Übertragungsglied für Niederfrequenzgeräte zum Übergang von hohen
auf niedrige Impedanzen In der Niederfrequenztechnik tritt vielfach die Forderung
auf, eine niedrige Impedanz an eine hohe anzukoppeln. Zu, diesem Zweck sind bisher
vor allem Übertrager verwendet worden. Diese gestatten eine Anpassung von Impedanzen
bis zu Bruchteilen eines Ohm. Bei Impedanzen in der Größenordnung von 100 Ohm und
darüber hat man sich auch, der bekannten Anoden-Basisschaltung bedient, die als
RöhrenschaItung leistungslos steuerbar und rückwirkungsfrei ist.Transmission link for low-frequency devices to transition from high
on low impedances In low frequency technology, the requirement arises in many cases
to couple a low impedance to a high one. To that end are so far
mainly transformers have been used. These allow impedances to be matched
down to a fraction of an ohm. With impedances in the order of 100 ohms and
about it one has also used the well-known anode basic circuit, which is called
The tube circuit can be controlled without power and without any reaction.
Die Erfindung schlägt vor, zur Übertragung den Halleffekt heranzuziehen.
Es ist bekannt, da.ß an einem in einem. Magnetfeld angeordneten und von einem Strom
durchflossenen magnetfeldabhängigen Widerstandskörper, z. B. Germanium, senkrecht
zur Strom- und: senkrecht zur Feldrichtung eine Hauspannung auftritt. Die bekannten
Anordnungen, dieser Art können jedoch nur eine verschwindend kleine maximale Auisgangsleitung
in der Größenordnung von 10--6 Watt und darunter abgeben, da andernfaills die Hallspannung
zusammenbricht. Verwendet man jedoch für den magnetfeldabhängigen Widerstand einen
Halbleiterkörper mit einer Trägerbeweglichkeit von mindestens 6000 em2/Vs, so sind
erheblich größere Ausgangsleistungen möglich. Zu den Halbleitern mit derartig hohen
Trägerbeweglichkeiten gehören Widersta,ndskörper aus halbleitenden Verbindungen,
insbesondere von der Form Aüi Bv, d. h. Verbindungen eines Elementes A der III.
Gruppe mit einem Element B der V. Gruppe, des Periodischen Systems. Unter den All,-Bv-Verbindungen
eignen sich insbesondere solche von einem der Elemente Bar, Aluminium, Gallium,
Indium mit einem der Elemente Stickstoff, Phosphor, Arsen und Antimon. Als sehr
vorteilhaft haben sich die Verbindungen Indiumantimonid und Indiumarsenid erwiesen,
bei denen Trägerbeweglichkeiten von über 60 000 cm2/Vs erreicht werden. Infolge
dieser hohen Trägerbeweglichkeit ist es möglich, den magnetfeldabhängigen Widerstand
auf der Hallspa,nnungsseite mit wesentlich größeren Ausgangsleistungen zu belasten,
als es bei den vorher bekannten Hallspannungserzeugern erreichbar ist. Bei Indiumarsenid
beispielsweise ist bei einer Hallspann.ung von etwa 1 Volt ein Hallstro.m von 100
mA zulässig, d. h., der Hallspa.nnungserzeuger kann eine Ausgangsleistung von 100
mW abgeben. Derartig belastbare Hallspannungserzeuger sollen im folgenden als Hallgeneratore@n
bezeichnet werden. Sie besitzen inf'ollge ihrer hohen Trägerbeweglichkeit einen
geringen Innenwiderstand. Ihre Leerlaufhallspannung hängt bei konstantem Erregerstrom
linear von der Größe der Feldstärke des steuernden Magnetfeldes ab.The invention proposes using the Hall effect for transmission.
It is known that one in one. Magnetic field arranged and driven by a stream
through which a magnetic field-dependent resistance body flows, e.g. B. germanium, perpendicular
to the current and: a house voltage occurs perpendicular to the field direction. The known
Arrangements of this kind can only have an extremely small maximum output line
in the order of magnitude of 10--6 watts and below, otherwise the Hall voltage
collapses. However, if you use one for the magnetic field-dependent resistance
Semiconductor bodies with a carrier mobility of at least 6000 em2 / Vs are
considerably higher output powers possible. Among the semiconductors with such high
Carrier mobilities include resistors made of semiconducting compounds,
in particular of the form Aüi Bv, d. H. Compounds of an element A of III.
