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Schaltanordnung für elektrische Geräte und Anlagen unter Verwendung
dünner magnetischer Schichten Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung
für elektrische Geräte und Anlagen, bestehend aus wenigstens einer von Leiteranordnungen
umgebenen dünnen magnetischen Schicht mit Vorzugsrichtung.
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Dünne magnetische Schichten sind an sich bekannt. Sie sind einige
100 A dick und werden durch Aufdampfen, Aufstäuben oder galvanisch auf einen nichtmagnetischen
Träger aufgebracht. In der Regel besitzen derartige Schichten eine Vorzugsrichtung
und lassen sich für eine Magnetisierung, die von dieser Vorzugsrichtung abweicht,
hinsichtlich ihrer magnetischen Eigenschaften nicht mehr durch eine einzige Hystereseschleife
beschreiben; vielmehr ist es zweckmäßig, hierfür die sogenannte kritische Kurve
(Astroide) anzugeben. Die Astroide ist eine allgemeine Aussage über die Eigenschaften
dünner magnetischer Schichten. Sie beinhaltet sämtliche möglichen Hystereseschleifen
und beschreibt außerdem noch den Mechanismus, durch den jeweils das Ummagnetisieren
(Wandverschiebung, Spinnotation) zustande kommt.
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Dünne magnetische Schichten werden zu Speicherzwecken in Daten verarbeitenden
Maschinen verwendet; insbesondere bei solchen Maschinen, die sehr große Speichergeschwindigkeiten
verlangen. Die einzelnen Speicherelemente bestehen hierbei aus wenigstens einer
Schicht, die in Vorzugsrichtung durch ein Steuerfeld leicht vorgespannt ist und
durch ein hierzu senkrecht angeordnetes Magnetfeld angetrieben wird. Anordnungen
dieser Art sind beispielsweise in dem Aufsatz von W. E. P ro eb s te r >;Dünne magnetische
Schichten als Speicher und Schaltkreiselemente«, Elektrische Rechenanlagen, B. 1,
1959, S.164 bis 171, beschrieben. Die genannte Arbeit enthält außerdem eine ausführliche
Erläuterung der Astroide.
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Es sind auch bereits binäre Speicherelemente aus dünnen magnetischen
Schichten bekannt, bei denen die Schicht mit zwei senkrecht zueinander angeordneten
Wicklnnnen versehen ist. Die eine Wicklung, die die Schicht in Vorzuggrichtung umschließt,
ist hierbei mittels eines Kordei-sators züi einem Resonanziär@ei s ergänzt, während
an die andere Wicklung eine periodische Wechselspannung angelegt wird. Je nach der
ma-netischen Ausga>gxgsl_ag e_age der Schicht ist die Spannring an: Resonanzkreis
mit evem die andere Wicklung- durchfließender: Strom in tllase oder in Gegennlias:--.
Mittels eines der Wicklung des Resonanzkreises zugeführten Impulses bestimmter Polarität
kann. der nra2netische Zustand der Schicht umgeschaltet werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres speicherfähiges
Element der einleitend beschriebenen Art anzugeben, das in einfacher Weise von den
Eigenschaften dünner magnetischer Schichten zur Realisierung eines Schalters Gebrauch
macht und allgemein anwendbar ist.
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Ausgehend von einer Schaltanordnung für elektrische Geräte und Anlagen,
bestehend aus wenigstens einer von Leiteranordnungen umgebenen dünnen magnetischen
Schicht mit Vorzugsrichtung, die von einem in der Schichtebene verlaufenden Magnetfeld
zur Festlegung eines Arbeitspunktes innerhalb der die Eigenschaften der Schicht
beschreibenden kritischen Kurve (Astroide) vormagnetisiert ist und bei der mittels
einer Leiteranordnung, deren magnetische Achs;, vorzugsweise in Vorzugsrichtung
der Schicht liegt, die Schicht von einem iragnetischen Zustand in den anderen dadurch
umschaltbar ist, daß der Leiteranordnung unipolare Stromimpulse zugeführt werden,
deren Amplitude so groß gewählt ist, daß der A:@Jeitsi@unkt der Schicht durch das
in der genannten Leiteranordnung induzierte Magnetfeld, abhängig von der Polarität
der Stromimpulse, in der einen oder anderen Richtung Tiber die Astroide hinaus ausgelenkt
wird, v:ird Gemäß der Erfindung ., die Aufgabe dad=urch gelöst, ciüP wei-@igstens
eine weitere, die Scaicilt un,Jejende Leiteranordnung als Sehalt;lied mit z;7je;
zna rfr,etis@.l, stabilen Zuständen verwendet ist, und daß h#_'erz t, einerseits
der Arbeitspu_ikt derart bemessen und andererseits die das Sch: itglied darstellende
Leiteranordnung mit ihrer magnetischen Achse hinsichtlich der i1-lagnetisierung
der Schicht derart angeordnet ist, daß ihre beiden magnetisch stabilen Zustände
gegenseitig einen möglichst großen Unterschied aufweisen.
Als besonders
vorteilhaft haben sich folgende jeweils modifizierbaren Grundformen der erfindungsgemäßen
Schaltanordnung erwiesen.
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a) Der magnetische Arbeitspunkt der Schicht ist möglichst nahe an
der Astroide festgelegt, vorzugsweise im Bereich kohärenter Rotation. Hierbei ist
es zweckmäßig, die das Schaltglied darstellende Leiteranordnung hinsichtlich ihrer
magnetischen Achse senkrecht zur Vorzugsrichtung der Schicht anzuordnen.
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b) Der magnetische Arbeitspunkt ist so festgelegt, daß die beiden
stabilen Lagen der Magnetisierung der Schicht in diesem Arbeitspunkt einen Winkel
von vorzugsweise 90° einschließen und daß die das Schaltglied darstellende Leiteranordnung
hinsichtlich ihrer magnetischen Achse in Richtung einer dieser beiden Lagen der
Magnetisierung angeordnet ist. Eine eventuell störende Kopplung zwischen den beispielsweise
Spulenwicklungen darstellenden Leiteranordnungen kann in sehr einfacher Weise dadurch
beseitigt werden, daß zwei unter sich gleiche Schaltanordnungen zu einer Funktionseinheit
in der Weise zusammengeschaltet werden, daß die Wicklungen für das Umschalten (Steuerwicklungen)
gleichsinnig und die das Schaltglied darstellenden Wicklungen zueinander gegensinnig
in Reihe geschaltet sind.
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c) Der magnetische Arbeitspunkt ist dadurch bestimmt, daß die Schicht,
abgesehen von der Steuerwicklung, von zwei weiteren Wicklungen umgeben ist, die
senkrecht zueinander und hinsichtlich der Schicht unter Berücksichtigung eines geeignet
gewählten Arbeitspunktes so angeordnet sind, daß die magnetische Achse einer dieser
beiden Wicklungen mit einer Richtung der beiden stabilen Lagen der Magnetisierung
der Schicht zusammenfällt, während die andere stabile Lage der Magnetisierung mit
der magnetischen Achse sowohl der einen wie der anderen Wicklung einen endlichen
Winkel einschließt. Diese Form des Erfindungsgegenstandes weist insofern Transfluxoreigenschaften
auf, als über die Steuerwicklung der Kopplungsgrad zwischen den beiden weiteren
Wicklungen zwischen dem Wert Null und einem maximalen Wert umschaltbar ist. Bei
einem in dieser Weise ausgebildeten Erfindungsgegenstand muß, sofern optimale Schalteigenschaften
zu gewährleisten sind, der Arbeitspunkt so gelegt werden, daß die beiden Lagen der
Magnetisierung einen Winkel von 45 oder 135° einschließen. Eventuell störende Kopplungen
zwischen der Steuerwicklung einerseits und den beiden weiteren Wicklungen andererseits
können in hohem Maße dadurch beseitigt werden, daß zunächst zwei solche unter sich
völlig gleiche Anordnung hinsichtlich ihrer Steuerwicklungen gleichsinnig und hinsichtlich
ihrer beiden weiteren Wicklungen kreuzweise miteinander in Reihe geschaltet sind.
