книги из ГПНТБ / Аналоговые запоминающие и адаптивные элементы

Характеристики записи, отображающие изменение веса (или выходного сигнала одного элемента) в зависимости от числа импульсов, приведены на рис. 1-20. Эти характеристики носят экспоненциальный характер, и, как отмечалось в § 1-2,в, их ход в значительной мере определяется предысторией намагничива­ ния. В том случае, если необходимо линеаризовать эту харак­ теристику, удобно применять биполярные импульсы записи (§ 1-2,в). Другим способом линеаризации этих характеристик является использование импульсов напряжения, формируемых с помощью селектирующих сердечников (§ 1-2,6). Для построе­ ния АЭ в этом случае можно использовать как трансфлюксоры, так и тороидальные сердечники (рис. 4-15). Так как в столбцах провода записи и возбуждения — отдельные, то принципиально необходимо иметь удвоенное число входных ключей. По сути дела, схема записи с использованием селектирующих сердечни­ ков работает так же, как и схема записи на рис. 4-14, но с уче­ том следующих отличий: вместо генератора переменного тока Г

171

сравнению с числом столбцов количество ключей. Конструктив­ но в целом ряде случаев оба ключа одного и того же столбца удается частично или полностью совместить. На рис. 4-17,а изо­ бражен ключ переменного тока. На первичные обмотки транс­ форматора напряжение питания по двум шинам подается в противофазе и при открывании транзистора в выходной обмотке появляется переменное напряжение. Благодаря включению дио­ дов через транзистор протекает однополярный ток. Один и тот же транзистор можно использовать, как показано на рис. 4-17,6, для двух ключей одновременно. Таким образом, для схемы рис. 4-14 количество транзисторов в ключах можно уменьшить

вать лишь однополярный ток t_cMСоответствующая схема изо­ бражена на рис. 4-17,0. Если же для АЭ применяются трансфлюксоры, схему коммутации можно еще более упростить, используя однополярный ключ, подобно тому, как это предло­ жено в [Л. 73]. Действительно, полный цикл считывания в трансфлюксоре можно разделить на два такта. В первом такте, назо­ вем его тактом подготовки, отверстие считывания перемагничивается в одном направлении, а во втором такте, являющемся, собственно, тактом считывания, — в другом. С учетом сказан­ ного перемагничивание можно осуществлять посредством двух обмоток Доподг и wC4, по каждой из которых проходят импульсы одной полярности. Обмотка подготовки ^подг проходит через сердечники всех столбцов, а обмотки wC4 — только через сердеч­ ники одного столбца; импульсы считывания коммутируются

172

Простой выход из указанного положения состоит в применении

В принципе обучение для аналоговых входных сигналов произ­ водится таким же способом, т. е. в два этапа, на первом из ко­

Поэтому на первом этапе возбуждаются только те столбцы, для

казано на рис. 4-18, в ФСУ имеется специальный вход, при по­ даче потенциала на который соответствующий столбец возбуж­ дается. Последовательность работы схемы при обучении сле­

173

и дырочной проводимостью, а скорость рекомбинации и выде­

значений физических параметров, внешние характеристики и области применения электрохимических элементов, в частности их частотные диапазоны и способность длительного хранения запомненной информации. Вместе с тем благодаря сходству поведения носителей в электронных полупроводниках и в поляр­ ных жидкостях имеется частичное сходство характеристик и схем замещения для определенных типов полупроводниковых и электрохимических элементов.

Во всех случаях количество частиц, хранимых в зоне дрей­ фа между электродами, определяет силу тока или выходной сиг­ нал этого элемента. Энергия частиц резко изменяется вблизи электродов, ограничивающих ячейку.

В качестве выходной величины электрохимических адаптив­ ных и запоминающих элементов служит э. д. с. поляризации между рабочими электродами, предельный ток диффузии меж­

трода или электролита, положение границы фаз электрод — ра­ створ и др. Соответственно используются либо чисто электри­ ческие методы считывания, либо оптоэлектронные.

Наиболее перспективные из электрохимических аналоговых запоминающих элементов отличаются уже сейчас невысокой

стоимостью, малыми габаритами и массами (от долей грамма до нескольких грамм), простотой устройства, а также простотой управления и считывания, что обеспечивает возможность реа­ лизации матриц с большим числом весовых элементов в малых объемах. Элементы эти обладают очень малым потреблением (десятки или сотни микроватт), низкими уровнями шумов, ма­ лыми уровнями управляющих сигналов и сигналов считывания (доли вольта), что обеспечивает их легкое сочетание с полупро­ водниковыми (в частности, интегральными) схемами.

Характеристики записи благодаря особенностям электрохи­ мических процессов легко осуществляются монотонными. В за­ висимости от способа считывания и параметров цепей считыва­ ния они могут быть как линейными в широком диапазоне управляющих сигналов, так и нелинейными и практически безгистерезисными или, напротив, со значительным гистерезисом.

Электрохимические аналоговые запоминающие элементы мо­ гут работать при очень больших длительностях непрерывных или дискретных сигналов управления, измеряемых тысячами часов, при очень низких частотах изменения этих сигналов (от постоянного тока до долей герца и т. п.) при одновременной возможности управления импульсными сигналами с частотами следования до десятков и сотен мегагерц и выше, что обеспечи­ вает большую универсальность по виду управляющих сигналов.

Хранение информации происходит без потребления энергии. Отключение от источника питания не приводит к потере инфор­ мации. Скорость дрейфа (если не применяются нужные для не­ которых задач электрохимические системы с быстрым самовоз­ вратом) составляет у современных образцов десятые доли про­ цента в сутки [Л. 176], а у некоторых систем еще меньше, так что время хранения аналоговой информации, накопленной в про­ цессе обучения, может составлять десятки, сотни или тысячи ча­ сов. Для изменения выходного сигнала во всем динамическом диапазоне (при действии максимального, т. е. номинально до­ пустимого, управляющего тока) требуется время от единиц до сотен секунд (или даже до десятков часов) в зависимости от типа электрохимической системы, примененной конструкции и принципа считывания.

У аналоговых запоминающих электрохимических элементов легко осуществляется неразрушающее считывание. Благодаря постоянному сохранению выходного сигнала обычно не тре­ буется дополнительного времени (или нужно малое время) для опроса. Поэтому после завершения процесса обучения или на­ стройки быстродействие элемента ограничивается часто только временем распространения сигнала в опросных цепях.

178

Срок службы у лучших конструкций составляет до 5 лет и более [Л. 177]. При электрическом пробое в результате кратко­ временных случайных перенапряжений и при некоторых других видах отказов имеется возможность самовосстановления благо­ даря молекулярной подвижности среды-носителя, что обеспе­ чивает высокую потенциальную надежность приборов. Электро­ химические элементы рассматриваемого типа отличаются хоро­ шей стойкостью к излучениям ввиду применения избыточности основных носителей и к действию постоянных и переменных магнитных полей.

Фактически достигаемые характеристики — скорость изме­ нения выходного сигнала, нелинейность, температурная зависи­ мость, стабильность во времени и т. д. — определяются типом примененной электрохимической системы, методами управления и считывания, параметрами соответствующих электрических цепей, конструкцией элемента, выбранными при проектировании его параметрами, технологией изготовления, чистотой исходных материалов, схемами включения [Л. 171].

Так как физико-химические процессы протекают у аналого­ вых запоминающих электрохимических элементов в очень тон­ ких приэлектродных слоях (около микрона или долей микрона), то в принципе по мере совершенствования конструкций и тех­

ставляет собой замкнутую герметическую изолирующую оболоч­ ку, заполненную полярной жидкостью, с погруженными в нее электродами, имеющими выводы наружу.

В зависимости от используемых процессов жидкость либо применяется в чистом виде, либо представляет собой раствор электролита.

По роду электрохимических явлений рассматриваемые эле­ менты могут быть подразделены на две основные группы [Л. 171,

В электролитических элементах применяются два основных типа электрохимических систем:

1) обратимые и необратимые системы с электрохимически активными (электрохимически растворимыми) электродами;

2) обратимые окислительно-восстановительные системы с инертными (электрохимически нерастворимыми) электродами.

Системы первого типа (твердофазные) основаны на меж­ фазных переходах на электродах и благодаря особенностям происходящих в них процессов могут служить для хранения и преобразования информации. Практическое применение в АЗЭ получили системы с переносом металла электродов. При соот­ ветствующем выборе конструкции, рода активных материалов и электрических режимов эти элементы пригодны для многократ­ ного переключения.

Системы второго типа называются «жидкофазными» (или концентрационными), если используемые электрохимические про­ цессы протекают с образованием веществ, остающихся раство­ ренными в жидкости, так что меняется лишь их концентрация, и «газофазными», если электрохимические процессы сопровож­ даются выделением продуктов реакции в виде газов и (или) их поглощением.

Эти системы позволяют создавать элементы хранения и пре­

ные системы. Несмотря на возможность реализации электриче­

По расположению и конфигурации систем электродов элек­ трохимические аналоговые запоминающие элементы делятся на объемные (в частности, с цилиндрическими коаксиальными элек­ тродами), пленарные (с плоскими, в частности, пленочными электродами, расположенными в одной плоскости) и бипланарные (с плоскими электродами, расположенными в двух па­ раллельных плоскостях).

180

По способу считывания электрохимические АЗЭ могут быть подразделены на следующие группы:

1. Считывание по толщине осажденного на электроде слоя (микропленки) электрохимически активного металла:

а) электрическое считывание по суммарному электрическому сопротивлению «резистивного» электрода и осажденной на нем микропленки (твердофазные канальные электрохимические триоды) 1 ;

б) оптоэлектронное считывание по оптической плотности микропленки, осажденной на электропроводной прозрачной под­

тродного промежутка (твердофазные капиллярные ртутно-элек- тролитические триоды и тетроды);

б) оптоэлектронное считывание по световому потоку через междуэлектродный зазор (твердофазный ртутно-электролитиче-

зии (концентрационный электрохимический триод или тетрод) 3 ; в) электрическое считывание по сопротивлению электролита

Рассматриваемые здесь в качестве примера электрохимические диоды [Л. 192] представляют собой герметическую оболочку, заполненную раствором сильного электролита, с двумя погру­ женными в этот раствор электродами, выполненными из одина­ кового металла М. Электролит представляет собой соль того же

1 Именуются также электрохимически управляемыми резисторами или со­ противлениями; фирменные наименования «метистрон» и «мемистор».

181