Тонкі магнітні плівки

Тонкi магнiтнi плiвки (ТМП) можуть бути використані як в ЗП, так і в логiчних елементах ЕОМ.

Запис та зчитування дискретної інформації на елементах з ТМП заснованi на тому, що вiсь легкого намагнiчування в ТМП розмiщена в площинi плiвки i зорієнтована в певному напрямку. Отже, магнiтоплiвковий запам’ятовувальний елемент можна розглядати як однодоменну область, вектор намагніченості якої при запису «1» (+Вr) або «0» (- Вr) має один з двох антипаралельних напрямкiв вісі легкого намагнічення (ВЛН). Якщо створити поле, під дiєю якого вектор намагніченості повернеться в напрямку ВЛН, який перпендикулярний ВЛН, тодi при наявностi шини зчитування в нiй при цьому виникне ЕРС, знак якої буде різним при зчитуванні «1» або «0».

Конструктивне оформлення плівкового ЗП може бути рiзним. Схематичне зображення плiвкової матрицi однієї з перших конструкцiй показане на рис. 2.3.5 (робота пристрою зрозуміла iз ранiше розглянутих схем).

image002

Рис. 2.3.5. Схема конструкції плiвкової матрицi для ЗП

1 — скляна пiдкладинка; 2 — кружечки пермалоєвої плiвки;

3 — шини запису та зчитування

Окрiм плоских плiвок в якостi елементiв ЗП використовують цилiндричнi плiвки. На рис. 2.3.6, а показаний елемент ЗП на цилiндричнiй плiвцi, яка нанесена на провiдник, що служить розрядним проводом ЗП. Адреснi імпульси запису-зчитування проходять по обмотцi, що охоплює цилiндричну плiвку.

image004

Рис. 2.3.6. Елемент ЗП на цилiндричнiй пермалоєвiй плiвцi

(а) зчитування та запис (б)

Вісь легкого намагнiчування плiвки спрямована по колу цилiндра.

Величина розрядного струму запису Ір вибирається такою, щоб напруженiсть магнiтного поля, що створюється цiєю величиною, була менша коерцетивної сили в напрямку ВЛН. Таким чином, тiльки струм Ір не може змiнити напрямок магнітного потоку в плiвковому елементi.

При подачi струму зчитування Ізч на дiлянках плiвки, якi розташованi пiд обмотками зчитування, вiдбувається поворот вектора намагніченості в напрямку осi провiдника, що призводить до iндукування сигналу на вихiднiй розряднiй обмотцi, полярнiсть якого визначається напрямком намагніченостi плiвки, який був до зчитування інформації.

В залежностi вiд амплiтуди струму зчитування Ізч поворот вектора намагніченості може бути як необоротним, так i оборотним. В другому випадку зчитування інформації може здiйснюватися без її руйнування. Запис інформації вiдбувається при одночасному впливi адресного струму запису та розрядного струму Ір з тим або іншим знаком. Причому в якостi адресного струму запису та зчитування може бути використаний один i той же iмпульс струму Ізч, одна частина якого використовується для зчитування iнформації, а інша – для запису (рис. 2.3.6, а, б).

Основною перевагою і плоских, і цилiндричних феромагнiтних плiвок є велика швидкодiя (до наносекундного дiапазону), обумовлена тим, що процеси перемагнiчування в них протiкають за рахунок обертання вектора намагнічуваностi, а також можливiсть автоматизації процесу виготовлення матриць ЗП: тканини матрицi з цилiндричних плiвкових елементiв та багаторiвневi друкарськi плати на основi плоских плiвок.

Однак, незважаючи на вказанi переваги, плiвковi ЗП не витiснили ЗП на кiльцевих та розгалужених осердях, що пояснюється рядом причин: малою величиною корисного сигналу в плiвкових ЗП, труднощами технологічного характеру в їхньому виробництвi та iн.

Кріотрони. Крiотрон є двопозицiйним елементом, який можна використовувати в запам’ятовувальних пристроях та для рiшення логiчних задач.

Робота крiотрона заснована на явищi надпровiдностi. Вiдома велика кiлькiсть матерiалiв, для яких при температурах нижче критичних електричний опiр стає рiвним нулю. Значення критичної температури змiнюється при впливi на зразок магнiтного поля (рис. 2.3.7). Крiотрон є елементом, який можна переводити з нормального стану з кiнцевим значенням електричного опору в стан надпровiдностi з опором, який дорiвнює нулю. Очевидно, можливий i зворотний перехiд.

image006

Рис. 2.3.7. Залежнiсть критичної температури вiд напруженостi

магнiтного поля для деяких металiв

1 — нiобiй, 2 — свинець; 3 — тантал; 4 — ртуть; 5 — олово; 6 — алюмiнiй

Вiдомi крiотрони рiзного конструктивного виконання. Найпростiша конструкцiя складається з танталового стержня довжиною бiля 25 мм та дiаметром бiля 0,25 мм та намотаною на нього обмоткою з нiобiєвого проводу. Схеми з такими крiотронами розмiщують в крiостат, в якому за допомогою рiдкого гелiю пiдтримується температура 4,2 К, причому як тантал, так і нiобiй знаходяться в надпровiдному станi. Якщо пiсля цього, пропускаючи по обмотцi струм, створити магнiтне поле напруженiстю бiля 3 кА/м, то танталовий стержень перейде з стану надпровiдностi в стан нормальної провiдностi, а нiобiєва обмотка залишиться в станi надпровiдностi.

