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 89 / 269 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Нт

Рис. 1-42. Адаптивный			элемент	на ТМП	с	записью	вращением	вектора
намагниченности		(а)	и временная	диаграмма		его	работы (б).
1 — ось анизотропии;		2 — шина возбуждения;			3 — шина		записи;
4 — магнитные	пленки.

Hr>Hk вызывает вращение вектора суммарной намагниченности ТМП в сторону трудной оси вплоть до насыщения в этом направ лении. Если Я л = 0, то после снятия Я т возникает большое число узких антипараллельных доменов, стенки которых параллельны легкой оси, так что J s =0 . Это явление связано с существова нием возмущений наведенной анизотропии, которое обусловли вает дисперсию легкой оси а и возникновение так называемых струй намагниченности. Струи намагниченности отображают

локально осредненные расположения					вектора	намагниченности
Jv	по площади ТМП и могут быть				описаны	синусоидальными
функциями с длиной волны X вдоль					легкой оси
11 =	2*	fiy*	( А , - ! ) » »				(1-34)
и вдоль		трудной оси
Ят =	2 ,		( / г т - 1 ) , / 2 ,				(1-35)
где А — постоянная				обмена; ki — постоянная наведенной анизо
тропии		и /гт = Я т / Я ь		/ 1 л = Я л / Я й .
По этим формулам можно рассчитать также ширину анти
параллельных			доменов. Если, как показано на рис. 1-42, в мо
мент спада Я т			до 0 вдоль ОЛН действует слабое поле Я л < с Я с ,
то равенство J			= 0	не выполняется, так как теперь			нарушается
симметрия струй намагниченности и увеличивается							вероятность
поворота большего числа спинов в					сторону	ориентирующего
поля Я л .

6—382

Поле Я л = Я н а с , при котором наступает насыщение Ф0 С т =

=Ф Г (т. е. пленка становится однодоменной по всей площади),

можно ориентировочно рассчитать по формуле: Я н а с = = =-2-#fcSin(a-|-p), которая следует из идеализированной модели

однородного вращения и хорошо подтверждается экспери ментом.

До сих пор речь шла лишь о запоминании аналоговой инфор мации в виде величины Ф0 С т- Однако принципиально оказывает ся возможным осуществить многоуровневое запоминание, при котором каждому уровню информации соответствует определен ный угол а поворота намагниченности образца относительно про извольно выбранного азимутального направления. Хранение yV-уровневой информации в этом случае возможно, если пленка имеет ./V осей анизотропии. Для этой цели особенно подходят так называемые изотропные пленки, имеющие в определенном смы сле бесконечное число осей анизотропии. Такие пленки удается получить, например, методом вакуумного испарения, если в про цессе осаждения, с целью устранения наведенной анизотропии подложку вращать вокруг вертикальной оси. Петля гистерезиса изотропной пленки прямоугольна во всех направлениях.

Запись информации в адаптивные элементы на изотропных пленках можно производить двумя ортогональными полями, ко торые создаются, например, ортогональной системой из двух полосковых шин. Вектор намагниченности пленки будет в этом случае устанавливаться вдоль результирующего вектора внеш него поля. Для регистрации направления вектора намагниченно сти в лабораторных условиях можно использовать обычный гауссметр. Вращением пленочного образца вокруг его вертикальной оси определяют максимальный сигнал гауссметра, которому со ответствует положение вектора намагниченности в пленке, уста новленное заданным результирующим полем записи.

В-З

и гл.

отмечалось,

что

• • • • • • • • • • • • • • • О

в п Р о и - е с

с е

з а

п и с и

соответствии

со

Считывание

специальным сигналом записи Аз а ц

меняется

состояние носителя

инфор

аналоговои

мации. Далее это состояние, харак-

теризуемое

некоторой

физической

информации

величиной

Р,

которое

является

для

в магнитных

магнитных элементов в

большинстве

случаев

остаточным

потоком

Ф0 от

АЗЭиАЭ

( и л и

остаточной

индукцией

В 0 с т ) ,

должно быть определено в процессе

считывания.

