Core memory
Mémoire à tores de ferrite
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Introduction mémoire à tores de ferrite

Avant de vous expliquer le fonctionnement des mémoires à tores de ferrite (core memory), il faut vous apprendre les bases du magnétisme. Mais ne vous en faites pas, c'est pas très long et les liens vers les applications pratiques se trouvent en bas de page.

Quand un conducteur électrique est parcouru par un courant, il développe un champ magnétique. S'il y a un tore enfilé sur le fil, la perméabilité magnétique de la ferrite concentre le champ magnétique local.

Si le courant est suffisamment intense, il magnétise le tore dans un sens. Un champ magnétique suffisamment fort dans l'autre sens magnétise le tore dans l'autre sens: on peut ainsi coder un 0 ou un 1.

Le champ magnétique (H) et l'induction (B)

Vous voyez à droite la courbe de magnétisation d'une ferrite "douce" et d'une ferrite "dure" (courbe que vous avez appris à l'école contraint et forcé, mais que vous n'avez probablement jamais tout à fait compris).

Une ferrite douce peut aisément être magnétisée, mais perd également facilement sa magnétisation. Ce type de ferrites est utilisé dans les alimentations à commutation où la ferrite est cconstamment magnétisée dans un sens et puis dans l'autre. Les pertes sont très faibles.

Les tores de ferrite utilisées dans les mémoires sont "dures": il faut un courant plus important pour les magnétiser, mais elles gardent mieux leur magnétisme rémanent. Ces ferrites sont utilisées comme aimants (haut parleur, disque dur, ect).

Il y a plusieurs phénomènes qui jouent pour réaliser une mémoire à tores de ferrite:

  • La perméabilité:
    La ferrite concentre le champ magnétique, les lignes de force passent de préférence par la ferrite.

  • La rémanence:
    Les tores de ferrites gardent leur champ magnétique une fois magnétisées, même quand le champ magnétique externe est interrompu.

  • La coërcitivité:
    Il faut un champ magnétique minimum pour faire basculer le champ magnétique d'un tore.

  • L'hystérésis:
    Une fois le champ magnétique minimum atteint, le tore bascule dans l'autre sens magnétique.

Dans le texte qui suit, on utilise les termes "demi courant" et "courant nominal" ("+0.5I", "+1I"). Comment ces courants sont crées n'est pas important pour l'instant, ce sera expliqué sur la page suivante. Le champ magnétique produit est proportionnel au courant.

H: champ magnétique
B: induction

L'induction est le résultat du champ magnétique, c'est la magnétisation de la ferrite.

Vous avez en abscisse (horizontal) la valeur H qui correspond au champ magnétique produit par le courant. Le champ magnétique correspond pratiquement au courant, c'est pour cela que nous avons en bas de l'image une indication du courant: 0I, +0.5I, +1I, etc. Il y a deux fils qui passent par chaque tore, et chaque fil peut être parcouru par un demi-courant.

En ordonnée vous avez la magnétisation de la ferrite, donc l'effet du champ magnétique. L'induction est le résultat du champ magnétique et dépend des propriétés du composant placé dans le champ.

Au repos, une ferrite non magnétisée se trouve au point 0: le champ magnétique est nul et la magnétisation de la ferrite est nulle.

Quand nous envoyons un courant dans les deux fils de sélection de +0.5I nous avons un courant total de +1I. La ferrite se trouve maintenant au point 1: le champ magnétique est présent et la magnétisation de la ferrite est maximale et positive.

Si nous coupons le courant (et donc le champ magnétique), la ferrite se trouve en position 3: La valeur de B indique le magnétisme rémanent de la ferrite: le magnétisme qui reste quand il n'y a pas de champ magnétique extérieur.

Si nous appliquons un demi-courant de sélection, la position de la ferrite va se déplacer au point 2 ou 4 selon que le demi courant est positif ou négatif. Ces modifications sont temporaires: quand le courant est coupé, la ferrite retourne en position 3. Cette caractéristique de la ferrite est importante pour le fonctionnement de la mémoire.

Augmentons maintenant le courant dans le sens négatif. A partir d'une certaine valeur de courant, la ferrite se trouve au point 5. La valeur de H indique le champ coërcitif. C'est le champ nécessaire pour annuler le magnétisme rémanent de la ferrite. Dans cette zone la ferrite perd son magnétisme et quand le courant est coupé, l'état de magnétisation de la ferrite n'est plus défini. Le courant de sélection est choisi de telle façon que 0.75I = H. Un courant de 0.75H ne permet pas de magnétiser correctement la ferrite dans un sens ou l'autre et il faut que 0.5I et 1I soient situés aussi loin que possible de cette valeur.

Envoyons maintenant un courant de -0.5I dans les deux fils de sélection. On obtient un champ magnétique négatif maximal et la ferrite se retrouve au point 6. Pour la ferrite c'est également une position stable: elle est magnétisée comme en position 1, mais avec une magnétisation inverse.

Le fonctionnement de la ferrite est basée sur la permanence du magnétisme rémanent: la magnétisation (positive) n'est pas modifiée tant que courant varie entre -0.5 et +1I. Dans le sens inverse, la magnétisation négative n'est pas effacée tant que le courant varie entre -1 et +0.5I.

Quand la magnétisation de la ferrite bascule, le champ magnétique change brusquement et produit un signal dans le fil de mesure ou dans le secondaire du transfo de sélection.

Le tore de ferrite ne repasse plus jamais au point 0 en fonctionnement normal, puisque la ferrite est toujours magnétisée dans un sens ou dans l'autre. Pour démagnétiser la ferrite, il faut appliquer un champ magnétique sinusoïdal (positif et négatif) qui diminue lentement. Au bout de plusieurs milliers de cycles avec chaque fois une amplitude plus petite, la ferrite n'est plus magnétisée. Cela fonctionne bien pour les ferrites "douces", mais moins bien pour les ferrites "dures" qui se figent dans une magnétisation donnée et ne bougent plus une fois que le champ magnétique passe sous une valeur limite..

La suite:

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