Group with an element B of group V, of the periodic table. Among the all, -Bv connections
those of one of the elements bar, aluminum, gallium,
Indium with one of the elements nitrogen, phosphorus, arsenic and antimony. As very
The compounds indium antimonide and indium arsenide have proven advantageous,
in which carrier mobilities of over 60,000 cm2 / Vs are achieved. As a result
This high mobility of the carrier makes it possible to reduce the resistance, which is dependent on the magnetic field
to load on the reverberation side with significantly higher output powers,
than can be achieved with the previously known Hall voltage generators. With indium arsenide
For example, with a Hall voltage of around 1 volt, a Hall current of 100 is
mA permissible, i.e. This means that the reverberation voltage generator can have an output power of 100
mW submit. Such resilient Hall voltage generators are referred to below as Hall generators @ n
are designated. They have one inf'ollge of their high mobility
low internal resistance. Your idle reverberation voltage depends on a constant excitation current
linearly from the size of the field strength of the controlling magnetic field.
Da die verwendeten halbleitenden Verbindungen einen magnetfeldabhängigen
Widerstand besitzen müssen, ist der Innenwiderstand von Hallgeinerato,ren nicht
konstant, so, daß bei Belastung die Linea:rität der Kennlinie verlo@rengeht. Es
ist jedoch bereits vorgeschlagen worden, durch Anpassung der geo,-metri,schen Form
der Hallelektrode an. die Form des Halbleiterkörpers die Linearität wiederherzustellen.
Es werden hierbei die Hallelektroden nicht mehr punktförmig, sondern lini.en- oder
flächenförmig ausgebildet, so daß die Leerlaufhennlinie des Hallgenerators eine
durchhängende Form erhält, d. h. daß die Leerlaufhallspannung stärker als proportional
mit der Feldstärke des steuernden '-Ha:gnetfeldes wächst. Dadurch wird das Anwachsen.
dies Innenwiderstandes des Hallgenerators mit stärker -%ve..rdendem Magnetfeld für
einen bestimmten Wert des Lastwiderstandes kompensiert.Since the semiconducting compounds used are dependent on the magnetic field
Having to have resistance is not the internal resistance of reverb generators
constant, so that the linearity of the characteristic is lost under load. It
however, it has already been proposed by adapting the geo-metric form
the hall electrode. restore the shape of the semiconductor body to its linearity.
The Hall electrodes are no longer punctiform, but lini.en- or
Flat-shaped, so that the idling characteristic of the Hall generator a
receives sagging shape, d. H. that the idle reverberation voltage is stronger than proportional
grows with the field strength of the controlling Ha: gnetfield. This will make the growth.
this internal resistance of the Hall generator with stronger -% ve..rdendem magnetic field for
compensates for a certain value of the load resistance.
Erfindungsgemäß wird ein Hallgenerator in der Weise als Übertragungsglied
verwendet, daß eine Kerndrossel den hochohmigen Eingang bildet und in ihrem Luftspalt
ein an sich bekannter Hallgenerator angeordnet ist, dessen Hallelektroden den niederohmigen
Ausgang darstellen, und daß der Hallgenerator so, ausgebildet ist, daß das Übertragungsglied
für sich oder im Zusammenwirken mit einem. nichtlinearen Schaltelement die Eingangsspannung
praktisch verzerrungsfrei auf den niederohmigen Verbraucher überträgt.According to the invention, a Hall generator is used as a transmission element
used that a core choke forms the high-resistance input and in its air gap
a well-known Hall generator is arranged, the Hall electrodes of which the low-resistance
Represent output, and that the Hall generator is designed so that the transmission element
for yourself or in cooperation with one. non-linear switching element the input voltage
transmits practically distortion-free to the low-resistance consumer.
