книги из ГПНТБ / Аналоговые запоминающие и адаптивные элементы

элементов значения систематической составляющей рассматри­ ваются как дополнительные случайные возмущения, увеличи­ вающие суммарную дисперсию.

Таким образом, процесс определения точности работы АЗЭ заключается в следующем. Задаются доверительной вероят­ ностью р, определяющей необходимую надежность работы эле­

ле (В-12) понимать как у и z из формулы (В-8) при каждом фиксированном входном сигнале x = x 0 = const. Изменяя Хо, мож­ но получить требуемые характеристики во всем диапазоне из­ менения входного сигнала.

физические явления, отвечающие, однако, некоторым основным требованиям, вытекающим из рассмотренных выше общих ха­ рактеристик АЗЭ и особенностей их применения.

Осуществлять запоминание и длительное хранение информа­ ции при отключенных источниках питания с использованием чисто электронных систем в настоящее время не представляется возможным, поскольку в таких системах преобладают явления, связанные с движением электронов, и отсутствуют явления, ана­ логичные механическому трению.

В связи с этим появляется необходимость использования для запоминания электрических величин сред, имеющих иную фи­ зическую природу. Желательно, чтобы запись и воспроизведение аналоговых величин в таких системах производились в форме электрических сигналов с тем, чтобы запоминающие элементы могли легко обмениваться информацией с другими устройства­ ми. Для этих целей удобно, например, использовать физические свойства сегнетоэлектриков и ферромагнетиков, характеризую­ щихся в первом случае спонтанной ориентацией дипольных

20

моментов молекул в кристаллической решетке, а во втором слу­ чае спонтанной, упорядоченной ориентацией спиновых магнит­ ных моментов соседних атомов кристаллической решетки. В обо­ их случаях внутренние физические процессы внешне проявля­ ются в существовании у упомянутых материалов прямоугольной петли гистерезиса. Иными словами, практически для изменения электрического заряда или магнитного потока необходимо при­ ложить электрическое или магнитное поле, превышающее не­ которую пороговую величину. Вследствие этого существует эффект, аналогичный кулоновскому трению в механических си­ стемах. Кроме того, поскольку электрический заряд и магнит­ ный поток представляют собой величины, пропорциональные интегралам от тока и напряжения, запись и считывание запо­ минаемой величины могут осуществляться непосредственно в форме электрических сигналов.

Широкие возможности для применения в АЗЭ имеют галь­ ваномагнитные устройства, предполагающие прямое преобра­ зование магнитного потока, соответствующего хранимой ана­ логовой величине, в электрический сигнал посредством исполь­ зования элементов Холла, сопряженных с магнитным носителем и выполняющих роль магнитного зонда.

Удобным средством запоминания непрерывных электриче- :ких величин могут явиться электрохимические элементы. В по­ добных элементах используются электрохимические системы, в которых происходит перенос вещества или изменение концен­ трации ионов в количествах, пропорциональных заряду в со­ ответствии с законами Фарадея. Таким образом, запись запо­ минаемой величины осуществляется протекающим током, а ее считывание основывается на измерении параметров, связанных с изменением свойств электролита или электродов.

В АЗЭ и АЭ в будущем будут широко применяться линей­ ные конденсаторы, нагруженные на вход полевых транзисто­ ров, обладающих высоким сопротивлением (до 101 4 ом). Пер­ спективными материалами можно считать также аморфные по­ лупроводники. Однако технологические трудности при изготов­ лении этих материалов еще велики.

На рис. В-5 представлена схема-классификация, отражаю­ щая существующие в настоящее время принципы и средства построения АЗЭ и АЭ. Дальнейшее рассмотрение принципов действия ряда элементов будет вестись в соответствии с этой классификацией. В настоящем параграфе будут рассмотрены основные принципы реализации элементов на немагнитной и не­ химической основах. Магнитные и химические элементы явля­ ются основными предметами рассмотрения последующих глав.

21

Возможность реализации аналоговой памяти в механических системах, оперирующих аналоговыми величинами, объясняется тем, что изменение состояния в таких системах непременно со­ провождается кулоновским трением. Использование эффекта кулоновского трения обеспечивает существование практически бесконечно большого числа устойчивых состояний механической системы, что делает ее хорошим средством для построения АЗЭ и АЭ. В перцептроне Марк I в качестве аналоговых адаптивных элементов были применены 512 потенциометров, которые при­ водились в действие таким же количеством исполнительных двигателей. Для управления исполнительным двигателем исполь­ зовались импульсы напряжения длительностью порядка десятых долей секунды [Л. 13].

