Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Пузырев В.А. Тонкие ферромагнитные пленки в радиотехнических цепях

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

6.97 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415 / 1715 16 17 > Следующая >>>

р а в е н с т ва

| 3 ± с р = 0 . Это соответствует

наибольшему

пи

ковому

значению

н а п р я ж е н и я с выхода детектора.

Ког

да ( Р ± ф ) не равно

нулю,

значение

активной

состав

л я ю щ е й

вносимого

сопротивления

при

(р—ср)

будет

больше, чем в случае

(|3+ф) .

Чувствительность измерения поля 1гл, которое опре

деляется

углом

расположения

пленки,

оценим

как

разность

м е ж д у

пиками вносимого

сопротивления,

т. е.

Д Я » н = 2 8 - 1 < 4 х

(

cos [2 ( р - у ) ] 1 / 3

ч/

2 """"""

{cos [2 (р -

с р ) ] 1 ' 3 - cos 2 [2 (р -

ф)]1 '3 }*

-|- 45=

cos f2 (Е +

у ) ] " 3

(2.103)

{cos [2(Р +

«р)]1 '3 - cos 2 [2 (Р 4- ср)]1'3}2 4- 48*

П р и

статическом

поле,

имеющем

величину

порядка

# о = 8 0 - 1 0 3 А/М,

поворот

пленки

на

угол

-ф

10—5

ра д

вызывает

поле вдоль

легкой

оси # л = 8 0 - 1 0 ~ 3

А/м.

Т а б л и ц а 2.2

Ю - 3	0,29240	0,24662	60,0
i o - s	0,27368	0,26916	6,0
ю - 7	0,27166	0,27122	—0,6
ю - 8	0,27147	0,27142	—0,06

Табл . 2.2 [38] иллюстрирует величину выходного на п р я ж е н и я в зависимости от углового положения л\> плен

ки при следующих			предположениях:
Р =	Ю - 2 рад; # к = 320			А/м; Я 0 =			80-103		А/м;
«Р = HJHK		=	Я 0 4 > / Я к	=	250ф;	АН	=	160	А/м .
К а к	следует	из	таблицы,		е в ы х	достаточно			линейно
зависит	от г\|э.
Н а	рис. 2.47	приведено		схематическое				изображение
чувствительного		элемента преобразователя . Статическое
поле Но создается			магнитом,		поле	вдоль		легкой оси /гл
1 *

в ы з ы в а е т ся поворотом пленки около подвешивающей си

стемы на угол \р, модулирующее поле формируется				ка
тушкой под углом р к трудной	оси. Рис.	2.48	иллюстри
рует структуру преобразователя	[38] .
При отсутствии вращения и	Я У > Я К	пики	на выходе
детектора получаются к а ж д ы й	раз при	Я У = ± Я К ,		что

является результатом четырех поглощающих пиков оди

наковой	амплитуды	за период модулирующего			сигнала
	Пленка			Низкочастот
				ный модулятору
• Генератор,
Взаимодейст		Регистратор
вующий^
с пленкой
Селективный		Фазовый
усилитель		детектор
		Р и с . 2.48
(рис. 2.46). Таким		образом,	выходное	напряжение е в ы х
содержит	преимущественно		вторые и	четвертые	гармо

ники модулирующей частоты. Поворот пленки изменяет амплитуды пиков несимметрично. В этом случае в вы

ходном сигнале появляется		компонента основной	часто
ты модуляции.
Н а п р а в л е н и е вращения пленки определяется путем
фазового	детектирования	селективноусиленной	состав
л я ю щ е й	основной частоты.	Использование фазового де

тектирования дополнительно улучшает отношение сиг нал/шум .

Генератор и амплитудный детектор р а б о т а л и на ча стоте 5 МГц . Модулятор, селективный усилитель и фа зовый детектор р а б о т а л и на частоте 390 Гц. Более под робно составные части преобразователя описаны в [38] .

