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Regelbare elektrische Impedanz, insbesondere regelbarer
Widerstand
Die Erfindung betrifft eine regelbare elektrische Impedanz, insbesondere einen regelbaren Widerstand. Regelwiderstände werden in der Elektrotechnik häufig angewendet ; bei deren bekannter Ausbildung wird die Regelung des Widerstandes auf mechanischem Wege durch Verschiebung eines Kontaktes längs des Widerstandskörpers erzielt. Ein bekannter Nachteil dieser Ausbildung ist unter anderem der, dass durch Kontakterscheinungen am verschiebbaren Kontakt, insbesondere auf die Dauer sogenanntes"Krachen" auftritt.
Die Erfindung bezweckt unter anderem, diesem Nachteil zu begegnen und schafft eine besondere, grundsätzlich verschiedene Ausbildung einer solchen Vorrichtung, bei der ausserdem die Impedanz in einfacher Weise elektrisch regelbar ist.
Eine regelbare elektrische Impedanz nach der Erfindung besteht aus einer zu einer baulichen Einheit zusammengebauten Kombination eines strahlungsempfindlichen Körpers, auf dem wenigstens zwei die Impedanz bedingende Elekroden angeordnet sind, mit einer regelbaren Strahlungsquelle zur Regelung dieser Impedanz. Die Strahlungsquelle und der strahlungsempfindliche Körper sind vorzugsweise durch eine gemeinsame Hülle zu einer baulichen Einheit vereinigt. Nötigenfalls kann die gemeinsame Hülle auch als Abschirmung für unerwünschte, den strahlungsempfindlichen Körper störend beeinflussende Strahlung von aussen her dienen.
Weiterhin besitzen der strahlungsempfindliche Körper und die Strahlungsquelle vorzugsweise ausserdem je eine getrennte Hülle und diese beiden Hüllen sind dann zu einer baulichen Einheit kombiniert. Daraus ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung der Herstellung einer solchen Vorrichtung und ausserdem hat diese Ausbildung den Vorteil, dass die beiden Systeme sich chemisch nicht beeinflussen können.
Bei einer besonderen Ausführungsform nach der Erfindung dient die Hülle des strahlungsempfindlichen Körpers auch als Träger der Hülle der Strahlungsquelle. Diebeiden Hüllen bestehen dann wenigstens teilweise aus einem strahlungsdurchlässigen Material. Die Strahlungsquelle besteht z. B. aus einer normalen kleinen Glühlampe (Glühfaden mit Glaskolben), oder einer kleinen Gasentladungsröhre, z. B. einer Glimmlichtlampe. Durch Regelung des Stromes und bzw. oder der Spannung der Strahlungsquelle wird die Strahlungsintensität und demnach die Impedanz zwischen den beiden Elektroden am halbleitenden Körper geändert : der strahlungsempfindliche Körper besteht z.
B. aus einem Photowiderstand, vorzugsweise einer dünnen, mit einem interdigitalen Zeilenelektrodensystem versehenen gesinterten Kadmiumsulfidscheibe : als strahlungsempfindlicher Körper kann z. B. auch ein photoempfindliches Sperrschichtsystem, wie eine Photodiode, oder ein Phototransistor, oder eine photoelektrische Zelle mit innerer Sperrschicht (p-n Übergang) verwendet werden.
Bemerkt wird noch, dass es bekannt ist, einen strahlungsempfindlichen Körper in Verbindung mit einer Strahlungsquelle z. B. in Wachanlagen zu verwenden, wobei die bei Unterbrechung des Strahlungsweges zwischen dem strahlungsempfindlichen Körper und der Strahlungsquelle auftretende Impedanzänderung zwischen den Elektroden des strahlungsempfindlichen Körpers als Alarmsignal verwendet wird. Hiebei werden aber die Strahlungsquelle und der strahlungsempfindliche Körper als baulich getrennte Elemente verwendet.
