DE1054543B - Semiconductor component whose electrical resistance is a function of the current flowing through it - Google Patents

Semiconductor component whose electrical resistance is a function of the current flowing through it

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DE1054543B
DE1054543B DES45193A DES0045193A DE1054543B DE 1054543 B DE1054543 B DE 1054543B DE S45193 A DES45193 A DE S45193A DE S0045193 A DES0045193 A DE S0045193A DE 1054543 B DE1054543 B DE 1054543B
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Dr Eberhard Groschwitz
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B24/02—Open-loop automatic control systems not otherwise provided for electric
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Description

Es sind Halbleiterbauelemente bekannt, deren Widerstand sich in Abhängigkeit von dem diese durchfließenden elektrischen Strom infolge ihrer Temperaturänderung verändert. Insbesondere besitzen diese Anordnungen vielfach eine negative Widerstands-Strom-Charakteristik. Diese Bauelemente werden als Heißleiter bezeichnet. Sie sind im allgemeinen aus oxydischen Halbleitern aufgebaut. Es gibt ferner Halbleiterwiderstände mit negativer Strom-Spannungs-Charakteristik, welche in der deutschsprachigen Literatur im allgemeinen als Varistoren bezeichnet werden und meistens auf der Grundlage von Siliziumcarbid aufgebaut sind.There are semiconductor components known whose resistance depends on this The electric current flowing through it changes as a result of its temperature change. In particular, own these arrangements often have a negative resistance-current characteristic. These components are called thermistors. They are in general made up of oxide semiconductors. There are also semiconductor resistors with negative current-voltage characteristics, which are generally referred to as varistors in German-language literature and are mostly based on silicon carbide.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement, dessen elektrischer Widerstand eine Funktion des ihn durchfließenden Stromes ist und das als Regel-, Schalt- oder sonstiges Übertragungs- oder Schwingungserzeugungsorgan verwendbar ist. Gemäß -der Erfindung ist vorgesehen, daß der Widerstand der Anordnung durch den Gaußeffekt im Halbleiter ge- ao steuert ist, der durch das auf den Halbleiter rückgekoppelte, durch den die Anordnung durchfließenden Strom hervorgerufene Magnetfeld erzeugt und bestimmt ist. Durch geeignete Dimensionierung und Formgebung des Halbleiterkörpers sowie durch geeignete Orientierung des Magnetfeldes zu ihm lassen sich gewünschte Strom-Widerstands-Charakteristiken erzeugen.The invention relates to a semiconductor component, the electrical resistance of which has a function of the current flowing through it and that as a control, switching or other transmission or Vibration generating element can be used. According to the invention it is provided that the resistance of the Arrangement is controlled by the Gaussian effect in the semiconductor, which is caused by the generated and determined by the magnetic field caused by the current flowing through the arrangement is. By suitable dimensioning and shaping of the semiconductor body as well as by suitable ones Orientation of the magnetic field in relation to it can be used to create desired current-resistance characteristics produce.

Es sind zwar Verfahren zur Verstärkung und Umformung von Wechselströmen und zur Erzeugung elektrischer Schwingungen bekannt, bei denen der sogenannte Halleffekt in der Weise benutzt wird, daß das durch die zu verstärkenden Ströme in. einer Spule erzeugte Magnetfeld auf eine stromdurchflossene leitende Fläche einer geeigneten Substanz wirkt und die dadurch erzeugte transversale, elektromotorische Kraft den verstärkten Strom liefert. Auf diese Weise wird ein Sechspöl geschaffen. An zwei seiner Klemmen 'liegt ein zur Erzeugung des Halleffektes unbedingt erforderlicher, mit eigener, einen konstanten Strom liefernden ■ Spannungsquelle" ausgestatteter Hilfsstromkreis. Unabhängig davon liegt an einem weiteren-Klemmenpaar der - steuernde Wechselstrom, so daß entsprechend seinen Schwankungen im eigens hierfür vorgesehenen Ausgangskreis dieser Schwankungen entsprechende Wechselspannungen induziert werden. Bei Verwendung als Oszillator ist"eine'weitere Oszillatorrückkopplung erforderlich.There are processes for amplifying and converting alternating currents and for generating them Known electrical vibrations in which the so-called Hall effect is used in such a way that the magnetic field generated by the currents to be amplified in a coil is applied to a conductive one through which current flows Area of a suitable substance acts and the transverse, electromotive force generated thereby Kraft supplies the amplified electricity. In this way a six-pole is created. At two of its terminals 'there is one that is absolutely necessary for generating the reverb effect, with its own, one constant Current supplying ■ voltage source "equipped Auxiliary circuit. Regardless of this, the - controlling alternating current is applied to a further pair of terminals, so that according to its fluctuations in the output circle specially provided for these fluctuations corresponding alternating voltages are induced. When used as an oscillator, "is another Oscillator feedback required.

