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Hallgenerator Zusatz zur Patentanneldung S 46997 VIII c /21 e (Auslegeschrift
1 083 924) Es ist üblich, als »Hailgenerator« eine Anordnung mit plattenförmigem
Halbleiterkörper zu bezeichnen, die in Abhängigkeit von einem elektrischen Eingangsstrom,
Ider den Halbleiterkörper in Richtung seiner größten Ausdehnung durchfließt, und
von einem senkrecht zur Plattenebene gerichteten magnetischen Eingangsfelid eine
elektrische Ausgangsgröße - (H-allspannung, Hallstrom, Hall-Leistung) erzeugt. Bei
derartigen Anordnungen besteht der Haibleiterkörper vorzugsweise aus Verbindungen
von Elementen der 'III. und V. Gruppe des Periodischen Systems. Diese Verbindungen
weisen eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit auf und gestatten daher; Hallgeneratoren
mit technisch brauchbarem Wirkungsgrad herzustellen.
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In der Eauptpatentanmeldung S 46997 VlIld/21 e ist vorgeschlagen,
bei Hallgeneratoren mit mehreren magnetfeldabhängigen hallspannungsmäßig in Reihe
geschalteten Halbleiterkörpern in Plättchenform, deren einander gegenüberliegende
linien- bzw. flächenförmig angreifende Steuerstromelektroden parallel geschaltet
sind, einen Halbleiterkörper zu verwenden, dessen Seiten für die Anschlüsse der
Steuerstromelektroden bis auf einen zu beiden Seiten der Mittellinie sich erstreckenden
Steg unter Brechung von Fahnen senkrecht mehrfach eingeschlitzt sind und bei dem
die Fahnenenden mit den Steuerstromzuführungen über vorzugsweise hochohmige Widerstandskörper
verbunden sind. Ein derart ausgebildeter Halbleiterkörper hat den Vorteil, daß bei
ihm, verglichen mit nicht unterteilten Halbleiterkörpern, die durch ein veränderliches
magnetisches Steuerfeld verursachten Wirbelstromverluste im Hallgenerator wesentlich
verringert sind.
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Für Hallgeneratoren mit einheitlicher, nicht unterteilter Hallplatte
ist es an sich bekannt, die Abmessung der Querschnittsfläche des Magnetfeldes in
Richtung des Eingangsstromes etwa gleich der Breite der Hallplatte zwischen den
Hallelektroden zu wählen.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Hallgenerator, bei
dem der in einem Luftspalt angeordnete Haibleiterkörper aus mehreren streifenartigen,
parallel in einer gemeinsamen Ebene liegendenEinzelkörpern zusammengesetzt ist,
fdie eingangsstromseitig parallel und hallspannungsseitig in Reihe geschaltet sind
und deren Breite klein ist gegen ihre Länge, gemäß Patentanmeldung S46997VIIIc/21e.
Sie besteht darin, daß das Magnetfeld den Halbleiterkörper in einer Fläche durchsetzt,
deren größte Abmessung in Richtung des Eingangsstromes etwa gleich der Breite eines
einzelnen Streifens ist. Durch die Erfindung wird die magnetische Steuerwirkleistung,
die bei gleichem Eingangsstrom für die gleiche Steuerwirkung aufzuwenden ist, erheblich
herabgesetzt.
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Hierzu ist grundsätzlich folgendes zu bemerken:
An sich wird zur magnetischen
Steuerung des Hallgenerators nur eine reine Blindleistung benötigt; praktisch tritt
zu dieser Blindleistung eine Steuerwirkleistung hinzu, die aus drei Anteilen besteht,
nämlich aus den ohmschen Verlusten in Ider Wicklung des Steuermagneten, den magnetischen
Verlusten im Kern des Magneten und den Wirbelstromverlusten im Halbleiterkörper.
Die ohmschen Verluste sind etwa proportional der Querschnittsfläche des Magnetfeldes.
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Die magnetischen Verluste sind bei gegebenem Kernmaterial proportional
dem Kernvolumen; sie werden also bei einer Verkleinerung der Querschnittsfläche
des Magnetfeldes im allgemeinen ebenfalls verringert.
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Die Wifbelstromverlustleistung im Halbleiterkörper sinkt bei Verringerung
der Querschnittsfläche sogar mehr als proportional.
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Die Wirbelströme verursachen im Halbleiterkörper überdies eine transversale
Störflußdichte, die eine Phasenverzögerung von 900 gegen die Steuerflußdichte hat.
Die Störfludichte verursacht in der Hallspannung eine Störkomponente mit der Frequenz
des magnetischen Steuerflusses, besonders wenn die Anordnung von Halbleiterkörper
und Magnetfeld nicht genau symmetrisch ist, und wächst mit der Querschnittsfläche
des Magnetfeldes. Sämtliche geschilderten störenden Nebeneffekte werden durch die
Erfindung auf ein Minimum herabgesetzt.