Для

индикации

оста

точного

состояния

ферромагнетика

2-1. Считывание

н а

е г о

воздействуют

специальным

тороидальных

магнитных

сердечниках

сигналом считывания (или возбуж-

разрушением

информации

дения). Подача

такого

сигнала

вы

зывает появление на выходе элемен

та сигнала Хвых, величина которого зависит от Ф0 ст-

Считывание

аналоговой информации в магнитных элементах может осуще ствляться как чисто электрическим способом (посредством по дачи импульсов тока или напряжения), так и магнитооптическим (с использованием эффектов Керра или Фарадея) . Принципи ально процесс считывания может сопровождаться необратимым изменением остаточного состояния либо это состояние остается

неизменным. В связи с этим различаются два		основных	метода
считывания: считывание с разрушением и без		разрушения		ин
формации.
Считывание потока в тороидальных сердечниках с разруше
нием информации в большинстве случаев	производится			при
постоянном напряжении и преобразовании	записанного		потока
во временной интервал, который может		в дальнейшем

использоваться либо непосредственно в той же временной форме, либо может быть преобразован в какую-либо другую величину.

Пусть в соответствии с рис. 2-1 в процессе записи был уста новлен остаточный поток Ф0 ст- Во время считывания поток воз вращается на исходный уровень, который при разрушающем

считывании всегда определяется	состоянием насыщения — Фг, и
общее изменение потока ДФС ч, как это следует из рис. 2-1,
Д Ф с ч = Фост + Фг + АФт .	(2 - 0

Величина ДФТ О обусловлена обратимыми процессами после на сыщения сердечника, и она тем меньше, чем выше прямоугольность петли гистерезиса сердечника.

Рис.	2-1. К принципу	считывания		потока	с	разрушением.
Рис.	2-2. Схема считывания		с положительной			обратной	связью.
Время считывания tC4,			как	видно	из	(1-1),
Л ^ ю с ч - ^ 2 - ,									(2-2)
где	wC4 — число	витков	обмотки		считывания, а		е с ч — н а п р я ж е
ние	считывания.
	Здесь предполагается,			что одним		из способов,		рассмотрен
ных в § 1-1,6, удается в достаточной						степени уменьшить			погреш
ность от падения напряжения в цепи записи. Поэтому									точность
считывания в основном			определяется			стабильностью		Д Ф т . Рас

смотрим два способа считывания потока, отличающихся спосо бом фиксации момента окончания считывания.

а) Схемы с положительной обратной связью

Эти схемы, одна из которых приведена на рис. 2-2, обычно вы полняют на основе генераторов прямоугольных импульсов [Л. 32, 51]. Работа схемы (рис. 2-2) происходит следующим образом. Пусть транзистор насыщен, тогда к обмотке считывания при ложено напряжение считывания £ С ч=«сч, а напряжение на об мотке обратной связи

"о.с = Исч-а>0.с/оУсч.	(2-3)
Через базу транзистора протекает ток
«б = Исча>о.с/ЯбШ'сч,	(2-4)

поддерживающий транзистор в насыщенном состоянии. Срыв генерации происходит вследствие увеличения тока намагничи-

		а)			б)
Рис. 2-3.	Схема считывания,		использующая схему		сравнения.
а — схема	без	стабилизатора	напряжения	считывания;
б — схема	со	стабилизатором.
вания	сердечника 1Сч при его насыщении. Момент окончания ге
нерации определяется			равенством
^ = Р - ж й «					( 2 " 5 )
где р — коэффициент			усиления	по току	транзистора.
Запуск схемы можно осуществить, открывая транзистор по
дачей кратковременного импульса тока					непосредственно на базу

транзистора или в специальную обмотку сердечника (эта об мотка на рис. 2-2 не изображена).

