DD143191A1

DD143191A1 - PRESSURE-CONTROLLED THRESHOLD SWITCH

Info

Publication number: DD143191A1
Application number: DD21317879A
Authority: DD
Inventors: Christian Dippmann; Rainer Krauss; Dietmar Felber
Original assignee: Christian Dippmann; Rainer Krauss; Dietmar Felber
Priority date: 1979-05-28
Filing date: 1979-05-28
Publication date: 1980-08-06
Also published as: CS312580A1; CS245254B1; DE3007061A1; DD143191B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen druckgesteuerten Schwellwertschalter aus amorfhem, zwischen niedriger und hoher Leitfaehigkeit schaltbarem halbleitermaterial. Ziel der Erfindung besteht darin, die hohe Stoersicherheit durch Ausnutzung druckabhaengiger Parameter des genannten Halbleitermaterials zu erreichen, die ein Ausgangssignal ermoeglichen, fuer das die ausreichende Stabilitaet der Kennwerte der angesteuernden Impulsfolge bereits gegeben bzw. einfacher zu erzielen ist. Erfindungsgemaess wird diese Aufgbe geloest, indem bei Impulshoehen der angesteuernden Rechteckimpulse ueber der Schwellspannung ueber der Schwellspannung des Halbleitermaterials die wirksame Breite der Rechteckimpulse zwischen der Verzoegerungszeit des Halbleitermaterials ohne Druckbeaufschlagung und dessen Verzoegerungszeit mit Druckbeaufschlagung liegt. -Fig.3-The invention relates to a pressure-controlled threshold from amorfhem, between low and high Leitfaehigkeit switchable semiconductor material. The aim of the invention is to achieve the high interference safety by utilizing pressure-dependent parameters of said semiconductor material, which allow an output signal for which the sufficient stability of the characteristics of the driving pulse sequence is already given or easier to achieve. According to the invention, this Aufgbe is dissolved by the effective width of the rectangular pulses between the delay time of the semiconductor material without pressurization and its Verzoegerungszeit with pressurization is at Impulsuloshoehen the driving square pulses on the threshold voltage over the threshold voltage of the semiconductor material. -Fig.3-

Description

-Λ- ti, I-Λ- ti, I

Titel der Erfindung Druckgesteuerter SchwellwertschalterTitle of the Invention Pressure Controlled Threshold Switch

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen druckgesteuerten Schwellwertschalter aus amorphem, zwischen niedriger und hoher Leitfähigkeit schaltbarem Halbleitermaterial. Der Schwellwertschalter kann als mechanisch-elektrisches Wandlerelement für Tastschalter, Relais und Koppler Verwendung finden.The invention relates to a pressure-controlled threshold value switch made of amorphous, switchable between low and high conductivity semiconductor material. The threshold can be used as a mechanical-electrical transducer element for push-button, relay and coupler use.

Charakteristik der bekannten technischen LösungCharacteristic of the known technical solution

Bei einem bekannten druckgesteuerten Schwellwertschalter aus einem amorphen Halbleiter (DD-PS 19594-8-) umhüllen magnetische Grund- und Deckelelektroden das Halbleitermaterial und üben auf dasselbe bei Durchsetzung mit einem Magnetfeld Druckkräfte aus. An den Elektroden des Halbleitermaterials liegt eine Impulsspannung an, deren Spitzenwerte niedriger als die Schwellspannung des Halbleitermaterials sind. Durch die erzeugten Druckkräfte wird die Schwellspannung unter die Spitzenwerte der Impuls— spannung gesenkt, so daß das Halbleitermaterial vom Zustand niedriger in den Zustand hoher Leitfähigkeit umschaltet. Hierbei steht bezüglich der Breite der ansteuernden Impulse die Bedingung, daß diese größer als eine materialbedingte Verzögerungszeit des Halbleiters vom Erreichen des Schwellwertes bis zum .Umschalten ist» Die Beträge der erreichbaren druckabhängigen Schwellwert-In a known pressure-controlled threshold switch made of an amorphous semiconductor (DD-PS 19594-8-) encase magnetic base and cover electrodes, the semiconductor material and exert on the same when enforced with a magnetic field pressure forces. At the electrodes of the semiconductor material is applied to a pulse voltage whose peak values are lower than the threshold voltage of the semiconductor material. Due to the generated compressive forces, the threshold voltage is lowered below the peak values of the pulsed voltage, so that the semiconductor material switches from the state of lower to the state of high conductivity. In this case, with regard to the width of the triggering pulses, the condition is that this is greater than a material-related delay time of the semiconductor from reaching the threshold value to "switching". The amounts of the achievable pressure-dependent threshold value

änderungen sind im Verhältnis der Amplitudenschwankungen der ansteuernden Impulse gering, so daß eine hohe Amplitudenstabilität Voraussetzung für die exakte Punktion des Schwellwertschalters bzw« für eine hohe Störsicherheit bildet, die mit erhöhten Aufwendungen verbunden sind«;Changes in the ratio of the amplitude fluctuations of the driving pulses are low, so that a high amplitude stability is a prerequisite for the exact puncture of the threshold switch or "for a high noise immunity, which are associated with increased expenses";