Die so gewonnene Schaltanordnung muß sodann mit einer weiteren ihr völlig gleichen
Anordnung derart in Reihe geschaltet werden, daß alle Steuerwicklungen der Einzelelemente
vom impulsförmigen Steuerstrom gleichsinnig durchflossen sind und daß bei den aus
der Reihenschaltung resultierenden beiden weiteren, aus paarweise gleichen Einzelwicklungen
bestehenden Summenwicklungen jeweils die gleichen Einzelwicklungen zueinander gegensinnig
geschaltet sind.
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Nachstehend wird die Erfindung näher erläutert. In der F i g. 1 ist
die Astroide für eine dünne magnetische Schicht der einleitend beschriebenen Art
gezeigt. Wird die Schicht durch ein Magnetfeld beaufschlagt, dessen Feldlinien parallel
zur Vorzugsrichtung (= leichte Richtung Hl) liegen, so läßt sich die Größe
des Feldes in der Abszisse des Diagramms einzeichnen.
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Bei senkrecht hierzu stehendem Magnetfeld gilt ein Wert auf der Ordinate
(= schwere Richtung Hs), und ein Punkt an beliebiger Stelle im Diagramm bedeutet
ein Magnetfeld, das sich aus einer Komponente in der Hi-Achse und einer Komponente
in der Hs-Achse zusammensetzen läßt.
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Dieser Punkt beschreibt also die Amplitude und Richtung des in der
Schichtebene an die Schicht angelegten Magnetfeldes. Die sich in der dünnen Schicht
einstellende Magnetisierung (entspricht in sehr guter Näherung der Induktion) findet
man durch folgende Konstruktion. Von dem Punkt aus wird die Tangente an die Astroide
gelegt. Die Tangente gibt die Richtung der in der Schicht sich einstellenden Magnetisierung
an; ihr Betrag ist immer gleich groß, unabhängig davon, welche Größe das angelegte
Magnetfeld hat; diese Konstruktion ist in der F i g. 1 für zwei magnetische Arbeitspunkte
der Schicht darstellende Punkte A und A' durchgeführt. Die Richtung
und die Größe des jeweils anliegenden Magnetfeldes ist durch die mit H bzw.
H' bezeichneten Vektoren dargestellt. Für den innerhalb der Astroide liegenden
ArbeitspunktA sind zwei Lagen M1 und M2 der Magnetisierung möglich. Welche der beiden
Lagen M1 und _M2 sich einstellt, hängt von der magnetischen Vorgeschichte der Schicht
ab. Im Arbeitspunkt A' ist nur mehr die Lage M2' der Magnetisierung möglich.
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Aus dem Diagramm der F i g. 1 ist zu erkennen, daß im Gegensatz zu
den meisten magnetischen Materialien bei dünnen magnetischen Schichten die Möglichkeit
gegeben ist, daß die magnetische Induktion eine andere Richtung hat als die magnetische
Feldstärke. Außerhalb der Astroide ist auf der linken Seite des Diagramms nur eine
nach links gerichtete Magnetisierung möglich. Analoges gilt für die rechte Seite.
Die beiden möglichen Magnetisierungen innerhalb der Astroide entsprechen einer Hysterese,
die verschwindet, sobald die Größe des angelegten Magnetfeldes H über die Astroide
hinauswächst. Für den Fall, daß das Magnetfeld H in der leichten Richtung
Hl oder in der schweren Richtung Hs an der Schicht anliegt, ist der Grenzwert
des Magnetfeldes H, bei dem die Hysterese verschwindet, durch die Anisotropiefeldstärke
Hr der Schicht, die ebenfalls in das Diagramm der F i g. 1 eingetragen ist, bestimmt.
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Fernerhin siild in die Astroide noch Bereiche eingezeichnet, die angeben,
durch welchen physikalischen Vorgang die dünne Schicht ummagnetisiert wird. Befindet
sich der Arbeitspunkt z. B. innerhalb des rechten oder linken Zipfels der Astroide,
geschehen die Induktionsänderungen durch Blochwandverschiebung. Außerdem sind noch
Magnetisierungsänderungen durch kohärente und inkohärente Rotation möglich. Bei
der ersten drehen sich sämtliche Spins einer dünnen Schicht gleichzeitig von ihrem
Anfangs- in den Endzustand. Dieser Vorgang ist nahezu trägheitslos. Inkohärente
Rotation bedeutet, daß sich die Spinrichtungen nacheinander statistisch verteilt
ändern.
