DE1062812B

DE1062812B - Einrichtung zur Vergroesserung der Anzeigeempfindlichkeit von Hallspannungserzeugern

Info

Publication number: DE1062812B
Application number: DES43886A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Friedrich Kuhrt
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1955-05-11
Filing date: 1955-05-11
Publication date: 1959-08-06

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Vergrößerung der Anzeigeempfindlichkeit von Hallspannungserzeugern durch Rückkopplung der Hallspannung im Sinne einer Verstärkung der Felderregung.

Hallspannungserzeuger, bei denen ein rechteckiges Plättchen aus einem Werkstoff hoher Trägerbeweglichkeit in einem Magnetfeld angeordnet und mit je einem Elektrodenpaar an gegenüberliegenden Kanten für die Zuführung des Steuerstromes und für die Abnahme der Hallspannung versehen ist, sind bekannt.

Während früher als Werkstoff für das Hallplättchen Wismut, Tellur, Germanium u. a. verwendet wurden, die infolge ihrer relativ geringen Trägerbeweglichkeit nur kleine Hallspannungen ergaben, benutzt man jetzt die inzwischen bekanntgewordenen Werkstoffe mit einer höheren Trägerbeweglichkeit als 6000 cm²/Vs, nämlich Verbindungen von Elementen der Systemgruppe Ani, insbesondere Bor, Aluminium, Gallium, Indium, mit Elementen der Systemgruppe By, insbesondere Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon, die entsprechend höhere Hallspannungen ergeben.

Da Hallspannungserzeuger mit Hallplättchen — oder auch Hallelementen genannt — aus den zuletzt genannten Werkstoffen auf der Hallspannungsseite mit kleineren Widerständen, also mit höheren Leistungen, belastet werden können als solche mit Hallelementen aus Wismut, Tellur usw., bezeichnet man sie häufig mit »Hallgeneratoren*; ein prinzipieller Unterschied zwischen einem Hallspannungserzeuger und einem Hallgenerator besteht aber nicht.

Es ist ferner bei einem Hallspannungserzeuger mit einem Hallelement aus Tellur, Wismut usw. bekannt, den Hallspannungskreis mit der Spule zur Erzeugung des Magnetfeldes zu koppeln, um auf diese Weise eine Rückkopplungswirkung zu erreichen.

Gemäß der Erfindung wird die Rückkopplung der Hallspannung auf den Felderregungskreis in der Weise vorgenommen, daß entweder das Hallelement mit zwei Hallelektrodenpaaren versehen ist, von denen das eine an eine zusätzliche Feldspule angeschlossen ist, während das andere zur Anzeige dient, oder daß in dem die Hallspannung erzeugenden Magnetfeld zwei Hallelemente angeordnet werden, wobei die Hallspannung des einen Hallelementes an die zusätzliche Feldspule geschaltet ist, während die Hallspannung des anderen Hallelementes zur Anzeige dient.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Darin bedeutet

Fig. 1 die bekannte Prinzipschaltung der Rückkopplung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei getrennten Hallelementen,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Hallelement mit zwei Hallelektrodenpaaren.

Einrichtung zur Vergrößerung

der Anzeigeempfindlichkeit

von Hallspannungserzeugern

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Phys. Dr. Friedrich Kuhrt, Nürnberg,
ist als Erfinder genannt worden

Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Prinzipschaltbild besteht der Hallgenerator aus dem Hallelement 1, das von einem Steuerstrom i_s durchflossen und von dem Magnetfeld B₀ beeinflußt wird. Das Magnetfeld B₀ wird von dem Magnetisierungsstrom i_m in der Wicklung 2 erzeugt. Die Hallspannung u% ist an dem Meßgerät 4 ablesbar. Zum Zwecke der Rückkopplung sind die Hallelektroden außerdem an eine zusätzliche feldverstärkende Wicklung 3 angeschlossen.

