книги из ГПНТБ / Аналоговые запоминающие и адаптивные элементы
..pdfРис. 1-8. Поведение |
обратимой |
составляющей |
потока при |
приложении |
|||
поля |
смещения. |
|
|
|
|
|
|
а — низкая |
скорость |
записи; б —1 |
высокая |
скорость |
записи; |
|
|
>-Нсш |
= °; |
2-»см-0.25Не; |
3 - Н С М = |
0,5НС; |
|
|
влияние скорости записи на обратимую составляющую [Л. 36] *. Таким образом, задача сводится к компенсации статической со ставляющей. Следует отметить, что этот способ требует достаточ но большой скважности импульсов записи.
3. Введение постоянной поправки. Так как ошибка от стати
ческой |
составляющей является практически |
неизменной почти |
||
во всем |
диапазоне уровней записи, то |
всегда |
можно |
учесть ее |
с помощью постоянной поправки. Такая |
возможность |
реализует |
ся, например, в вышеописанной дифференциальной схеме (рис. 1-5), где обратимые составляющие в обоих сердечниках вычитаются, причем ДФ'обр^АФобрг и АФ0 бр1—АФО бр2=0 в диа пазоне записи около 0,9 - 2 Ф Г .
4. Применение двуполярных импульсов записи с неодинако вой вольт-секундной площадью [Л. 35]. Оказывается, что при этом способе общий спад потока ДФ+0 бр—АФ~0 бр значительно мень ше, чем при записи однополярным импульсом, как это видно из рис. 1-9.
Следует отметить, что время, необходимое для обратимого спада потока, лимитирует предельную частоту записи. Типичное время полного спада в зависимости от скорости записи и сопро тивления шунта составляет для лент толщиной 10 мкм и выше 0,1—1 мсек, для более тонких лент оно может быть снижено до 0,5—1 мксек [Л. 32—34].
* Значение р ш определяется по формуле pm=Rmlfw2S, где Rm — сопро тивление шунта, / — длина средней линии и S — сечение сердечника, w — чис
ло витков записи.
41
е
Рис. 1-9. Поведение |
обратимой составляющей при записи |
||
биполярными |
импульсами |
напряжения. |
При изменении температуры характер изменения обратимой составляющей таков, что с ростом температуры обратимая со ставляющая возрастает, причем степень этого роста увеличива ется вместе со скоростью записи [Л. 34, 35].
Общая погрешность записи импульсами напряжения нахо дится на уровне 0,3—0,5% максимального записанного уровня для ленточных пермаллоевых сердечников, в то время как для лучших образцов ферритовых сердечников трудно обеспечить погрешность меньше 2—3% [Л. 12, 30]* .
в) |
Запись |
импульсами тока |
|
|
Под записью импульсами тока |
понимают запись |
импульсами |
||
с |
такими |
параметрами (амплитуда и длительность), которые |
||
приводят |
лишь к частичному |
перемагничиванию |
сердечников. |
Такая возможность следует из уравнения динамики перемагни-
чивания |
(1-3). Проинтегрируем это уравнение |
и получим: |
т з ап |
|
|
Д Ф = J |
# ( Ф ) ( Ш з а п - / \ , ) ^ . |
( 1 - 7 ) |
6 |
|
|
Далее после интервала записи, так же как и при записи импуль сами напряжения, наступает обратимый спад магнитного пото-
* В § 3-1 показано, что в ограниченном диапазоне изменения входного сигнала общую точность соответствия входной и выходной величин посред ством специальных мер можно довести до 0,5—1,0% и для ферритовых сер
дечников.
42
ка (рис. 1-2)
|
|
т зап |
|
Фкон - Фнач = Л Ф - |
АФобР= |
J R (Ф) (г'^зап — F0) |
dt - ДФ о б р . (1-8) |
|
|
о |
|
Как следует из |
сравнения |
(1-8) и (1-2), при |
записи импуль |
сами тока могут быть получены режимы, весьма похожие на изображенные на рис. 1-3 для случая записи импульсами напря
жения. В то |
же время имеется |
и |
принципиальное различие, |
вытекающее из того факта, что Я(Ф) |
и F0, меняющиеся в широ |
||
ких пределах |
в зависимости как |
от |
состояния сердечника, так |
и от разброса магнитных параметров различных экземпляров, прямо влияют на точность записи при использовании импульсов тока (1-8); при записи импульсами напряжения влияние этих отклонений минимально (1-2).
