DE1081510B - Schaltungsanordnung zur Mischung zweier Signale - Google Patents

Description

Es sind Schaltungsanordnungen zur Mischung zweier Signale bekannt, die den Halleffekt ausnutzen. Ein Hallgenerator wird hierbei von einem dem ersten Signal entsprechenden Strom durchflossen, während er einem vom zweiten Signal gesteuerten Magnetfeld ausgesetzt ist. Mit einer solchen Einrichtung lassen sich jedoch nur dann genaue Ergebnisse erzielen, wenn der Hallgenerator unbelastet ist. Wird ihm Leistung entnommen, so wird die Proportionalität zwischen der Hallspannung und dem Produkt von Steuerstrom mal magnetischer Induktion durch die Magnetfeldabhängigkeit des hallseitigen Innenwiderstandes gestört. Dieser ungünstige Einfluß tritt besonders störend in Erscheinung bei Hallgeneratoren aus Indiumantimonid, deren Verwendung jedoch gerade wegen ihrer verhältnismäßig großen Trägerbeweglichkeit sehr erwünscht wäre, um die ohnehin sehr geringe Belastbarkeit des Hallgenerators zu steigern. Überdies ist die Abweichung von dem obenerwähnten linearen Zusammenhang infolge des magnetfeldabhängigen hallseitigen Innenwiderstandes um so größer, je besser das Anpassungsverhältnis zwischen dem Wert des hallseitigen Innenwiderstandes beim Magnetfeld Null und demjenigen des Belastungswiderstandes im Hallstromkreis ist, d. h. je mehr Leistung der Hallgenerator liefern kann. Einen weiteren Nachteil bildet der Umstand, daß beim Magnetfeld Null noch immer eine vom Steuerstrom abhängige Spannung auftritt, da eine genau symmetrische Anordnung der Hallelektroden praktisch nicht zu verwirklichen ist. Diese Spannung, die sich bei von Null abweichenden Induktionen der Hallspannung überlagert, beeinträchtigt ebenfalls die Proportionalität zwischen der Hallspannung und dem Produkt Steuerstrom mal magnetische Induktion.

Soll die obenerwähnte Proportionalität genau eingehalten werden, so sind zur Beseitigung der vorerwähnten störenden Einflüsse Maßnahmen notwendig, die einen beträchtlichen Aufwand erfordern.

Des weiteren benötigen Hallgeneratoren, will man ihnen noch einigermaßen brauchbare Leistungen entnehmen, verhältnismäßig hohe Induktionen. Ihr Wirkungsgrad, d. h. das Verhältnis zwischen abgegebener Ausgangs- und zugeführter Leistung, nimmt nämlich in einem quadratischen Verhältnis mit der Induktion ab. Ferner erweist sich der Umstand als nachteilig, daß sowohl die HaJlkonstante als auch der spezifische Widerstand des Hallgenerators temperaturabhängig sind, jedoch nicht in gleichem Maße. Demzufolge kann mit einer Temperaturkompensation die Temperaturabhängigkeit nicht für die beiden vorerwähnten Größen zugleich optimal ausgeglichen werden.

Die bei der, Ausnutzung des Halleffektes zur Schaltungsanordnung
zur Mischung zweier Signale

Anmelder:
Landis & Gyr A. G., Zug (Schweiz)

Vertreter: Dr.-Ing. A. Schulze, Patentanwalt,
Berlin-Wilmersdorf, Jenaer Str. 14

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 25. April 1S59

Dipl.-El.-Ing, Dr. Sua For Sun, Zürich (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

Mischung von Signalen unterschiedlicher Frequenz auftretenden Nachteile lassen sich vermeiden, wenn für den gleichen Zweck die unter der Bezeichnung »Gaußeffekt« bekannte Erscheinung ausgenutzt wird, daß der Widerstand eines einem Magnetfeld ausgesetzten Halbleiters mit wachsender Induktion zunimmt. Uber^agerungseinrichtungen dieser Art sind ebenfalls bereits bekannt. Bei ihnen fließt ein Wechselstrom mit der einen der zu überlagernden Frequenzen durch ein Halbleiterelement, während mit der anderen Frequenz das auf den Halbleiter einwirkende Magnetfeld erregt wird.

Die bekannten Schaltungen liefern jedoch nur dann eine einwandfreie, von zusätzlichen Oberwellen freie Überlagerung, wenn dem magnetischen Wechselfeld noch durch zusätzliche Gleichstromerregung ein verhältnismäßig starkes magnetisches Gleichfeld überlagert wird, weil der Widerstand des Halbleiterelementes etwa mit dem Quadrat der Induktion geht und Oberwellen bei den bekannten Schaltungen nur vermieden werden können, wenn der Arbeitspunkt auf der genannten Kennlinie in einen Bereich gelegt wird, wo die Kennlinie nur noch geringe Krümmung aufweist.

Die Erfindung betrifft eine Schaltunganordnung zur Mischung zweier Signale unterschiedlicher Frequenz, insbesondere zur Modulation bzw. Demodulation, bei der ebenfalls der an Halbleitern auftretende Gaußeffekt ausgenutzt wird. Die Schaltung nach der Erfindung ist jedoch so aufgebaut, daß der Arbeitspunkt auf der Widerstands-Induktions-Kennlinie des Halbleiterelementes im nichtlinearen Bereich liegen kann, ohne daß dadurch Verzerrungen der Ausgangsspannung bzw. des Ausgangsstromes auftreten.

Die Erfindung geht aus von einer bekannten Schaltung, die mit der Ausnutzung des Halleffektes arbeitet,

009'509/283

und verwendet zwei von Wechselströmen mit der Fre- über den Erregerstromkreis 16 fließende Signal eine quenz des ersten Signals durchfiossene Halbleiter- dem im Erregerstromkreis fließenden Eingangselemente, deren jedes zwei Magnetfeldern, nämlich strom i_e proportionale Induktion B₁ =j?sinCo₁1 und einem zeitlich konstanten Magnetfeld und einem ma- das der Brücke 3 zugeführte Signal einen Brückengnetischen Wechselfeld von der Frequenz des zweiten 5 strom i=I sin ω ₂ί, und somit entsteht an den AusSignals derart ausgesetzt ist, daß sich die beiden gangsklemmen 8, 9 als Mischspannung

Magnetfelder in dem einen Halbleiterelement in ent- „ — a ^ ώ r?„.·« + τ ■„ *

^ö , , _o. j , _n ., e = QmB_n · BSmCt)₁ ί · L sincooi

gegengesetztem Sinne wie m dem anderen Halb- odottc \

lehrelement überlagern. Gekennzeichnet ist die Erfin- -ZmB₀BI [cos(Co₁ - ω₂)t - cos(o_h + ω₂)ί].

dung im wesentlichen dadurch, daß die beiden Halb- io Die beschriebene Schaltung zur Mischung zweier

lehrelemente als magnetfeldabhängige Widerstands- Signale kann dadurch, daß die zugeführten Signale

körper in zwei Zweigen einer mit der Frequenz des entsprechend gewählt werden, ohne weiteres als

ersten Signals gespeisten Brückenschaltung liegen, Modulator, Gleichspannungsmodulator und als De-

deren beide anderen Zweige von Widerstandskorpern modulator Verwendung finden.