Durch die Massnahme nach der Erfindung werden die besonderen Möglichkeiten, die in einer solchen Kombination als regelbare elektrische Impedanz, insbesondere als elektrischer Regelwiderstand verborgen blieben, hervorgehoben und ausserdem wird eine weitgehende Anwendung in einer einfachen und für die Praxis brauchbaren und zweckmässigen Weise ermöglicht.
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Die Erfindung wird an Hand einiger Figuren näher erläutert.
Fig. l zeigt im Längsschnitt eine besondere Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 in Draufsicht den in der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendeten strahlungsempfindlichen Körper und die Fig. 3 und 4 zeigen im Schnitt weitere Ausführungsformen von Vorrichtungen nach der Erfindung.
In Fig. 1 ist eine besonders geeignete und einfache Ausführungsform einer regelbaren elektrischen Impedanz nach der Erfindung dargestellt. Senkrecht zur Zeichenebene ist das Ganze im wesentlichen kreissymmetrisch. Der strahlungsempfindliche Körper 1 besteht aus einer dünnen Scheibe aus gesintertem Kadmiumsulfidpulver, das mit Kupfer und Gallium aktiviert ist. Auf ihrer Oberseite ist die Scheibe mit einem interdigitalen Zeilenelektrodensystem versehen, das aus zwei kammförmigen Elektroden 2 und 3
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mehr als zwei Elektroden auf der Scheibe anzubringen, z. B. dadurch, dass eine der kammförmigen Elek- troden in zwei oder mehr Teile getrennt wird. Die Kadmiumsulfidscheibe hat einen Durchmesser z. B. von etwa 8 mm und eine Stärke von etwa 0,5 mm. Die Zeilenelektroden bestehen z.
B. aus aufgedampf- tem Aluminium und der Abstand zwischen den Elektroden beträgt z. B. wenige Zehntel Millimeter. Der
Widerstand zwischen den Elektroden bei keiner oder schwacher Beleuchtung beträgt z. B. 10 Megohm, während bei starker Beleuchtung, z. B. 15,000 Lux, dieser Widerstand bis auf weniger als 500 Ohm herab- gefallen sein kann. Naturgemäss sind durch geeignete Wahl des strahlungsempfindlichen Stoffes und dessen Aktivierung viele Änderungen in diesen Werten möglich. Der strahlungsempfindliche Körper 1 ist in einer getrennten dosenförmigen Glashülle 4 angeordnet und zwar vorzugsweise direkt unter ihrer fla- chen Oberseite 5.
Um die strahlungsempfindliche Schicht 1 gut gegen Feuchtigkeit u. dgl. zu schützen und eine gute mechanische Festigkeit des Ganzen zu erzielen, ist der strahlungsempfindliche Körper 1 auf eine dünne Platte 6 aus Hartpapier geleimt, und die Hülle ist an der Unterseite gut abgedichtet, in- dem der verbleibende Raum 7 mit einem Giessharz aufgefüllt wird. Die Zuleitungen 8 und 9 sind mit den kammförmigen Elektroden 2 und 3 verbunden, z. B. mit Hilfe einer Silberpaste. Die regelbare Strah- lungsquelle 10 besteht aus einer normalen kleinen Glühlampe (6,3 Volt; 0,1 Ampere), deren Glaskolben 11 stellenweise auf der flachen Oberseite der Hülle 4 des strahlungsempfindlichen Körpers festgeleimt ist.
Bei der Verbindung zwischen den beiden Hüllen besitzt der Kolben 11 eine nahezu flache Oberfläche.
Dies erleichtert die Montage im wesentlichen Masse und ergibt eine beträchtliche Erhöhung der Besttahlungsintensität infolge des resultierenden geringeren Abstandes zwischen dem Glühfaden 12 und dem strahlungsempfindlichen Körper 1. Durch die Verbindung sind die beiden Hüllen zu einer baulichen Einheit vereinigt und die Hülle des strahlungsempfindlichen Körpers dient dabei gleichzeitig als Träger für die Hülle der Strahlungsquelle. Das Ganze ist weiterhin noch in einem die Strahlung nicht durchlässigen Aluminiurnröhrchen 13 untergebracht, das am unteren und oberen Ende mit Hilfe eines geeigneten Isoliermaterials, z. B. Hartpapier, verschlossen ist. Schutz gegen Störstrahlung von aussen her kann auch dadurch erreicht werden, dass, statt der Verwendung einer gemeinsamen Hülle, das Ganze mit einer undurchsichtigen Lackschicht versehen wird.
Die Zuleitungsdrähte der Glühlampe sind an der Oberseite und die Zuleitungen 8 und 9 an der Unterseite herausgeführt. Durch Regelung des Stromes und bzw. oder der Spannung durch den Glühfaden kann die Bestrahlungsintensität und somit auch der Widerstand zwischen den beiden Elektroden 8 und 9 über einen grossen Bereich geregelt werden.
In bestimmten Fällen, in denen nicht eine allmähliche Regelung des Widerstandes über die ganze Strecke erwünscht ist, sondern vielmehr ein plötzlicher Übergang, kann nach einer Weiterbildung der Erfindung mit grossem Vorteil statt einer Glühlampe auf in baulicher Hinsicht ähnliche Weise eine kleine Gasentladungsröhre verwendet werden, die erst bei einer bestimmten Schwellenspannung gezündet wird, so dass dann plötzlich der Widerstand des strahlungsempfindlichen Körpers drastisch herabgesetzt wird und dann über der Schwellenspannung gewünschtenfalls noch etwas weiter rückgeregelt werden kann. Zu diesem Zweck können z. B. käuflich erwerbliche kleine Glimmlichtröhren angewendet werden.
In der Praxis hat sich ergeben, dass die Ersatzmöglichkeit der Glühlampe nicht unbedingt erforderlich ist, und dass regelbare Widerstände nach Fig. l mit sehr langer Lebensdauer verwirklichbar sind durch Verwendung einer Strahlungsquelle, die eine sowieso lange Lebensdauer besitzt, z. B. wegen ihrer verhältnismässig niedrigen Glühfadentemperatur und ausserdem durch eine niedrigere Beanspruchung der Strahlungsquelle als normal.
Es ist ohne weiteres deutlich, dass im Rahmen der Erfindung von einem Sachverständigen noch unzählige bauliche Änderungen in dieser regelbaren Impedanz durchgeführt werden können. So kann z. B. die Glühlampe bei der Bauart nach Fig. l statt mit dem Scheitel des Kolbens mit einer Seitenwand des Kolbens auf der Hülle des strahlungsempfindlichen Körpers befestigt werden. Die gemeinsame Hülle kann z. B. mit einer gut reflektierenden Innenschicht versehen werden : der Kolben der Strahlungsquelle kann derart gestaltet und teilweise auf der Innenseite mit einer reflektierenden Schicht versehen werden, dass die Strahlung auf die photoempfindliche Schicht konzentriert wird.
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Die regelbare Impedanz nach der Erfindung eignet sich zur Anwendung in vielerlei Schaltungen. Ein
Vorteil dabei ist, dass der Regelkreis, in dem die Strahlungsquelle liegt, vom Regelkreis mit dem strah- lungsempfindlichen Körper galvanisch getrennt sein kann. Ein weiterer Vorteil eines regelbaren Wider- standes nach der Erfindung besteht darin, dass er infolge der Trägheit der Strahlungsquelle krachfrei ist, wenn auch die Regelorgane im Regelkreis dies nicht sind. Ein weiterer Vorteil ist die einfache Distanzbe- dienungsmöglichkeit, die eine Aufnahme in eine Apparatur wesentlich erleichtert.
