультивибратора хорошо известен из литературы {Л. 71]. Частота генерации мультивибра тора определяется по формуле

7 = 2 Й Ф -				( 2 ' 3 5 >
где U — напряжение	считывания,		w — число	витков обмотки
считывания, АФ — изменение		потока	в сердечнике.
В рассматриваемой	схеме	ток возбуждения		трансфлюксора

является одновременно током считывания мультивибратора и протекает через коллекторы транзисторов, как это показано на рис. 2-28. Частота считывания задается величиной потока |АФз|,

переключаемого	вокруг малого	отверстия	трансфлюксора
f = 2 ш в 0 3 б \|ДФ,\| =	г ^ о з б ( Ф 1 Г - \|Ф,\|)	•	( 2 " 3 б )

Если управляющая ветвь трансфлюксора полностью размагни чена, то частота минимальна и увеличивается по мере прибли жения потока к состоянию насыщения. При значениях потока Ф ь близких к Oir, начинает сильно сказываться обратимая со ставляющая потока при переключении малого отверстия, поэто му кратность изменения частоты редко бывает больше, чем 10:1 [Л. 59, 61, 62].

в) Считывание с широтно-импульсной		модуляцией
выходного	сигнала

Метод широтно-импульсной модуляции для считывания в трансфлюксорах очень близок к соответствующему методу, рассмот ренному в § 2-1 для случая считывания в тороидальных сердеч никах. Отличия обоих методов в основном порождены тем обс тоятельством, что в тороидальных сердечниках считывание про изводится с разрушением, а в трансфлюксорах—без разрушения.

112

взап

Рис. 2-26. Характеристики				записи	без	предустановки		перед	каждым
циклом	записи.
а — без	согласования		потоков	записи	перед	первой	записью;	б — с	согласованием
потоков	перед	первой	записью.
В принципе для определения длительности									импульса	счи
тывания /С ч пригодны схемы на рис. 2-2 и 2-3.
Однако		посредством введения в					трансфлюксорах обратной
связи при записи, которая, как отмечается								в § 3-1,6, может		быть

реализована только при неразрушающем способе считывания, удается компенсировать погрешность схемы считывания и при менять более простые ее варианты (рис. 2-29,а). Обмотка воз буждения шВозб через небольшое ограничивающее сопротивле ние Ro подключается к источнику напряжения прямоугольной формы иВозб с постоянной вольт-секундной площадью полувол-

Рис.	2-27.	Схема	считывания	с частотной	модуляцией.
Рис.	2-28.	Схема	магнитного	мультивибратора.

8—382

ны. Эта площадь достаточна для перемагничивания магнитопровода считывания полностью открытого трансфлюксора. Со противление R0 предназначено для ограничения тока через обмотку доВозб в момент насыщения магнитопровода считывания. Если пренебречь падением напряжения в R0, то длительность импульса считывания определяется по формуле, аналогичной (2-2):

. _	\|ДФ3 [	Ф.г — [ Ф ,	(2-37)
	J возб	^возб

Так как при неразрушающем считывании импульсы считывания появляются многократно, то можно преобразовать длительность этих импульсов в пропорциональное ей напряжение с помощью простого детектора скважности ДС, который изображен на рис. 2-29,6. Полупроводниковый ключ проводит только во время прохождения импульсов считывания, и среднее напряжение на выходе ДС

и я = и „	(2-38)
где Ua — напряжение питания	ключа; Т — период волны воз
буждения.

