DE1032342B

DE1032342B - Modulationseinrichtung unter Ausnutzung des Halleffektes

Info

Publication number: DE1032342B
Application number: DES53013A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Heinrich Kalusche; Dipl-Ing Viktor Stigler
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1957-04-05
Filing date: 1957-04-05
Publication date: 1958-06-19

Description

Soll bei einem Gleichstromverstärker eine möglichst große Nullpunktskonstanz erreicht werden, so wird am besten das Trägerfrequenzverfahren angewendet. Dabei wird die zu verstärkende Meßgleichspannung durch einen Relaiszerhacker in eine Wechselspannung umgewandelt und anschließend über einen Wechselstromverstärker verstärkt. Die Umwandlung der Gleichspannung kann auch in einem wechselstromgesteuerten Schaltgleichrichter oder in einem Ringmodulator vorgenommen werden. Zum Zweck der Modulation wurde in letzter Zeit auch der Halleffekt bei Halbleitern ausgenutzt. Ein sogenannter HaIlgenerator ist im wesentlichen ein rechteckiges Plättchen aus einem halbleitenden Material, das eine hohe Elektronen- bzw. Defektelektronenbeweglichkeit besitzt. Wird an zwei gegenüberliegenden Seiten des Plättchens ein Strom eingeleitet bzw. abgeführt und wird die Fläche des Plättchens von einem Magnetfeld durchsetzt, so kann an den Seiten, an denen sich kein Stromanschluß befindet, eine Spannung, die sogenannte Hallspannung, abgenommen werden. Diese Hallspannung ist dem das Plättchen durchfließenden Strom und dem Magnetfeld proportional. Ein solcher Hallgenerator kann auf zwei verschiedene Weisen zur Modulation eines Wechselstromes mit einer schwankenden Gleichspannung verwendet werden. Man kann erstens die Gleichstromgröße dem Hallgenerator als Strom zuführen und die Trägerfrequenz als magnetische Wechselgröße konstanter Amplitude den Hallgenerator durchsetzen lassen. Man erhält dann an den zwei freien Seiten des Generators eine dem Gleichstrom proportionale Wechselspannung. Man kann aber auch die Gleichstromgröße über die Windungen einer Spule mit Eisenkern zuführen und erhält dann ein dem Gleichstrom proportionales Magnetfeld. Die Trägerfrequenz durchfließt als Wechselstrom konstanter Amplitude das Halbleiterplättchen. Die abgegriffene Hallspannung ist dann ebenfalls dem schwankenden Gleichstrom proportional. Beide Verfahren sind mit schwerwiegenden Nachteilen behaftet. Beim ersten Verfahren induziert das wechselnde Magnetfeld in der Leiterschleife, in der die Hallspannung entsteht, eine zusätzliche Wechselspannung, die sich beim Trägerfrequenz-Gleichstromverstärker als Nullpunktfehler bemerkbar macht. Diese induzierte Wechselspannung läßt sich nur zu einem gewissen Grad kompensieren, da der Hallspannung außer der Grundwelle der Trägerfrequenz auch noch die zweite Oberwelle überlagert ist. Beim zweiten Verfahrenmuß, um einen guten Wirkungsgrad zu erzielen, der Magnetisierungskreis weitgehend in einem ferromagnetischen Material verlaufen. Solche Werkstoffe sind aber stets mit Hysterese behaftet; deshalb bleibt bei einem Meß strom Null noch eine Restfeldstärke Modulationseinrichtung
unter Ausnutzung des Halleffektes

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dr.-Ing. Heinrich Kalusche

und Dipl.-Ing. Viktor Stigler, Karlsruhe,

sind als Erfinder genannt worden

unbekannter Größe und Vorzeichen bestehen, die sich bei einem nachfolgenden Gleichstromverstärker ebenfalls als Nullpunktfehler auswirkt.