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Bei der erfindungsgemäßen Schaltanordnung soll vorzugsweise der Bereich
der kohärenten Rotation ausgenutzt werden.
Die beiden stabilen Lagen
der Magnetisierung innerhalb der Astroide entsprechen, sofern der Arbeitspunkt
A nicht auf der die schwere Richtung Hs markierenden Ordinate liegt, für
eine die Schicht umgebende Leiteranordnung, beispielsweise eine Spule, zwei verschiedenen
Induktionswerten. In der F i g. 2 ist nochmals die obere Hälfte der Astroide in
einem Diagramm dargestellt, in das ferner die Linien konstanter Induktivität für
eine mit ihrer magnetischen Achse in der schweren Richtung Hs der Schicht angeordnete
Spule eingezeichnet sind. Für die nach rechts ausgerichtete Magnetisierung gelten
hierbei die ausgezogenen Linien und für die nach links ausgerichtete Magnetisierung
die gestrichelten Kurven. Beide Linienarten sind jeweils mit einem Pfeil versehen,
der die Richtung wachsender Induktivität angibt. Wie das Diagramm zeigt, ist außerhalb
der Astroide, entsprechend nur einer stabilen Lage der Magnetisierung, abhängig
von der Lage des Arbeitspunktes stets nur eine bestimmte Induktivität möglich. Innerhalb
der Astroide sind dagegen zwei Induktivitäten möglich. Welche der beiden möglichen
Induktivitäten vorliegt, ist durch die Lage der Magnetisierung bestimmt. Im vorliegenden
Fall ist angenommen, daß sich der Arbeitspunkt A in unmittelbarer Nähe des rechten
Astes der Astroide auf dem Schnittpunkt der ausgezogenen Linie a konstanter Induktivität
und der gestrichelten Linie b konstanter Induktivität befindet. Die Linie b bedeutet
hierbei eine große Induktivität, während die Linie a eine kleine Induktivität darstellt.
Wurde der Arbeitspunkt A zunächst durch ein parallel zur leichten Richtung
Hl ausgerichtetes Steuerfeld Hst + nach rechts über die Astroide ausgelenkt,
dann gilt für die Induktivität die Linie a, da die sich hierdurch einstellende,
nach rechts ausgerichtete Magnetisierung erst wieder in die zweite Gleichgewichtslage
umklappt, wenn der Arbeitspunkt A über den linken Ast der Astroide hinaus ausgelenkt
wird. Geschieht dies in der in der F i g. 2 angedeuteten Weise durch ein kurzzeitiges
Steuerfeld Hst -, dann nimmt die Spule die große Induktivität entsprechend
der Linie b an. Die nunmehr nach links ausgerichtete, den gestrichelten Linien konstanter
Induktivität zugehörige Magnetisierung kann ihrerseits erst wieder in die rechte
Lage umkippen, wenn der Arbeitspunkt A über den rechten Ast der Astroide hinaus
ausgelenkt wird.
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Auf diese Weise läßt sich also eine hinsichtlich ihrer Induktivität
umschaltbare Leiteranordnung verwirklichen. Der Induktivitätssprung ist besonders
groß, wenn der Arbeitspunkt A möglichst nahe an einem Ast der Astroide festgelegt
wird. In unmittelbarer Nähe der Astroide ist nämlich stets eine der beiden möglichen
Induktivitäten und damit der Induktivitätshub sehr groß.
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In der F i g. 3 ist in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel
nach der Erfindung dargestellt, das entsprechend dem Diagramm der F i g. 2 bemessen
ist. Die auf einem nichtmagnetischen Träger aufgebrachte dünne magnetische Schicht
S ist von zwei aufeinander senkrecht stehenden Wicklungen W 1 und W 2 umschlossen.
Die Wicklung W l, die mit ihrer magnetischen Achse in der schweren Richtung Hs der
Schicht angeordnet ist, bildet hierbei die eigentliche umschaltbare Induktivität.