Die regelbare Impe- danz kann an der elektronisch günstigsten Stelle in der Apparatur untergebracht werden, während die Re- gelorgane für den Strahlungsquellenkreis an der mechanisch einfachsten Stellen der Apparatur angeord- net werden können, gewünschtenfalls in einem Abstand von vielen Metern von der regelbaren Impedanz nach der Erfindung.
Die regelbare Impedanz nach der Erfindung eignet sich z. B. besonders zur Anwendung in sogenannten
Potentiometerschaltungen. Zu diesem Zweck wird in Reihe mit dem strahlungsempfindlichen Körper ein fester Widerstand in die Schaltung aufgenommen und an diese Reihenschaltung wird die Gesamtspannung gelegt, während die zu steuernde Teilspannung zwischen zwei Elektroden des strahlungsempfindlichen
Körpers abgenommen wird und die elektrischen Regelsignale der Strahlungsquelle zugeführt werden. Für
Anwendungen, bei denen ein fester Widerstand in Verbindung mit dem strahlungsempfindlichen Körper verwendet wird, kann dieser Widerstand nach einer Weiterbildung der Erfindung in einfacher Weise in die bauliche Einheit der Strahlungsquelle und des strahlungsempfindlichen Körpers aufgenommen sein, z.
B. indem auf einem Trägerkörper des strahlungsempfindlichen Körpers (in Fig. 1 auf der Unterseite der Hart- papierplatte) noch eine dünne Widerstandsschicht nach der bekannten Technik mit Hilfe einerKohlesus- pension angebracht ist, und die Elektroden auf der Kohleschicht können getrennt oder bereits mit dem strahlungsempfindlichen Körper durchverbunden nach aussen geführt sein.
Schliesslich sei noch ein besonderer Effekt erwähnt, der mit einer regelbaren Impedanz nach der Erfindung erreicht werden kann, deren Strahlungsquelle aus einer kleinen Glühlampe und deren strahlungs- empfindlicher Körper aus einem Photowiderstand aus Kadmiumsulfid, insbesondere gesintertem Kadmiumsulfid. aktiviert mit Cu und Ga, je etwa 10 Grammatom pro Gramolekül CdS, besteht. Zu die- sem Zweck wird die Vorrichtung in einer Schaltung aufgenommen und in Reihe mit dem Glühfaden der Glühlampe wird ein linearveränderlicher Widerstand geschaltet. Es hat sich ergeben, dass der Widerstand des Photowiderstandes als Funktion des Eindrehungswinkels des in Reihe mit der Lampe liegenden linearveränderlichen Widerstandes einen logarithmischen Verlauf aufweist.
Durch eine solche Kombination nach der Erfindung kann somit in einfacher Weise ein logarithmisch veränderlicher Widerstand erzielt werden.
PATENTANS. PRÜCHE : l. Regelbare elektrische Impedanz, insbesondere regelbarer Widerstand, bestehend aus einer zu einer baulichen Einheit zusammengebauten Kombination eines strahlungsempfindlichen Körpers, auf dem wenigstens zwei die Impedanz bedingende Elektroden angeordnet sind, mit einer regelbaren Strahlungsquelle zur Regelung dieser Impedanz, dadurch gekennzeichnet, dass der strahlungsempfindliche Körper und die Strahlungsquelle je eine getrennte Hülle besitzen, welche wenigstens teilweise aus einem strahlungsdurchlässigen Material, z. B.
Glas, besteht, wobei der strahlungsempfindliche Körper vorzugsweise in Form eines photoleitenden Kadmiumsulfidkörpers an der einen Seite unterhalb eines strahlungsdurchlässigen Teiles seiner Hülle angebracht ist, während ein strahlungsdurchlässiger Teil der Hülle der Strahlungsquelle vorzugsweise mit angepasster flacher Oberfläche, stellenweise mit der Aussenseite des erwähnten strahlungsdurchlässigen Teiles der Hülle des strahlungsempfindlichen Körpers verbunden ist.