Die Drossel mit hoher Impedanz, die das steuernde Magnetfeld erzeugt,
stellt also gewissermaßen die Primärseite des Übertragungsgliedes dar. Die Eigenschaften
des Hallgenerators ermöglichen es, über den Vorteil der Rückwirkungsfreih.eit auch
bei der Anpassurig
sehr niederohmiger Impedanzen zu verfügen. Darüber
hiin.aus bedeutet das neue, Übertragungsglied gegenüber dem normalen Übertrager
noch einen weiteren wesentlichen Fortschritt. An der unteren Grenze des Tonfrequenzbereiches
steigt bekanntlich der Klirrfaktor eines Übertragers stark an, da dort der lineare
Bereich der Magnetisierungslinie überschritten wird. Vermeidet man dies durch Überdimensionierung
des Kernes, so erhält man, abgesehen vom erhöhten Aufwand, unzulässig große Eigenkapazitäten
des Übertragers, die sich wieder bei höheren Frequenzen in einer Verschlechterung
des Frequenzga.nges auswirken. Man war daher immer gezwungen, einen Kompromiß zu
schließen und ein gewisses Ansteigen des Klirrfaktors bei den tiefen Frequenzen
in Kauf zu nehmen. Dieser Nachteil wird bei dem neuen Übertragungsglied vermieden.
Die bereits erwähnte Anpassung der geometrischen Form der Hallelektroden an den
Halbleiterkörper ermöglicht es, die Proportionalität zwischen 1Tagnetisierungsstrom
und Hallspannung auch bei Übersteuerungen des linearen Bereiches der Ma:gnetisierungslinie
zu erhalten. Man hat also freie Hand, dien Frequenzgang des Übertsagungsgliedes
mittels der üblichen Maßnahmen zu korrigieren, ohne dabei auf den Klirrfaktor Rücksicht
nehmen zu müssen.. In manchen Anwendungen kann ferner auch die Eigenschaft des Hallgenerato,rs,
als Leistungsverstärker zu wirken, von Vorteil sein.The high impedance choke that creates the controlling magnetic field,
thus, to a certain extent, represents the primary side of the transmission link. The properties
of the Hall generator make it possible to take advantage of the freedom from feedback
at the Adapturig
to have very low-resistance impedances. About that
hiin.aus means the new, transmission link compared to the normal transformer
yet another major advance. At the lower limit of the audio frequency range
As is well known, the distortion factor of a transformer increases sharply, since there the linear one
Area of the magnetization line is exceeded. One avoids this by overdimensioning
of the core, apart from the increased effort, one receives inadmissibly large internal capacities
of the transformer, which again deteriorates at higher frequencies
of the frequency response. One was therefore always forced to compromise
close and a certain increase in the distortion factor at the low frequencies
to accept. This disadvantage is avoided with the new transmission link.
The aforementioned adaptation of the geometric shape of the Hall electrodes to the
Semiconductor body allows the proportionality between 1 magnetizing current
and Hall voltage even when the linear range of the magnetization line is overdriven
to obtain. So you have a free hand, the frequency response of the transmission link
to correct by means of the usual measures without taking the distortion factor into account
to have to take .. In some applications, the property of the reverb generator, rs,
Acting as a power amplifier can be beneficial.