Точность определения момента окончания считывания зави сит в этой схеме от стабильности характеристик усиления тран зистора. Однако улучшение прямоугольности петли гистерезиса сердечника позволяет увеличить точность определения этого

момента,	так как, с одной стороны,		резче	возрастает	ток счи
тывания	iC4,	что способствует более	точной	фиксации	момента
закрывания		транзистора, и, с другой стороны, даже			разброс
значения	Fm	слабо сказывается на	изменении величины Д Ф т ,

и, следовательно, изменении времени считывания. Ниже рассмо трен еще один способ увеличения точности считывания, заклю

чающийся		в определении		Fm посредством		специальной		схемы
сравнения.
б)	Схемы	считывания	с использованием		схем	сравнения
Одна из схем изображена на рис. 2-3,а. Роль схемы							сравнения
СС	выполняют диод		с	источником	тока	сравнения	/к	и по
роговое устройство ПУ.				Последовательность работы схемы сле-

дующая. Триггер Г предварительно устанавливается в положе ние «Пуск». При этом на транзистор подается отпирающее на пряжение. Через диод протекают два тока в противоположных

направлениях: ток сравнения iK = Fm/wc4	и ток считывания гСч-
Так как во время считывания iC4<Fm/wC4,	то г0ч-О"к и диод от
крыт. Момент закрывания диода определяется равенством		£С ч=
—iK=Fm/Wc4 и фиксируется пороговым	устройством ПУ,	кото

рое перебрасывает триггер в положение «Сброс». Процесс счи тывания закончен. Такая схема обладает принципиально более


высокой	точностью,		чем схема		рис. 2-2,а. Следует,				однако,
учесть,	что напряжение			считывания		е с ч = исч—ип,		где	ил — на
пряжение диода, может				заметно	меняться, поскольку в процессе
считывания		изменяется		напряжение		на	диоде.	Эту	погреш
ность можно		уменьшить,		увеличив отношение исч/ид				с	одновре
менным	увеличением		wC4	или установкой			стабилизатора напря

жения считывания СТ, как это показано, например, на рис. 2-3,6.

в) Схемы со счетом	числа импульсов. Перезапись	информации
Как уже отмечалось,	при разрушающем считывании	записан

ный поток непосредственно преобразуется во временной интер вал. По необходимости последний может быть преобразован в какую-либо другую форму. Наиболее удобным преобразова нием такого рода является превращение временного интервала в число импульсов, фиксируемое затем счетчиком в виде кода.

Метод

преобразования

временной

интервал — код

широко

используется для ввода

аналоговой

информации в Ц В М и до

статочно подробно рассмотрен в литературе [Л. 52].

На

рис. 2-4

представлена

схема

считывания со счетом числа импуль

сов, построенная на основе схемы

рис. 2-3. Ключ

открывается

на

время

считывания

tC4,

и счетчик

Сч

фиксирует

число

импульсов

п —

=1?счЯ>

где

/ — тактовая

частота

импульсов,

поступающих

от генера

тора тактовой

частоты

ГТЧ,

а квад

ратные

скобки

означают

наимень

шее целое. Понятно, что точность

измерения

времени тем выше,

чем

f M i l l

больше

f. Код на выходе

счетчика

легко

может

быть

преобразован

Рис. 2-4.

Схема

считывания

в напряжение,

ток или

сопротивле

ние, как это делается

цифро-ана

с разрушением

преобразо

ванием

выходного

логовых преобразователях.

сигнала

в код.

Так как код, образованный в счетчике посредством считы вания потока с сердечника, может быть использован многократ но, то появляется возможность повторной записи потока в сер дечнике путем преобразования кода счетчика в сигнал записи (перезаписи).