Рассматриваемая схема помимо простого запоминания по зволяет легко осуществлять умножение некоторого сигнала на запомненную величину. Это сразу же следует из (2-38), если Un использовать как входной сигнал. Как следует из нижеприве денной схемы, напряжение Uu может быть любой полярности, т. е. входной сигнал может иметь разные знаки. Если необходи-

Чвозб	Магнитопровод
	считывания

Рис. 2-29.	Считывание	с широтной	модуляцией.
а — общая	схема;
б — схема	детектора	скважности.
114

мо, чтобы и запомненная величина также имела различные зна

ки, то применяют дифференциальные схемы с двумя трансфлюк-
сорами и двумя ключами [Л. 66].
Отметим,	что широтная	модуляция	позволяет получить
в замкнутых	АЗЭ погрешность	порядка 0,3%	[Л. 60]; она близка

к погрешности, реализуемой в разомкнутых АЗЭ на тороидаль

ных сердечниках, также использующих широтную			модуляцию
(см. § 3-1,6).
г) Считывание с фазовой модуляцией	выходного	сигнала
В АЗЭ с фазовой модуляцией, принципиальная		схема которого
показана на рис. 2-30,а, обмотка вокруг малого		отверстия		пред
ставляет собой переменную индуктивность, являющуюся				частью
цепи RLC, питаемой от генератора	возбуждения	ГВ.	Указанная

индуктивность обусловлена обратимыми процессами в магнитопроводе считывания, и ее изменение само по себе незначительно (^макс/^-мин—2-^-3). Однако незначительное изменение индук тивности в резонансном контуре приводит к большим фазовым сдвигам. Величина индуктивности, а значит, и фазовый сдвиг могут быть установлены сигналом записи. Демпфирующее со противление, показанное на рис. 2-30,а пунктиром, в значитель ной степени обусловлено гистерезисными потерями в сердечни ке. Путем соответствующего выбора параметров цепи RLC и частоты тока возбуждения можно получить фазовые характери стики, изображенные на рис. 2-30,6. С помощью фазового детек тора ФД сдвиг фазы, осуществляемый изменением индуктивно сти, преобразуется в выходное постоянное напряжение.


2-6.	Неразрушающее		считывание в		АЭ на тонких	магнитных	пленках	(ТМП)
В	адаптивных элементах на ТМП наиболее часто						используются
два метода считывания без разрушения						информации:
	а)	магнитооптический;
	б)	индукционный		(электромагнитный).
а)	Магнитооптические			методы	считывания	информации в		АЭ
на	ТМП

Магнитооптическое считывание информации с ТМП основыва ется на том, что намагниченность ферромагнитного зеркала, которым является ТМП, способна изменять состояние поляриза ции отраженного от его поверхности поляризованного светового пучка (эффект Керра). Поэтому если поставить на пути отра женного пучка анализатор, настроенный первоначально на угол, близкий к углу полного гашения (Л. 150], то можно визуально наблюдать и регистрировать посредством фотоприемников (фо тоэлектронных умножителей, фотодиодов, фототранзисторов) противоположно намагниченные области ТМП (домены) в соот ветствии со схемой, изображенной на рис. 2-31. Рассмотрим на поверхности ТМП два антипараллельных домена, условно обоз наченных цифрами / и //, и допустим, что домену I соответству ет положительное вращение плоскости поляризации при отра жении пучка, а домену II—отрицательное (рис. 2-32). Отражен ный пучок считаем поляризованным эллиптически, угол между большими осями эллипсов поляризации для лучей, отраженных от доменов / и //, пусть составляет 2а; ось X совпадает с нап равлением пропускания анализатора. Нетрудно видеть, что ана лизатор из всех волн эллипса / пропустит лишь волну с колеба

ниями вдоль малой оси эллипса, а от эллипса				/ / — о б е	волны.
Проекции этих волн на ось X равны:
xt	=	В cos <ot;	\
					(2-39)
х2В	=	В cos 2а cost<	)
где А и В — амплитуды			отраженных волн в направлениях ма
лых и больших осей эллипсов поляризации; со — круговая					часто
та	волн.
	Интенсивности света, отраженного от доменов / и II				и про
пускаемого анализатором, равны соответственно				[Л. 150]:
/ 1 =	Б 2 ; / 2 = 4 2 s i n 2 2 a + £ 2 c o s 2 2 a .				(2-40)

116

Рис.	2-31.	Схема	наблюдения
эффекта		Керра.
1 — источник		света;	2 — конден
сор;	3 — поляроид		(поляризатор);
4 — ТМП; 5 — поляроид
(анализатор);		6 —	микроскоп.

