DE1061878B

DE1061878B - Device for voltage stabilization with the help of magnetic field-dependent semiconductor resistors

Info

Publication number: DE1061878B
Application number: DES41086A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Rolf Morgenstern
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1954-09-30
Filing date: 1954-09-30
Publication date: 1959-07-23

Description

Einrichtung zur Spannungsstabilisierung mit Hilfe magnetfeldabhängiger Halbleiterwiderstände Zur Erzeugung konstanter Spannungen ist es vielfach vorteilhaft, an Stell unhandlicher Sammler Netzanschlußgeräte zu verwenden, die mit einer Stabilisierungseinrichtung zum Ausgleich der Netzspannungsschwankungen versehen sind. Es ist hierfür bereits bekannt, einen magnetfeldabhängigen Widerstand aus Antimon, T ellur oder Wismut zu verwenden, der in einem den Netzspannungen proportionalen Magnetfeld angeordnet und in Reihe mit dem Verbraucher an die Netzspannung angeschlossen ist. Sinkt die Netzspannung, so verringert sich der Widerstand des Halbleiterkörpers und damit der an diesem Halbleiterkörper hervorgerufene Spannungsabfall. Es bleibt daher die an dem Verbraucher anliegende Spannung nahezu konstant. Diese vorbekannte Einrichtung zur Spannungsstabilisierung arbeitet jedoch nicht für alle Zwecke hinreichend genau. Es ist ferner bekannt, eine Widerstandskombination aus ohmschen und magnetfeldabhängigen Widerständen zur Regelung einer schwankenden Netzspannung auf einen konstanten Wert zu verwenden. Bei dieser Einrichtung wird hierzu eine aufwendige Schaltungsanordnung benötigt, da sie nur von einer Ist-Spannung beeinflußt ist.Device for voltage stabilization with the help of magnetic field dependent Semiconductor resistors To generate constant voltages, it is often advantageous to Instead of cumbersome collectors, use power supply units with a stabilizing device are provided to compensate for mains voltage fluctuations. It is for this already known, a magnetic field-dependent resistor made of antimony, T ellur or bismuth to use, which is arranged in a magnetic field proportional to the mains voltages and is connected in series with the consumer to the mains voltage. The Mains voltage, the resistance of the semiconductor body is reduced and thus the voltage drop caused on this semiconductor body. It therefore remains the voltage applied to the consumer almost constant. This previously known facility for voltage stabilization, however, does not work with sufficient accuracy for all purposes. It is also known, a resistance combination of ohmic and magnetic field-dependent Resistors for regulating a fluctuating mains voltage to a constant value to use. In this device, a complex circuit arrangement is required for this purpose required because it is only influenced by an actual voltage.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln eine genau arbeitende Einrichtung zur Spannungsstabilisierung mit Hilfe magnetfeldabhängiger Halbleiterwiderstände zu schaffen, bei der die Schwankungen der stabilisierten Spannung nur noch wenige Promille der Sollspannung betragen. Die Lösung besteht darin, daß der von einem der stabilisierten Spannung proportionalen Strom an einem Halbleiter her=. vorgerufene Spannungsabfall dem von einem der schwankenden Spannung proportionalen, das Magnetfeld des Halbleiters erzeugenden Strom in einem ohmschen Widerstand hervorgerufenen Spannungsabfall entgegengeschaltet ist und die Spannungsdifferenz zur Stabilisierung dient.The object of the invention is to provide a precisely working one with simple means Device for voltage stabilization with the help of magnetic field-dependent semiconductor resistors to create at which the fluctuations in the stabilized voltage are only a few Per thousand of the nominal voltage. The solution is that of a the stabilized voltage proportional to a semiconductor current =. pre-called Voltage drop proportional to one of the fluctuating voltage, the magnetic field of the semiconductor generating current in an ohmic resistance caused voltage drop is connected in the opposite direction and the voltage difference is used for stabilization.

Eine solche Stabilisierung einer schwankenden Spannung unterscheidet sich auch von der Regelung von Spannungen auf konstante Werte, wie sie z. B. bei elektrischen Generatoren angewendet wird. Bei einer solchen Regelung besteht nämlich die Aufgabe darin, eine schwankende Spannung überhaupt zu vermeiden und nicht aus einer schwankenden Spannung eine konstante Spannung zu machen.Such a stabilization of a fluctuating voltage is different also differ from the regulation of voltages to constant values, as they are e.g. B. at electrical generators is applied. In the case of such a regulation, there is the task is to avoid a fluctuating tension at all and not off to make a constant voltage of a fluctuating voltage.

Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele genannt.Details of the invention are given below with reference to some in the Drawing shown embodiments called.

Der der Istspannung proportionale Strom 11 durchfließt hintereinander die Erregerspule eines Eelektromagneten 1 und einen konstanten ohmschen Widerstand 2. Weiterhin fließt ein der Sollspannung proportionaler Strom T2 durch den magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderstand 3, der im Feld des Elektromagneten 1 angeordnet ist. An den beiden Widerständen 2 und 3 treten Spannungsabfälle auf, die gegeneinandergeschaltet sind. Die Spannungsdifferenz ist mit 4 U bezeichnet. In Fig. 2 ist die Abhängigkeit der Spannungsdifferenz d U von dem Iststrom I1 mit verschiedenen Sollströrrien 12 als Parameter aufgetragen. Es ist zu erkennen, daß durch die Einrichtung nach der Erfindung eine nichtlineare Kennlinie mit sehr guten Regeleigenschaften erreicht wird, die eine weitgehende Spannungsstabilisierung ermöglicht. The current 11 proportional to the actual voltage flows through the excitation coil of an electromagnet 1 and a constant ohmic resistance 2 one after the other. At the two resistors 2 and 3, voltage drops occur which are switched against one another. The voltage difference is denoted by 4 U. In FIG. 2, the dependence of the voltage difference d U on the actual current I1 is plotted with various setpoint currents 12 as parameters. It can be seen that the device according to the invention achieves a non-linear characteristic curve with very good control properties, which enables extensive voltage stabilization.

Gemäß der weiteren Erfindung wird als magnetfeldabhängiger Widerstand ein Halbleiter mit einer Trägerbeweglichkeit von mindestens etwa 6000 cm2/Vs verwendet. Durch diese Halbleiter wird ein besonderer Aufwand an Verstärkungsmitteln vermieden, da bei ihnen sich der elektrische Widerstand bei Anlegen einer magnetischen Feldstärke infolge der großen Trägerbeweglichkeit innerhalb besonders weiter Grenzen ändert. Zu diesen Halbleitern gehören vor allem Widerstandskörper aus halbleitenden Verbindungen, insbesondere von der Form AIIIBv, d. h. aus Verbindungen eines Elementes der III. Gruppe mit einem Element der V. Gruppe des Periodischen Systems.According to the further invention, as a magnetic field-dependent resistor a semiconductor with a carrier mobility of at least about 6000 cm2 / Vs is used. With these semiconductors, a special expenditure on reinforcement means is avoided, because with them the electrical resistance increases when a magnetic field strength is applied changes within particularly wide limits due to the great mobility of the wearer. These semiconductors mainly include resistance bodies made of semiconducting compounds, in particular of the form AIIIBv, d. H. from compounds of an element of III. Group with an element of Group V of the Periodic Table.

Unter den AIIIBv Verbindungen eignen sich für den vorliegenden Zweck insbesondere Verbindungen von einem der Elemente Bor, Aluminium, Gallium, Indium mit einem der Elemente Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon. Bei Indiumantimonid beispielsweise werden Trägerbeweglichkeiten von 60000 cm2/Vs erreicht.Among the AIIIBv compounds are suitable for the present purpose in particular compounds of one of the elements boron, aluminum, gallium, indium with one of the elements nitrogen, phosphorus, arsenic, Antimony. at For example, indium antimonide achieves carrier mobilities of 60,000 cm2 / Vs.

Außerdem können für die Zwecke der vorliegenden Erfindung Halbleiter mit sogenannter magnetischer Sperrschicht verwendet werden, wie sie beispielsweise eigenleitendes Germanium mit bestimmter Oberflächenbehandlung aufweist. Durch Anlegen eines magnetischen Feldes bestimmter Richtung kann der Widerstand in - einer Stromdurchlaßrichtung auf einen sehr hohen Wert gesteigert werden, während er in der anderen Stromdurchlaßrichtung praktisch nur unwesentlich von dem reinen ohmschen Widerstand abweicht.In addition, for the purposes of the present invention, semiconductors with so-called magnetic barrier layer can be used, such as Has intrinsic germanium with a certain surface treatment. By investing A magnetic field of a certain direction can be the resistance in - a current flow direction can be increased to a very high value while it is in the other current conduction direction practically deviates only insignificantly from the pure ohmic resistance.