Однако запись совпадением импульсов тока чрезвычайно удобна для аналоговых запоминающих элементов, организован
ных в матрицу, |
подобно тому, как это делается |
в цифровых ЗУ |
с координатной |
записью [Л. 37]. При этом, как |
будет показано |
в § 1-2,а, существуют специальные способы повышения точности записи, основанные на формировании импульсов заданной вольтсекундной площади с помощью импульсов тока. Другой важной областью применения рассматриваемого метода являются адап тивные матричные устройства, основным требованием к характе ристикам записи которых является соответствие между поляр
ностью импульсов |
тока и знаком изменения потока. Требования |
к точности в этом |
случае являются второстепенными. |
Характер зависимостей изменения потока и его производной от времени при перемагничивании из различных начальных по ложений при неизменном значении тока записи показан на рис. 1-10. Перемагничивание производилось при незначительных
превышениях напряженности |
над |
коэрцитивной |
силой (1,3— |
1,7Нс ), что является типичным |
для |
координатной |
записи. |
Кривые, представленные на рис. 1-10,а и б, получены при перемагничивании сердечников из ленты толщиной 20 мкм (материал 5 0 Н П ) , а на рис. 1-10,в—е — из ленты толщиной 2 мкм (материал 79НМ) при двух различных значениях токов записи. Для всех кривых характерным является тесная зависи мость изменения потока (рис. 1-10,0, в, д) от предыстории на магничивания. Действительно, при одних и тех же значениях потока, например, в точках а или б перемагничивание может идти либо по кривой /, либо по кривой 2, что обусловлено направле нием перемагничивания, предшествующим попаданию в эти точки. Пунктирными кривыми на рис. 1-10,а, в, д показано, что
43
в точках а и б направление перемагничивания может изменять ся на обратное. Таким образом, изменение направления пере магничивания в какой-либо промежуточной точке приводит к ускорению последующего изменения потока. При этом в слу чае большой толщины ленты (20 мкм), когда над действием вязкости преобладает действие вихревых токов [Л. 33], произ водная потока в начальный момент изменения направления пе ремагничивания не зависит от исходного состояния (рис. 1-10,6), и последующее уменьшение производной происходит монотонным образом без точек перегиба в рассматриваемых кривых. Для «тонкой» ленты (2 мкм), где характер процессов перемагничива ния определяет в основном магнитная вязкость, сохраняются сделанные выше выводы о влиянии на скорость перемагничива ния предыстории (рис. 1-10,6 и д). Однако в графиках функции dG)/dt — f(t) (рис. 1-10,г) уже могут появиться точки перегиба, а при некотором увеличении тока указанные функции теряют и монотонность (рис. 1-10,е) и имеют характер зависимостей при перемагничивании в сильных полях [Л. 33]. Кроме того, наблю дается увеличение значений dO/dt в начальный момент времени при сближении исходного и конечного уровней потока, что мо
жет быть объяснено уменьшением в этом случае |
поля |
трогания |
|||||
Я т |
(см. § 1-2,в). |
|
|
|
|
|
|
|
Зависимость |
изменения потока от числа импульсов тока |
|||||
принципиально имеет такой |
же характер, |
как и |
на рис. 1-10,сг, |
||||
в, |
д, однако |
если |
положить |
^ = пт3аш то |
кривые |
Ф ( 0 |
пройдут |
ниже, чем на |
рис. |
1-10, вследствие обратимого спада магнитного |
потока, составляющего существенную часть общего изменения потока при записи по числу импульсов. Поведение обратимой составляющей при записи импульсами тока исследовано в рабо