Таким образом, указанное сочетание схемы аналоговой па мяти на сердечнике с цифровым счетчиком принципиально по зволяет осуществить неразрушающее считывание. Заметим, что одна цифровая схема в состоянии обслуживать большое число сердечников. Роль сигнала записи (перезаписи) может играть

напряжение или	временной интервал (§ 1-1,6).		Рассмотрим
в качестве иллюстрации схему, реализующую		последнюю		воз
можность (рис.	2-5). Считывание происходит,	как	и в	схеме

рис. (2-4), подачей импульса «Пуск считывания», после оконча ния считывания выходной сигнал счетчика подается во внешнюю схему и затем по команде «Обратный код» код счетчика меняет ся на обратный, т. е. все нули меняются на единицу, и наоборот. Перезапись включается при подаче импульса «Пуск перезапи си», и при этом запускается счетчик импульсов, а отключается перезапись после появления на выходе счетчика единиц во всех разрядах.

Нетрудно показать, что при рассмотренных операциях число импульсов, поступивших на счетчик во время перезаписи, равно


числу импульсов, накопленных в		счетчике во	время	считыва
ния [Л. 52]. Таким образом,	время считывания равно			времени
перезаписи. Если суммарная	ошибка считывания и перезаписи
не превосходит одной дискретной		градации	времени,	равной

1//, то не происходит накопления ошибки при многократной перезаписи. Отметим, что такая схема позволяет компенсиро вать ошибки хранения информации, связанные, например, с из менением температуры. Существуют разновидности рассмотрен ного метода, отличающиеся рядом схемных особенностей [Л. 32, 33].

2-2. Неразрушающее считывание информации высокочастотным полем

Возможность осуществления неразрушающего считывания ана логовой информации высокочастотным полем обусловлена дву мя принципиальными обстоятельствами.

Во-первых, при воздействии на сердечник переменного вы

сокочастотного поля	H = H(t), напряженность которого не пре
восходит некоторого	допустимого значения Я д о ш перемагничи-

вание сердечников происходит по устойчивым частным циклам

вокруг	некоторого		центра, определяемого		значением	остаточ
ной индукции		В о с т	*.
Во-вторых, параметры, определяющие связь между						значе
ниями	В и Я	на частном цикле,		являются	непрерывной функ
цией от В0ст.		Поэтому при изменении Вост			меняются и	отдель
ные гармонические			составляющие	в кривой	B = B(t),	которые

и являются индикатором состояния сердечника.

Таким образом, если первое обстоятельство обусловливает возможность неразрушающего считывания информации, то вто р о е — аналоговые свойства запоминающего элемента. Определе ние величины Ядоп должно производиться экспериментальным путем в зависимости от типа материала сердечника, частоты и формы сигнала возбуждения (§ 2-2,а).

Классификация типов считывания аналоговой информации высокочастотным полем производится в зависимости от спосо ба возбуждения и частоты выходного сигнала. В этом парагра фе будут рассмотрены следующие типы считывания: считыва ние с выходом на основной или удвоенной частоте возбуждении, считывание с амплитудно-модулированным возбуждением и с выходом на частоте модуляции, считывание с двухчастотным возбуждением и с выходом на суммарной или разностной часто

те, считывание			с поперечным		возбуждением и с выходом на
основной или удвоенной				частоте.
*	Устойчивость частного			цикла	понимается		как	неизменность	его	положе
ния при		многократном считывании.			Не	всякий	частный цикл является			устой
чивым,	и	при нарушении условия H(t)				< Я Д 0 П	возможно явление сползания
цикла	к	центру	предельной	петли	гистерезиса,			называемое	аккомодацией

[Л . 76].

а) Считывание	с выходом	на основной	или удвоенной	частоте
возбуждения

Пусть сердечник перемагничивается под воздействием синусо

идального поля с	напряженностью
Я = Я т cos at.	(2-6)

Зависимость изменения индукции AS от времени в общем слу чае может быть задана рядом Фурье

со
АВ ='а0 + S ап cos n^t-\-bn sin wrt.	(2-7)

я = 1

Для определения коэффициентов этого ряда необходимо знать

форму частного цикла. Впервые	зависимость	между ДБ и Я
при слабых полях и БО ст = 0 была	установлена	эксперименталь

но Релеем [Л. 77], а затем была обоснована рядом авторов тео ретически [Л. 78, 79]. Подробное изложение результатов этих работ содержится в [Л. 80].