Die zweite Wicklung W 2 stellt eine Steuerwicklung dar, der ein impulsförmiger
Steuerstrom Ist zum Umschalten der Induktivität der Wicklung W 1 zugeführt
wird. Das den Arbeitspunkt der Schicht festlegende Magnetfeld H ist beim Ausführungsbeispiel
nach der F i g. 3 durch einen Permanentmagneten P erzeugt, von dem aus Gründen der
Einfachheit nur die beiden Pole angegeben sind.
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Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der Anordnung nach der
F i g. 3 sind in der F i g. 4 über der Zeit der Steuerstrom Ist und die zugehörige
Änderung der Induktivität L der Wicklung W 1 untereinander aufgetragen. Zunächst
sei angenommen, daß die Wicklung W 1 die große Induktivität Lb entsprechend
der Linie b konstanter Induktivität nach der F i g. 2 aufweist. Kommt nun ein positiver
Stromimpuls an, der den Arbeitspunkt A nach rechts über die Astroide hinaus auslenkt,
dann wird die Induktivität L zunächst sehr groß, um dann, sobald der Arbeitspunkt
die Astroide überschreitet, auf einen kleinen Wert La' zu springen, der der maximalen
Auslenkung des Arbeitspunktes entspricht. Sobald der Steuerstromimpuls beendet ist
und der Arbeitspunkt in die Ausgangslage zurückspringt, stellt sieh die der Linie
a konstanter Induktivität entsprechende Induktivität La ein. Ein negativer
Stromimpuls treibt den Arbeitspunkt auf den linken Ast der Astroide zu, so daß zunächst
die Induktivität L der Wicklung W 1
zunimmt. Sobald der Arbeitspunkt jedoch
den linken Ast der Astroide überschreitet, klappt die Magnetisierung in die den
gestrichelten Linien konstanter Induktivität zugeordnete Magnetisierung um, so daß
während der Dauer des negativen Stromimpulses die Wicklung W 1, die kleine
Induktivität Lb' aufweist. Nach Beendigung des Impulses stellt sich wieder die der
Linie b entsprechende große Induktivität Lb ein.
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Die eine umschaltbare Induktivität darstellende Wicklung W 1 nach
der F i g. 3 kann auch hinsichtlich ihrer magnetischen Achse eine von der schweren
Richtung Hs abweichende Lage einnehmen. Beispielsweise kann sie ebenfalls wie die
Steuerwicklung W 2 mit ihrer magnetischen Achse in der leichten Richtung
Hl der Schicht liegen. Das Ausführungsbeispiel nach der F i g. 3 hat allerdings
den Vorzug, daß die beiden Wicklungen W 1 und W 2
wenigstens hinsichtlich
ihrer Luftinduktivitäten gegeneinander entkoppelt sind. Für das einwandfreie Arbeiten
der erfindungsgemäßen Anordnung ist es ferner nicht Voraussetzung, die Steuerwicklung
W 2
mit ihrer magnetischen Achse in der Vorzugsrichtung der Schicht anzuordnen.
Es muß lediglich gewährleistet sein, daß das Steuerfeld Hst den ArbeitspunktA über
zwei zur schweren Richtung Hs symmetrisch liegende Astroiden-Äste hinaus auszulenken
vermag. Die in der F i g. 3 angegebene Anordnung ist jedoch insofern besonders vorteilhaft,
weil hier für das Umschalten der Induktivität die kleinste Schaltleistung benötigt
wird.
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Die Tatsache, daß die eine dünne magnetische Schicht umgebende Wicklung
unter den im vorstehenden geschilderten Voraussetzungen zwei unterschiedliche stabile
Induktivitätswerte annehmen kann, hat ihre Ursache in der sogenannten differentiellen
Induktivität der Spulenwicklung, die in Abhängigkeit der Lage der Magnetisierung
der Schicht verschieden groß ist. Die Induktivität L einer ein weichmagnetisches
Medium umschließenden Wicklung ergibt sich zu
Hierin bedeuten L, die Luftinduktivität der Wicklung und der durch
das weichmagnetische Medium bedingte zweite Summand, LD die differentielle Induktivität.