Für den belasteten Hallgenerator gilt bekanntlich bei optimaler Leistungsanpassung für die Hallspannung die Formel

"* 2ä ^s °'

worin d die Stärke des Halbleiterelementes ist. Für den in der Fig. 1 dargestellten FaE des rückgekoppelten HaE-generators gilt sodann für die hierbei auftretende Hallspannung die Formel

worin δ die Breite des Luftspaltes, 1% der Hallstrom und w die Windungszahl der zusätzlichen Wicklung ist. Setzt man in dieser Formel für den Hallstrom

mit R_w als Widerstand der zusätzlichen Wicklung, so

909 580/172

Claims

srhält man für die Hallspannung des rückgekoppelten Hallgenerators «ft= Wie man dieser Gleichung entnimmt, ist eine nennenswerte Steigerung der Empfindlichkeit nur dann zu srwarten, wenn innähernd gleich 1 wird. Diese Bedingung läßt sich aber ohne erhebliche und gegebenenfalls unzulässige Erhöhung des Steuerstromes i, nur dann erreichen, wenn der Luftspalt d und die Dicke d des Halbleiterkörpers nur Bruchteile eines Millimeters betragen. Dies ist möglich, wenn der Halbleiterkörper in ferritischem Werkstoff eingebettet ist, so daß die Größe des Luftspaltes δ annähernd gleich der Dicke des Halbleiterkörpers ist. Für gewisse Anwendungsfälle besteht ein Nachteil der in Fig. 1 dargestellten Rückkopplungsanordnung darin, daß ein Teil der Ausgangsleistung des Hallgenerators für die Rückkopplung verbraucht wird. Darüber hinaus hat eine solche Schaltung den weiteren Nachteil, daß bei zeitlich schnell veränderlicher Meßgröße im am Ausgang des Hallgenerators nicht mehr die reine Hallspannung, sondern infolge Induktion von der Wicklung 2 in die Wicklung 3 noch eine der zeitlichen Stromänderung dimjdt proportionale Spannung auftritt. Beide Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß gemäß Fig. 3 der Hallgenerator 13 mit zwei Hallelektrodenpaaren versehen ist, von denen das eine Paar zur Speisung der Rückkopplungswicklung 3 und das andere zur Speisung des Anzeigegerätes 4 dient. Oder es können gemäß Fig. 2 in dem Luftspalt des Magneten zwei Hallgeneratoren 11,12 angeordnet sein. Bei Einbettung des Hallgenerators in der oben beschriebenen Art in ferritischem Werkstoff können beide Hallgeneratoren in dem ferritischen Werkstoff eingebettet sein. Wie aus der Fig. 2 deutlich zu erkennen ist, liefert der eine Hallgenerator 11 die Hallspannung zur Speisung der Rückkopplungswicklung 3, der andere Hallgenerator 12 die an das Meßgerät 4 anzuschließende Hallspannung. Beide Hallgeneratoren liegen in Reihe im Stromkreis des Steuerstromes is, so daß beide vom gleichen Steuerstrom durchflossen ίο werden. Durch die Erfindung kann eine beträchtliche Steigerung der Anzeigeempfindlichkeit von Hallgeneratoren erreicht werden, so daß dieselben vorzugsweise für Indikatorschaltungen oder für Steuer- und Regelaufgaben verwendet werden können. Bei entsprechender Dimensionierung des Rückkopplungsgrades können die Hallgeneratoren auch zur Selbsterregung gebracht werden. Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Vergrößerung der in einem Hallgenerator erzeugten Hallspannung durch Rückkopplung der Hallspannung im Sinne einer Verstärkung der Felderregung, dadurch gekennzeichnet, daß das Hallelement mit zwei Hallelektrodenpaaren versehen ist, von denen das eine an die zusätzliche Feldspule (3) angeschlossen ist, während das andere zur Anzeige dient.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem die Hallspannung erzeugenden magnetischen Feld zwei Hallelemente (11 und 12) angeordnet sind, von denen die Hallspannung des einen Elementes (11) an die zusätzliche Feldspule (3) geschaltet ist, während die Hallspannung des anderen Elementes (12) zur Anzeige dient.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 310 012;
»Siemens-Zeitschrift^, 1954, H. 9, S. 370 bis 384.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen