4.8 Новий напрямок - спінтроніка

Це новий напрямок у мікроелектроніці, що базується на використанні такої квантово-механічної характеристики електронів, як спин. Пристрою, створені на основі нової технології, обіцяють вирішити багато хто як існуючі, так і очікувані в найближчому майбутньому проблеми традиційної мікроелектроніки, забезпечивши енергонезалежність, зменшення енергоспоживання, збільшення щільності логічних елементів і швидкості обробки даних.

Як відомо, у будь-яких пристроях - від першого транзистора до сучасних, вражаючих своїми обчислювальними можливостями мікропроцесорів, мікроелектроніка в основному використовує тільки одну властивість електрона — його заряд. У той же час електрон має й таку (правда, лише квантово-механічну характеристику), як власний кутовий момент, або спин (і пов'язаний з ним магнітний момент). Аж до недавнього часу ця властивість не користувалася особливою увагою розробників і дослідників. Сьогодні ситуація міняється, і на авансцену виходить нова технологія, що одержала назву "спінтроніка" (spіntronіcs).

Основою спінтроніки служить кероване магнітне поле, що наводиться тонкою плівкою. Магнітні поля створюють електричний опір, низькі й високі рівні якого можна використовувати як логічні одиниці й нулів. Управляючи магнітним полем і інтерпретуючи рівні опору в різних крапках плівки, одержують цифрові дані. Назва технології пов'язане з обертанням електронів (спином). Уважається, що вони обертаються в одному або в різних напрямках, але це тільки метафора. Відомо, що в зовнішнім магнітному полі власний магнітний момент електрона, обумовлений спином, орієнтується або паралельно вектору магнітної індукції (нагору), або антипаралельно (долілиць). У пристроях, побудованих на спіновому ефекті, використовуються, зокрема , феромагнетики.

Один з перспективних проектів, зв'язаних зі спінтронікою, зветься Spіntronіcs Scіence and Applіcatіon Center і створюється на базі Алмаденского наукового центра (Almaden Research Center) ІBM у Сан-Хосе (шт. Каліфорнія) і прилеглого коледжу Стэнфордского університету. Загалом кажучи, спінтронікою займаються вже багато років. В 1997 р. ІBM виготовила голівки дисководу, що використовують ці властивості, і назвала їх гігантськими магніторезистивними (GMR) голівками. Наступним продуктом, заснованим на спінтроніці, зі стати магнітна пам'ять довільного доступу MRAM. В ідеалі MRAM зможе зберігати більші обсяги даних, споживаючи мінімум енергії, і працювати значно швидше звичайної флеш-пам’яті. Справа в тому, що пошук заміни флеш — головне завдання ринку напівпровідників. Попит на флеш-пам'ять росте надзвичайно швидко, однак базову флеш-технологію стає все складніше вдосконалити, і майже кожний великий виробник експериментує з альтернативами. Більше того, принципи спінтроніки можуть використовуватися для керування транзисторами.

Глава 5 перетворювальні електронні пристрої

5.1 Загальні відомості

Для одержання електричної енергії потрібного виду часто доводиться перетворювати енергію змінного струму в енергію постійного струму (випрямлення) або енергію постійного струму - в енергію змінного струму (інвертування).

Випрямлення здійснюється за допомогою пристроїв, названих випрямлячами, а інвертування здійснюється інверторами.

Випрямлячі й інвертори є вторинними джерелами електроживлення. Джерело вторинного електроживлення являє собою середовище, що забезпечує електроживленням самостійні прилади або частинні ланцюги комплексу електронної апаратури. Джерела вторинного електроживлення складаються з функціональних вузлів, що виконують одну або кілька функцій: випрямлення, згладжування, стабілізацію, регулювання, інвертування й т.д.

На рис. 5.1 наведена структурна схема джерела електроживлення.

Рисунок 5.1 - Структурна схема електроживлення

Випрямлячем називають пристрій, призначений для перетворення енергії джерела змінного струму в постійний струм. До складу джерела живлення входить трансформатор (перетворює первинну напругу U₁ у необхідну напругу U₂), діодна схема (здійснює перетворення змінної напруги в пульсуючу напругу однієї полярності), згладжуючий фільтр служить для зменшення пульсацій випрямленої напруги. Між згладжуючим фільтром і навантаженням іноді підключають стабілізатор напруги, що забезпечує підтримка з необхідній точністю необхідної величини постійної напруги на навантаженні в умовах зміни напруги живильної мережі, що живить, та струми навантаження.

Залежно від числа фаз мережі змінного струму розрізняють однофазні й багатофазні (звичайно трифазні) випрямлячі.

За формою випрямленої напруги випрямлячі підрозділяють на однопівперіодні й двопівперіодні.

Випрямлячі бувають некерованими й керованими:

За допомогою некерованих випрямлячів на виході одержують випрямлену (пульсуючу) напруга постійну за знаком, але змінне за величиною.

Керовані випрямлячі застосовують тоді, коли необхідно зменшить значення випрямленого струму або напруги. Для збільшення випрямленої напруги іноді застосовують множники напруги.

Контрольні питання

1. Дайте визначення джерелу живлення.

2. Наведіть структурну схему джерела живлення.

3. Наведіть графіки напруги на виході кожного блоку.