DE1188129B - Schaltanordnung fuer elektrische Geraete und Anlagen unter Verwendung duenner magnetischer Schichten - Google Patents

Schaltanordnung fuer elektrische Geraete und Anlagen unter Verwendung duenner magnetischer Schichten

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DE1188129B
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Dipl-Ing Klaus Sabban
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/80Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using non-linear magnetic devices; using non-linear dielectric devices

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (7)

  1. Patentansprüche: 1. 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 Achse vorzugsweise in Vorzugsrichtung der Schicht liegt, die Schicht von einem magnetischen Zustand in den anderen dadurch umschaltbar ist, daß der Leiteranordnung unipolare Stromimpulse zugeführt werden, deren Amplitude so groß gewählt ist, daß der Arbeitspunkt der Schicht durch das in der genannten Leiteranordnung induzierte Magnetfeld, abhängig von der Polarität der Stromimpulse, in der einen oder anderen Richtung über die Astroide hinaus ausgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine weitere, die Schicht umgebende Leiteranordnung (W1) als Schaltglied mit zwei magnetisch stabilen Zuständen verwendet ist und daß hierzu einerseits der Arbeitspunkt (A) derart bemessen und andererseits die das Schaltglied darstellende Leiteranordnung (W1) mit ihrer magnetischen Achse hinsichtlich der Magnetisierung der Schicht derart angeordnet ist, daß ihre beiden magnetisch stabilen Zustände gegenseitig einen möglichst großen Unterschied aufweisen.
  2. 2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Arbeitspunkt (A) der Schicht (S) durch entsprechende Bemessung des Magnetfeldes (H) möglichst nahe an der Astroide festgelegt ist, vorzugsweise im Bereich kohärenter Rotation.
  3. 3. Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das Schaltglied darstellende Leiteranordnung (W1) hinsichtlich ihrer magnetischen Achse senkrecht zur Vorzugsrichtung der Schicht (S) angeordnet ist.
  4. 4. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Schaltglied darstellende Leiteranordnung (W1) hinsichtlich ihrer magnetischen Achse in Richtung einer der beiden Lagen (M1, M2) der Magnetisierung angeordnet ist.
  5. 5. Schaltanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Festlegung des magnetischen Arbeitspunktes (A) derart, daß die beiden stabilen Lagen (M1, M2) der Magnetisierung der Schicht (S) in diesem Arbeitspunkt (A) einen Winkel von 90° einschließen.
  6. 6. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteranordnungen jeweils aus einer die Schicht umschließenden Spulenwicklung bestehen, die im Extremfall nur eine Windung aufweist.
  7. 7. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch ihre Zusammenschaltung mit einer weiteren völlig gleichen Anordnung derart, daß die Wicklungen (W2) für das Umschalten (Steuerwicklungen) gleichsinnig und die das Schaltglied darstellenden Wicklungen (W1) zueinander gegensinnig in Reihe geschaltet sind. B. Schaltanordnung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht, abgesehen von der Steuerwicklung (W2), von zwei weiteren Wicklungen (WI', W Y') umgeben ist, die senkrecht zueinander und hinsichtlich der Schicht (S) unter Berücksichtigung eines geeignet gewählten Arbeitspunktes (A) so angeordnet sind, daß die magnetische Achse einer dieser beiden Wicklungen (W 1") mit einer Richtung der beiden stabilen Lagen (M1) der Magnetisierung zusammenfällt, während die andere stabile Lage (M2) der Magnetisierung mit der magnetischen Achse sowohl der einen wie der anderen Wick-lung (W 1', W 1'l einen endlichen Winkel einschließt. 9. Schaltanordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Festlegung des magnetischen Arbeitspunktes (A) derart, daß die beiden stabilen Lagen (M1, M2) der Magnetisierung der Schicht (S) im Arbeitspunkt (A) einen Winkel von 45 oder 135° einschließen. 10. Schaltanordnung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch ihre Zusammenschaltung mit einer weiteren völlig gleichen Anordnung derart, daß die Steuerwicklungen (W2) beider Anordnungen gleichsinnig und die beiden weiteren Wicklungen (W1', W1") kreuzweise miteinander in Reihe geschaltet sind. 11. Schaltanordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ihre Reihenschaltung mit einer weiteren völlig gleichen Anordnung, derart, daß alle Steuerwicklungen (W2) der Einzelelemente vom impulsförmigen Steuerstrom gleichsinnig durchflossen sind, und daß bei den aus der Reihenschaltung resultierenden beiden weiteren, aus paarweise gleichen Einzelwicklungen bestehenden Summenwicklungen (W11") jeweils die gleichen Einzelwicklungen zueinander gegensinnig geschaltet sind. 12. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Arbeitspunkt (A) auf der die schwere magnetische Richtung der Schicht markierenden Achse der Astroide festgelegt ist. 13. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das den magnetischen Arbeitspunkt (A) festlegende Magnetfeld (H) von einem Permanentmagneten (P) erzeugt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1098 994; französische Patentschrift Nr. 1262 343; »The Journal of the British Institution of Radio Engineers«, Oktober 1960, S. 765 bis 784; »Electronics«, 3. März 1961, S. 39 bis 41. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1146107.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1098994B (de) * 1956-10-08 1961-02-09 Ibm Deutschland Bistabiles magnetisches Speicherelement mit Vorzugsrichtung der Magnetisierung
FR1262343A (fr) * 1959-07-28 1961-05-26 Ibm Dispositif magnétique dynamique

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1098994B (de) * 1956-10-08 1961-02-09 Ibm Deutschland Bistabiles magnetisches Speicherelement mit Vorzugsrichtung der Magnetisierung
FR1262343A (fr) * 1959-07-28 1961-05-26 Ibm Dispositif magnétique dynamique

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