Zum Unterschied hierzu wird gemäß der Erfindung ein neues, zweipoliges Bauelement angegeben, das keine Fremdstromspeisung benötigt. Bei der Anordnung gemäß der Erfindung stellt sich ein bestimmter Widerstand entsprechend der ge wählten Widerstands-Strom-Charakteristik, ähnlich Halbleiterbauelement,In contrast to this, according to the invention, a new, two-pole component is specified which does not require an external power supply. In the arrangement according to the invention, a certain resistance arises according to the selected resistance-current characteristic, similar to a semiconductor component,

dessen elektrischer Widerstandits electrical resistance

eine Funktion des ihn durchfließendena function of the flowing through it

Stromes istStromes is

Anmelder:Applicant:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2Berlin and Munich,
Munich 2, Witteisbacherplatz 2

Dr. Eberhard Groschwitz, München,
ist als Erfinder genannt wordenDr. Eberhard Groschwitz, Munich,
has been named as the inventor

wie beispielsweise bei einer Heißleiter-oder Väristoranordnung, ein. . '.such as a thermistor or varistor arrangement, a. . '.

Gemäß einer besonderen Ausbildung der Erfindung wird nicht der gesamte den Halbleiter durchfließende Sfrom, sondern nur. ein gegebenenfalls variabler Teil desselben zur Erzeugung des auf den Halbleiterkörper "steuernd wirkenden" Magneffeides benutzt. Dabei kann der zur Steuerung ausgenutzte.Teil: des "Stromes· durch bekannte Schaltmittel, beispielsweise nach Art eines Potentiometers, verändert werden, oder .es können selbsttätig wirkende Schaltmittel. in Form anderer Halbleiterbauelemente,· beispielsweise mittels einer VaristorahoTdnuing, ■ einer Herßleiterano>rdnuinig und/ oder einer 'Transisforanofdnung,.; zu diesem Zweck vorgesehen sein. Sofern der Halbleiter von" Wechselstrom -durchflossen- "ist," kann^ unter Umständen ein gleichgerichteter Strom zur Magnferfelderzeugung· benutzt-werden. Ferner ist es auch möglich;, daß das magnetische Fel'd nur auf 'einen- -— gegebenenfalls veränderbaren'—- Teil des Halbleiiterkörpers wirkt.According to a particular embodiment of the invention, not all of the Sfrom flowing through the semiconductor, but only. an optionally variable part of the same is used to generate the "controlling" magnetism on the semiconductor body. The part of the current used for control can be changed by known switching means, for example in the manner of a potentiometer, or automatically operating switching means can be in the form of other semiconductor components, for example by means of a varistor dnuing, ■ a Herßleiterano> rdnuinig and / or a transformer hole,. Further, it is also possible that the magnetic ;, Fel'd only on an N- '- optionally veränderbaren'- - part acts of Halbleiiterkörpers.

Das Halbleiterbauelement* nach der Erfindung ist in der Regeltechnik, Fernmeldetechnik und Schaltteehnik, gegebenenfalls auch in der Starkstromtechnik anwendbar, vor allem in den Fällen, in denen die gewünschten Widerstands-Strom-Charakteristiken durch einen Heißleiter oder eine Varistoranordnung nicht ohne weiteres hergestellt werden können. Die Anordnung nach der Erfindung hat insbesondere den Vorteil, daß sie weitgehend unabhängig-von Temperatureffekten ist, zumal dann, wenn das Magnetfeld primär von einem mit dem Halbleiterwiderstand zusammen-The semiconductor component * according to the invention is used in control technology, telecommunications technology and switching technology, possibly also applicable in heavy current engineering, especially in those cases in which the desired resistance-current characteristics result a thermistor or a varistor arrangement cannot be easily produced. The order according to the invention has the particular advantage that it is largely independent of temperature effects especially when the magnetic field is primarily generated by a

r» 805 789/374r »805 789/374

Claims (9)

geschalteten temperaturutiabhängigen Leiter erzeugt wird. Grundsätzlich kann die Halbleiteranordnung nach der Erfindung aus einem aus mehreren Windungen bestehenden drahtförmigen Halbleiter bestehen, welche derart zueinander orientiert sind, daß sie miteinander magnetisch in der Weise rückgekoppelt sind, daß mindestens in einem Teil des Halbleiterdrahtes der Gaußeffekt wirksam wird. Gemäß einer besonderen Ausbildung der Erfindung ist der mindestens in einer Dimension sehr dünne Halbleiterkörper, welcher beispielsweise Röhrchenform oder die Gestalt einer dünnen Platte besitzt, mit einem metallischen Leiter derart zusammengeschaltet, daß der metallische Leiter das den Gaußeffekt im Halbleiterkörper erzeugende Magnetfeld liefert. In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen des Bauelementes nach der Erfindung beispielsweise dargestellt, an Hand deren der Erfindungsgedanke näher erläutert sei. In Fig. 1 bedeutet 1 einen von einer Isolierschicht 2 aus Keramik, Kunststoff oder noch besser aus Ferrit umgebenen metallischen Leiter in Form eines Drahtes oder Kabels. Der Leiter 1 ist auf einem gewissen Teil seiner Länge von einem dünnen Mantel 3 aus einem halbleitenden Stoff, z. B. Germanium, Silizium oder einer A111 Bv-Verbindung, umgeben. Durch sperrfreie Kontakte sind der Leiter 1 und der Halbleiter 3 mittels einer leitenden Verbindung 4 hintereinandergeschaltet, und zwar so, daß sie in entgegengesetzten Richtungen, welche durch Pfeile angedeutet sind, vom 3" Strom durchflossen werden. Das magnetische Feld des metallischen Leiters 1 erzeugt in dem halbleitenden Mantel 3 einen merklichen Gaußeffekt, wenn der Mantel 3 nach Maßgabe der vorhandenen Stromstärken und Feldstärken geeignet dimensioniert ist. Der Widerstand des Halbleiters 3 wird auf diese Weise durch das magnetische Feld des Leiters 1 gesteuert. In dem Verbindungsweg 4 können unter Umständen erwähnte Schaltmittel, z. B. ein Varistor, Heißleiter und/oder veränderbarer ohmscher Widerstand, eingebaut sein, durch den die magnetische Steuerwirkung variiert werden kann. Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 sind die Verhältnisse insofern umgekehrt, als der als dünnes Röhrchen oder dünner Draht ausgebildete Halbleiterkörper 5 von einem mit ihm in Reihe liegenden und mehrere Drahtwindungen bildenden Leiter 6 umgeben ist. Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 3. Hier ist ein radial durchflossener scheibenförmiger Halbleiter 7 im Magnetfeld zweier leitender Spulen 8 und 9 angeordnet, welche miteinander und mit dem Halbleiter in geeigneter Stromrichtung in Serie geschaltet sind. Durch die Anordnung nach der Erfindung lassen sich gewünschte, für die verschiedenen Anwendungszwecke geeignete, Widerstands-Strom-Charakteristiken bzw. entsprechende funktionale Abhänigkeiten erzeugen. Insbesondere ist es z. B. möglich, Anordnungen mit negativer Charakteristik herzustellen, die in geeigneter Oszillatorschaltung zur Schwingungserzeugung ausnutzbar sind. Patentansprüche:switched temperature-dependent conductor is generated. In principle, the semiconductor arrangement according to the invention can consist of a wire-shaped semiconductor consisting of several windings, which are oriented towards one another in such a way that they are magnetically fed back to one another in such a way that the Gaussian effect is effective in at least part of the semiconductor wire. According to a particular embodiment of the invention, the semiconductor body, which is very thin in at least one dimension, for example tubular or thin plate shape, is interconnected with a metallic conductor in such a way that the metallic conductor supplies the magnetic field generating the Gaussian effect in the semiconductor body. In the drawing, some embodiments of the component according to the invention are shown, for example, on the basis of which the concept of the invention will be explained in more detail. In Fig. 1, 1 denotes a metallic conductor in the form of a wire or cable surrounded by an insulating layer 2 made of ceramic, plastic, or even better made of ferrite. The conductor 1 is covered over a certain part of its length by a thin jacket 3 made of a semiconducting material, e.g. B. germanium, silicon or an A111 Bv compound surrounded. Through non-blocking contacts, the conductor 1 and the semiconductor 3 are connected in series by means of a conductive connection 4 in such a way that the 3 "current flows through them in opposite directions, which are indicated by arrows. The magnetic field of the metallic conductor 1 is generated in the semiconducting cladding 3 has a noticeable Gaussian effect if the cladding 3 is suitably dimensioned in accordance with the existing currents and field strengths , for example a varistor, thermistor and / or variable ohmic resistor, by means of which the magnetic control effect can be varied.In the arrangement according to FIG Semiconductor body 5 from one lying in series with it and several Wire turns forming conductor 6 is surrounded. A further exemplary embodiment is shown in FIG. 3. Here, a disk-shaped semiconductor 7 through which flow radially flows is arranged in the magnetic field of two conductive coils 8 and 9, which are connected in series with one another and with the semiconductor in a suitable current direction. The arrangement according to the invention