Диссертация (1097536), страница 33
Текст из файла (страница 33)
При малых амплитудах тока зависимости Mxi ()и Myi () являются гладкими (кривые 1 на Рис. 7.6). При больших амплитудахтока компоненты намагниченности скачком меняют знак (кривые 2 на Рис. 7.6).При относительно высоких значениях поперечного магнитного поля HT скачкине возникают, компоненты намагниченности положительны и слабо изменяются со временем около постоянных значений (кривые 3 на Рис. 7.6).Из выражений (7.11) и (7.15) для напряжения Vc в катушке получаем:Vc V0 H 0 cos(1)i M xi M yi2 (M xi M yi )H ai cos(2 i ) 2M xi M yi H ai sin(2 i ) MM xi{Hi 122T (1)i H 0 sin }.(7.16)Рассчитанные зависимости амплитуд гармоник напряжения Vk от поперечного магнитного поля HT показаны на Рис. 7.7. Амплитуда первой гармоники имеет максимум в нулевом поперечном магнитном поле и медленно умень-214Рис.
7.6. Рассчитанные зависимости продольной (а) и поперечной (б) компонент намагниченности от времени при Ha1 = Ha2 = Ha , 1 = 0.15 и 2 = 0.2 . Сплошные линии i = 1,пунктирные линии i = 2. 1 H0 / Ha = 0.1 и HT / Ha = 0.1; 2 H0 / Ha = 1 и HT / Ha = 0.1; 3 H0 / Ha = 1 и HT / Ha = 2.шается с увеличением поля. Амплитуда третьей гармоники слабо возрастает вобласти малых полей, а затем резко уменьшается (см. Рис.
7.7). Зависимостиамплитуд чётных гармоник от поперечного поля аналогичны полученным зависимостям от продольного поля, но их чувствительность немного меньше.Экспериментальные исследования нелинейного недиагонального магнитоимпеданса многослойных плёночных структур проводились в Институте теоретической и прикладной электродинамики РАН. Эксперименты проводилисьна трёхслойных образцах Fe73.5Cu1Nb3Si16.5B6 /Al/Fe73.5Cu1Nb3Si16.5B6 . Ферро-215Рис. 7.7. Рассчитанные зависимости амплитуд гармоник Vk от поперечного внешнего поля HTпри Ha1 = Ha2 = Ha , 1 = 0.15 , 2 = 0.2 и H0 / Ha = 1.1.магнитные плёнки длиной 5 мм и шириной 0.3 мм имели толщину 0.6 мкм,толщина центрального алюминиевого слоя составляла 2 мкм.Для исследования нелинейного недиагонального магнитоимпеданса черезобразец вдоль его длинной стороны пропускался переменный ток.
Амплитудатока достигала 75 мА, а его частота варьировалась от 0.1 до 2 МГц. Исследуемый образец помещался в создаваемое соленоидом постоянное магнитное поле,величина которого изменялась от –37 до 37 Э. В экспериментах ориентациямагнитного поля по отношению к длинной стороне плёночной структуры моглаизменяться с продольной на поперечную. На исследуемый образец в поперечном току направлении наматывалась измерительная катушка, имевшая 45 витков. Амплитуды гармоник напряжения в катушке измерялись при помощи анализатора спектра HP4395A.Измеренные зависимости амплитуд гармоник напряжения в катушке отвеличины продольного магнитного поля HL представлены на Рис.
7.8. Амплитуда первой гармоники V1 имеет максимум при |HL | 1.5 Э, а при больших полях практически не изменяется (см. Рис. 7.8 (a)). Амплитуды остальных нечётных гармоник существенно ниже амплитуды первой гармоники и также слабозависят от продольного магнитного поля.216Рис. 7.8. Измеренные зависимости амплитуд нечётных (а) и чётных (б) гармоник напряженияв катушке от продольного внешнего поля HL при I0 = 50 мА и f = 1 МГц.Амплитуды чётных гармоник возрастают с увеличением HL, проходят через максимум и затем медленно уменьшаются (см. Рис.
7.8 (б)). При этом зависимости амплитуд чётных гармоник являются асимметричными относительнознака поля. Амплитуда второй гармоники V2 достигает максимума приHL 3.5 Э, а значения V2 в максимумах отличаются примерно на 10%. ИзРис. 7.8 видно, что амплитуды чётных гармоник имеют значительно более высокую чувствительность к продольному полю HL, чем амплитуды нечётныхгармоник. Чувствительность второй гармоники к продольному полю составляетпримерно 4 мВ / Э.217Рис. 7.9. Измеренные зависимости амплитуд нечётных (а) и чётных (б) гармоник напряженияв катушке от поперечного внешнего поля HT при I0 = 50 мА и f = 1 МГц.На Рис. 7.9 показаны измеренные зависимости амплитуд гармоник Vkнапряжения в катушке от поперечного магнитного поля HT. Амплитуда первойгармоники V1 имеет максимум в нулевом магнитном поле.
С увеличением абсолютного значения магнитного поля величина V1 уменьшается, имеет небольшойпик при |HT | 10 Э и достигает нуля при |HT | 20 Э (см. Рис. 7.9 (a)). Амплитудатретьей гармоники имеет минимум в нулевом поле, возрастает с увеличениемабсолютного значения поля и достигает максимума при |HT | 10 Э. При этомамплитуда третьей гармоники больше амплитуды первой гармоники при218|HT | < 20 Э. Поведение пятой гармоники в области малых магнитных полей качественно подобно зависимости V1 (HT ), но первая гармоника имеет большуюамплитуду.Амплитуды чётных гармоник имеют принципиально другую зависимостьот поперечного магнитного поля (см.
Рис. 7.9 (б)). Они равны нулю приHT 1.5 Э и резко возрастают с увеличением магнитного поля. Амплитудычётных гармоник существенно зависят от знака поперечного магнитного поля.Например, вторая гармоника имеет максимумы при HT 6.5 Э и HT 5 Э, азначения амплитуды второй гармоники V2 в максимумах отличаются более чемв полтора раза (см. Рис.
7.9 (б)). При дальнейшем увеличении абсолютного значения поля амплитуды чётных гармоник уменьшаются. Отметим, что амплитуда второй гармоники существенно превышает амплитуду первой гармоники иявляется более чувствительной к поперечному магнитному полю HT. В областиположительных магнитных полей чувствительность амплитуды второй гармоники составляет примерно 2 мВ / Э.Сравнение экспериментальных зависимостей с результатами расчётов показывает, что предложенная модель позволяет качественно описать основныеособенности частотного спектра напряжения в измерительной катушке дляпродольной и поперечной ориентаций внешнего магнитного поля.
Кроме того,полагая для оценки M = 500 Гс и Ha = 2 Э, получаем, что рассчитанные и измеренные значения амплитуд гармоник совпадают по порядку величины. Преобладание чётных гармоник в частотном спектре напряжения связано с тем, чтопри больших амплитудах переменного тока компоненты намагниченности вферромагнитных слоях дважды меняют знак за цикл изменения тока. Поведение чётных гармоник подобно для случаев продольного и поперечного внешнего магнитного поля.
В то же время зависимости нечётных гармоник существенно зависят от ориентации внешнего поля. Это обстоятельство может быть объяснено следующим образом. Для продольного магнитного поля, переменноеполе, индуцированное током, имеет поперечное направление по отношению к219внешнему полю. Соответственно, хотя внешнее поле и влияет существенно насигнал в катушке, изменение намагниченности со временем почти симметрично, что приводит к подавлению нечётных гармоник.
В случае поперечногонаправления внешнего поля, постоянное и переменное магнитные поля коллинеарны. Это приводит к асимметрии в изменении намагниченности и к возникновению в частотном спектре напряжения нечётных гармоник относительнобольшой амплитуды.Следует отметить, что в рамках предложенной модели не удаётся объяснить асимметрию амплитуд гармоник по отношению к знаку внешнего магнитного поля. Кроме того, наблюдаемое в эксперименте уменьшение амплитудчётных гармоник с ростом внешнего магнитного поля происходит более медленно, чем предсказывают результаты расчётов. Эти расхождения между теоретическими и экспериментальными зависимостями связаны с приближениями,сделанными в рассматриваемой модели.
Для более детального описания экспериментальных зависимостей необходимо учитывать неоднородности распределения переменного магнитного поля и поля анизотропии по толщине ферромагнитных слоёв, а также влияние краевых эффектов и доменной структуры.220ЗаключениеТаким образом, полученные в диссертации результаты развивают существующие представления о магнитоимпедансе и высокочастотных нелинейныхэффектах в магнитомягких проводниках. Проведённый цикл исследованийпредставляет собой новый подход к описанию ГМИ и недиагонального магнитоимпеданса в проводниках с неоднородным распределением анизотропии ипроводимости по сечению образца.
Полученные результаты позволяют объяснить с единой точки зрения такие экспериментально наблюдаемые явления, какасимметричный ГМИ в аморфных лентах и проволоках c поверхностными кристаллическими слоями, недиагональный магнитоимпеданс в лентах, зависимость ГМИ от скручивающих напряжений в аморфных проволоках с отрицательной магнитострикцией. Развитая в диссертации теория позволяет последовательно описать основные особенности нелинейного магнитоимпеданса магнитомягких проводников, связанные с их перемагничиванием переменнымиполями достаточно большой амплитуды.Основные результаты, полученные в работе, заключаются в следующем.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