2.4.2. Р е г у л и р у е м а я н а г р у з к а

Оконечными элементами (•нагрузками) принято на зывать сверхвысокочастотные элементы, з а м ы к а ю щ и е передающие линии. Эти элементы соответствуют двух-

141

п о л ю с н и к ам низкочастотной области, свойства которых, как известно, можно однозначно охарактеризовать ком плексным сопротивлением, включенным м е ж д у входными клеммами .

К одной из групп оконечных элементов относятся устройства, комплексный коэффициент отражения кото

рых (т. е. амплитуду и фазу отраженных волн)	м о ж н о
менять по определенному закону. Используя	термины

низкочастотной техники, можно назвать нагрузки дан ного типа регулируемыми оконечными комплексными со противлениями [24].

В этом пункте будет рассмотрен вопрос использова ния в качестве регулируемого оконечного элемента за короченного отрезка полосковой линии с тонкой ферро магнитной пленкой. И н ф о р м а ц и я о поведении тонкой, ферромагнитной пленки в закороченном отрезке полоско

вой линии	может	быть	использована для	предсказания
поведения	пленки	и в	других радиотехнических устрой
ствах.
Влияние магнитосвязанной пленки можно учесть с
помощью	эквивалентного сопротивления			Z0n—Rmi+jXnUt

компоненты которого были определены ранее соотноше ниями (2.67) и (2.68). Тогда уравнения д л я составляю щих входного сопротивления закороченного отрезка по

лосковой

линии

могут

быть

записаны

в таком

виде:

p M i

t g ' T )

( 2 Л 0 4 )

P ^ . ( 1 - . g T ) +

« g T ( p ' - ^ , - ^

( p - * B „ t g ? ) » + r 2 t g ' T

где с? =

2я//Х, г, =

г +

Ran;

р — волновое

сопротивление

полосковой

линии;

/ — расстояние

от

закороченного

конца до

сечения,

котором измеряются активная и ре

активная

составляющие

полного

входного

сопротивле

ния RBX

Хвх;

— потери

на

токи проводимости в по

лосковой

линии.

К а к

правило,

на

высоких

частотах

непосредственно

измеряются

к.с.в.

ф а з а отраженного

сигала,

по кото

рым, используя круговые д и а г р а м м ы , всегда можно оп

ределить	составляющие входного сопротивления. На
рис. 2.49	показано изменение к.с.в. и		ф а з ы отраженного
сигнала	в зависимости от	внешнего	смещающего поля.
Д л я сравнения на графике		приведены	экспериментально

142

с н я т ые точки и теоретически рассчитанная кривая . При


веденные зависимости							построены дл я случая совпадения
направления					трудного			намагничивания	пленки с	маг
нитной			составляющей
высокочастотного						элек-		£ с - в -
тромагнитного						поля.
П р и	повороте					пленки
на	90°		х а р а к т е р			зави
симости			к. с. в. и ф а з ы
от	смещающего					маг		ю
нитного поля не изме
нится,		за		исключением
того, что поле, при ко								-20	w	15 Н,
тором		к. с. в.			имеет ми
нимальное					значение,
увеличится на величину								-30
2Я„.
К а к у ж е					отмечалось			-40
одним		из		путей		увели

чения		влияния				пленки		SO
на внешнюю цепь явля

ется	включение неодно
родности				на	входе по-			Р и с . 2.49
лосковой				линии		(рис.
2.50),		что		позволяет			сконцентрировать		магнитное	поле

в области расположения пленки. Составляющие входно го сопротивления такого двухполюсника равны

Rax —			г + Лв „	(2.106)
		( 1 - ш С У О 2	«2Сб (Яви + Г)1	(2.106)
		( 1 - ш С У О 2	«2Сб (Яви + Г)1
х	=	X-v>CAX*	+ (r + Rmiy)	(2.107)
		( 1 - " С 0 Х ) = + ^ С 0 2 ( Я в н + л)а '		(2.107)
	в х	( 1 - " С 0 Х ) = + ^ С 0 2 ( Я в н + л)а '
г д е X — (oZ,0 +	Хвп;	L 0 и С0	— эквивалентные индуктив

ность и емкость внешней цепи соответственно.

