книги из ГПНТБ / Миловзоров, В. П. Электромагнитные устройства автоматики учебник

напряженностью, которой соответствует максимальный, но еще устой­ чивый диаметр домена (рис. 12.19).

Из сказанного очевидно, что этот ограниченный диапазон допусти­ мых напряженностей при соблюдении условия (12.23) определяет наибольшее возможное перемещение х домена в пластинке конкретной толщины из данного материала, которое может быть достигнуто за один шаг изменения Н (рис. 12.20, а).

Фиксацию домена в пластинке можно осуществить с помощью мат­ рицы точек (дисков) из пермаллоя, нанесенных на поверхность пла­ стинки или тонкую подложку (рнс. 12.20, б). Точки, способствуя замы-

кашпо потока домена, уменьшают магнитостатическую энергию и ориен­ тируют домен, как показано на рис. 12.20, б. Диаметры точек и рассто­ яния между ними зависят от размеров устойчивых доменов в пластин­ ках из различных ортоферритов.

Создать местное изменение напряженности, необходимое для пере­ мещения доменов, можно с помощью наложенных (напыленных) про­ водящих шин-проводников, образующих контуры с током. На рис. 12.20, в показана конфигурация двух таких контуров и распреде­ ление поля в двух сечениях контура. Поле контура, направленное встречно с общим полем смещения Нсм пластинки, образует местное, локализованное уменьшение результирующей напряженности //рез, в результате чего домен «втягивается» в контур, где он может быть за­ фиксирован пермаллоевыми точками. Для «захвата» домена необходим начальный контакт домена с полем контура, что накладывает ограни-

301

чения на размеры как доменов, так п контуров. На рис. 12.20 в пункти­ ром показана граница поля контура, захватывающая край домёна.

Так как размеры домена и контура сравнимы, происходит осред­ нение напряженности в контуре, разной для различных точек домена. Поэтому напряженность в центре контура может быть значительно ниже наименьшей напряженности, при которой цилиндрический домен превращается в полосовой.

j Скорость перемещения домена пропорциональна току возбуждения контура (рис 12.21). Кривые рис. 12.21, подобно кривым рис. 8.4, б, определяют быстродействие устройств с магнитными элементами.

ких доменов с помощью конту­ ров^ с токами—не единственно возможное решение. Используют также свойство доменов «втягиваться» под пермаллоевую пленку (апплика­ цию), нанесенную на пластинку ортоферрита.

Существует два^ класса таких схем. В одном из них используется

рассмотренное свойство доменов изменять свой размер в зависимости от поля смещения.

Эксперименты показывают, что домен, находящийся под пермаллоевой аппликацией, которая имеет форму клиньев (рис. 12.24), при пульсациях поля смещения перемещается следующим образом. Во время фазы расширения передняя граница домена расходится и захва­ тывает широкий конец следующего клина, а во время фазы сжатия зад­ няя граница домена соскальзывает с острия предыдущего клина. В ре­ зультате таких пульсаций поля смещения домен получает однонаправ­ ленное движение. Направляющие полоски пермаллоя придают устой­ чивость домену при движении вдоль этих полосок.

В другом классе схем поле смещения остается неизменным, но по­ мимо него на аппликации определенной формы действует магнитное поле, вектор напряженности которого вращается параллельно пло­ скости пластинки. Это поле создает на концах пермаллоевых аппли­ каций перемещающиеся северные «-)-» и южные «—» магнитные полюсы, которые притягивая или отталкивая цилиндрические домены, управ­ ляют их движением. При этом вращающееся поле, направленное вдоль

302

поверхности пластинки, не изменяет состояния или размера доменов. Такое устройство изображено на рис. 12.25, где для пяти последова­ тельных положений (а, б, в, г, д) вектора вращающегося поля обозна-

Рис. 12.24, Последовательные положения домена при пуль­ сации поля смещения под клиновидными пермаллоевыми ап­ пликациями

йены положительные и отрицательные полюсы, которые наводятся в аппликациях, имеющих форму чередующихся Т-образных и прямых полосок пермаллоя. Цилиндрический домен скачкообразно перемещает-

Рис. 12.25. Перемещение доменов с помощью пермаллоевых аппликаций и вращающегося внешнего поля

ся под аппликациями, втягиваясь каждые четверть оборота внешнего поля под ближайший положительный полюс, наведенный в этот момент в аппликациях, где его магнитостатическая энергия оказывается ми­ нимальной.