Рис.	2-32.	Схема	для	объясне
ния	пропорциональности
контраста		и s i n 2	2а	при
наблюдении		эффекта		Керра.

Относительная разность интенсивностей, пропорциональная контра сту при визуальных наблюдениях,

Л — Л _			Л/				(2-41)
Л			Л				(2-41)
Л			Л
Так	называемая				эллиптичность
{А/В)		отражаемой волны				выража
ется [Л. 150] как
В/А =		th In (А-/А+)			w= th In		(rjr+),
							(2-42)
я			'Ч>4-	я	'V	-
где Л + = г + е f H Л _ = г + е						— к р у г о
вые компоненты					противоположного
						2	2
направления вращения, а г+							и г_—
коэффициенты отражения						этих волн.
Поэтому					1/21
л/ =	i	th In				1J	sin2 2а.
						1J	sin2 2а.
							(2-43)
Таким		образом,		контраст		доменной
картины			при визуальных			наблюде

ниях и разностный сигнал, посту пающий на фотоприемник при счи тывании, тем больше, чем больше


угол		вращения		Керра а. Обычно
в	ТМП состава			NiFe	этот	угол не
велик		и	составляет		лишь	десятки
угловых			секунд,	однако		нанесение
на	поверхности			ТМП	диэлектриче
ских		пленок специального				состава
и	подобранной			толщины		[Л. 151],
а	также		тончайших слоев			кобальта

или чистого железа ( ~ 1 0 0 А) уве личивает а почти на порядок.

В случае автоматической ре гистрации сравнительно просто по казать, что сигнал с выхода фотоприемника пропорционален площади магнитных доменов в пло скости ТМП. Так, если счи-

117

тать, что отсутствует			керровское		вращение, и, как и ранее, услов
но разбить		образец на		два домена /		и //, то полный фототок
/• =	*(Ф, +	Ф,),				(2-44)
где	i — интегральная		(в	случае	белого	света) или спектраль

ная (для монохроматического света) чувствительность фотопри

емника,

a CDi и Ф 2

— световые потоки

от доменов

и II

после

прохождения

анализатора, причем Ф1+Ф2 = 0.

С учетом эллиптичности и керровского вращения

плоскости

поляризации отраженного пучка полный фототок

/ ' Ф

i (Ф. +

АФ, +

Ф2 -

ДФ2 ).

(2-45)

По

закону Малюса

для плоскополяризованного света

Ф п = Ф'пСОз2р,

(2-46)

где

п—1,

р — угол

скрещивания

анализатора

поляриза

тора, а Ф ' — световой поток до анализатора.

Отсюда для изменения потока вследствие керровского вра

щения

можно

записать, учитывая,

что

угол

а мал и sina = a,

cos a =

Aa>„ = <Dn sin2pa

( л = 1 , 2).

(2-47)

Полный

фототок

/ ф =

ЧФ +

(Ф. +

Ф 2 ) 8 т 2 р а ] .

Если

учесть

также, что O n

= £ S n

( п = 1 , 2),

где

Е — освещен

ность,

а Si и Sz

— площади

областей

и 2

(рис. 2-32)

(анти

параллельных доменов), то

/Ф =

1[Ф +

Е sin 2?а (5, -

S,)]

(2-48)

или

/ . =

/ . +

* sin 2pa (S, -

St),

(2-49)

где

/о=1'Ф, a k =

iE.

Таким образом, полный фототок зависит от разности площа

дей антипараллельных

доменов и является аналоговым сигналом.

Ток

/ 0

здесь

эквивалентен

некоторому

фоновому току,

кото

рый в основном определяется абсолютными

размерами

образ

ца, коэффициентом

отражения его поверхности, а также

харак

теристиками источника света. Для каждого конкретного образ ца /о = const при прочих равных условиях.