Г.

Р и с . 2.50

На рис. 2.51 показаны теоретические и эксперимен

тальные	зависимости	к.с.в. и ф а з ы	отраженного сигна
л а дл я	закороченной	неоднородной	линии с Т Ф П . На -

143

п р а в л е н ие легкого намагничивания пленки совпадает с направлением высокочастотного поля. В отличие от од нородной линии, зависимости к.с.в. и ф а з ы отраженного сигнала, а следовательно, и компонент входного сопро

тивления	RBX	И А'ВХ от смещающего поля носят каче
ственно	иной	характер .	При увеличении	смещающего
поля от нуля		к.с.в. резко	падает, достигая	минимума при

значении поля, соответствующем максимальному вноси мому сопротивлению Ятъ а затем возрастает. Чем боль-

5	Ю	15	h
	Р и с . 1.Ш

ше величина активной составляющей вносимого от плен ки во внешнюю цепь сопротивления, тем при меньших значениях внешнего смещающего поля к.с.в. будет ми

нимально. Причем, при увеличении Яъп	возрастают	так
ж е и пределы изменения фазы . Поле,	при котором	ча

стота ферромагнитного резонанса пленки совпадает с частотой внешнего генератора, имеет величину порядка 1200 А/м.

В процессе проектирования и изготовления регули руемой нагрузки на основе тонкой ферромагнитной плен ки имеется возможность реализации минимальных зиа-

144

чений

к.с.в.

в достаточно

широком

диапазоне

изменения

смещающих

полей

(или,

что то ж е

самое,

диапазоне

частот) . Это может быть

достигнуто

путем

обеспечения

требуемого

значения

активной

составляющей

вносимого

сопротивления

Яъп

за

счет

изменения

магнитной

массы

пленки. Объем

магнитной

массы

пленки

может

изме

няться или за счет вариации геометрических

р а з м е р о в

пленки, например ее длины, или за счет вариации

коли

чества

слоев магнитного

материала . Минимальные зна

чения

к.с.в,

полученные

экспериментально

(рис.

2.51),

равны

1,04—1,06.

Зависимость

к.с.в. от

внешнего

магнитного

поля мо

ж е т

быть использована

д л я

построения

регулируемой

нагрузки.

При

увеличении

активной

составляющей

вносимого

сопротивления фаза отраженного сигнала резко возра стает и ее можно изменять в широких пределах при помощи магнитного поля управляющей цепи. Д и с к р е т ный о т р а ж а ю щ и й ф а з о в р а щ а т е л ь в этом случае может быть осуществлен при помощи специально сформиро ванного внешнего управляющего поля. Одио из состоя ний в этом случае возможно при нулевом значении управляющего поля и совпадении продольного направ

ления пленки с направлением изменения			высокочастот
ного поля.	Д р у г о е возможное состояние		может	быть
получено за	счет приложения у п р а в л я ю щ е г о поля			вдоль
поперечного	направления пленки.
Сравнивая		м е ж д у собой зависимости,	приведенные
на рис. 2.49	и	2.51, можно видеть, что в случае исполь

зования неоднородной линии обеспечивается лучшее вза имодействие магнитной пленки с внешней цепью — по лосковой линией, что эквивалентно увеличению значения компоненты вносимого во внешнюю цепь сопротивления.

Однако	необходимо		у к а з а т ь		на	трудности			получения
высоких	значений		RBTl	д а ж е	с	высококачественными
пленками- К а к у ж е			указывалось,			одним		из возможных
путей увеличения		влияния Т Ф П				на	внешнюю		магнито-
связанную с ней		радиотехническую					цепь	является при
менение	многослойных			пленок.

2.5.З А К Л Ю Ч Е Н И Е

Пр е д л о ж е н н ы е математическая модель и эквива лентная схема тонкой ферромагнитной пленки, магнитосвязанной с внешними электрическими цепями, могут

1-45

быть использованы для количественного исследования широкого класса радиотехнических устройств с такими пленками. Этот вывод следует из сравнения большого количества результатов теоретического и эксперимен тального исследований разнообразных устройств с Т Ф П .

	Регулируемая	нагрузка!
	Сверхчувствительный
	преобразователь
	Измерения основных
	характеристик
	Запоминающее
	устройство
	Плавный
	фазовращатель
	Резонансный
	СВЧ ключ
	Измерение основных
	характеристик
	Парамвтрон
	Модулятор
	СВЧ ключ
Р и с .	2.52
П р е д л а г а е м а я эквивалентная	схема пленки,	как и лю

бая эквивалентная схема, используемая для расчетов радиотехнических цепей, не является универсальной и справедлива в ограниченной области частот и амплитуд внешних полей, воздействующих на пленку.

Рассмотренные примеры теоретического анализа ра боты устройств с пленками иллюстрируют возможность использования математической модели и эквивалентной

схемы	Т Ф П при		различных способах связи				(рис. 2.52)
пленки	с	внешними		цепями.	Как	способы	включения
пленки	в	схему,	т а к	и в о з м о ж н ы е		типы	устройств с
Т Ф П ,	д л я	анализа которых			может	быть использована

146

п р е д л о ж е н н ая эквивалентная схема пленки, не ограничи ваются примерами, рассмотренными в книге. Не вызы вает сомнений, что такие устройства с ТФП , как чувст вительный магнитометр поля [5] , коммутатор высоко частотного поля [39] и другие устройства [40, 41] могут исследоваться с применением описанной эквива лентной схемы ТФП . Эквивалентная схема ТФ П може т быть использована и при разработк е методики опреде ления характеристик устройств с пленками, а такж е ха рактеристик самих пленок.

П Р И Л О Ж Е Н И Е 1

МОДЕЛЬ МАГНИТОСВЯЗАННОЙ ПЛЕНКИ

Взаимодействие пленки с внешними цепями позволяет перейти от магиитомеханнческой модели пленки (1.14) к электрической


эквивалентной		схеме. Для этого			целесообразно	предположить, что
поле Нх в направлении X связано с током обмотки							соотношением
Hx—lx-ix,	где fx		— постоянная		пропорциональности,		определяемая
конструктивными особенностями внешней цепи. Аналогично,								в на
правлении	Y	связь можно		выразить как Hv =		fv-iv.	Токи ix	и i v
в общем	случае		состоят	из постоянной и переменной компонент.

Анизотропные свойства пленки отражаются составляющими потоко-

сцепления		Ч/„ и Ч/т .
Один из способов перехода к эквивалентной схеме магнитосвя-
заннон пленки заключается в следующем.									В качестве исходного,
уравнения		используется			уравнение		(1.14).		Перепишем его:
		(1 4-а =)		с1Ч		a d%
						•5F +		// KSln0cos6 +
			+	Я д . sin 0 — Я у				cos 0 = 0.		(П1.1>
Новые переменные			определяются				соотношениями
		0 = arcsin<PT ,					6 = arc cos Ф л ,			(Ш.2)>
где Ф т	= ¥ Т Д Г 0 Т ;		Ф, = ¥ Л /ЧГ 0 Л ;				I r	0 T i л — максимально		вносимые
пленкой	дополнения к потокосцепленшо обмоток X, Y.
Для того чтобы осуществить замену переменных, находим										первую
и вторую		производные		0 по времени:
		dt - Ф ,	0 -	»	? )	-				(П1.3>

147

Аналогично

находятся

0 н в в функции

переменной

Фл :

£ - - Ф л

о - » ; ) - ,

/ 8 .

d2 0

_ ф Д 1 _ Ф * ) - 1 / 2 _ ф 2 ф Д 1 _ Ф 2 ) - з / 2 .

(Ш . За )

Подставляя

раздельно

найденные

выражения

(П1.3) и

( Ш . З а )

в (П1.1) и

умножая

соответственно

на Ф л

и Фт , получаем

[ф'т +

Ф2 Т Ф Т Ф 7 2 ] +

ВФТ

Я К Ф Т Ф 2

+ Я д . Ф т Ф л - / / у Ф 2

= 0 ,

(П1.4)

- s [ * a

+ Ф 2 Ф Л Ф 7 2 ] - В Ф Л

+ Я К Ф Л Ф 2

Я , Ф 2

- Я у Ф л Ф т

(П1.5)

где В = •

5 =

(1 +

в»)

С учетом

соотношения

Ф2 +

Ф~ =

преобразуем

уравне

ния (П1.4) и (П1.5)

следующему

виду:

5 Ф Т

+ ВФ„

± Н , ( 1 - Ф 2 ) " 2 +

Я , Ф Т

Ф(Т—Яу

(П1.6)

5Ф л + В Ф л 5 т - ^ 2 - - Я к ( 1 - Ф 2 ) +

Фл =

Я д : .

(П1.7)

Выражая их через абсолютные значения потокосцепления, будем иметь

С т ¥ т + О т Т т	+ - р - Т т - J O T + ' T ,		( П 1 . 8 )
С л ¥ л + О л Ч Г л		= Явя + 1Я,	( П 1 . 9 )
где использованы следующие	обозначения:
	(1 +	а*)	(ШЛО)
			(ШЛО)
	у	от	(П1.11)
	у	от

148

L ^		= ~HT'			( П 1 1 2 )
(1 + а	)	т	,	д 2
2		фф,2
± [Л0 л + Лл (О] (1 -		Ф ? ) 1 / 2 +	[Л.т +	Ат (0] Фт.	(П1.14)

^ л к = ^ р ,

(П1.17)

Л л = % 7 ^ -

( т л е )

(1 + а2 )

(ГГ^у

- >

- ф л

[А.т +

А т ( * ) ] ( 1 - Ф * ) 1 / 2 +

[ А в Л Н - А л Ю ] Ф Л .

(П1Л9)

Таким образом, уравнение (П1.1) можно

выразить

или

через

переменную X FT ,

или через

Ч;„.

Уравнение

(П1.8) характеризует

влияние

пленки

на

Х-цепь,

а уравнение

(П1.9) — на

У-цепь.

Как

можно

видеть

из

уравнений

(ШЛО) — (П1.12) и

(П1.15) — (П1.17),

эквивалентные

параметры схемы

замещения

при

пересчете

их

во

внешние магнитосвязанные с пленкой цепи

определяются физиче

скими параметрами пленки и параметрами электрической цепи.

Полученные уравнения (П1.8) и (П1.9)

являются

математиче

ской моделью

пленки, связанной

с внешними

электрическими

цепя

ми. Этим уравнениям соответствуют эквивалентные схемы, которые заменяют взаимодействующую с внешними цепями пленку нелиней ной колебательной системой. Анизотропные свойства пленки в дан ном случае отражаются отдельными компонентами потокосцепления Ч'л и Ч'т. Эта модель может быть использована для исследования радиотехнических цепей, содержащих пленки для случая большого сигнала. Даж е в случае представления магнитосвязанной пленки в виде нелинейной колебательной системы с сосредоточенными пара метрами для исследования радиотехнических схем при воздействии больших сигналов необходимо использовать численные методы расчетов. Учет отклонения внешнего поля от плоскости пленки приведет к еще более сложной модели пленки, которая будет опи сываться дифференциальными уравнениями в частных производных. Для того чтобы получить модель, которую можно было бы исполь зовать для аналитических расчетов, необходимо линеаризовать ис ходную (нелинейную модель). Линейное приближение можно по-

149

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415 / 1715 16 17 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