Folgt das Übertragungsglied auf eine Elektronenröhre, so, kann es
gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung dazu dienen, die nichtlineare Röhrenkenmlinie
zu kompensieren. Zur Erläuterung dieser Wirkung sei zunächst angenommen, d'aß im
linearen Bereich der Magnetisierungslinie gearbeitet wird, die L eerlaufhallspannung
also dien Ma.gnetisierungsstrom proportional ist, und der Arbeitspunkt A etwa in
der Mitte dieses Bereiches liegt. Diese Verhältnisse sind der Fig. 1 a zugrunde
gelegt. In den Fig. l a, 1 b und 1 c bedeutet i, den Anodenstrom, der gleichzeitig
der Magnetisierungsstrom ist, B die Induktion, der Drossel, ug die Gitterspannung
der Röhre und ach, die Hallspannung. Die Drossel erhält demnach eine Gleichstromvormagnetisierung,
z. B. durch den Anodenruhestrom oder einen Teil desselben. Die Kurve a gilt
für den Leerlauf, b für die Belastung. Ferner soll der Einfachheit halber
der Einfluß der Anodenspannungsänderung auf den Anodenstrom vernachlässigt werden
(Durchgriff verschwindend klein), so daß die Gitterspannungs-Anoden.stromkennlinie
der Röhre als deren Charakteristik dient. wie in: Fig. 1 b dargestellt. Es ist nun
bekanntlich möglich, die Hallspannung weniger als proportional mit der Feldstärke
bzw. dem Magnetisierungsstrom anwachsen zu lassen. Diese Erscheinung beruht auf
dem durch die sogenannte Dotierung, d. h. das Einbringen von Verunreinigungsatomen
in das Halbleitermaterial, einstellbaren Verhältnis von Elektronenleitung und Elektronendefektleitung.
Die Dotierung wird erfindungsgemäß so: vorgenommen, daß sich die Kurve c in Fig.
1 c ergibt. Man erhält einen annähernd parallelen Verlauf der Kurven ijug und ia/zr@l
und damit Proportionalität zwischen der Gitterivechselspannung und der belasteten
Hallspannu.ng. Bei nichtlinearer Magnetisierungslinie und nicht vernachlässigbarem
Durchgriff ist die Linearisierung ebenfalls zu erzielen. Die richtige Dotierung
wird am einfachsten durch versuchsweise Einschaltung verschiedener Hallgenera.toren
mit abgestufter Dotierung ermittelt. Die eine oder andere Kompensationswirkung des
Übertragungsgliedes gemäß der Erfindung kann mit besonderem Vorteil für den Aufbau
hochwertiger Meßverstärker ausgenutzt werden.. In Fig.2 ist ein Ausführungsbeispiel
mit Kompensation der Röhrenkennlinie gezeigt. Die Röhre 1 ist in üblicher "eise
mit einem RC-Ghed 2, 3 zur automatischen Gittervorspannungserzeugun.g und einem
Anodenwiderstand 4 versehen. Über einen regelbaren Widerstand 5 erhält die Drossel
7 eine geeignete Gleichstromvormagnetisierung, während der Kondensator 6 die Nutzwechselspannung
überträgt. Im Luftspalt des Drosselkernes ist der Haugenerator 8 angeordnet, dem
über die Leitungen 9, 10 der konstante Erregerstrom zugeführt wird. Bei gleichstrombeheizten
Röhren können die Leitungen 9, 10 z. B. in den Heizkreis gelegt werden. Von den
Hallelektroden 11 und 12 wird die Ausgangsspannung abgenommen und mit dem Verbraucher
13 belastet. Hierbei kann es sich z. B. um einen niederohmigen Stufenspannungsteiler
zur Meßbereichwahl oder um eine Filteranordnung handeln. Falls erforderlich, können
mehrere Ballgeneratoren in denselben Luftspalt gelegt und ihre Hallspannungen parallel
geschaltet werden.If the transmission element follows an electron tube, it can serve, according to the further embodiment of the invention, to compensate for the non-linear tube end line. To explain this effect, let us first assume that work is carried out in the linear area of the magnetization line, that the idle reverberation voltage is proportional to the magnetization current, and that the operating point A lies roughly in the middle of this area. These relationships are based on FIG. 1 a. In Figs. L a, 1 b and 1 c, is the anode current i, which is also the magnetization current, the induction B, the throttle, ug the grid voltage of the tube and ah, the Hall voltage. The choke is therefore given a direct current bias, e.g. B. by the anode quiescent current or part of it. Curve a applies to idling, b to load. Furthermore, for the sake of simplicity, the influence of the change in anode voltage on the anode current should be neglected (penetration negligibly small), so that the grid voltage-anode current characteristic of the tube serves as its characteristic. as shown in: Fig. 1b. As is well known, it is now possible to let the