б) Индукционное считывание в АЭ на ТМП

Этот вид считывания, широко используемый в элементах памяти на ТМП, с большим основанием позволяет рассматривать воз никновение э. д. с , наведенной в съемной шине, как следствие чистого вращения вектора намагниченности J . При этом

										(2-50)
где е с ч	— наведенная				(считанная)		э. д.	с ,	а Ф — изменение
магнитного потока, охватываемого шиной считывания.
Разместим выходную считывающую шину параллельно труд
ной оси		(оси	х),	а	шину	возбуждения — вдоль легкой					оси
(оси у).		Тогда для магнитного потока, охватываемого								выходной
шиной, можно записать:
Ф = Ф*1 + Фх2,
где 0Xi	=	BxSi	и Bx	=	\i0{Jx +	H X ) , а	так как		обычно JX^>HX,		то
BX = }XUJX		(здесь Si		— площадь поперечного					сечения	ТМП	по
оси у);	ФЖ 2 = ЦоЯж 52 ;				S2 — площадь		промежутка между ТМП и
съемным витком.
Поэтому уравнение (2-50)						можно	развернуть
					dt
Поскольку в это выражение						входит dJx/dt,		необходимо		рассмот

реть закон движения вектора в ТМП под действием поля воз буждения. Дифференциальные уравнения для движения J век тора намагниченности получены в ряде работ из уравнения

Ландау — Лифшица — Гильберта. Эквивалентное					поле Я , вхо
дящее в эти уравнения,				можно найти из решения	вариационной
задачи для полной			равновесной энергии ферромагнитной тон
кой	пленки. Однако		в	общем виде сами уравнения (не говоря
уже	о их	решении)	настолько громоздки, что более целесооб
разно, на		наш взгляд,		оценить лишь качественный характер
движения		вектора J	и	результаты сопоставить	с эксперимен

тальными. Для такой оценки следует сделать ряд упрощающих допущений:

1. Модуль вектора намагниченности / — const и не изменя ется в процессе движения.

2.Тонкая магнитная пленка однодоменна.

3.Размеры ТМП таковы, что размагничивающие факторы

Nx=Ny = Q, aNz=l.

119

4.	Дисперсия и скос легких осей		отсутствуют.
5.	Плотность	энергии анизотропии E& = ki sin2 ф,		где <р» — угол
между вектором		J и легкой осью,	a ki—константа	наведенной

анизотропии. Тогда компоненты поля по легкой и по трудной

осям равны соответственно Ня и							(#& — # T sin<p), или после нор
мировки			относительно		Ни имеем		кл и	(1—AT sin<p). Из уравне
ния	Ландау — Лифшица — Гильберта							можно	получить [Л. 153]
уравнение движения вектора намагниченности									в ТМП
7 5 "	+ * 4 Г + ^ У Я У S I N ? -					^ J H * C O S * =		° »	( 2 " 5 2 )
где	J—		° ;	£ = — ;	а,	у — динамические			коэффициенты в
		f*e I		"i
уравнении			Ландау—Лифшица—Гильберта.

Практически важным для многостабильных тонкопленочных элементов является случай возбуждения полем AT = AT sin at при /гл = 0, так как это позволяет использовать поле Я л одно временно и для записи многоуровневой информации (настройки многостабильных элементов) методом управляемого сползания доменных границ (§ 2-5,а). Для такого вида возбуждения урав нение (2-52) упрощается:

* 7 $ F + 2 1 W ) +4		s i n 2 ? -	s i n ^ c o s * = ° .	(2 - 5 3 )
где
H-oY "	^	( Ы ^ л
Расчеты показывают, что &2			в первом члене этого	уравнения
очень мало	(имеет	порядок	1 • 10~5 для частот 107	гц). Кроме

того, для неразрушающего считывания угол <р должен быть мал (чтобы избежать необратимых процессов изменения намагни ченности), поэтому уравнение (2-53) можно еще более упро стить и привести к линейному виду

sin 2<р — Лт cos<psitiarf = 0,	(2-54)
откуда
sin ф = ftT sin at и q>= arcsin (ftT sin	at).

120

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 / 2612 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