И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Магнитные элементы просты по устройству, дешевы и обладают высокой надежностью. Такие элементы применяются главным образом в ЭВМ, а также в некоторых устройствах автоматики. Сердечники многих магнитных элементов делаются из феррита с ППГ. Ферриты представляют собой керамические вещества, изготовленные из смеси порошков оксида железа н оксидов таких металлов, как никель, цинк, магний, марганец илн медь. Порошок смешивается с некоторым связующим вешеством и подвергается обжигу. В результате получается керамическое вещество большой твердости. Имеются феррнты различных типов, в частности с очень высокой магнитной проницаемостью .или с малыми потерями.
Недостатки ферритов — хрупкость, невозможность механической обработки из-за высокой твердости, старение (изменение значений параметров после длительной работы), зависимость параметров от температуры. Кривая намагничивания на рис. 11.1 показывает, что при изменении напряженности намагничиваюшего поля от Н, до — Н, происходит перемагничивание сердечника н магнитная индукция в нем изменяется от +В„,„ до — В„,„. Таким образом, сердечник может находиться в одном из двух различных магнитных состояний. Одно из них (+В„,„) соответствует в двоичной системе цифре 1, а другое ( — В„,„) — цифре О. 170 Простейший запоминающий магнитный элемент имеет сердечник в виде кольца, обычно диаметром от долей миллиметра до нескольких миллиметров, с тремя обмотками. У этих обмоток часто лишь один неполный виток (рис.
11.2). Пусть в начальный момент магнитная индукция в сердечнике отрицательная (- В ,„), что соответствует цифре О. Если надо в таком элементе запомнить цифру 1, то в управляюшую обмотку в, подается импульс тока такой высоты и направления, что сердечник перемагничивается и магнитная индукция в нем изменяется от — В „„до +В„,„. После окончания импульса тока эта на- -Ф Рис. 11.2. Простейший двоичный магнитный элемент магниченность остается и может сохраняться любое время. Если же надо запомнить цифру О, то в обмотку импульс тока либо вообше не подается, либо подается такой импульс, прн котором сохраняется индукция — В ее Таким образом, знак остаточной намагниченности после окончания импульса определяет, какая цифра записана: О или 1.
Важно„ что эти цифры сердечник может «запомнить» на любое время, причем для этого не требуется расхода энергии н каких-то источников питания. Для считывания, т. е. определения записанной цифры, в обмотку в, подается импульс тока такой высоты н направления, чтобы намагнитить сердечник до индукции -В„,„. Если в сердечнике записана цифра О и он уже намагничен до — В ,„, то от такого импульса тока индукция почти не изменится (небольшое изменение возможно лишь за счет того, что петля гистерезиса не является идеально прямоугольной). В выходной обмотке ия индуцнруется очень небольшой импульс ЭДС, означаюший, что в магнитном элементе записана цифра О. Но если была записана единица, т.
е. сердечник намагничен до +В,„, тогда при подаче считывающего импульса индукция изменится от + В,„до — В,„, т. е. на 2В,„. Такое изменение индукции вызовет в обмотке нг появление значительного импульса ЭДС, соответствуюшего цифре 1. В обоих случаях после считывания в сердечнике установится индукция -В „ и снова можно записать цифру 0 или 1. В устройствах памяти ЭВМ применяется огромное количество подобных элементов для запоминания любых больших чисел по двоичной системе. Такие элементы обычно работают совместно с диодами или транзисторами, образуя так называемые ферродиодные или ферротрацзцсторные ячейки 1иначе их называют феррит-диодцыми или ферриттранзисторнымц).
Рассмотренный простейший магнитный элемент является основным для построения более сложных элементов. Недостаток простейшего элемента заключается в том, что записанная единица после считывания уничтожается. В более совершенных магнитных элементах, имеющих сердечник с двумя или большим числом отверстий и называемых трацсфлюксорамц, записанная информация сохраняется независимо от считывания. Также не уничтожается при считывании информация, записанная в магнитном элементе, сердечник которого имеет два взаимно перпендикулярных отверстия. Этот элемент получил название бцакс.
11.2. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ МАГНИТНЫЕ ДОМЕНЫ Для создания магнитных элементов в микроэлектронике применяются магнитные пленки толщиной от долей микрометра до единиц микрометров, нанесенные на подложку. Важное свойство пленочных магнитных элементов заключается в том, что у них процессы намагничивания, перемагничивания и размагничивания протекают во много раз быстрее, нежели в элементах с обычными сердечниками. Как и все ферромагнитные вещества, магнитные пленки имеют доменную струюнуру, т.
е. состоят из отдельных микроскопических областей — доменов с самопроизвольным (спонтанным) намагничиванием. В пределах одного домена все атомы намагничены в одном направлении, и поэтому домен можно рассматривать как некоторый элементарный микроскопический магнитик. В не- намагниченном теле различные домены намагничены беспорядочно в разных направлениях и создаваемые ими магнитные поля взаимно компенсируются. Под действием внешнего магнитного поля на ферромагнитное вещество происходит упорядочение доменной структуры за счет изменения размеров доменов.
Домены, у которых направление намагниченности совпадает с направлением вектора напряженности внешнего поля, увеличиваются в размере, а домены с противоположным направлением намагниченности уменьшаются. Магнитные пленки таковы, что по толщине у них расположен только один слой доменов. Поэтому изменение доменной структуры может происходить лишь вдоль поверхности пленки. Вектор поля доменов перпендикулярен этой поверхности. Домены имеют различные размеры, различную форму и различное направление вектора магнитной индукции.
Если на магнитную пленку действует внешнее магнитное поле, вектор которого направлен перпендикулярно поверхности пленки, то домены с вектором поля того же направления увеличиваются в размерах, а домены с противоположным направлением вектора поля уменьшаются и при некотором значении напряженности внешнего поля преврашаются в цилиндрические магнитные домены 1ЦМД). Это показано на рис.
1! Уь Диаметр ЦМД составляет 1 — 5 мкм. При более сильном внешнем поле домены исчезают. Устойчиво сушествуют ЦМД при определенных значениях напряженности внешнего поля. Можно создать ЦМД с помощью так называемого генератора доменов в виде проволочной петли с током (рис.
11.4). Такая петля из тонкой металлической пленки наносится на поверхность основной магнитной плен- 171 а) 8=0 ! ! ! / у й) ~НБ Рис, 11дь Схема образования ЦМД: а — домены при отсутствии внешнего поля; б— ЦМД, образовавшиеся при действии внеш- него поля ки. Если основная пленка пронизывается внешним магнитным полем, а через петлю генератора доменов пропускается импульс тока, создающий магнитное поле с противоположно направленным вектором индукции, то в магнитной пленке под петлей образуется ЦМД.
В запоминающих устройствах наличие ЦМД соответствует цифре 1, а отсутствие ЦМД вЂ” цифре О. Домены представляют собой устойчивые образования, и для записи двоичной информации их можно перемещать в каком-либо направлении, удаляя от генератора доменов, чтобы последний при поступлении в него новых импульсов тока, соответствующих цифре 1, мог создавать новые домены. Таким образом, в отли- чие от системы записи информации на движущейся магнитной пленке в данной системе ЦМД, несущие информацию, сами движутся по неподвижной пленке. Перемещение ЦМД в нужном направлении осуществляется следующим образом. На поверхность основной пленки, в которой формируются ЦМД, наносят так называемые аииликаг1ии, представляющие собой небольшие участки (определенной формы) пленки магнитомягкого материала (например, пермаллоя).
На эти аппликации действует внешнее вращающееся магнитное поле, у которого ось вращения перпендикулярна поверхности основной пленки. Такое вращающееся магнитное поле создается двумя взаимно перпендикулярными катушками, которые питаются переменным током с фазовым сдвигом 90'. Мощность этих токов невелика, так как для перемещения микроскопических доменов в тонкой магнитной пленке достаточно сравнительно слабого магнитного поля. А в режиме хранения информации расхода энергии вообще нет.
Под влиянием вращающегося магнитного поля отдельные аппликации испытывают переменное намагничивание и своим магнитным полем заставляют ЦМД перемещаться. Скорость перемещения может быть весьма велика — десятки и даже сотни метров в секунду. Вследствие малого размера доменов может быть достигнута плотность записи информации 10 — 10 бит/мм и даже выше ', а скорость записи 10'— 104 бит/с. Считывание информации осуществляется разными способами. Например, на основную пленку можно нанести петлю из полупроводника, обладающего магниторезистивным эффектом, т. е. изменяющего электрическое сопротивление под действием магнитного поля (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
