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DE1062812B - Device for increasing the display sensitivity of Hall voltage generators - Google Patents

Device for increasing the display sensitivity of Hall voltage generators

Info

Publication number
DE1062812B
DE1062812B DES43886A DES0043886A DE1062812B DE 1062812 B DE1062812 B DE 1062812B DE S43886 A DES43886 A DE S43886A DE S0043886 A DES0043886 A DE S0043886A DE 1062812 B DE1062812 B DE 1062812B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hall
voltage
generator
feedback
hall voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DES43886A
Other languages
German (de)
Inventor
Dipl-Phys Dr Friedrich Kuhrt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Corp filed Critical Siemens Corp
Priority to DES43886A priority Critical patent/DE1062812B/en
Publication of DE1062812B publication Critical patent/DE1062812B/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/202—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices using Hall-effect devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Vergrößerung der Anzeigeempfindlichkeit von Hallspannungserzeugern durch Rückkopplung der Hallspannung im Sinne einer Verstärkung der Felderregung.The invention relates to a device for increasing the display sensitivity of Hall voltage generators by feedback of the Hall voltage in the sense of an amplification of the field excitation.

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.Hall voltage generator, in which a rectangular plate made of a material with high mobility of the carrier arranged in a magnetic field and each with a pair of electrodes on opposite edges for the supply of the control current and for the decrease of the Hall voltage are known.

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.While bismuth, tellurium, germanium and others were used previously as the material for the Hall plate, which resulted in only small Hall voltages due to their relatively low carrier mobility, the materials that have become known in the meantime are now used with a carrier mobility higher than 6000 cm 2 / Vs, namely compounds of elements of the System group Ani, in particular boron, aluminum, gallium, indium, with elements of the system group By, in particular nitrogen, phosphorus, arsenic, antimony, which result in correspondingly higher Hall voltages.

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.Because Hall voltage generators with Hall plates - or also called Hall elements - from the latter Materials on the Hall voltage side are loaded with lower resistances, i.e. with higher powers can be called such with Hall elements made of bismuth, tellurium, etc., they are often referred to as »Hall generators *; there is a fundamental difference between a Hall voltage generator and a Hall generator but not.

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.It is also known in a Hall voltage generator with a Hall element made of tellurium, bismuth, etc. to couple the Hall voltage circuit with the coil for generating the magnetic field, in order in this way to have a feedback effect to reach.

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.According to the invention, the feedback of the Hall voltage on the field excitation circuit is in the manner made that either the Hall element is provided with two pairs of Hall electrodes, one of which is connected to an additional field coil, while the other is used for display, or that in which the Hall voltage generating magnetic field two Hall elements are arranged, the Hall voltage of one Hall element is connected to the additional field coil, while the Hall voltage of the other Hall element is used for display.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Darin bedeutetThe invention will be explained in more detail with reference to the drawing. In it means

Fig. 1 die bekannte Prinzipschaltung der Rückkopplung, 1 shows the known basic circuit of the feedback,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei getrennten Hallelementen,2 shows an embodiment of the invention with two separate Hall elements,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Hallelement mit zwei Hallelektrodenpaaren.3 shows an embodiment of the invention with a Hall element with two pairs of Hall electrodes.

Einrichtung zur VergrößerungFacility for enlargement

der Anzeigeempfindlichkeitthe display sensitivity

von Hallspannungserzeugernof Hall voltage generators

Anmelder:Applicant:

Siemens-SchuckertwerkeSiemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,Corporation,

Berlin und Erlangen,Berlin and Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Phys. Dr. Friedrich Kuhrt, Nürnberg,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Phys. Dr. Friedrich Kuhrt, Nuremberg,
has been named as the inventor

Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Prinzipschaltbild besteht der Hallgenerator aus dem Hallelement 1, das von einem Steuerstrom is durchflossen und von dem Magnetfeld B0 beeinflußt wird. Das Magnetfeld B0 wird von dem Magnetisierungsstrom im 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.According to the basic circuit diagram shown in FIG. 1, the Hall generator consists of the Hall element 1 through which a control current i s flows and is influenced by the magnetic field B 0 . The magnetic field B 0 is generated in the winding 2 by the magnetizing current i m. The Hall voltage u% can be read on the measuring device 4. For the purpose of feedback, the Hall electrodes are also connected to an additional field-reinforcing winding 3.