Die differentielle Induktivität LD selbst ergibt sich aus dem Produkt der Materialkonstanten
c mit dem Differenzialquotienten aus der Flußänderung d0 nach der Feldstärkeänderung
dH. Die Abhängigkeit des Differentialquotienten
von der Lage der Magnetisierung der Schicht ist in den F i g. 5 a und 5 b veranschaulicht.
In der F i g. 5 a ist zunächst angenommen, daß die Magnetisierung auf Grund der
magnetischen Vorgeschichte der Schicht in Vorzugsrichtung nach rechts ausgerichtet
ist. Ein unter dem Winkel a angelegtes Magnetfeld H bewirkt, daß die Magnetisierung
sich in der mit M 1 bezeichneten Lage aus der Vorzugsrichtung herausdreht. Wird
nunmehr eine die Schicht umgebende Wicklung, die mit ihrer magnetischen Achse in
Vorzugsrichtung liegen soll, mit einem kleinen Strom beaufschlagt, der eine in der
Vorzugsrichtung liegende Feldkomponente AH, erzeugt, dann resultiert hieraus
ein neues Magnetfeld H', dessen Winkellage von der des ursprünglichen Magnetfeldes
H verschieden ist. Dieser Lageänderung entspricht eine Drehung der Magnetisierung
aus der Lage M 1 in die Lage M 1'.
Die Größe der Flußänderung A iD1
in der Wicklung ergibt sich aus der Differenz der Projektionen der Magnetisierung
in der Lage M1 und der Lage M1' in die Vorzugsrichtung.
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In der F i g. 5 b ist der gleiche Vorgang mit dem Unterschied dargestellt,
daß die Schicht eine Magnetisierung in Vorzugsrichtung nach links aufweist. Die
nunmehr durch die Drehung der Magnetisierung aus der mit M2 bezeichneten
Lage in die Lage M2' in der Wicklung auftretende Flußänderung A (D2 ist wesentlich
größer als die Flußänderung A (D1, obgleich beide Mußänderungen auf die gleiche
Stromänderung in der Wicklung zurückgehen und auch die Magnetisierung der Schicht
durch das Magnetfeld H in beiden Fällen gleich ist. Die Flußänderung ist also, abgesehen
von dem Ort des Arbeitspunktes innerhalb der Astroide, abhängig von der Lage der
Magnetisierung. Hierbei zeigt sich, daß die durch einen bestimmten in der Wicklung
fließenden Strom verursachte Flußänderung um so größer ist, je mehr sich der Winkel
zwischen der Magnetisierung und der leichten Richtung Hl - vorausgesetzt,
daß die Wicklung selbst mit ihrer magnetischen Achse in der Vorzugsrichtung liegt
- 90° nähert. Dies gilt jedoch nur so lange, wie die Spitze des das Magnetfeld H
markierenden Vektors sich noch innerhalb der Astroide befindet. Wird dagegen das
Magnetfeld H sehr groß, dann wird die Magnetisierung von diesem Feld gleichsam immer
mehr festgehalten, so daß eine Feldänderung in der leichten Richtung Hl keinen
Einfluß auf die Magnetisierung mehr ausüben kann. Die Schicht ist in diesem Fall
magnetisch unwirksam. Gleiches gilt, wenn das Magnetfeld H in der leichten Richtung
Hl an der Schicht anliegt. Infolge ihrer magnetischen Sättigung kann auch
ein noch so großes JH, keine Flußänderung mehr hervorbringen.
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Von der Erkenntnis, daß einerseits die Induktivität einer eine dünne
magnetische Schicht umgebenden Wicklung bei vorgegebenem Arbeitspunkt A am größten
ist,, wenn die Magnetisierung der Schicht senkrecht auf der magnetischen Achse der
Wicklung steht, und daß andererseits diese Wicklung die kleinste Induktivität aufweist,
wenn die Magnetisierung mit ihrer magnetischen Achse zusammenfällt, kann gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ebenfalls zum Umschalten einer Induktivität Gebrauch
gemacht werden.