In Fig. 3 ist die in Fig. 1 dargestellte Schaltung in Verbindung mit einer aus einem Magnetverstärker bestehenden Regeleinrichtung dargestellt. Die Netzspannung wird dem Transformator 5 zugeführt, dessen Sekundärseite die beiden Wicklungen 6 und 7 aufweist. Beide Sekundärspannungen sind über Gleichrichter geführt. An die gleichgerichtete Spannung der Wicklung 6 ist über einen veränderbaren Widerstand 4 die Erregerspule 1 des Elektromagneten und ein konstanter ohmscher Widerstand 2 angeschlossen. Die Spannung der Sekundärwicklung 7 ist der Steuerwicklung eines Magnetverstärkers 8 zugeführt, welcher seinerseits ebenfalls von der Netzspannung beeinflußt wird. Das von der Erregerwicklung 1 des Elektromagneten erzeugte Feld steuert wie in Fig. 1 einen magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderstand 3, der sich in dem stabilisierten Ausgangsstromkreis des Magnetverstärkers mit dem Strom 1, befindet. Die Differenz der an den Widerständen 2 und 3 auftretenden Spannungsabfälle (vgl. Fig. 1) wird dazu benutzt, einen ihr proportionalen Strom als Basisstrom auf einen Vorverstärker 9, beispielsweise eine Isthmusdrossel oder - wie in dem dargestellten Beispiel - einen Transistor zu geben. Der Ausgangsstrom des Transistors beeinflußt über eine nicht dargestellte Steuerwicklung den Magnetverstärker 8, so daß dessen Ausgangsstrom 12 im gewünschten Sinne nachgeregelt wird. Je nach den gegebenen Verhältnissen kann der Strom 72 selbst benutzt werden oder mit ihm ein stabilisierter Spannungsabfall an einem Widerstand 10 erzeugt werden. Es ist im Prinzip möglich, sowohl eine stabile Gleichals auch eine stabile Wechselspannung zu erhalten.In Fig. 3, the circuit shown in Fig. 1 is in connection with a control device consisting of a magnetic amplifier shown. The line voltage is fed to the transformer 5, the secondary side of which comprises the two windings 6 and 7 has. Both secondary voltages are routed through rectifiers. To the rectified voltage of the winding 6 is via a variable resistor 4 the excitation coil 1 of the electromagnet and a constant ohmic resistance 2 connected. The voltage of the secondary winding 7 is the control winding of a Magnetic amplifier 8 supplied, which in turn also from the mains voltage being affected. The field generated by the excitation winding 1 of the electromagnet controls as in Fig. 1 a magnetic field-dependent semiconductor resistor 3, which in the stabilized output circuit of the magnetic amplifier with current 1, is located. The difference between the voltage drops across resistors 2 and 3 (see. Fig. 1) is used to use a current proportional to it as the base current a preamplifier 9, for example an isthmus throttle or - as shown in the one shown Example - to give a transistor. The output current of the transistor affects Via a control winding, not shown, the magnetic amplifier 8, so that its Output current 12 is readjusted in the desired sense. Depending on the circumstances the current 72 itself can be used or a stabilized voltage drop can be used with it can be generated at a resistor 10. It is in principle possible to have both a stable At the same time as well as maintaining a stable AC voltage.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for voltage stabilization with the aid Magnetic field-dependent semiconductor resistors, characterized in that the von a current that is proportional to the stabilized voltage in a semiconductor Voltage drop proportional to one of the fluctuating voltage, the magnetic field of the semiconductor generating current at an ohmic resistance caused voltage drop is switched in the opposite direction and the voltage difference is used for stabilization.

2. Establishment according to claim 1, characterized in that as a magnetic field-dependent resistor a semiconductor with a carrier mobility of at least about 6000 cm2 / Vs is used is.

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that as a magnetic field dependent Resistance a semiconducting compound of the form A "egv is used.

4. Establishment according to claims 1 to 3, characterized in that a connection for the semiconductor of one of the elements boron, aluminum, gallium, indium with one of the elements nitrogen, Phosphorus, arsenic, antimony is used.

5. Device according to claim 1 to 4, characterized characterized in that the voltage difference of the control winding of a magnetic amplifier is fed.

6. Device according to claim 5, characterized in that the voltage difference is fed to the magnetic amplifier via a preamplifier.

7. Device according to claim 6, characterized in that a transistor is used as the preamplifier. Documents considered: German Patent No. 560781; Swiss Patent No. 291333.