Für den belasteten Hallgenerator gilt bekanntlich bei optimaler Leistungsanpassung für die Hallspannung die FormelFor the loaded Hall generator, as is well known, with optimal power adjustment for the Hall voltage, the formula

"* 2ä s °' "* 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 Formelwhere d is the thickness of the semiconductor element. For the FaE of the fed-back HaE generator shown in FIG. 1, the formula then applies to the Hall voltage occurring here

worin δ die Breite des Luftspaltes, 1% der Hallstrom und w die Windungszahl der zusätzlichen Wicklung ist. Setzt man in dieser Formel für den Hallstromwhere δ is the width of the air gap, 1% of the Hall current and w is the number of turns of the additional winding. If one uses this formula for the Hall current

mit Rw als Widerstand der zusätzlichen Wicklung, sowith R w as the resistance of the additional winding, see above

909 580/172909 580/172

Claims (2)

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:If one obtains for the Hall voltage of the feedback Hall generator "ft = As can be seen from this equation, a noticeable increase in sensitivity can only be expected when it is approximately equal to 1. However, this condition can only be achieved without a significant and possibly impermissible increase in the control current i if the air gap d and the thickness d of the semiconductor body are only fractions of a millimeter. This is possible if the semiconductor body is embedded in ferritic material, so that the size of the air gap δ is approximately equal to the thickness of the semiconductor body. For certain applications, a disadvantage of the feedback arrangement shown in FIG. 1 is that part of the output power of the Hall generator is consumed for the feedback. In addition, such a circuit has the further disadvantage that when the measured variable changes rapidly over time, there is no longer the pure Hall voltage at the output of the Hall generator, but rather a voltage which is dimjdt proportional to the temporal change in current due to induction from winding 2 into winding 3. According to the invention, both disadvantages are avoided in that the Hall generator 13 is provided with two pairs of Hall electrodes as shown in FIG. Or, according to FIG. 2, two Hall generators 11, 12 can be arranged in the air gap of the magnet. When the Hall generator is embedded in ferritic material in the manner described above, both Hall generators can be embedded in the ferritic material. As can be clearly seen from FIG. 2, one Hall generator 11 supplies the Hall voltage for feeding the feedback winding 3, the other Hall generator 12 the Hall voltage to be connected to the measuring device 4. Both Hall generators are in series in the circuit of the control current is, so that the same control current flows through both ίο. By means of the invention, a considerable increase in the display sensitivity of Hall generators can be achieved, so that they can preferably be used for indicator circuits or for control and regulating tasks. If the degree of feedback is dimensioned accordingly, the Hall generators can also be made to self-excite. Patent claims: 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.1. Device for increasing the Hall voltage generated in a Hall generator by means of feedback the Hall voltage in the sense of an amplification of the field excitation, characterized in that that the Hall element is provided with two pairs of Hall electrodes, one of which is connected to the additional Field coil (3) is connected, while the other is used for display. 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.2. Device according to claim 1, characterized in that in which the Hall voltage generating magnetic field two Hall elements (11 and 12) are arranged, of which the Hall voltage of the one element (11) is connected to the additional field coil (3), while the Hall voltage of the other Element (12) is used for display. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 310 012;
»Siemens-Zeitschrift^, 1954, H. 9, S. 370 bis 384.Considered publications:
German Patent No. 310 012;
»Siemens-Zeitschrift ^, 1954, issue 9, pp. 370 to 384. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
DES43886A 1955-05-11 1955-05-11 Device for increasing the display sensitivity of Hall voltage generators Pending DE1062812B (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1142659B (en) * 1961-04-08 1963-01-24 Siemens Ag Hall generator assembly with amplifier effect and process for their manufacture
DE1199396B (en) * 1961-09-14 1965-08-26 Siemens Ag Device for using an induction counter as a DC watt-hour counter

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE310012C (en) *

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