DE1019745B - Magnetfeldabhaengige Widerstandsanordnung, insbesondere Hallgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf magnetfeldabhängige Widerstandsanordnungen, insbesondere Hallgeneratoren, mit einem aus einerHalbleiterverbindung hoher Trägerbeweglichkeit bestehenden Widerstandskörper, der dem 'Feld einer einen zeitlich veränderlichen Fluß führenden Magnetfeldanordnung ausgesetzt ist. Solche Widerstandskörper weisen außer einem Paar Stromelektroden ein Paar quer zur Stromrichtung angebrachte Hilfselektroden auf. Bei einem Hallgenerator entsteht an den Hilfselektroden im Falle eines durch den Widerstandskörper fließenden Stromes 7 und eines den Widerstandskörper mit einer zur Ebene seiner Strombahnen senkrechten Komponente B durchsetzenden Magnetfeldes die sogenannte Hallspannung. Diese ist proportional dem Produkt aus J-B,

Die Hilfselektroden stellen Ausgangselektroden dar, an denen Ausgangs spannungen oder Ausgangsströme auftreten. Beim Hallgenerator werden sie zum Unterschied von den Stromelektroden als Hallelektroden bezeichnet. Für den bekannten Halleffekt wird als Maß die die Größe der Hallspannung bestimmende Hallkonstante angegeben. Der Halleffekt ist besonders groß bei Wismut und bei dem Halbleiter Germanium. Bei der Untersuchung des Halleffektes von Germanium hat sich gezeigt, daß beim Vorliegen eines zeitlich veränderlichen Magnetfeldes H unter Umständen eine störende Komponente im Hallkreis auftreten kann, die der zeitlichen Änderung von H proportional ist. Es ist auch bereits eine Anordnung bekannt, durch die die störende Komponente vermieden werden kann. Dazu wird ein zwischen dem einen Pol einer zugehörigen Magnetfeldanordnung und dem Widerstandskörper angebrachter und mit dessen einer Hallelektrode verbundener besonderer Leiter verwendet, der in der Form eines flachen Streifens ausgebildet ist. Der Leiter ist an seinem einen Ende drehbar gelagert, und durch genaue Einstellung des Drehwinkels kann die störende Komponente zu Null gemacht werden.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der bei der bekannten Anordnung verwendete Aufwand nicht erforderlich ist und daß mit wesentlich einfacheren Mitteln ebenfalls ein von einer induktiven Komponente freier Hallkreis geschaffen werden kann. Gemäß der Erfindung wird unter Anbringung der Ausgangselektroden in der Mitte des Widerstandskörpers der eine der an die Abnahmestellen der Ausgangsspannung, insbesondere Hallspannung, führenden Zuleitungsdrähte in Richtung auf die andere Abnahmestelle isoliert über dem Widerstandskörper und vorzugsweise unmittelbar auf diesem liegend herausgeführt. Anschließend ist er mit dem zur anderen Abnahmestelle der Ausgangsspannung, insbesondere

Magnetfeldabhängige

Widerstandsanordnung,

insbesondere Hallgenerator

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. Friedrich Kuhrt, Nürnberg,
ist als Erfinder genannt worden

Hallspannung, führenden Zuleitungsdraht derart weitergeführt, daß im Ausgangskreis, z. B. im Hallkreis, eine wirksame Induktionsfläche in bezug auf den Fluß der Magnetfeldanordnung vermieden ist. Diesen Maßnahmen liegt die Erkenntnis zugrunde, daß, ein homogenes Magnetfeld vorausgesetzt, die störende, dem zeitlich veränderlichen Magnetfeld proportionale Komponente durch zwei ungleiche Stromflächen im Widerstandskörper zustande kommt, die links und rechts einer gedachten, die Hallelektroden miteinander verbindenden Linie gebildet werden. Diese Stromflächen werden von dem zeitlich veränderlichen Magnetfeld durchsetzt. Werden nun die Hallelektroden gemäß der Erfindung angeordnet, so wird die Differenz der beiden Induktionsflächen zwangläufig zu Null gemacht, indem ungleiche Stromflächen von vornherein vermieden werden, so daß eine Induktionsspannung gar nicht erst auftreten kann.