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Die im Hallspannungskrefs liegenden Zwischenelektroden zwischen den
streifenartigen Halbleiterkörpern können, wie es in der Hauptpatentanmeldung bereits
vorgeschlagen ist, aus dem Material der Halbleiterkörper
bestehen;
falls jedoch ein Hallgenerator nach der Erfindung auf Leistung beansprucht werden
soll, ist es zur Erzielung eines geringen Innenwiderstandes vorteilhaft, wenn die
Zwischenelektroden metallisch sind. Die Breite der Hallelektroden soll klein gegenüber
der Magnetfeldbreite in Eingangsstromrichtung sein. Weiterhin kann bei Verwendung
eines aus n Einzelkörpern zusammengesetzten Halbleiterkörpers das Verhältnis von
Länge zu Breite eines Einzelkörpers vorzugsweise mindestens etwa gleich 2 n: 1 gewählt
werden. Man erreicht durch diese Bemessung der Einzelkörper, daß ihre außerhalb
des Magaetfeldes liegenden Teile als Abblockungswiderstände wirken, die einen Kurzschluß
des Hailfeldes verhindern.
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Die angeführten Vorteile der Erfindung sind um so mehr von Bedeutung,
je höher die magnetische Steuerfrequenz der Anordnung ist. Für die Verwendung des
Hallgenerators ist eine obere Grenzfrequenz durch die folgenden Bedingungen gegeben:
Die magnetische Steuerleistung~inuß groß sein gegen die Wirbelstrom-Verlustleistung
im Halbleiterkörper; die magnetische Steuerflußdichte muß groß sein gegen die durch
Wirbelströme bedingte 5 törflußdichte; IderSkineffekt muß vernachlässigbar sein,
td. h., die Eindringtiefe des Magnetfeldes muß groß sein gegen die Breite eines
einzelnen Teilkörpers. Für den Fall, daß jeder Einzelkörper von einem Magnetfeld
mit etwa quadratischem Querschnitt durchsetzt wird, läßt sich die Grenzfrequenz
nach tdSer folgenden Formel abschätzen:
| Grenzfrequenz = 1 spez. Widerstand der Halbleiter Breite derEinzelkörper-2 |
| MHz 2 10-6 Ohm m m mm |
-Aus- dieser Formel ergibt sich, daß bei Aufteilunt, des Halhleiterkörpers in n
Einzelkörper und bei erfindungsgemäßer Bemessung des Magnetfeldquerschnitts eine
Verbreiterung des Frequenzbandes um den Faktor n2 möglich ist.
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Die ohmschen Wicklungsverluste und die Wirbelstromverluste der magnetischen
Steuerung sind um so geringer, je dünner der Halbleiterkörper in Richtung des Magnetfeldes
ist und je schmäler damit auch der Luftspalt des Magnetsystems gehalten werden kann.
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Die Vorteile der Erfindung kommen daher insbesonder bei solchen Hallgeneratoren
zur Geltungj-die extrem dünneHalbleiterkörper besitzen, die beispielsweise durch
Aufdampfen oder Aufstäuben auf eine isolierende Unterlage und durch thermisches
Rekristallisieren hergestellt sind, wie dies ebenfalls bereits vorgeschlagen wurde.
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In der Zeichnung ist ein aus streifenförmigen Einzelkörpern zusammengesetzter
Hallgenerator als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Er besteht aus
sechs Einzeikörpern 5, die durch Schlitze 6, deren Breite gegen die -der Streifen
5 klein ist, voneinander getrennt sind. Mit 3 sind die äußeren Hallelektroden bezeichnet,
an denen die elektrische Ausgangsgröße des Hallgenerators abgenommen- wird.
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Die Streifen 5 besitzen gemeinsame Eingangssfromelektroden 2. In der
mitte ihrer Längsseiten sind sie durch Zwischen-Hallelektroden 7 miteinander verbunden,
die vorzugsweise metallisch sind. Bei der Herstellung der Zwischenelektroden ist
zu beachten, daß der Kontakt zwischen ihnen und der Halbleiterobe-rfläche sperrscbichtfrei
sein muß. Die Zwischenelektroden können mit Vorteil durch Auftragen einer eintrocknungsfähigen
Metailpulveremuision hergestellt werden, wie sie beispielsweise im Handel unter
dem
Namen »Leitsilr« erhältlich ist. Das Magnetfeld durchsetzt erfindungsgemäß den
Hallgeneratorkörper nur etwa in der schmalen, gestrichelt schraffierten Rechteckfläche
8, die die gleiche Breite besitzt wie ein einzelner Streifen 5. Die Breite sämtlicher
Hallelektroden 3 und 7 ist klein gegen die Breite des Magnetfeldes.
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PAT3NTANSPRtJCHE: 1. Hallgenerator, bei dem feder in einem Luftspalt
angeordnete Halbleiterkörper aus mehreren streifenartigen, parallel in einer gemeinsamen
Ebene liegenden Einzelkörpern zusammengesetzt ist, die eingangsstromseitig parallel
und hallspannungsseitig in Reihe geschaltet sind und deren Breite klein ist gegen
ihre Länge, gemäß Patentanmeldung S 46997 VIIIc/21 e, dadurch gekennzeidinet, daß.
das Magnetfeld den Haibleiterkörper in einer Fläche durchsetzt, deren größte Abmessung
in Richtung des Eingangsstromes etwa gleich der Breite eines einzelnen Streifens
ist.