те [Л. |
36] и принципиально имеет |
точно такой же характер, как |
и при |
записи импульсами напряжения (§ 1-1,6). |
|
г) Запись методом идеального |
намагничивания |
|
При записи методом идеального |
намагничивания, как следует |
из рис. 1-11,а, на сердечник воздействуют два поля: поле пере менного тока F„ с убывающей до нуля амплитудой, начальная величина которой соответствует напряженности, превышающей коэрцитивную силу, и поле постоянного тока F=, имеющего столь малое значение, что оно одно не в состоянии вызвать не обратимые изменения потока. Переменное поле поставляет необ ходимую энергию для преодоления потенциальных барьеров намагниченности. В результате между записанным значением потока Фьст и м. д. с. постоянного тока /*"= устанавливается однозначная зависимость, определяемая так называемой безги-
44
Рис. |
1-10. |
Г рафики изменения |
|
потока |
и его |
производной |
при |
записи |
|||||
импульсами |
|
тока с постоянной |
амплитудой. |
|
|
|
|
||||||
а и б —толщина |
ленты 20 мкм; |
|
в и г —толщина |
ленты |
2 мкм; д и е |
—толщина |
|||||||
ленты |
2 мкм |
при |
увеличенной |
амплитуде |
тока; |
1 — запись из |
начального |
положения |
|||||
Ф |
— Ф г |
; |
2 и |
3 — запись |
из |
промежуточных |
начальных |
положений |
|
Ф н а ч > — Ф г |
|||
сопровождающаяся |
изменением |
полярности |
импульса в |
начальный |
момент. |
45
стерезисной |
или |
идеальной |
кривой |
|
|
|
|
|
|
|||||
намагничивания [Л. 38]. Зависи- |
i J |
|
|
|
|
|||||||||
мост |
Фост |
от |
F= |
представлена |
на |
|
|
|
|
|||||
рис. 1-11,6; ее отличительными осо |
|
|
|
|
||||||||||
бенностями |
являются |
высокая |
ли |
|
|
|
|
|||||||
нейность |
начального |
участка |
и |
|
|
|
|
|||||||
большая |
крутизна, |
превосходящая |
|
|
|
|
|
|
||||||
соответствующую крутизну при за |
|
|
|
|
|
|
||||||||
писи |
одним |
постоянным |
током |
|
|
|
|
|
|
|||||
(§ 1-1,а) |
в |
сотни |
р а з * . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Рассматриваемый |
метод |
удобно |
|
|
t |
a) |
|
6) |
||||||
применять для записи в тороидаль |
Puc. |
/ - / / . |
|
Запись |
методом |
|||||||||
ные сердечники, в |
особенности если |
|
||||||||||||
он сочетается |
с последующим |
счи |
идеального |
|
намагничивания. |
|||||||||
а —1 петля |
|
гистерезиса |
и |
временная |
||||||||||
тыванием |
высокочастотным |
током |
|
|||||||||||
диаграмма; |
|
б — зависимость |
Ф о с т |
|||||||||||
(§ 2-2,а). Максимальная скорость за |
or ж. |
(5. с. |
постоянного |
тока F |
писи зависит от частоты переменного
тока, последняя же не может быть выбрана слишком высокой, так как вихревые токи и магнитная вязкость будут с повыше нием частоты все больше препятствовать действию переменного поля. Наибольшее значение частоты может быть получено при использовании ферритовых или пермаллоевых сердечников с толщиной не более 3 мкм и составляет десятки килогерц. Так как для записи обычно необходимо несколько десятков периодов переменного тока, то наименьшее значение времени записи рав но примерно 1 мсек [Л. 39]. Точность, достигнутая с использо ванием описываемого метода, составляет примерно 5% и огра ничивается в основном идентичностью характеристик сердечни ков [Л. 39].
В заключение отметим, что использование одного лишь пере менного поля с затухающей амплитудой является простым и эффективным средством размагничивания сердечников в тех случаях, когда исходное состояние работы АЗЭ соответствует нулевому потоку записи.
1-2. Запись в аналоговые матричные ЗУ
Устройства, используемые для запоминания большого числа данных, удобно организовывать по матричному принципу. При этом необходимо обеспечить произвольный доступ к отдельным
* Описываемый метод нашел чрезвычайно широкое распространение
в технике записи на движущийся носитель, |
причем амплитуда переменного |
тока в головке записи является постоянной, |
а м. д. с. уменьшается за счет |
движения ленты мимо головки. |
|
46
0-= |
|
*зап WK |
элементам |
или |
к ряду |
элементов |
||||
|
|
|
матрицы в процессе записи. Наибе |
|||||||
-TLU |
|
|
|
|||||||
|
|
|
лее удобным способом записи в ма |
|||||||
0— |
|
а) |
|
тричные ЗУ является запись совпа |
||||||
|
|
|
|
дением двух токов, каждый из ко |
||||||
|
|
|
|
торых не может изменить магнитно |
||||||
'l ' |
«зап |
|
|
го состояния |
сердечников. В |
связи |
||||
0- |
|
|
|
с этим рассматривается метод вы |
||||||
U |
|
|
|
бора амплитуд |
координатных |
токов |
||||
|
|
|
R№) матрицы, |
обеспечивающих |
режим |
|||||
0- |
|
6) |
|
записи совпадением как для случая |
||||||
Рис. / - /2 . /( |
записи |
с экра |
постоянных токов, так и для случая, |
|||||||
когда один из координатных токов |
||||||||||
нированием |
магнитного |
|||||||||
потока. |
|
|
|
является переменным (см. § 1-2,в). |
||||||
а — принципиальная |
схема; б |
Как уже отмечалось в § |
1-1,в, |
непо |
||||||
схема |
замещения. |
|
средственная |
запись импульсами то |
||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
ка не может |
обеспечить |
требуемой |
точности для аналоговых ЗУ и поэтому основной областью при менения такого метода являются адаптивные матричные устрой ства. Однако посредством небольшого усложнения схем удается
создать режимы записи, |
эквивалентные режимам |
записи им |
|||
пульсами |
напряжения |
(§ |
1-1,6), но при этом сохраняется метод |
||
матричного выбора путем |
совпадения |
координатных |
токов. |
||
а) Запись |
импульсами |
напряжения, |
формируемыми |
|
|
с помощью |
импульсов |
тока |
|
|
Запись импульсами напряжения, формируемыми с помощью им пульсов тока, объединяет ряд методов записи, в которых выбор сердечников в матрице по-прежнему осуществляется совпадени ем координатных токов, но общий ток записи регулируется та ким образом, что позволяет формировать импульсы заданной вольт-секундной площади.
З а п и с ь |
с |
э к р а н и р о в а н и е м м а г н и т н о г о |
п о т о к а |
|||
п о с р е д с т в о м к о р о т к о з а м к н у т о г о в и т к а |
|
|||||
Рассмотрим |
сначала метод записи с экранированием |
магнитно |
||||
го |
потока |
посредством короткозамкнутого |
витка |
применительно |
||
к |
записи |
|
в отдельный сердечник, как |
это |
изображено на |
рис. 1-12,а. |
С учетом уравнения (1-3) |
получим: |
U = i-R + W3aaR |
( Ф ) ( Ш з а п — / к ^ к — ^ о ) ; |
(1-9) |
i^K=WKR(0) |
(iw3an—iKwK—F0). |
(1-Ю) |
47
Используя (1-7) |
и |
(1-8) |
и учитывая, что |
е = и—ir, |
получаем: |
||||
е |
R |
( R |
wL |
) |
|
|
|
|
(1-11) |
= — |
|
д |
- |
|
|
|
|
||
|
1 |
+ |
Л'К ||Я'(Ф) |
|
|
|
|
|
|
В |
этой формуле |
R\ |
— |
RKwl^/w2K |
и R'№) |
— w23tnR |
(Ф) — сопро |
тивление короткозамкнутого витка и динамическое сопротивле ние сердечника соответственно, приведенные к обмотке записи;
Я'к11#'(Ф) — величина сопротивлений |
R'K и / ? ' ( Ф ) |
при |
их па |
раллельном включении. |
|
|
|
Эквивалентная схема для расчета |
напряжения е |
при |
записи |
с экранированием магнитного потока посредством короткозамк нутого витка приведена на рис. 1-12,6.
Так |
как источник питания должен являться генератором |
тока, то |
выполняется условие и^>е, поэтому |
= |
(1-12) |
Таким образом в соответствии с (1-9) и (1-10) точность поддер жания напряжения записи е постоянным при любых вариациях параметров сердечников / ? ( Ф ) и F0 тем выше, чем больше ток записи i=u/R его составляющей F0/w3!m и чем меньше приведен ное сопротивление короткозамкнутого витка R'K и приведенного динамического сопротивления сердечника Я ' ( Ф ) . В пределе по лучим соотношение
е=и- |
R + |
R's |
|
|
|
(1-13) |
|
|
|
|
|
||
Перейдем |
теперь |
к |
рассмотрению |
|||
координатной |
записи |
в |
матрицах |
|||
при |
использовании |
указанного спо |
||||
соба. Пусть запись осуществляется |
||||||
совпадением двух |
токов, как это по |
|||||
казано на рис. 1-13,о, причем каж |
||||||
дый |
из токов |
выбирается |
меньше |
|||
пороговой |
величины, |
достаточной |
||||
для |
перемагничивания |
сердечников. |
||||
Для |
простоты |
можно |
считать, что Рис. 1-13. К координатной |
эта величина не зависит от состоя |
записи с |
экранированием |
|
|||
ния сердечников |
и предыстории |
его |
магнитного |
потока, |
б - |
|
намагничивания |
и определяется |
ко- |
а —' двухкоординатная |
запись; |
||
трехкоординатная |
запись. |
|
48
эрцитивной силой Нс- Кроме того, положим, что м. д. с. F0, вхо дящая в формулу (1-3), также постоянна и равна м. д. с , соот ветствующей напряженности Нс. Обозначим отношение
г 2 |
^ |
|
Тогда по условиям координатной записи необходимо: |
||
k<\, |
2k>\. |
(1-14) |
Обычно k |
0,65 -j-0,7. (Более точное определение амплитуд |
|
токов |
записи |
рассмотрено ниже, в § 1-2,в). |
Покажем теперь, что метод записи с использованием корот- |
||
козамкнутого |
витка имеет принципиальное ограничение при |
переходе от отдельного сердечника к матрицам. Как было отме чено выше, соблюдение условий u/R^>F0/w3au и R'K^R'i®) позволяет с высокой точностью поддерживать значение е посто янным, однако координатная запись устанавливает жесткие со
отношения Между u/R |
И /УШзап- |
|
|
|
|
ill |
|
Действительно, так |
как —=- |
— k и i — ufR, то |
|
- £ , = |
2* - А - = (1,3+- 1 , 5 ) ^ - . |
(1-15) |
|
А |
ш з а п |
ш з а п |
|
Таким образом, в случае координатной записи приходится серь езно считаться с возможными изменениями значения Fo как в процессе записи, так и при переходе от одного экземпляра сер дечника к другому. Указанное ограничение легко понять, если
2
3
4
4—382 |
49 |
учесть, что u/R есть полный ток записи, a F0/w3&n та его часть, которая затрачивается на преодоление порога перемагничивания. Естественно, что при координатной записи превышение пол ного тока над пороговым не может быть большим.
Улучшение соотношения (1-15) может быть получено, если воспользоваться не двухкоординатной, а более сложной трехкоординатной записью. Третий ток удобно подавать в диагона ли матриц, как это изображено на рис. 1-13,6* (короткозамкнутые витки на рисунке не показаны). Выражение (1-14) остается справедливым, по-прежнему k = 0,65-н0,75, но здесь уже k =
t/3
Далее таким же способом, как и выше, получим:
±=3k-£-=(\,9&-*-2,25) |
|
|
(1-16) |
||
^ |
ш з а п |
""зап |
|
|
|
Становится понятным, |
что улучшение |
соотношения |
между |
u/R |
|
и F0/w3lm |
произошло за счет большего |
превышения |
полного |
тока |
записи над пороговым при использовании трех координат вме
сто |
двух. |
|
|
|
|
Поскольку для координатной записи по-прежнему можно |
|||
выдержать условие |
^ ' к - С ' ^ Ф ) * * и, кроме того, |
R'K<g.R, выра |
||
жение (1-11) для двух- и трехкоординатной записи |
соответствен |
|||
но |
примет |
вид: |
|
, |
e=kR\-p~; |
|
|
(1-17) |
|
e = |
2kR'K |
- Ь - . |
|
(1-18) |
|
|
"^зап |
|
|
Из |
(1-17) |
и (1-18) |
следует, что при координатной |
записи изме |
нять приложенное напряжение е можно, меняя лишь сопротив ление R'K, причем в отличие от записи в отдельный элемент это го нельзя сделать, меняя и или R [сравним (1-17) и (1-18)
с(1-13)].
При организации сердечников в матрицу целесообразно ис пользовать один короткозамкнутый виток не на каждый эле-
*При указанном способе трехкоординатной записи только две координа ты могут быть выбраны произвольно, а третья обязательно должна быть со гласована с ними. Например, если столбец и строка имеют номер /, то при нудительно выбирается диагональ .с номером 4.
**Исключение составляют лишь состояния, близкие к насыщению, когда /?'(Ф) очень мало.
50