Besondere Bedeutung hat die Erfindung bei in neuerer Zeit entwickelten Widerstandskörpern aus Halbleiterverbindungen hoher Trägerbeweglichkeit von etwa 6000 cm²/Volt-sec und mehr. Hierzu gehören vor allem solche aus Verbindungen von einem der Elemente Aluminium, Gallium oder Indium aus der III. Gruppe, Untergruppe b, mit einem der Elemente Phosphor, Arsen oder Antimon aus der V. Gruppe, Untergruppe b, des Periodischen Systems der Elemente. Halbleiterverbindungen dieser Art sind in den deutschen Patentanmeldungen S 22281 VIIIc/ 21g und S 31041 VIII c/21e beschrieben und zeichnen sich durch relativ große Hallkonstanten aus. Der besondere Vorteil gegenüber den bisher zur Ausnut-

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zung des Halleffektes verwendeten Widerstandskörpern besteht jedoch darin, daß Verbindungen aus den genannten Stoffen die Schaffung so hoch belastungsfähiger Hallstromkreise ermöglichen, daß leistungsaufnehmende Meßinstrumente sowie andere Verbraucher, wie z. B. Relais, Magnetverstärker usw., unmittelbar betrieben werden können. Die so geschaffenen »Hallgeneratoren« stellen somit ein neues Bauelement der Meß-, Steuer- und Regeltechnik dar, durch das in vielen Fällen Aufgaben in einfacherer und vorteilhafterer Weise gelöst werden können, als dies bisher mit anderen Mitteln möglich war. Diese Umstände erfordern es jedoch, daß die Hallgeneratoren möglichst einfach und billig sind und außerdem störungsfrei arbeiten, damit nicht durch komplizierte Maßnahmen und einen großen Aufwand technische Anwendungen von vornherein ausscheiden. Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden einfachen Maßnahmen sind geeignet, Hallgeneratoren hoher Güte zu schaffen, die den vorgenannten Bedingungen genügen und somit auch von der wirtschaftlichen Seite den Weg für eine weitgehende Anwendung frei machen.

Besonders vorteilhaft ist es, gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, die Stromelektroden so auszubilden, daß sie flächen- bzw. linienförmig an dem Widerstandskörper angreifen. Im Gegensatz zu punktförmig angreifenden Stromelektroden wird dadurch auch in solchen Fällen eine gleichmäßige Verteilung der Stromflächen in dem Widerstandskörper ermöglicht, in denen bei der mittigen Anbringung sowie bei der Herausführung und Verlegung der die Hallelektroden bildenden Zuleitungsdrähte, z. B. durch Fabrikationsfehler, noch eine geringe induktive Restkomponente verbleiben sollte. In solchen Fällen kann die obengenannte linien- bzw. flächenhafte Ausbildung der Stromelektroden für einen induktiven Abgleich Vorteile bringen. Diese Ausbildung hat sich auch in bezug auf eine schnelle und serienmäßige Herstellung von Hallgeneratoren hoher Güte als vorteilhaft erwiesen, da es dadurch ermöglicht wird, die zu den Abnahmestellen der Hallspannung führenden Zuleitungsdrähte in' der oben beschriebenen Weise endgültig festzulegen, beispielsweise durch ein Klebemittel oder durch Einbetten in ein aushärtendes Kunstharz od. dgl., und trotzdem noch einen Abgleich durchzuführen, der durch äußere Einflüsse praktisch nicht mehr gestört werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß die für den Anschluß der Stromelektroden bestimmten Endteile des Widerstandskörpers von vornherein mit einer leitenden Metallschicht überzogen werden. Durch nachträgliches Abtragen eines Teiles des einen bzw. des ande- " ren Stromelektrodenbelages kann die Größe der für die Induktion wirksamen Flächen leicht verändert und aufeinander abgeglichen werden. Danach werden die verbleibenden endgültigen Stromelektroden zweckmäßig mit einer isolierenden Schutzschicht versehen. An sich wäre natürlich auch ein Abgleich durch nachträgliches Vergrößern der Fläche einer Stromelektrode möglich.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, die ein Ausführungsbeispiel schematisch darstellt. Die^Figur zeigt einen aus einem beispielsweise reckteckförmigen Plättchen bestehenden Widerstandskörper 1, der im Luftspalt einer durch einen Pfeil B angedeuteten, im einzelnen jedoch nicht näher dargestellten Magnetfeldanordnung eingefügt zu denken ist. Der Widerstandskörper hat zwei flächenförmig angreifende Stromelektroden 2 und 3, an die je ein seitlich um den Widerstandskörper 1 herumführender Zuleitungsdraht-4 bzw. 5 angeschlossen ist.

Durch diese fließt der Strom /_s, der aus einer nicht dargestellten, an sich beliebigen Stromquelle stammt. Die an die Abnahmestellen der Hallspannung O_n führenden Zuleitungsdrähte, die gleichzeitig die Hallelektroden darstellen, sind mit 6 bzw. 7 bezeichnet. Sie greifen punktförmig an, sind in der Mitte des Widerstandskörpers 1 an der vorderen bzw. hinteren Stirnseite angebracht, beispielsweise angelötet, und führen zu einem nicht dargestellten Meß-, Steuer-, Regelod. dgl. Gerät. Der die hintere Hallelektrode 6 darstellende Zuleitungsdraht ist unmittelbar, jedoch isoliert in Richtung auf die Anschlußstelle des die vordere Hallelektrode 7 darstellenden Zuleitungsdrahtes aus dem Luftspalt der nicht mit dargestellten Magnetfeldanordnung heraus- und alsdann mit dem die vordere Hallelektrode bildenden Zuleitungsdraht verdrillt weitergeführt. Um eine Induktionswirkung durch den Fluß bzw. Streitfluß der Magnetfeldanordnung zu verhindern, können die beiden Zuleitungsdrähte, anstatt verdrillt zu sein, auch in Richtung des Flusses übereinanderliegend angeordnet sein. Es wird bevorzugt, den die Hallelektrode 6 bildenden Zuleitungsdraht auf dem kürzesten Wege, d. h. unmittelbar auf dem Widerstandskörper 1 aufliegend, zur anderen Abnahmestelle der Hallspannung zu leiten. Dadurch werden eine besonders flache Bauform für eine Unterbringung in einem engen Luftspalt und zugleich eine feste Lage des Zuleitungsdrahtes ermöglicht. Sind die Zuleitungsdrähte lackiert, so kann im allgemeinen auf eine besondere Isolation gegenüber dem Widerstandskörper verzichtet werden. In Sonderfällen dagegen, vor allem, wenn der Widerstandskörper beweglich oder herausnehmbar im Luftspalt der Magnetfeldanordnung angeordnet ist, kann eine Isolationszwischenlage, beispielsweise in Form einer dünnen Isolierfolie, verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist in allen Fällen die Einbettung zumindest des mittleren Teiles des Widerstandskörpers und der zu den Abnahmestellen der Hallspannung gehörenden Anschlußleitungen in eine isolierende Masse, welche gleichzeitig auch den mechanischen Halt der Anschlußleitungen und einen Schutz des im allgemeinen gegen mechanische Beanspruchung empfindlichen Widerstandskörpers gewährleistet.

Die im vorstehenden für die Anordnung der Hallelektroden beschriebenen Maßnahmen zur Vermeidung einer induktiven Komponente können auch für die Stromelektroden, d. h. in bezug auf den Steuerstromkreis des Widerstandskörpers, angewendet werden. Dies wird jedoch nur dann erforderlich sein, wenn in dem an die Stromelektroden angeschlossenen Stromkreis Steuerströme vorhanden sind, die sich nicht ausreichend von den induzierten Fremdkomponenten unterscheiden.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Magnetfeldabhängige Widerstandsanordnung, insbesondere Hallgenerator, mit einem aus einer Halbleiterverbindung hoher Trägerbeweglichkeit bestehenden Widerstandskörper, der dem Feld einer einen zeitlich veränderlichen Fluß führenden Magnetfeldanordnung ausgesetzt ist und außer einem Paar Stromelektroden ein weiteres Elektrodenpaar, insbesondere zwei Hallelektroden, zur Abnahme der Ausgangsspannung, insbesondere der Hallspannung, und außerdem Mittel zur Vermeidung einer induktiven Komponente im Ausgangskreis, insbesondere im Hallkreis, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß unter Anbringung in der

Mitte des Widerstandskörpers der eine der an die Abnahmestellen der Ausgangs-, insbesondere Hallspannung führenden Zuleitungsdrähte in Richtung auf die andere Abnahmestelle isoliert über dem Widerstandskörper, vorzugsweise unmittelbar auf diesem liegend, herausgeführt und anschließend mit dem zur anderen Abnahmestelle der Ausgangsspannung führenden Zuleitungsdraht derart weitergeführt ist, daß im Ausgangskreis eine wirksame Induktionsfläche in bezug auf den Fluß der Magnetfeldanordnung vermieden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromelektroden flächen-

bzw. linienförmig an dem Widerstandskörper angreifen.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der mittlere Teil des Widerstandskörpers mit den zu den Abnahmestellen der Hallspannung führenden Zuleitungsdrähten in einer Isoliermasse, insbesondere einem aushärtenden Kunstharz, eingebettet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Zeitschrift Journal of Applied Physics, 1953, Bd. 24, S. 166 ff., Aufsatz »Hall Effect Modulators and .. .«.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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