makes it possible to generate desired resistance-current characteristics or corresponding functional dependencies that are suitable for the various purposes of application. In particular, it is z. B. possible to produce arrangements with negative characteristics that can be used in a suitable oscillator circuit to generate vibrations. Patent claims: 1. Halbleiterbauelement, dessen elektrischer Widerstand eine Funktion des ihn durchfließenden Stromes ist, als Regel-, Schalt- oder sonstiges Ubertragungs- oder Schwingungserzeugungsorgan, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der Anordnung durch den Gaußeffekt im Halbleiter gesteuert ist, der durch das auf den Halbleiter rückgekoppelte, durch den die Anordnung durchfließenden Strom hervorgerufene Magnetfeld erzeugt und bestimmt ist.1. Semiconductor component, the electrical resistance of which is a function of the flow through it Current is, as a control, switching or other transmission or vibration generator, characterized in that the resistance of the arrangement is due to the Gaussian effect in the semiconductor is controlled by the fed back to the semiconductor, through the flowing through the arrangement Electricity induced magnetic field is generated and determined. 2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein — gegebenenfalls variabler — Teil des den Halbleiter durchfließenden Stromes zur Erzeugung des auf den Halbleiterkörper steuernd wirkenden Magnetfeldes ausgenutzt ist.2. Component according to claim 1, characterized in that that only a - possibly variable - part of that flowing through the semiconductor Exploited current to generate the controlling magnetic field on the semiconductor body is. 3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper mit einem das Magnetfeld erzeugenden metallischen Leiter in Serie und/oder parallel geschaltet ist.3. Component according to claim 1 or 2, characterized in that the semiconductor body with a metallic conductor generating the magnetic field is connected in series and / or in parallel. 4. Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Leiter und Halbleiter die Stromverteilung zwischen diesen beeinflussende Schaltelemente eingeschaltet sind.4. The component according to claim 3, characterized in that between the conductor and semiconductor the current distribution between these influencing switching elements are switched on. 5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper als dünnes Röhrchen oder dünne Platte bzw. Scheibe ausgebildet ist.5. Component according to one of claims 1 to 4, characterized in that the semiconductor body is designed as a thin tube or thin plate or disc. 6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß ein stabförmiger Leiter innerhalb eines röhrchenförmigen Halbleiters gegen dieses isoliert angeordnet und mit diesem elektrisch derart hintereinander und/oder parallel geschaltet ist, daß die Stromrichtung in beiden zueinander entgegengesetzt ist.6. Component according to one of claims 1 to S, characterized in that a rod-shaped Conductor arranged within a tubular semiconductor insulated from this and with this is connected electrically in series and / or in parallel in such a way that the current direction in both are opposite to each other. 7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der als dünnes Röhrchen oder dünner Draht ausgebildete Halbleiterkörper von einem mit ihm in Reihe und/oder parallel liegenden und eine oder mehrere Drahtwindungen bildenden Leiter mit entgegengesetzt gerichteten Magnetfeld umgeben ist.7. Component according to one of claims 1 to 6, characterized in that as a thin tube or thin wire formed semiconductor body of one with it in series and / or in parallel lying and one or more wire turns forming conductors with oppositely directed Magnetic field is surrounded. 8. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein — gegebenenfalls radial durchflossener — scheibenförmiger Halbleiterkörper im Magnetfeld zwischen zwei leitenden Spulen angeordnet ist, welche miteinander und mit dem Halbleiter in geeigneter Stromrichtung zusammengeschaltet sind.8. Component according to one of claims 1 to 5, characterized in that a - optionally Radially flowed through - disc-shaped semiconductor body in the magnetic field between two conductive ones Coils is arranged, which with each other and with the semiconductor in a suitable current direction are interconnected. 9. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetisch gesteuerte Halbleiterteil gegen den steuernden Teil durch eine Ferritschicht getrennt ist.9. Component according to one of claims 1 to 8, characterized in that the magnetically controlled Semiconductor part is separated from the controlling part by a ferrite layer. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 310 012.Considered publications:
German patent specification No. 310 012. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 809-789/374 3.59© 809-789 / 374 3.59
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1155519B (en) * 1959-06-24 1963-10-10 Siemens Ag Controllable resistor arrangement with a semiconductor system influenced by a magnetic field
FR2203125A1 (en) * 1972-10-11 1974-05-10 Ibm

Citations (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE310012C (en) *

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