전자 부품의 히스테리시스 이해하기
1. 비교기 회로의 히스테리시스
비교기 회로는 전자 설계에서 의도적인 히스테리시스를 가장 상징적으로 사용하는 것일 것입니다. 이름에서 알 수 있듯이 비교기는 두 입력 신호를 비교하고 출력 전압을 통해 두 입력 중 어느 것이 더 높은 전압을 갖는지 나타내는 장치입니다.
기본 아날로그 비교기는 단순히 이득이 높은 차동 증폭기이며, 이것이 네거티브 피드백이 없는 연산 증폭기가 무난한 비교기를 만들 수 있는 이유입니다. 그러나 연산 증폭기는 비교기 기능에 최적화되어 있지 않으므로 진정한 비교기 IC를 사용하는 것이 훨씬 좋습니다.
이상적인 비히스테리시스 비교기는 차동 입력 임계값이 하나만 있습니다. 일반적으로 이 임계값은 0V이며, 이는 두 입력 신호 간의 차이가 0일 때 출력이 전환됨을 의미합니다. 따라서 비반전 입력의 전압이 반전 입력의 전압 이상으로 상승하자마자 출력은 비교기의 양의 공급 전압으로 급격히 증가합니다. 비반전 입력의 전압이 반전 입력의 전압 아래로 떨어지면 출력이 음의 공급 전압으로 전환됩니다.
이 모든 것이 문서상으로는 좋아 보이지만 실제 회로에서는 단일 임계값 모델이 만족스럽지 않은 경우가 많습니다. 문제는 노이즈입니다. 모든 실제 신호에 영향을 미치는 작은 크기의 변동은 "실제"(즉, 잡음이 없는) 입력 신호가 한 번만 서로 교차한다는 사실에도 불구하고 여러 출력 전환으로 이어질 수 있습니다.
아래 그림에서 이를 확인할 수 있으며, 파란색 곡선은 비교기의 비반전 입력에서 신호를 나타냅니다. 검은색 선은 반전 입력에 연결되고 기준 레벨로 작동하는 전압을 나타냅니다.
파란색 곡선이 기준 레벨보다 훨씬 높으면 출력이 양의 레일 또는 그 근처에 있는 것입니다. 기준 레벨보다 훨씬 낮으면 출력이 음의 레일 또는 그 근처에 있습니다. 문제는 파란색 곡선이 기준 수준에 가까울 때 발생합니다. 차동 임계값이 0V이기 때문에 모든 종류의 교차가 발생할 때마다 출력이 전환됩니다.
여기서 원하는 동작은 하나의 출력 전환인데, 잡음이 없는 버전의 청색 신호는 하나의 전환만 유발하기 때문입니다. 그러나 노이즈를 사용하면 세 가지 전환이 발생합니다.
시스템의 현재 상태와 시스템의 역사를 모두 고려하여 스퓨리어스 전환의 수를 크게 줄일 수 있습니다. 실제로 이것은 아래그림과 같습니다: 히스테리시스가 두 개의 개별 임계값을 생성하는 비교기 회로, 하나는 증가하는 입력 신호에 대한 임계값, 다른 하나는 감소하는 입력 신호에 대한 임계값입니다.
이 다이어그램은 하나의 기준 레벨이 두 개의 개별 임계값 레벨(여기서는 빨간색과 녹색 선으로 표시됨)로 변환되는 경우 스퓨리어스 전환을 방지할 수 있는 방법을 보여줍니다. 신호 증가로 인한 전환은 입력이 녹색 임계값을 넘어야 하고, 신호 감소로 인한 전환은 입력이 빨간색 임계값을 넘어야 합니다. 이는 한 번만 발생하며(아래 그림의 빨간색 원으로 표시) 결과적으로 하나의 출력 전환만 생성됩니다.
2. 자기 히스테리시스 및 데이터 저장
자기 히스테리시스는 바람직하지 않은 에너지 낭비의 원인이 될 수도 있고 노이즈를 억제하는 유익한 수단이 될 수도 있습니다. 그러나 전자 기술의 일반적인 역사에서 훨씬 더 중요한 것은 자기 히스테리시스가 하드 디스크 드라이브 및 기타 자기 저장 매체에 데이터를 저장하는 기본 원리라는 것입니다.
자기장 강도 및 자속 밀도와 관련하여 자연적으로 히스테리시한 강자성 물질에 의해 가능해진 자기 저장 매체. 예를 들어, 철 조각은 아래 그림과 유사한 히스테리시스 곡선을 가지고 있습니다.
이러한 종류의 물질이 자화되면 전계 강도를 0으로 줄여도 플럭스 밀도가 0으로 줄어들지 않습니다. 자화를 제거하려면 실제로 반대 극성의 자기장을 적용해야 합니다. 적용된 필드가 비활성화될 때 플럭스 밀도가 0으로 감소하지 않기 때문에 재료는 전원이 제거된 후에도 정보를 유지할 수 있습니다. 따라서 비휘발성 메모리로 작동할 수 있습니다.