§ 12.10. СПОСОБЫ ЗАПИСИ И СЧИТЫВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ В МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ДОМЕННЫХ ЭЛЕМЕНТАХ

Успешное использование ортоферритов зависит от способов не толь­ ко управления цилиндрическими доменами в логических элементах

и элементах памяти, но и от способов записи и считывания информа­ ции.

304

Рассмотренный на рис. 12.23 способ деления по существу является одним из способов ввода информации, а полученный новый домен — записанной единицей. Амплитуда минимального импульса управления, необходимая для образования новых доменов, составляла в экспери­ ментальном устройстве 750 ма при длительности 1 мксек.

Таким образом, для ввода информации можно применять те же проводящие контуры с токами возбуждения, что и для управления цилиндрическими доменами.

Гораздо сложнее осуществить считывание и вывод информации. Крайне малые размеры доменов и их магнитных потоков затрудняют применение способа считывания информации за счет наведенной

э. д. с., хотя принципиально этот способ возможен. Он заключается в том, что цилиндрический домен, введенный в схему считывания с по­ мощью токопроводящего контура, предварительно растягивается по площади, а затем с помощью обратного тока сжимается до исчезнове­ ния. Если этот растянутый домен охвачен другим контуром, то в по­ следнем при исчезновении домена наведется импульс э. д. с., который может быть зафиксирован. В экспериментальном устройстве, позво­ лявшем растягивать домен до площади, в сорок раз превышавшей площадь цилиндрического домена в обычном состоянии, были полу­ чены выходные сигналы до 2 мв - мксек. При токе в контуре управле­ ния 530 ма для расширения и 700 ма для сжатия доменов устройство работало со скоростью свыше ІО5 бит!сек.

Другой способ считывания информации основан на том, что пла­ стинка ортоферрита достаточно прозрачна для красного света, и заклю­ чается в использовании эффекта Фарадея.

305

Явлением Фарадея называют вращение плоскости поляризации све­ та при его прохождении через намагниченный образец. Величина угла вращения зависит от значения составляющей намагниченности, направ­ ленной вдоль луча, а направление вращения —от того, положитель­ на эта составляющая или отрицательна. Схема метода изображена на рис. 12.26. Так как вектор намагниченности цилиндрических доменов направлен противоположно вектору намагниченности остального поля пластинки, вращение плоскостей поляризации у домена и пластинки противоположны. Повернув анализатор так, чтобы гасить свет, про­ ходящий через домен, получают на экране микроскопа изображение доменов в виде темных кружков на светлом фоне остальной пластинки.

Расчеты показывают [2.13], что диаметр сфокусированного луча лазера может быть доведен до 1—2 мкм. Такой луч можно применять как для считывания информации магнитооптическим методом с ортоферритов, имеющих диаметр цилиндрических доменов порядка 50 мкм, так и с ферритов-гранатов, минимальный диаметр доменов которых доходит до 8 мкм, что соответствует возможной плотности размещения информации около ІО5 битІсмг.

Считывание информации в монокристаллических доменных эле­ ментах возможно также с помощью гальваномагнитного и магниторезпстивного методов, но их возможности пока уступают магнитооп­ тическому методу.

Г ла в а XIII

ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА С МАГНИТНОЙ ЗАПИСЬЮ

§13:1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ

ИВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

М а г н и т н у ю з а п и с ь , появившуюся вначале для записи звука, теперь используют во многих областях науки и техники: для ав­ томатической регистрации измерений тех или иных быстропротекающих процессов с последующей их расшифровкой, в цифровых вычис­ лительных и измерительных устройствах для практически неограни­ ченного накопления выходных данных с очень малым временем записи и считывания, а также для ускорения и упрощения ввода данных в управляющие и вычислительные машины. Особенно широко магнит­ ную запись применяют в долговременных запоминающих устройствах для записи на магнитные ленту, проволоку и диски и в промежуточных устройствах для записи на магнитные барабаны. Таким образом, маг­

нитную запись применяют как в аналоговых, так и в цифровых авто­ матических устройствах.

Многообразное использование магнитной записи объясняется ее преимуществами по сравнению с другими видами памяти: компакт­ ность и надежность записи, малое потребление энергии в процессе за-

306

писи — считывания и неограниченное время храпения информации без потребления энергии, возможность неоднократного использования магнитного носителя и отсутствие промежуточных процессов между записью и считыванием.

Физической основой магнитной записи является свойство ферромаг­ нитных материалов сохранять состояние остаточной намагниченности после воздействия напряженности внешнего магнитного поля. Магнит­ ный носитель, нанесенный тонким слоем на поверхность пластмас­ совой ленты, барабана или диска представляет собой магнитнотвер­

дый материал, петля гистерезиса которого имеет вид, показанный на рис. 13.1, а.

в колебания электрического тока. Ток, проходя по обмотке записы­ вающей головки, создает напряженность магнитного поля, амплитуда которого пропорциональна записываемой величине. При записи маг­ нитный носитель равномерно движется в поле записывающей головки. Поэтому отдельные участки носителя намагничиваются различно в за­ висимости от мгновенного значения напряженности поля, которую создавала головка в момент прохождения носителя. Поведение участка магнитного носителя при записи информации можно представить сле­ дующим образом. Предположим, что носитель перед записью размаг­ ничен, а головка создает напряженность Нт (рис. 13.1, а). При входе участка носителя в зону действия поля он намагничивается по началь­ ной кривой намагничивания 0-1, а при выходе— индукция снижается сначала до значения В г, а затем до значения 2. Так как участок носи­ теля представляет собой элементарный «магнитик» с замыкающимся по воздуху магнитопроводом, точка 2 определяется магнитной прово­ димостью воздушной части магнитной цепи между полюсами этого маг­ нитика (ср. рис. 1.8, а).

Если мгновенное значение напряженности поля записывающей головки в момент прохождения участка носителя равно Н' < Н т, то в процессе записи рабочая точка этого участка обегает по частному

307

циклу путь 0'-V-2' и остаточная индукция его меньше, чем индукция предыдущего участка носителя.

В случае записи на ленту магнитное поле записывающей головки может быть ориентировано относительно вектора скорости перемеще­ ния ленты V в трех различных направлениях: продольном, поперечном

и перпендикулярном (рис. 13.1, б).

Для поперечного и перпендикулярного намагничивания лента долж­ на проходить непосредственно через зазор записывающей головки. Такое размещение ленты нецелесообразно, потому что при изменении сечения ленты будет изменяться воздушный зазор и как следствие это­ го — искажаться записываемый сигнал. Кроме того, в зазоре будут скапливаться пыль и частички магнитного слоя, отделяющиеся от

Р и с . 13.2. З а п о м и н а ю щ е е у с т р о й с т в о с п р о д о л ь н о й м а г н и т н о й з а -

п и с ь ю :

Q стирающая; б — записывающая; в — считывающая голонки

ленты в результате ее износа. Поэтому общепринято продольное намагничивание носителя, когда лента только соприкасается с запи­ сывающей головкой, не заходя внутрь зазора (рис. 13.2).

Так как магнитная запись является таким видом памяти, у которой информация не стирается при считывании, перед записью новой ин­

формации магнитный носитель должен быть соответственно подго­ товлен.

Пѳдготовку к записи, или стирание предыдущей информации, можно производить и постоянным, и переменным магнитным полем. При стирании постоянным полем отдельные участки магнитного носи­ теля, пройдя через сильное постоянное поле стирающей головки, приобретают остаточную индукцию, одинаковую по всей длине носи­ теля независимо от предыдущего состояния участков. При стирании переменным полем каждый участок носителя перемагничивается (по мере продвижения перед зазором стирающей головки) полем, сначала постепенно возрастающим по амплитуде, а затем также постепенно убывающим до нуля. Перемагничивание по симметричным циклам с до­ статочно медленным затуханием поля приводит к практически полно­

му размагничиванию носителя, и при выходе из стирающей головки индукция носителя близка к нулю.

308

Рассмотрим процесс записи синусоидального сигнала неизменной частоты /, который создает в рабочем зазоре записывающей головки магнитное поле с напряженностью

II— II т sin 2nft,

ибудем считать, что оно одинаково по всему сечению ленты.

Так как скорость перемещения ленты ѵ постоянна, внутри магнит­ ного носителя образуются элементарные магнитики, длина волны пов­ торения которых определяется ско­

ство / = ѵ/к, найдем распределение магнитного потока после записи

вдоль ленты:

Этот поток проходит в одном из направлений внутри магнитного носителя и замыкается в обратном направлении по воздуху, как пока­ зано на рис. 13.2.

Для воспроизведения записанного сигнала используют считываю­ щие головки, подобные головкам записи. Головки выполняют из пер­ маллоя или железоалюминиевого сплава (см. § 1.4). Благодаря высокой проницаемости материала магнитное сопротивление головки во много раз меньше как сопротивления воздушного промежутка между сосед­ ними участками магнитного носителя, разделенными рабочим зазором бр, так и сопротивления самого зазора. В результате практически весь магнитный поток участка ленты, расположенный перед зазором, за­ мыкается по сердечнику головки (рис. 13.2, б). Если на сердечнике помещена обмотка, то в ней наводится э. д. с., пропорциональная ско­

309