Hall voltage increase less than proportionally with the field strength or the magnetizing current. This phenomenon is based on the ratio of electron conduction and electron defect conduction that can be set through what is known as doping, ie the introduction of impurity atoms into the semiconductor material. According to the invention, the doping is carried out in such a way that curve c results in FIG. 1 c. An approximately parallel course of the curves ijug and ia / zr @ l and thus proportionality between the grid voltage and the loaded Hall voltage is obtained. If the magnetization line is non-linear and the penetration is not negligible, the linearization can also be achieved. The easiest way to determine the correct doping is to test different Hall generators with graduated doping. One or the other compensation effect of the transmission element according to the invention can be used with particular advantage for the construction of high-quality measuring amplifiers. FIG. 2 shows an embodiment with compensation of the tube characteristic. The tube 1 is usually provided with an RC-Ghed 2, 3 for automatic grid biasing and an anode resistor 4. The choke 7 receives a suitable direct current bias via an adjustable resistor 5, while the capacitor 6 transmits the useful alternating voltage. In the air gap The choke core contains the main generator 8, to which the constant excitation current is fed via the lines 9, 10. In the case of tubes heated by direct current, the lines 9, 10 can be placed in the heating circuit, for example and loaded with consumer 13. This can be, for example, a low-resistance step voltage divider for measuring range selection or a filter arrangement If necessary, several ball generators can be placed in the same air gap and their Hall voltages can be connected in parallel.
Ein besonderes Anwendungsgebiet des Übertragungsgliedes ergibt sich
bei der Anpassung dynamischer Lautsprecher an Endverstärkerröhren. Die wirksame
Dämpfung der Schwingspule dis Lautsprechersystems führt zu wesentlich kleineren
Verzerrungen bei der Wiedergabe. Der Lautsprecher kann z. B. die Belastung 13 in
der Fig. 2 bilden; bei Verwendung einer Gegentaktendstufe ergibt sich eine Schaltung
nach Fig.3, in der auch die Parallelschaltung von drei Hallgeneratoren auf einen
Lautsprecher gezeigt ist. In Fig. 3 soll die Übersteuerung des linearen Bereiches
der Magnetisierungslinie der Drossel ausgeglichen werden. Sie wird an die Röhrenstufe
gleichstromfrei angekoppelt. was in der Gegentaktschaltung mit Hilfe einer liittelanzapfung
erreichbar ist. Die Bezeichnungen in Fig. 3 entsprechen denen in Fig. 2: die @N'iderstände
14, 14', 14" dienen zum Ausgleich der auf Grund der Fertigungstoleranzen auftretenden
Unterschiede in den Hallspannungen. Die Hallelektroden 11, 11', il" bzw. 12, 12',
12" sind. wie bereits beschrieben, in ihrer geometrischen Form der Form der Halbleiterkörper
in geeigneter Weise angepaßt.A special field of application of the transmission link results
when adapting dynamic loudspeakers to power amplifier tubes. The effective
Damping of the voice coil of the loudspeaker system leads to much smaller ones
Distortion in playback. The speaker can e.g. B. the load 13 in
of Fig. 2; using a push-pull output stage results in a circuit
according to Figure 3, in which the parallel connection of three Hall generators to one
Speaker is shown. In Fig. 3, the overdrive of the linear range
the magnetization line of the choke can be compensated. She is attached to the tube stage
coupled without direct current. what in the push-pull circuit with the help of a liittelanzapfung
is attainable. The designations in FIG. 3 correspond to those in FIG. 2: the @ N 'resistors
14, 14 ', 14 "are used to compensate for the manufacturing tolerances
Differences in the reverb voltages. The hall electrodes 11, 11 ', il "or 12, 12',
As already described, their geometric shape corresponds to the shape of the semiconductor body
appropriately adapted.
E_, sei noch erwähnt, daß das Übertragungsglied auch in Transistor-Verstärkerschaltungen
anwendbar ist, insbesondere bei Transistoren mit sehr niedrigem Eingangswiderstand.E_, it should also be mentioned that the transmission element is also used in transistor amplifier circuits
is applicable, especially for transistors with very low input resistance.