Частный цикл перемагничивания при слабых полях и при -Воет = 0 представляет собой петлю гистерезиса (рис. 2-6), вос ходящая и нисходящая ветви которой описываются уравнения ми парабол

ДВ, =	у ( Я 2 - Я 2 ) +	^ Я т +	^)Я;	1	(1 8\
Д В 2 =	m	-f- (2vHm	-f- \|л) Я .	I	(1 8\
Д В 2 =	— v (Я 2 — H2J	-f- (2vHm	-f- \|л) Я .

Уравнение кривой намагничивания, проходящей через начало координат, получается из выражений (2-8) при Я = Я т и

# = — Я т :

ABm = pHm±2vH2m.

(2-9)

Кривая намагничивания проходит через точки сопряжения обе

их ветвей петель гистерезиса,			как это показано на рис. 2-6.	На
клон	петель обусловлен так		называемой проницаемостью	на
частном цикле		цд = 2 v Я m + ц	[Л. 80] и увеличивается с ростом
Я т .	Ширина	петли гистерезиса определяется квадратичными

членами в формуле (2-8), которые, следовательно, связаны с не

обратимыми процессами		перемагничивания. При Нт—Ю урав
нение	(2-8) переходит в
Д В 1 =	Д В 2 = ц Я .	(2-10)

Выражение (2-10) показывает, что в пределе роль необратимых процессов в общем изменении индукции пренебрежимо мала и наличием гистерезиса можно пренебречь. При этом предельным значением (лЛ является величина ц, называемая обратимой про ницаемостью и обозначаемой обычно цг [Л. 80]. Таким образом, при малых Нт проницаемость на частном цикле не зависит от величины амплитуды напряженности.

При смещении центра петли гистерезиса от начала коорди нат зависимость между A S t и АВ2 от Я по-прежнему описы вается уравнениями парабол [Л. 77, 80]:


ДВ, =	v, (Я2 -		Я*) +	(2vHm		+	ц) Я;				(2 - П)
ДВ2 =	-	V, (Я2	-H2J	-f	(2vHm		+ и,) я.

Коэффициенты			v i , v2,		v и ц,		являются	функциями остаточной
индукции. Влияние				Л 0 С т		на	проницаемость		на	частном	цикле
изучено		Эбингером		[Л. 81]. Оказалось,				что зависимости			относи
тельных		величин [i/ца			и v/vo от В 0 С т / 5 г ,			где	ц0	и vo — значения
fx и v при Л О С т = 0,				имеют		достаточно общий			характер для всех

поликристаллических магнитных материалов и могут быть пред

ставлены кривыми, изображенными на рис. 2-7. Из этого	рисун
ка следует, что с увеличением абсолютного значения В0Сг	про
ницаемость на частном цикле падает. Для ферритов количест

венная связь, отражаемая рассмотренными кривыми,	может
достаточно заметно нарушаться, однако принципиальный	харак
тер зависимостей \iJ\io и v/vo от В0С^1ВГ сохраняется [Л. 82].

Более точные исследования показывают, что проницаемость на частном цикле определяется не остаточной индукцией, а об щей длиной стенок. Однако при фиксированном способе записи

между	этими величинами может быть установлено	соответствие
[Л. 39,	82].
Зависимость коэффициентов v i и V2 от В0Ст1ВТ,		как показано

в работе {Л. 45] на основании теоретических представлений, мо жет быть выражена аналитически:

(2-12)

В дальнейшем нам будут необходимы величины v, — v2 и v, + v 2 : v,

9 0

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 269 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