Die oben angeführten Nachteile werden bei einer Modulationseinrichtung unter Ausnutzung des Halleffektes, wobei eine Modulationsspannung das Magnetfeld eines Hallgenerators über einen Elektromagneten mit Eisenkern beeinflußt, behoben, wenn erfindungsgemäß der Elektromagnet gleichzeitig von einem Hochfrequenzstrom magnetisiert wird. Für die Hallspannung ergibt sich dabei folgender Ausdruck:

wobei R₁,-^ H = +H'^ sin«j₂i und ω_χ die Trägerfrequenz und o>₂ die Hochfrequenz ist. H₌ und H~ sind die Amplituden eines magnetischen Gleich- bzw. Wechselfeldes. Die Hallspannung enthält also als Modulationsprodukt die Frequenzen Cu₁, ω₂ + Cu₁ und CO₂-OJ₁. Durch Filter lassen sich die Frequenzen O)₂IcO₁, die durch die HF-Vormagnetisierung entstehen, leicht beseitigen, so daß nach der Siebung die Hallspannung

= R_h-1^ sin

1,

wobei R_h nur noch proportional dem magnetischen Gleichfeld ist, also das gewünschte Modulationsprodukt übrigbleibt. Der infolge der Hysterese andernfalls vorhandene Restmagnetismus des Eisenkreises kann jetzt nicht mehr stören, da der Eisenkern infolge der HF-Magnetisierung ständig durchgesteuert wird und deshalb keine Remanenz mehr wirksam werden kann.

Der Hochfrequenzstrom in der Vormagnetisierungsspule induziert natürlich auch eine Hochfrequenz-

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spannung in der Gleichstromwicklung des Magneten. Diese kann aber ebenfalls durch einen vorgeschalteten Tiefpaß von den Eingangsklemmen des Modulators ferngehalten werden. Die gleiche Wirkung wird erreicht, wenn sowohl die HF-Magnetisierung als auch die Gleichstrommagnetisierung über die gleiche Spule erfolgen.

Die Erfindung wird in der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den eigentlichen Modulator;

Fig. 2 stellt ein Blockschaltbild der für einen Trägerfrequenzverstärker erforderlichen Einrichtung dar.

In Fig. 1 ist im Luftspalt eines Elektromagneten mit Eisenkern 1 ein Halbleiterplättchen 2 angebracht, an dessen gegenüberliegenden Seiten α und b ein Stromkreis mit dem Strom/ angelegt ist. An den Seiten c und d des Halbleiterplättchens wird die modulierte Hallspannung abgenommen. Der Elektromagnet 1 ist mit zwei Spulen 3 und Ί, wovon die eine als Gleichstromsteuerwicklung und die andere zur HF-Vormagnetisierung dient, versehen. Beide Spulen können auch in einer Wicklung zusammengefaßt werden.

In Fig. 2 stellt 5 einen Wechselstromverstärker dar, der über einem Tiefpaß 6 von einem Hallmodulator 7 mit einer entsprechend dem Eingangsgleichstrom modulierten Wechselspannung beschickt wird. Zwischen den Eingangsklemmen und dem Hallmodulator liegt ein Tiefpaß 8, der die im Hallmodulator auftretende Hochfrequenz von den Eingangsklemmen zurückhält. Der Tiefpaß 6 verhindert, daß die in der modulierten Wechselspannung auftretenden Hochfrequenzanteile in den Wechselstromverstärker eindringen. Ein Hochfrequenzgenerator 9 versorgt den Hallmodulator mit der benötigten Hochfrequenz. Ein Trägerfrequenzgenerator 10 versorgt sowohl den Hallmodulator als auch einen phasenempfindlichen Gleichrichter 11 mit der Trägerfrequenz. Der phasenempfindliche Gleichrichter formt die verstärkte Wechselspannung wieder in eine Gleichspannung um.

Claims

Patentansprüche:

1. Modulationseinrichtung unter Ausnutzung des Halleffektes, wobei eine Modulationsspannung das Magnetfeld eines Hallgenerators über einen Elektromagneten mit Eisenkern beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet gleichzeitig von einem HF-Strom magnetisiert wird.

2. Modulationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Magnetisierung des Elektromagneten über eine besondere Wicklung erfolgt.

3. Modulationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Magnetisierung zusätzlich von einer Wicklung für die Modulationsspannung übernommen wird.

4. Modulationseinrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Wicklung für die Modulationsspannung induzierte HF-Spannung durch einen Tiefpaß von der Modulationsspannungsquelle getrennt wird. '

5. Modulationseinrichtung nach Anspruch! oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tiefpaß die in der Hallspannung enthaltene HF-Spannung zurückhält.

6. Modulationseinrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei einer Gleichstromverstärkereinrichtung verwendet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen