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Stromkreis zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit von nach dem GauBeffekt arbeitenden Halbleitern Es ist bekannt, sowohl den Halleffekt als auch den Gausseffekt für die Multiplikation vom Grössen einzusetzen. Für die Hauelemente und für die magnetfeldabhängigen Widerstandskörper werden vorzugsweise Halbleiter vorgesehen, die aus Verbindungen von Elementen der III. und V.
Gruppe des periodischen Systems bestehen, da solche Halbleiter, insbesondere Indiumantimonid und Indiumarsenid, eine grosse Ausgangsleistung ergeben. Nachteilig ist für viele Anwendungszwecke jedoch die verhältnismässig grosse Temperaturabhängigkeit dieser Halbleiter- materialien. Bei Hauelementen ist diese Temperatur- abhängigkeit mittels Schaltungen mit Widerständen oder Transformatoren dadurch teilweise behoben worden, dass den Steuerstromanschlüssen des Hallelementes eine -einem Messwert proportionale Spannung angelegt wird,
statt dem Hallelement einen der Messgrösse proportionalen Strom zuzuführen. Dabei wird angenommen, dass sowohl die Haukonstante als. auch der Widerstand des Hauelementes sich in Abhängigkeit von der Temperatur nach Exponential- funktionen ändern, die ungefähr gleich grosse Exponenten aufweisen.
Dies führt aber nur dann zu prak- tisch brauchbaren Ergebnissen, wenn die Dimensionen des Halbleiterplättchens des Hauelementes zweckentsprechend gewählt werden und ausserdem die magnetische Induktion nur innerhalb eines verhältnismässig schmalen Bereiches geändert wird. Zu beachten ist aber, d'ass durch die bekannten Kompensationsmassnahmen nur eine Kompensation bezüglich des Halleffektes erfolgt, während die Temperaturabhängigkeit des Widerstandes des Hauelementes unkompen- siert bleibt.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromkreis zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit von nach dem Gausseffekt arbeitenden Halbleibern, das heisst zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit des Widerstandes eines magnetfeldabhängigen Widerstandskörpers.
Die Erfindung ist dadurch ge- kennzeichnet, d'ass in Reihe mit dem Halbleiter ein Widerstand mit einem im Verhältnis zum Widerstandswert des Halbleiters grossen Widerstandswert vorgesehen ist, wobei der Widerstand einen Teen peraturkoeffMenten aufweist, der gleich gross und gleichsinnig demjenigen des Halbleiters. ist.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausfüh- rungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 ein Diagramm und Fig. 2 einen Stromkreis. Im Diagramm gemäss der Fig. 1 ist für ein rechteckiges Plättchen.
aus dem Halbleitermaterial Indium- antimonid der Widerstand in Funktion der Temperatur für .einen Temperaturbereich von -40 C bis + 80 C dargestellt. Die Kurve 1 gilt für eine Induktion B = 0 Gauss, die Kurve 2 für B - 2 Kilogauss und die übrigen Kurven. 3 bis 6 für Induktionen, die je um 2 Kilogauss höher legen.
Im Diagramm der Fig. 1 sind die Ordinaten in logarithmischem Massstab aufgetragen, Innerhalb des Temperaturbereiches von -20 C bis + 40 C weisen die Kurven 1 bis 6 praktisch einen linearen Verlauf auf, und sie sind innerhalb des betrachteten Temperaturbereiches zu- einander ausserdem parallel. Dies bedeutet, dass es sich bei diesen Kurven um Exponentialfanktionen handelt und d'ass diese alle den gleichen Exponenten aufweisen.
Für einen magnetfeldabhängigen Widerstands- körper gilt bekanntlich allgemein die Beziehung RB - f(Ro, B)
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worin RB den Widerstandswert bei der Induktion B und R" den Widerstandswert bei der Induktion Null bedeutet.
Unter Berücksichtigung einer Temperaturänderung kann, da eine Exponentialfunktion vorliegt, gesetzt werden RBt -.f (Roo,B) E - at worin RBt den Widerstandswert bei der Induktion B und der Temperatur t C und Roo den Widerstandswert bei der Induktion Null und der Temperatur 0 C bedeutet.
Um den durch :einen Widerstandskörper fliessenden Strom i verursachten Spannungs- abfall am Widerstandskörper konstant zu halten, müsste sich der Strom i gemäss der folgenden Beziehung ändern lt - ios+at worin it den Strom durch den Widerstandskörper bei einer Temperatur von t C und i" den Strom bei der Temperatur 0 C bedeutet.
Diese Forderung kann nun durch den in der Fig. 2 dargestellten Stromkreis erzielt werden.
In der Fig. 2 bedeutet RB einen magnetfeldabhängigen Widerstandskörper, der als kleine Scheibe ausgebildet ist, und W einen Widerstand, dessen Widerstandswert bei allen Betriebsverhältnissen bedeutend! grösser ist als derjenige des Widerstandskörpers. Letzterer und der Widerstand W liegen in Reihe und sind beispielsweise über die Sekundärwicklung 6 eines Transformators 7 gespeist, der primärseifig an ein Wechselstromnetz 8 angeschlossen ist.
Mit 9 ist eine Erregerwicklung bezeichnet, die in das Wech selstromnetz 8 eingeschaltet ist und die den Widerstandskörper RB beeinflussende Induktion B erzeugt.
Unter den gewählten Verhältnissen ergibt sich, dass der durch RB und W fliessende Strom i praktisch nur durch den Widerstandswert des Widerstandes W bestimmt ist. Weist nun der Widerstand W eine Kennlinie auf, die derjenigen des Widerstandskörpers RB ähnlich ist, also Wt- Wo E_at, worin Wt den Widerstandswert bei der Temperatur t C und Wo denjenigen bei der Temperatur 01' C bedeutet, so fliesst als Folge der Sekundärspannung e ein Strom i durch den Widerstandskörper RB, der durch die folgende Beziehung gegeben ist:
EMI2.64
Ein solcher Strom i genügt der oben angeführten Beziehung für it, das heisst er erfüllt die Bedingung, die für die Kompensation der Temperaturabhängigkeit eines magnetfeldabhängigen Widerstandskörpers ermittelt wurde.
Der Widerstand W kann aus dem gleichen Material hergestellt sein wie der Widerstandskörper RB, oder er kann, um einen gewünschten Temperatur- koeffizienten zu erhalten, aus mehreren Teilwiderständen mit positiven und negativen Temperaturkoeffizienten zusammengesetzt sein. Ausserdem kann der Widerstand W auch durch ein geeignetes Netz- werkersetzt werden.
Der in der Fig. 2 dargestellte Stromkreis zeigt zugleich ein Anwendungsbeispiel für die Messung der Wechselstromleistung des Netzes 8, wobei das Feld B der Erregerwicklung 9 dem Verbraucherstrom 1 und die Sekundärspannung e der Verbraucherspannung proportional ist. Die Anzeige der Wechselstrom- leistung erfolgt an einem Spannungsmesser 10, der den am Widerstandskörper RB auftretenden Gleich- spannungsabfäü misst.
Der beschriebene Stromkreis kann bei allen Widerstandskörpern, die einen Gausseffekt zeigen, wie z. B. Germanium, Silizium, Indiumarsenid usw., zur Anwendung kommen. Wesentlich für die angestrebte Kompensation der Temperaturabhängigkeit solcher Widerstandskörper ist die Steuerung des durch den Widerstandskörper fliessenden Stromes durch einen Widerstand, der im Verhältnis zum Widerstandskörper einen z. B. 100mal grösseren Widerstandswert aufweist und den gleichen Temperaturkoeffizienten wie der Widerstandskörper hat.
Von Vorteil' gegenüber Einrichtungen, bei denen Halle-lemente verwendet werden, ist, dass bei Widerstandskörpern mit Gausseffekt die Kompensation nur für eine Grösse, statt für zwei Grössen wie beim Halselement, durchzuführen ist, was leichter und genauer bewerkstelligt werden kann.
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Circuit to compensate for the temperature dependence of semiconductors working according to the Gaussian effect It is known to use both the Hall effect and the Gaussian effect for the multiplication of sizes. Semiconductors are preferably provided for the main elements and for the magnetic field-dependent resistance bodies, which are composed of compounds of elements of III. and V.
Group of the periodic system exist, since such semiconductors, especially indium antimonide and indium arsenide, give a large output power. However, the relatively large temperature dependence of these semiconductor materials is a disadvantage for many application purposes. In the case of building elements, this temperature dependency has been partially eliminated by means of circuits with resistors or transformers by applying a voltage proportional to a measured value to the control current connections of the Hall element,
instead of supplying the Hall element with a current proportional to the measured variable. It is assumed that both the Hau constant and. The resistance of the building element also changes depending on the temperature according to exponential functions, which have exponents of approximately the same size.
However, this only leads to practically usable results if the dimensions of the semiconductor wafer of the building element are selected appropriately and, moreover, the magnetic induction is only changed within a relatively narrow range. It should be noted, however, that the known compensation measures only compensate for the Hall effect, while the temperature dependency of the resistance of the building element remains uncompensated.
The present invention relates to a circuit for compensating the temperature dependency of semiconductors operating according to the Gaussian effect, that is to say for compensating the temperature dependency of the resistance of a magnetic field-dependent resistor body.
The invention is characterized in that, in series with the semiconductor, a resistor with a large resistance value in relation to the resistance value of the semiconductor is provided, the resistance having a temperature coefficient which is equal to and in the same direction as that of the semiconductor. is.
An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is shown in the drawing. They show: FIG. 1 a diagram and FIG. 2 a circuit. In the diagram according to FIG. 1 is for a rectangular plate.
from the semiconductor material indium antimonide, the resistance is shown as a function of temperature for a temperature range from -40 C to + 80 C. Curve 1 applies to an induction B = 0 Gauss, curve 2 for B - 2 kilogauss and the other curves. 3 to 6 for inductions that are each 2 kilogauss higher.
In the diagram of FIG. 1, the ordinates are plotted on a logarithmic scale. Within the temperature range from -20 ° C. to + 40 ° C., the curves 1 to 6 are practically linear, and they are also parallel to one another within the temperature range under consideration. This means that these curves are exponentials and that they all have the same exponent.
As is well known, the relationship RB - f (Ro, B) generally applies to a magnetic field-dependent body
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where RB means the resistance value at induction B and R "means the resistance value at induction zero.
Taking into account a change in temperature, since there is an exponential function, RBt -.f (Roo, B) E - at can be set, where RBt is the resistance value at induction B and temperature t C and Roo is the resistance value at induction zero and temperature 0 C means.
In order to keep the voltage drop across the resistor body caused by: a resistance body flowing constant, the current i would have to change according to the following relation lt - ios + at where it is the current through the resistance body at a temperature of t C and i " means the current at temperature 0C.
This requirement can now be achieved by the circuit shown in FIG.
In Fig. 2, RB means a magnetic field-dependent resistor body, which is designed as a small disk, and W a resistor, the resistance value of which is significant in all operating conditions! is larger than that of the resistance body. The latter and the resistor W are in series and are fed, for example, via the secondary winding 6 of a transformer 7, which is connected to an alternating current network 8 with a primary connection.
9 with an excitation winding is referred to, which is switched on in the Wech selstromnetz 8 and the induction B influencing the resistance body RB generated.
Under the chosen conditions, the result is that the current i flowing through RB and W is practically only determined by the resistance value of the resistor W. If the resistance W now has a characteristic that is similar to that of the resistance body RB, i.e. Wt-Wo E_at, where Wt is the resistance value at temperature t C and Wo that at temperature 01'C, then as a result of the secondary voltage e flows a current i through the resistor body RB, which is given by the following relation:
EMI2.64
Such a current i satisfies the relationship given above for it, that is to say it fulfills the condition which was determined for the compensation of the temperature dependence of a magnetic field-dependent resistance body.
The resistor W can be made of the same material as the resistor body RB, or, in order to obtain a desired temperature coefficient, it can be composed of several partial resistors with positive and negative temperature coefficients. In addition, the resistor W can also be replaced by a suitable network.
The circuit shown in FIG. 2 also shows an application example for measuring the AC power of the network 8, the field B of the excitation winding 9 being proportional to the load current 1 and the secondary voltage e being proportional to the load voltage. The AC power is displayed on a voltmeter 10, which measures the DC voltage drop occurring at the resistor body RB.
The circuit described can be used in all resistance bodies that show a Gaussian effect, such. B. germanium, silicon, indium arsenide, etc., are used. Essential for the desired compensation of the temperature dependency of such resistance body is the control of the current flowing through the resistance body by a resistor, which in relation to the resistance body a z. B. 100 times greater resistance and has the same temperature coefficient as the resistor body.
The advantage over devices in which Hall elements are used is that, in the case of resistance bodies with a Gaussian effect, compensation is only to be carried out for one size instead of two sizes as with the neck element, which can be done more easily and more accurately.