mit gegenüber den Halbleiterelementen hohen Wider- 15 Um etwaige Ungleichheiten zwischen den Widerstandswerten gebildet werden. Standskörpern 1, 2 ausgleichen zu können, ist die In der Zeichnung sind einige beispielsweise Aus- Brückenschaltung 3 gemäß der Fig. 2 mit zwei Potenführungsformen des Erfindungsgegenstandes darge- tiometern 19, 20 versehen, wobei das Potentiometer stellt. Es zeigt 19 die Widerstände 4, 5 ersetzt. Die Widerstands-Fig. 1 eine Mischschaltung, 20 werte der Potentiometer 19 bzw. 20 sind in der Grö-Fig. 2 eine Brückenschaltung und ßenordnung derjenigen der Widerstände 4, 5 bzw. der Fig. 3 und 4 je einen Erregerstromkreis. Widerstandskörper 1, 2, damit der Brückenstrom In der Fig. 1 sind mit 1 und 2 zwei magnetfeld- nicht durch Änderungen der Leitwerte der Widerabhängige Widerstandskörper angedeutet aus einem Standskörper beeinflußt wird. Beide Potentiometer der bekannten HalbleiterwerkstofFe mit hoher Träger- 25 sind aus temperaturunempfindlichem Widerstandsbeweglichkeit. Vorzugsweise werden hierfür zwei draht gewickelt und sind derart einzustellen, daß bei Corbinoscheiben aus Indiumantimonid oder Indium- Einwirkung von gleich starken magnetischen Feldern arsenid verwendet. Die Widerstandskörper 1, 2 be- die Spannung am Ausgang 8, 9 über den ganzen finden sich in einer Brückenschaltung 3., die durch die Arbeitsbereich Null ist. Neben der Brückenschaltung Widerstände 4, 5 ergänzt wird. Der Ohmwert dieser 30 bedürfen auch die Erregerstromkreise einer Abgleichs-Widerstände 4, 5 ist sehr hoch gegenüber dem höchst- möglichkeit, damit die Felder der Erregerwicklungen auftretenden Widerstandswert der Widerstandskör- 12, 13 unter sich gleich sind. In der Fig. 3 ist ein per 1, 2. Die Brückenschaltung 3 weist zwei Ein- Erregerstromkreis 16 dargestellt für den Fall, daß den gangsklemmen 6, 7 auf, während die Ausgangsspan- Eingangsklemmen 14, 15 ein Wechselstromsignal zunung an den Ausgangsklemmen 8, 9, welche den 35 geführt ist. Hierbei sind die Erregerwicklungen 12, Ausgang der Schaltung bilden, abgenommen wird. 13 mit variablen Induktivitäten 21, 22 in Reihe ge-Die magnetfeldabhängigen Widerstandskörper 1, 2 schaltet. Damit die Erregerströme unabhängig voneinsind in einem Luftspalt je eines ferromagnetischen ander eingestellt werden können, sind die Erreger-Kernes 10, 11 aus einem Oxydmagnetwerkstoff, vor- wicklungen 12, 13 parallel gespeist. Ist das Eingangszugsweise einem Ferritwerkstoff, angebracht. Auf 4° signal an den Klemmen 14, 15 ein Gleichstromsignal, jedem Kern befindet sich eine Erregerwicklung 12, 13, so kann statt des in der Fig. 3 gezeigten Erregerstromweiche Erregerwicklungen in Reihe geschaltet und kreises 16 ein solcher gemäß der Fig. 4 verwendet über die Eingangsklemmen 14, 15 des Erregerstrom- werden, wo ein Potentiometer 23 an Stelle der Indukkreises 16 gespeist sind. Neben den Erregerwicklun- tivitäten 21, 22 vorgesehen ist.