Найбiльш перспективними вважаються конструкції крiотронiв у виглядi тонкоплiвкових структур. Плата (матриця) такого крiотрона складається інколи з 20-30 металевих та діелектричних шарів з декiлькома тисячами окремих елементiв на платi.

Для розумiння основних принципів побудови ЗП на крiотронах розглянемо схему, наведену на рис. 2.3.8, де С – означають осердя, а О – обмотки на осердях крiотронів.

image008

Рис. 2.3.8. Схема запам’ятовувального елемента на шести крiотронах

Робота схеми. При подачi живлення струм І роздiляється на два: І1 та І2. Струм І1 проходить по колу О1, С2, С3, О4 (коло І), струм І2 – по колу О3, С4, С3, О4 (коло ІІ).У вихiдному положеннi вся система знаходиться в станi надпровiдностi. Для запису «0» подається імпульс струму в обмотку О2, достатнiй для переведення стержня С з стану надпровiдностi в нормальний стан, з кiнцевим значенням опору. Тодi опiр кола І стрибком збiльшується, струм І1 зменшується, а струм І2 вiдповідно збiльшується. Це призводить до того, що стержні С3 та С6 переходять в нормальний стан, а стержень С1 залишається як i ранiше в станi надпровiдностi, тому що в колі струм обмежується нормальним опором стержня СЗ. Якщо в такому станi схеми послати iмпульс в шину «Запит», то вiн пройде на вихiд зчитування «0». Аналогiчно, при подачi iмпульсу запису «1» схема перейде в інший стiйкий стан, при якому опір стержня С1 буде мати кiнцеве значення, а опiр стержня С2 буде дорiвнювати нулю.

Кріотрони вважаються одними з найбiльш перспективних елементiв для побудови ЗП дуже великого об’єму i досить високої швидкодії (з часом циклу порядку 3-10 мкс). В крiотронних ЗП один формувач може збуджувати приблизно в 10 000 раз бiльше запам’ятовувальних елементiв, нiж в магнiтних або напiвпровiдникових ЗП. До переваг крiотронних ЗП треба вiднести також малу потужнiсть, що споживається, низький рiвень завад, підвищену надiйнiсть.

Однак внаслiдок складностi проблеми, пов’язаної зі створенням та підтриманням температур, близьких до абсолютного нуля, крiотроннi ЗП знаходяться на стадії лабораторних розробок.

Параметрони. Робота параметрона заснована на параметричних коливаннях, якi виникають в коливальному контурi з нелiнiйною реактивнiстю при вимушенiй змiнi параметра контура; в магнiтному параметронi – індуктивностi. Характерна особливiсть параметричних коливань полягає в усталеному станi фаз (0 або p), що залежать вiд фази вхiдного сигналу. На параметронах реалiзують як запам’ятовувальнi, так і логiчнi пристрої.

Фiзично процес збудження параметричних коливань можна показати таким чином. Нехай в коливальному контурi з параметрами R, L, С в момент часу tо протiкає струм I (рис. 2.3.9). Якщо в цей момент збiльшити iндуктивнiсть на DL, то енергiя електромагнiтного поля, накопиченого в котушцi, зросте на

DW = (Lо + DL)* I2/2 — Lо*I2 / 2 = DL* I2/2.

Струм в контурi почне зменшуватися, а енергiя магнiтного поля котушки стане переходити в енергiю електричного поля конденсатора. В момент часу t1, тобто через чверть перiоду, повернемо iндуктивностi її колишнє значення Lо.

Тодi накопичена в контурi додаткова енергiя DW повинна викликати збiльшення струму I в контурi; ще через чверть перiоду, тобто в момент часу t2, знову збiльшимо індуктивнiсть на DL, а в момент часу t3 – повернемо їй початкове значення, струм ще зросте і т.д. Цей процес буде тривати до тих пiр, поки втрати, що зростають в контурi не стануть рiвними додатковiй енергії, пiсля чого амлiтуда коливань стабiлiзується. Подiбний ефект буде мати мiсце не тiльки при стрибкоподiбнiй змiнi індуктивностi, але й при її плавнiй (наприклад, синусоїдальнiй) змінi з частотою 2f. Істотно важливим є те, що усталенi коливання, якi виникли в результатi

image010

Рис. 2.3.9. Залежностi, що пояснюють процес параметричного

збудження контура шляхом змiни його iндуктивностi

параметричного збудження, можуть мати двi можливi фази, що вiдрiзняються мiж собою на p рад. Фазу коливань можна визначати по вiдношенню до деяких опорних параметронiв, якi постiйно зберiгають значення «0» або «1».

Конструктивно магнiтнi параметрони можуть бути виконанi на кiльцевих осердях, на осердях з магнітопроводом складної форми, а також в тонкоплiвковому виконаннi.

Васюра А.С. – книга “Електромагнітні елементи цифрової техніки”

Оставьте комментарий к статье