-
Multiplikationseinrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Multiplikationseinrichtung, welche auf dem Prinzip des Halleffektes beruht, der
bekanntlich darin besteht, da$ an zwei normalerweise spannungslosen Punkten eines
elektrischen Widerstandskörpers eine Spannung, die sogenannte Hallspannung U,1,
entsteht, wenn ein Strom I und ein Magnetfeld B vorhanden sind. Für die Hallspannung
gilt dann Uli = const - I - B.
-
Obwohl der Halleffekt grundsätzlich bei jedem sich innerhalb eines
Magnetfeldes befindlichen stromdurchflossenen elektrischen Widerstand.skörper auftritt,
haben sich bisher für die technische Ausnutzung des Halleffektes nur Halbleiterwiderstandskörper
als brauchbar erwiesen. Halbleiter sind die Elemente der III. bis V. Gruppe des
Periodischen Systems, so z. B. Indium, Silicium, Germanium und Wismut, Daneben sind
in neuerer Zeit auch halbleitende Verbindungen aus einem Element der dritten und
einem Element der V. Gruppe, sogenannte Alj,Bv-Verbindungen bekanntgeworden, welche
gegenüber den zuvor genannten Halbleitern eine höhere Trägerbeweglichkeit aufweisen.
-
Multipliziervorrichtungen auf der Grundlage des Halleffektes sind
bekannt. Als Halbleitermaterial wurde dabei jedoch Silicium oder Germanium verwendet,
weil man den höheren Hallkoeffizient dieser Stoffe im Vergleich zu den anderen vorstehend
genannten Materialien, insbesondere gegenüber den AjnBv-Verbindungen für ausschlaggebend
für einen guten Hallmultiplikator hielt. Zwar wurde schon vorgeschlagen, einen aus
AjjBv-Material bestehenden Halbleiterkörper bei einem elektrischen Magnetfeldmeßgerät
einzusetzen, die Verwendung derartiger Materialien für Hallmultiplikatoren wurde
jedoch bisher wegen ihrer relativ niedrigen Hallkonstanten nicht in Betracht gezogen
und zum Teil in der Literatur ausdrücklich abgelehnt.
-
Den bekannten Hallmultiplikatoren haftet jedoch der wesentliche Nachteil
an, daß ihre Ausgangsspannung nur sehr wenig belastbar ist, wodurch in sehr vielen
Fällen eine nachfolgende Verstärkung erforderlich ist. Diesen Nachteil beseitigt
die Erfindung mit einer Multiplikationseinrichtung, insbesondere für Rechenmaschinen,
unter Ausnutzung des Halleffekts eines von einem elektrischen Strom durchflossenen
und in einem magnetischen Feld angeordneten Halbleiters. Das Kennzeichen der Erfindung
besteht darin, daß bei ihr als Hallspannungserzeuger ein Halbleiter des Typs AllBv,
insbesondere Indiumantimonid, mit hoher Trägerbeweglichkeit verwendet ist. Die Erfindung
löst sich also von der bisherigen Meinung, daß - im Einklang mit der oben
angegebenen Formel -
für einen guten Hallmultiplikator nur solche Halbleiterinaterialieil
mit einer möglichst hohen Hallkonstante in Frage kommen könnten, und schlägt
statt dessen ein Halbleitermaterial mit eindeutig niedriger Hallkonstante zum Aufbau
eines Hallmultiplikators vor. Im Gegensatz zu Multiplikatoren aus Germanium und
Silicium vermag der Hallmultiplikator nach der Erfindung relativ hohe Leistungen
abzugeben. Auf diese Weise wird es z. B. möglich, das Ausgangssignal ohne eine nachfolgende
Verstärkung unmittelbar elektrisch weiterzuverarbeiten.
-
überraschenderweise erweist sich jedoch der Hallmultiplikator mit
dem erfindungsgemäß verwendeten Ajj,Bv-Material nicht nur bei Belastung, sondern
auch im Leerlauf günstiger als ein solcher mit einem Gerinanium- oder Siliciumwerkstoff.
Dies klingt zunächst paradox, da nach der bekannten Formel für den Halleffekt bei
Leerlauf ausschließlich die Hallkonstante als maßgeblich erscheint. Es läßt sich
aber nachweisen, daß diese Formel, die beim praktischen Aufbau eines Hallmultiplikators
entstehenden Probleme nicht berücksichtigt. Auf Grund der geometrischen Verhältnisse
im Luftspalt, der Aufbaubedingungen eines Hallmultiplikators sowie aus den Bedingungen
hinsichtlich der Konstanz der abgegebenen Werte, insbesondere der Temperaturkonstanz,
ergibt sich, daß Materialien des Typs AIIIBv dem Germanium und Silicium auch dann
überlegen sind, wenn die Hallspannung unbelastet bleibt. Im Gegensatz zu der bisher
vertretenen Auffassung der Fachwelt ist der Hallmultiplikator nach der Erfindung
auch für diesen Anwendungsfall vorteilhafter als die bekannten Multiplikatoren.
Die Erfindung ist also in der Verwendung eines für elektrische Meßgeräte bereits
vorgeschlagenen,
aus AjuBv-Material hergestellten Hallgenerators bei bekannten Multipliziervorrichtungen
zu sehen.
-
Zur näheren Erläuterung der Erfindung sei auf die Zeichnung verwiesen,
die ein Prinzipschaltbild des Erfindungsgegenstandes darstellt, das sich auf eine
Produktionsbildung bezieht. Es ist angenommen, daß die beiden zu multiplizierenden
Faktoren als elektrische Spannungen U, und U, zur Verfügung stehen.
Die Spannungen können dabei Abbilder irgendwelcher technisch-physikalisbher Größen
sein; die Spannung U, kann beispielsweise die an einem Gleichstrommotor liegende
Spannung und die Spannung U2 den vom Motor aufgenommenen Strom darstellen.
Es wird in diesem Fall also die aufgenommene
Motorleistung gemessen. Während
die Spannung U,
einen Strom J, durch eine Spule 1 treibt, treibt die
Spannung U2 einen Strom f. durch einen aus einer AmBv-Verbindung bestehenden
magnetfeldabhängigen Widerstandskörper 2. Dieser ist mit zwei Elektroden
3 und 4 versehen, an denen die Hallspannung, also ein dem Produkt
U, - U2 verhältiger Wert, abge-nommen wird. Die Hallspannung kann
gegebenenfalls verstärkt werden und entweder in einem Meßgerät angezeigt oder zu
irgendeiner anderen Verwendung ausgenutzt werden. Zwei Vorwiderstände sind mit R,
bzw. R2 bezeichnet. Werden die Widerstände Ri und R, veränderbar oder steuerbar
ausgebildet, so können die Spule 1 und der Widerstand 2 an die gleiche Stromquelle
angeschlossen werden. Die an den Widerständen eingesteuerten Leitwerte stellen alsdann
die zu multiplizierenden Faktoren dar. Die Widerstände Ri und R2 können beispielsweise
Röhren oder Halbleiter oder auch Magnetverstärker sein.
-
Es ist ferner möglich, das auf den Widerstand 2 einwirkende Magnetfeld,
das mit Hilfe der Spule 1
und der daran angeschlossenen Stromquelle erzeugt
wird, durch das Feld eines Dauermagneten zu ersetzen. Das Dauermagnetfeld desselben
kann entweder konstant sein, wenn einer der Produktfaktoren konstant ist, oder wenn
Produkte aus veränderbaren Faktoren gebildet werden sollen, auch veränderbar sein,
beispielsweise durch einen einstellbaren magnetischen Nebenschluß oder durch einen
Gegenmagneten.
-
Mit Hilfe der Einrichtung nach der Erfindung lassen sich Produkte
aus beliebigen Größen und für die verschiedensten Zwecke bilden. Genannt seien beispielsweise
Leistungs- und Effektivwertmessungen in der Elektrotechnik, ferner die Anwendung
zum Bau von Rechenmaschinen. Bei der Leistungsmessung mit Hilfe von Strom und Spannung
bildet der Strom die eine und die Spannung die andere der zu multiplizierenden
Größe. Soll eine Leistungsmessung bei Wechselstrom vorgenommen werden, so werden
die Hallelektroden 3 und 4 an ein den Mittelwert anzeigendes Meßinstrument
angeschlossen. Zur Effektivwertmessung bei Wechselstromgrößen werden beide Produktfaktoren
durch die gleiche Meßgröße gebildet.