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In diesem Fall kann, wie das Diagramm der F i g. 6 zeigt, der Arbeitspunkt
A beispielsweise auf der die schwere Richtung Hs markierenden Ordinate angeordnet
sein. Die Lage des Arbeitspunktes A auf der Ordinate Hs ist hierbei so gewählt,
daß die in diesem Punkt gegebenen beiden stabilen Lagen der Magnetisierung M1 und
M2 einen Winkel von 90° einschließen. Die das Schaltglied bzw. die umschaltbare
Induktivität darstellende Wicklung muß, soll der größtmöglichste Induktivitätshub
ausgenutzt werden, nunmehr mit ihrer magnetischen Achse in Richtung einer der beiden
Lagen M1 oder M2 der Magnetisierung liegen. Die Steuerwicklung kann wiederum analog
zur F i g. 3 in der leichten Richtung H2 der Schicht S angeordnet sein. Das Magnetfeld
H zur Festlegung des Arbeitspunktes A wird beim Ausführungsbeispiel nach der F i
g. 7 durch eine von einem Vormagnetisierungsstrom 1v durchflossenen Wicklung
W 3 erzeugt. Die Wicklung W 1 gibt die umschaltbare Induktivität ab,
und die Wicklung W2 dient der Steuerung. An Stelle der Wicklung W 3 kann selbstverständlich
auch analog zur F i g. 3 ein Permanentmagnet treten.
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Sollte die gegenseitige Kopplung der Wicklungen W 1 und
W 2 stören, so empfiehlt sich eine Anordnung nach der F i g. B. Die F i g.
8 besteht aus zwei unter sich völlig gleich aufgebauten Anordnungen nach der F i
g. 7, deren Wicklungen W 1 zur Wicklung W 11 gegensinnig und deren Steuerwicklungen
W 2 zur Wicklung W22 gleichsinnig in Reihe geschaltet sind. In gleicher Weise
können, wie das in der F i g. 8 angegeben ist, die der Vormagnetisierung dienenden
Wicklungen W 3 zur Wicklung W33 gleichsinnig in Reihe geschaltet sein.
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Selbstverständlich können zwei Anordnungen nach der F i a. 3 ebenfalls
auf diese Art zusammengeschaltet werden, wenn die über die Magnetisierung der Schicht
S vorhandene Kopplung zwischen den beiden Wicklungen TY'1 und W2 kompensiert werden
soll.
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Die Ausführungsbeispiele nach den F i g. 3, 7 und 8 sind je«7eils
mit Wicklungen ausgeführt. Selbstverständlich ist der Erfindungsgegenstand nicht
auf derartige Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können an Stelle der NTe'icklungen
bei hohen und höchsten Frequenzen Leiteranordnungen aus Band, Koaxial- oder Hohlleitern
treten, die um die Schicht herumgelegt sind bzw. die Schicht umschließen.
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An Stelle der das Schaltglied der erfindungsgemäßen Anordnung darstellenden
einen Wicklung W1 können auch zwei Wicklungen vorgesehen werden, die senkrecht zueinander
angeordnet sind und einen hinsichtlich seines Koppelgrades umschaltbaren Transformator
darstellen. Hierfür ist Voraussetzung. daß eine der beiden Lagen der Magnetisierung
im Arbeitspunkt in Richtung der magnetischen Achse einer der beiden Wicklungen liegt,
während die andere Lage der Mags,-etisierung einen endlichen Winkel mit der magnetischen
Achse sowohl der einen wie der anderen Wicklung einschließt. Bei einem in dieser
Weise ausgebildeten Erfindungsgegenstand muß, sofern optimale Schalteigenschaften
zu gewährleisten sind, der Arbeitspunkt so gelegt werden, daß
die
beiden stabilen Lagen der Magnetisierung einen Winkel von 45 oder 135v einschließen.
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In den F i g. 9 und 10 ist ein solches hinsichtlich seiner Schalteigenschaften
optimal bemessenes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Hierbei ist der
Arbeitspunkt A, wie sich aus dem Diagramm der F i g. 9 erkennen läßt, auf der die
schwere Richtung Hs markierenden Ordinate festgelegt. Im Arbeitspunkt A schließen
die beiden Lagen der Magnetisierung M1 und M2 einen Winkel von 135° ein. In gleicher
Weise könnte bei entsprechender Vergrößerung des Magnetfeldes H auf der Ordinate
des Diagramms nach der F i g. 9 auch ein Arbeitspunkt erhalten werden, in dem die
beiden stabilen Lagen der Magnetisierung einen Winkel von 45° einschließen. Beide
Arbeitspunkte sind für die Schaltanordnung nach der F i g. 10 gleichwertig. Durch
die vorgegebene Lage der beiden Wicklungen W l' und W l" nach der F i g.