gen 12, 13 sind zur magnetischen Beeinflussung der 45 Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat Widerstandskörper 1, 2 noch zwei beispielsweise gegenüber den bekannten den Vorteil, daß bei ihr die durch Dauermagnete 17, 18 erzeugte konstante FeI- eingangs erwähnten störenden Nebeneffekte nicht in der-B₀ vorgesehen. Jeder Widerstandskörper 1, 2 ist Erscheinung treten. Des weiteren ergibt die Kombisomit einem von einer Erregerwicklung 12 bzw. 13 nation zweier magnetfeldabhängiger Widerstandserzeugten Feld .S₁ und einem von einem Dauer- 5° körper eine verhältnismäßig große Empfindlichkeit, magneten 17 bzw. 18 herrührenden magnetischen Ein weiterer Vorteil ist, daß mit relativ kleinen InFeld B₀ ausgesetzt, von denen je zwei gleichsinnig duktionen gearbeitet wird, so daß die Magnetkerne und die anderen zwei gegensinnig auf einen Wider- verhältnismäßig klein ausfallen und dafür jetzt ein Standskörper wirken. Durch die vorgesehene Brücken- Oxydmagnetwerkstoff verwendet werden kann, der schaltung ergibt sich eine lineare resultierende Kenn- 55 bei den sonst üblichen, relativ hohen Induktionen in linie, die sich aus den beiden Kennlinien der Wider- die Sättigung getrieben würde. Die Verwendung diestandskörper 1, 2 zusammensetzt, ähnlich wie bei ser Magnetwerkstoffe ergibt den Vorteil, daß sich der einer Gegentaktschaltung und durch die Beziehung Luftspalt, in dem ein magnetfeldabhänggier Widerder Widerstandswerte Standskörper angeordnet wird, durch einen einfachen τ? ρ _ A^, ώ ώ ^6o Schleif Vorgang genau auf Maß bringen läßt, so daß

-tV. Ka = 4WjD_nZJ₁ ... ^ö. „n· , 1,11 J₁

¹ - ^{u 1} er verhältnismäßig sehr schmal gehalten werden kann.

bzw. der Spannungsabfälle ^

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   1(R₁- R_s) = ^mB_nB₁ -i , _, , , ,_r. ,

   ¹^ ^{u x} 1. Schaltungsanordnung zur Mischung zweier

   gegeben ist, worin R₁, R₂ die Widerstände der Wider- 65 Signale unterschiedlicher Frequenz, insbesondere Standskörper und m eine Proportionalitätskonstante zur Modulation bzw. Demodulation, unter Verbedeuten, wendung von zwei von Wechselströmen mit der Werden den Eingängen 6, 7 und 14, 15 der be- Frequenz des ersten Signals durchflossenen HaIbschriebenen Schaltung zwei zu mischende Signale mit leiterelementen, deren jedes zwei Magnetfeldern, unterschiedlichen Frequenzen zugeführt, so ergibt das 70 nämlich einem zeitlich konstanten Magnetfeld und

   einem magnetischen Wechselfeld von der Frequenz des zweiten Signals derart ausgesetzt ist, daß sich die beiden Magnetfelder in dem einen Halbleiterelement in entgegengesetztem Sinne wie in dem anderen Halbleiterelement überlagern, dadurch ge- kennzeichnet, daß die beiden Halbleiterelemente (1, 2) als magnetfeldabhängige Widerstandskörper in zwei Zweigen einer mit der Frequenz des ersten Signals gespeisten Brückenschaltung liegen, deren beide anderen Zweige von Widerstandskörpern (4, 5) mit gegenüber den Halbleiterelementen (1, 2) hohen Widerstandswerten gebildet werden.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brückenschaltung (3) die eine Eingangsspannung über zwei Potentiometer (19, 20) zugeführt ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Erregerstromkreis (16) mindestens eine in Reihe mit den Erreger-

   wicklungen (12,13) liegende Abgleichsinduktivität (21, 22) vorgesehen ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Erregerstromkreis (16) zugeführte Eingangsspannung zwischen den Erregerwicklungen (12, 13) und einem Abgriff (14) eines in Reihe mit den Erregerwicklungen (12, 13) liegenden Potentiometers (23) zugeführt ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Widerstandskörpern (1, 2) zugeordneten Erregerwicklungen (12, 13) auf je einem Magnetkern (10, 11) aus Oxydmagnetwerkstoff angebracht sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Französische Patentschrift Nr. 995 788;
   deutsche Patentanmeldung S 34828 VIII a/21 a*
   (bekanntgemacht am 15. 9. 1955).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 009 509/285 5.60