Однако электромеханическим системам присущи известные недостатки: имеются ограничения по быстродействию, возни­ кают большие трудности при обеспечении надежности в связи с наличием подвижных и трущихся деталей, габариты и стои­ мость механических систем недопустимо велики.

В сегнетоэлектриках под действием приложенного извне элек­ трического поля происходит спонтанная поляризация. Если по­ ляризация произошла, то после снятия электрического поля уровень поляризации сохраняется. С использованием этого явления может быть построен АЗЭ.

22

23

пьезоэлектрического эффекта, т. е. эффекта возникновения на­ пряжения на электродах кристалла при возбуждении ультра­ звуковыми колебаниями. Типичная зависимость относительного

На рис. В-9 изображена принципиальная схема пьезоэлек­ трического АЗЭ с отрицательной обратной связью [Л. 16]. В схе­

возбуждения 7 используется для фазочувствительного выпрями­ теля 4. Частота вибрации до 500 кгц. Размер кварцевой пласти­ ны 1 0 X 2 5 x 5 мм. На кварцевую пластину нанесены 15 пленоч­ ных элементов памяти из монокристалла титаната бария тол­

24

25

выходного напряжения ко входному или коэффициент передачи фильтра k зависит от коэффициентов cfi и do обратного и пря­ мого пьезоэлектрических эффектов, последние же определяются

рактеристики фильтра для различных значений коэффициентов пьезоэлектрического эффекта [Л. 17]. Диапазон резонансной частоты фильтра от 102 до 107 гц. Стабильность хранения ин­ формации не хуже 1 % в течение 3 мес.

Известно, что усилительные характеристики пленочных и полевых транзисторов можно регулировать, если в этих при­ борах индуцировать электрический заряд в емкости перехода эмиттер — база. Это явление пригодно для считывания заряда поляризации.

На рис. В-11,а изображен полупроводниковый прибор (тран­ зистор), в котором смонтирован четвертый электрод 2. Коэффи­ циент усиления а транзистора управляется величиной заряда, накапливаемой на емкости перехода, образующегося между этим электродом и эмиттером [Л. 18]. На рис. В-11,б представ­ лена конструкция прибора.

Поскольку емкость перехода составляет 10 пкф, а сопротив­ ление утечки 101 4 ом, то долговременного запоминания инфор­ мации в таком приборе достигнуть не удается.

г) Аналоговые запоминающие элементы на линейных конденсаторах

В последнее время вновь появился интерес к созданию АЗЭ на линейных конденсаторах. Если в раннем обзоре [Л. 1] этот путь создания АЗЭ не рассматривался как перспективный, то в по­ следнее время в связи с созданием интегральных схем на по­ левых транзисторах исследователи опять обратились к АЗЭ, использующим эффект накопления заряда на линейных конден­ саторах [Л. 20—22]. Применение высококачественных конденса­ торов, наиболее подходящими из которых являются конденса­ торы на основе поликарбонатных пленок с емкостью порядка нескольких микрофарад, нагруженных на вход полевого триода, обладающего сопротивлением до 101 4 ом, позволяет получить достаточно высокую стабильность запомненной величины. Так, например, после 24 ч не удалось обнаружить заметного откло­ нения в величинах весов, накопленных в АЭ, а через 48 ч рас­ познающее устройство, построенное на емкостных АЭ, продол­ жало нормально функционировать. Число запоминаемых уров-

26

чения. Если же конденсатор заряжать до нужной величины непосредственно от источника напряжения, то скорость записи может быть весьма высокой. Известны, например, аналоговые

27

изменения критического тока гк р .

Управление величиной тока iy (и, следовательно, величиной г'кр) осуществляется посредством криотронных вентилей / и 2. В зависимости от требуемого направления изменения высокого

к требуемому изменению величины тока t'y- Суммирование вы­ ходных сигналов со многих элементов осуществляется последо­ вательным соединением их вторичных цепей.

Отличительной особенностью криотронных адаптивных эле­ ментов является малая мощность управления, что может опре­

в транзистор электрического поля удается влиять на его усили­ тельные характеристики. Один из способов создания такого поля может быть получен посредством изготовления МОП-тран­ зистора совместно с диэлектриком, проявляющим тепловые электретные свойства. В таком диэлектрике удается установить полупостоянное электрическое поле и реверсивно изменять его путем нагревания или охлаждения. В качестве диэлектрика используют распыленную в реактивной струе двуокись крем-

28

Вход I

Вход 2

29