10 ist erreicht, daß der Kopplungsgrad zwischen ihren für die Lage M1 der Magnetisierung
Null ist, während er für die Lage M2 der Magnetisierung den optimalen Wert von -
besitzt.
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Das Ausführungsbeispiel nach den F i g. 9 und 10 stellt ein magnetisches
Schaltelement mit Transfluxoreigenschaften insofern dar, als es die Kopplung zwischen
zwei Wicklungen umzuschalten gestattet und Speichereigenschaften hat. Selbstverständlich
braucht der Arbeitspunkt nicht auf der die schwere Richtung Hs markierenden Ordinate
angeordnet zu sein. Er kann vielmehr an a11 den Orten innerhalb der Astroide festgelegt
sein, in denen die beiden Lagen der Magnetisierung hinsichtlich der beiden Wicklungen
W 1' und W Y' die geschilderten Voraussetzungen erfüllen.
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Zur weiteren Veranschaulichung der Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels
nach den F i g. 9 und 10 sind in der F i g. 11 über der Zeit der Steuerstrom
Ist und der hiervon abhängige Kopplungsgrad K untereinander aufgetragen.
Im Zeitpunkt Null sei die Lage der Magnetisierung M1 und damit keine Kopplung zwischen
den Wicklungen W 1' und W l" gegeben. Beim Ankommen eines positiven Stromimpulses
klappt die Magnetisierung in die Lage M2 um, wodurch der Kopplungsgrad K kurzzeitig
auf seinen Maximalwert hochschnellt, um sodann während der Dauer des Stromimpulses
auf einem Wert K 1 unterhalb des Maximalwertes zu verharren. Der Wert K
1. ist dadurch bedingt, daß die Lage der Magnetisierung im ausgelenkten Arbeitspunkt
mit der entsprechenden Lage der Magnetisierung im Arbeitspunkt A nicht übereinstimmt.
In ähnlicher Weise erklärt sich der verbleibende kleine Wert K2 des Kopplungsgrades
während der Dauer eines die Kopplung wieder abschaltenden negativen Stromimpulses.
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Die Kopplung zwischen der Steuerwicklung W 2 mit der Wicklung W 1'
einerseits und der Wicklung W Y' andererseits kann in ähnlicher Weise entsprechend
der F i g. 8 kompensiert werden. Beim Ausführungsbeispiel nach der F i g. 10 ist
es jedoch zunächst erforderlich, eine Anordnung zu schaffen, bei der die resultierenden
Wicklungen des das Schaltglied darstellenden Transformators unabhängig vom Schaltzustand
gleiche Induktivitäten aufweisen. Nach dem Ausführungsbeispiel nach der F i g. 12
geschieht dies dadurch, daß zwei unter sich völlig gleiche Anordnungen nach der
F i g. 10 hinsichtlich ihrer Wicklungen W 1' und W Y' kreuzweise zu zwei
unter sich gleichwertigen Wicklungen W 11' gleichsinnig in Reihe geschaltet
werden. Die Steuerwicklungen und Wicklungen für die Vormagnetisierung werden jeweils
ebenfalls gleichsinnig zu den Wicklungen W22
bzw. W 33 in Reihe geschaltet.
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Die gewünschte Entkopplung kann nunmehr dadurch erreicht werden, daß
zwei unter sich gleiche Anordnungen nach der F i g. 12 in der in der F i g. 13 gezeigten
Weise zu einer funktionsfähigen Einheit in Reihe geschaltet werden. Diese Reihenschaltung
ist im Prinzip die gleiche wie die Reihenschaltung der Einzelelemente nach der F
i g. 8, d. h., die Wicklungen W11' sind jeweils gegensinnig zueinander zur Wicklung
W 11" und die Wicklungen W22 gleichsinnig zur Wicklung W 22' in Reihe
geschaltet.