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung .ist die Entwicklung eines druckgesteuerten Schwellwertschalters, der sich gegenüber der bekannten Lösung durch eine höhere Störsicherheit auszeichneteThe aim of the invention is the development of a pressure-controlled threshold switch, which was distinguished from the known solution by a higher interference immunity

Darlegung des Wesens der Erfindung Explanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin_s die beabsichtigte Erhöhung der Störsicherheit durch Ausnutzung anderer druck-. abhängiger Parameter des genannten Halbleitermaterials zu erreichen, die ein Ausgangssignal ermöglichen, für das die ausreichende Stabilität der Kennwerte der ansteuernden Impulsfolge bereits gegeben bzw«, einfacher zu erzielen ist.The object of the invention is _s intention to increase noise immunity by utilizing other pressure. to achieve dependent parameters of said semiconductor material, which enable an output signal for which the sufficient stability of the characteristic values of the triggering pulse sequence has already been given or is easier to achieve.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem bei Impulshöhen der ansteuernden Recht.eckimpulse über der Schwellspannung des Halbleitermaterials die wirksame Breite der Rechteckimpulse zwischen der Verzögerungszeit des Halbleitermaterials ohne Druckbeaufschlagung und dessen Verzögerungszeit mit Druckbeaufschlagung liegteAccording to the invention, this object is achieved by lying at pulse heights of the driving Recht.eckimpulse above the threshold voltage of the semiconductor material, the effective width of the rectangular pulses between the delay time of the semiconductor material without pressurization and its delay time with pressurization

Ausführungsbeispielembodiment

Id. der Zeichnung zeigen:Id. Of the drawing show:

Figur 1i Spannungs~Zeit~Funktionen an amorphen Halbleitern,Figure 1i voltage ~ time functions on amorphous semiconductors,

Figur 2% Spannungs-Zeit-Funktionen an amorphen Halbleitern in Abhängigkeit von wirkenden DruckkräftenFigure 2% voltage-time functions on amorphous semiconductors as a function of acting compressive forces

und - ' 'and - ' '

Figur 3s clas Schaltbild des erfindungsgemäßen Schwellwertschalter sFIG. 3s shows the circuit diagram of the threshold value switch according to the invention

_ 3 —_ 3 -

Gemäß Fig_o 3 besteht der erfindungsgemäße Schwellwertschalter aus einem Generator G, einem Schaltelement S aus amorphem Halbleitermaterial, einem Vorschaltwiderstand Ry und einem Meßwiderstand R,t, die eine Reihenschaltung bilden. Die über dem Meßwiderstand Rjτ abfallende Spannung ist über einen Ausgang A herausgeführt» Der Generator G erzeugt Rechteckimpulse mit einem Spannungsverlauf U« gemäß Fig.1, der über den Vorschaltwiderstand Ry am Schaltelement S anliegt mit einen Spannungsverlauf U-,. Erreicht dieser die Schwellspannung Uq, v/ird der Übergang des Schaltelementes S vom Zustand niedriger Leitfähigkeit in den hoher Leitfähigkeit eingeleitet. Auf Grund der physikalischen Vorgänge im Halbleiter erfolgt die genannte Umschaltung nach einer Verzögerungszeit tp_O Als wirksame Impulsbreite t^ wird die Zeit von Erreichen der Schwellspannung Uq bis zur Unterschreitung dieser Schwellspannung durch den Spannungsverlauf Up bezeichnet. Eine Voraussetzung für die genannte Umschaltung bildet das Größenverhältnis von wirksamer Impulsbreite tj- und Verzögerungszeit tp, für das gilt: t[- > t₂· Mit dem Übergang des Schalt element es S in den Zustand hoher Leitfähigkeit (Zeit t.) bildet sich am Aus-gang A die Anstiegsflanke des Ausgangsimpulses, dessen Rückflanke mit der Rückflanke des Spannungsverlaufes U_& entsteht (Spannungsverlauf U™ in Figur 1).According to Fig _o 3, the threshold value according to the invention consists of a generator G, a switching element S made of amorphous semiconductor material, a series resistor Ry and a measuring resistor R, t, which form a series circuit. The voltage drop across the measuring resistor Rjτ voltage is led out via an output A »The generator G generates rectangular pulses with a voltage curve U« according to Figure 1, which is applied to the switching element S via the series resistor Ry with a voltage curve U-. When this reaches the threshold voltage Uq, the transition of the switching element S from the low conductivity state to the high conductivity is initiated. Due to the physical processes in the semiconductor said switching takes place after a delay time tp _{O is the} effective pulse width t ^ the time from reaching the threshold voltage Uq to falling below this threshold voltage indicated by the voltage curve Up. A prerequisite for the said switching forms the size ratio of effective pulse width tj and delay time tp, for which applies: t [-> t ₂ · With the transition of the switching element it S in the state of high conductivity (time t.) Formed at Output A is the rising edge of the output pulse whose trailing edge is formed with the trailing edge of the voltage curve U _& min; (voltage curve U ™ in FIG. 1).

Für das Größenverhältnis tp > t^ entsteht am Ausgang A kein Impuls (Spannungsverlauf U,, in Figur 2), da das Schaltelemeiit S nicht in den Zustand hoher Leitfähigkeit kommt, denn nach Ablauf der Verzögerungszeit t~ hat der Spannungsverlauf U_& bereits die Schwellspannung Ug unterschritten.For the size ratio tp> t ^ arises at the output A no pulse (voltage waveform U ,, in Figure 2), since the Schaltelemeiit S does not come into the state of high conductivity, because after the delay time t ~ has the voltage curve U _& already the threshold voltage Ug fell below.

Es wurde gefunden, daß die Verzögerungszeit t_? von einer auf das Halbleitermaterial des Schaltelementes S ausgeübten Druckkraft abhängig ist. Eine Erhöhung dieser Druckkraft bewirkt eine Verkleinerung der Verzögerungszeit t₂ auf den WertIt was found that the delay time t _? is dependent on a force exerted on the semiconductor material of the switching element S compressive force. An increase in this pressure force causes a reduction of the delay time t ₂ to the value

Liegt die wirksame Impulsbreite t,- (Spannungsverlauf U« in Pig* 2) in ihrem Betrag zwischen der Verzögerungszeit tp ohne Druckbeaufschlagung und der Verzögerungszeit tp_D mit Druckbeaufschlagung (tp-rj< t,- <C tp) ₅ kann das Schaltelement S durch eine auf sein Halbleitermaterial ausgeübte Druckkraft geschaltet werden« Der Übergang des Schaltelementes in den Zustand hoher. Leitfähigkeit (Spannungsverlauf υ_ΕΏ) erfolgt dannj bevor die Rückflanke des vom Generator G anliegenden Spannungsverlaufes Uq die Schwellspannung Ug unterschreitet. Am Ausgang Ä ist der Spannungsverlauf Ujjjp des entstehenden Ausgangsimpulses abnehmbar. Die Schwellspannung Ug ist ebenfalls druckabhängig_s so daß sich gleichfalls eine Erniedrigung derselben ergibt, die unterstützend auf den Umschaltvorgang wirkt«, Die Schwellspannung Up ist nicht die für die Umschaltung zu steuernde Größe j wie dies bei dem bekannten Schwellwertschalter der Fall ist«, Da mit bekannten Mitteln die Einstellung der wirksamen Impulsbreite b^ wesentlich präziser möglich und unempfindlicher gegenüber Störgrößen ist als die Einstellung von Impulsamplituden gemäß der bekannten Lösung, ist das Ziel einer höheren Störsicherheit erreicht. Die genannte Druckbeaufschlagung kann wie bei der bekannten Lösung durch.eine Ummantelung des amorphen Halbleitermaterials des Schaltelementes S mit Grund— und Deckelelek— tröden erfolgen, die aus Material mit magnetostriktiven Eigenschaften bestehen,, Diese Elektroden üben bei Annäherung eines Magnetfeldes M auf das Halbleitermaterial die für den Schaltprozeß erforderliche Druckkraft aus. Andere Möglichkeiten der Erzeugung der Druckkraft können gewählt werden«If the effective pulse width t, - (voltage curve U "in Pig * 2) in their amount between the delay time tp without pressurization and the delay time tp _D with pressurization (tp-rj <t, - <C tp) ₅ , the switching element S by a pressure force applied to its semiconductor material is switched «The transition of the switching element to the higher state. Conductivity (voltage curve υ _ΕΏ ) is then dannj before the trailing edge of the voltage applied by the generator G Uq falls below the threshold voltage Ug. At the output Ä the voltage curve Ujjjp of the resulting output pulse is removable. The threshold voltage Ug is also dependent on the pressure _s, so that there is likewise a reduction in the same, which acts in support of the switching process. The threshold voltage U _p is not the variable j to be controlled for switching, as is the case with the known threshold switch known means the setting of the effective pulse width b ^ much more precise possible and less sensitive to disturbances than the setting of pulse amplitudes according to the known solution, the goal of a higher noise immunity is achieved. The said pressurization can take place, as in the known solution, by cladding the amorphous semiconductor material of the switching element S with base and lid elements which consist of material having magnetostrictive properties. These electrodes exert the effect when a magnetic field M approaches the semiconductor material the switching process required pressure force. Other possibilities of generating the pressure force can be selected «

Claims

Invention claim.

Pressure-controlled threshold switch with a switching element of amorphous semiconductor material switchable between low and high conductivity with a delay time in the transition from low to high conductivity
in connection with means for applying a compressive force to the semiconductor material, the switching element being connected to the output circuit of a generator generating rectangular pulses, characterized in that
at pulse heights of the driving rectangular pulses above the threshold voltage (Ug) of the semiconductor material whose v / effective pulse width (t [-) between the delay time (t _? ) without pressurization and the delay time (
with pressurisation »

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