-
Steuerbare elektrische Impedanz, insbesondere steuerbarer Widerstand
Die Erfindung betrifft eine steuerbare elektrische Impedanz, insbesondere einen
steuerbaren Widerstand. Steuerbare Widerstände werden in der Elektrotechnik häufig
angewendet, und bei deren üblicher und bekannter Ausbildung wird die Regelung des
Widerstandes auf mechanischem Wege durch Verschiebung eines Kontaktes längs des
Widerstandskörpers erzielt. Ein bekannter Nachteil dieser Ausbildung ist unter anderem,
daß durch Kontakterscheinungen am verschiebbaren Kontakt, insbesondere auf die Dauer,
sogenanntes :>Krachen« auftritt.
-
Es ist auch bereits bekannt, eine steuerbare elektrische Impedanz,
insbesondere einen steuerbaren Widerstand zu bilden aus einer zu einer baulichen
Einheit zusammengebauten Kombination eines strahlungsempfindlichen Körpers an einer
Strahlungsquelle, bei dem die Linderung der Impedanz durch Änderung des Lichtweges,
d. h. durch Verschiebung eines zwischen Strahlungsquelle und strahlungsempfindlichen
Körpers anwesenden Zwischengliedes vorgenommen wird. Diese bekannte Ausbildung hat
jedoch den Nachteil, daß sie noch immerhin mechanisch gesteuert wird und daß die
mechanische Verschiebung des Zwischengliedes noch immer ungleichmäßig sein kann,
d. h., daß störende Diskontinuitäten bei der Regelung auftreten können. Außerdem
war bereits ein anderer Zusammenbau einer Strahlungsquelle und eines strahlungsempfindlichen
Körpers bekannt, bei dem die beiden Elemente in einer gemeinsamen Hülle angebracht
sind und die Strahlungsquelle aus einer Lumineszenzschicht besteht, welche von einer
Triode betrieben wird. Der Aufbau dieser bekannten Anordnung ist jedoch sehr kompliziert
sowie auch deren Betrieb, und auch die Herstellung ist sehr schwierig.
-
Die Erfindung bezweckt eine besonders günstige und einfache Ausbildung
einer elektrischen Impedanz, insbesondere eines steuerbaren Widerstandes, bei der
außerdem die Impedanz in einfacher Weise elektrisch steuerbar ist.
-
Eine steuerbare elektrische Impedanz, insbesondere steuerbarer Widerstand,
bestehend aus einer zu einer baulichen Einheit zusammengebauten Kombination eines
strahlungsempfindlichen Körpers mit Elektroden, insbesondere eines Photowiderstandes,
und einer steuerbaren Strahlungsquelle, insbesondere einer Glühlampe, zur Steuerung
der Impedanz ist dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise aus Kadrniumsulfid
bestehende strahlungsempfindliche Körper und die Strahlungsquelle je in einer getrennten
Hülle untergebracht sind, die mindestens stellenweise aus strahlungsdurchlässigem
Material besteht, und daß beide Hüllen, vorzugsweise mit angepaßten flachen Oberflächen,
an je einer strahlungsdurchlässigen Stelle unmittelbar miteinander verbunden sind.
Die Hülle des strahlungsempfindlichen Körpers und die Hülle der Strahlungsquelle
sind vorzugsweise durch eine weitere gemeinsame Hülle, welche strahlungsundurchlässig
ist, umgeben. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau werden die Vorteile erreicht, daß
die beiden Komponenten elektrisch völlig getrennt sind, daß beide Komponenten unter
optimalen Bedingungen hergestellt werden können und daß der Zusammenbau und Betrieb
einfach sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die erfindungsgemäße steuerbare
Impedanz infolge der Trägheit der Strahlungsquelle krachfrei ist, wenn auch die
gesteuerten Organe im Steuerkreis dies nicht sind. Weiter ermöglicht die erfindungsgemäße
Impedanz eine einfache Fernbedienungsmöglichkeit, die eine Aufnahme in eine Apparatur
wesentlich erleichtert, d. h., daß die Impedanz selbst an der elektrisch günstigsten
Stelle in der Apparatur untergebracht werden kann, während die Organe für den Strahlungsquellenkreis
an der mechanisch einfachsten Stelle in der Apparatur angeordnet werden können.
-
Die Strahlungsquelle besteht z. B. aus einer normalen kleinen Glühlampe
(Glühfaden mit Glaskolben) oder einer kleinen Gasentladungsröhre, z. B. einer Glimmlichtlampe.
Durch Regelung des Stromes und/ oder der Spannung der Strahlungsquelle wird die
Strahlungsintensität und demnach die Impedanz zwisehen
den beiden
Elektroden am halbleitenden Körper geändert; der strahlungsempfindliche Körper besteht
z. B. aus einem Photowiderstand, vorzugsweise aus einer dünnen, mit einem interdigitalen
elektrischen Muster versehenen gesinterten Kadmiumsulfidscheibe; als strahlungsempfindlicher
Körper kann z. B. auch ein photoempfindliches Sperrschichtsystem, wie eine Photodiode,
oder ein Phototransistor, oder eine photoelektrische Zelle mit innerer Sperrschicht
(p-n-übergang) verwendet werden.
-
Bemerkt wird noch, daß es bekannt war, einen strahlungsempfindlichen
Körper in Verbindung mit einer Strahlungsquelle z. B. in Wachanlagen zu verwenden,
wobei die bei Unterbrechung des Strahlungsweges zwischen dem strahlungsempfindlichen
Körper und der Strahlungsquelle auftretende Impedanzänderung zwischen den Elektroden
des strahlungsempfindlichen Körpers als Alarmsignal verwendet wird. Hierbei werden
aber die Strahlungsquelle und der strahlungsempfindliche Körper als räumlich getrennte
Elemente verwendet. Durch die Maßnahme nach der Erfindung werden die besonderen
Möglichkeiten, die in einer solchen Kombination als steuerbare elektrische Impedanz,
insbesondere als elektrischer Regelwiderstand, liegen, hervorgehoben, und außerdem
wird eine weitgehende Anwendung in einer einfachen und für die Praxis brauchbaren
und zweckmäßigen Weise ermöglicht.
-
Die Erfindung wird an Hand einiger Figuren näher erläutert.
-
Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine besondere Ausführungsform einer
Vorrichtung nach der Erfindung; Fig. 2 zeigt in Draufsicht den in der Vorrichtung
nach Fig.l verwendeten strahlungsempfindlichen Körper.
-
In Fig. 1 ist eine besonders geeignete und einfache Ausführungsform
einer steuerbaren elektrischen Impedanz nach der Erfindung dargestellt. Senkrecht
zur Zeichenebene ist das Ganze im wesentlichen kreissymmetrisch. Der strahlungsempfindliche
Körper 1 besteht aus einer dünnen Scheibe aus gesintertem Kadmiumsulfidpulver, das
mit Kupfer und Gallium aktiviert ist. Auf ihrer Oberseite ist die Scheibe mit einem
interdigitalen Zeilenelektrodensystem versehen, das aus zwei kammförmigen Elektroden
2 und 3 besteht, wie es in Fig. 2 näher dargestellt ist. Es ist im Rahmen der Erfindung
naturgemäß auch möglich, mehr als zwei Elektroden auf der Scheibe anzubringen, z.
B. dadurch, daß eine der kammförmigen Elektroden in zwei oder mehr Teile getrennt
wird. Die Kadmiumsulfidscheibe hat einen Durchmesser z. B. von etwa 8 mm und eine
Stärke von etwa 0,5 mm. Die Zeilenelektroden bestehen z. B. aus aufgedampftem Aluminium,
und der Abstand zwischen den Elektroden beträgt z. B. wenige zehntel Millimeter.
Der Widerstand zwischen den Elektroden bei keineroder schwacher Beleuchtungbeträgt
z. B.10Megohm,während bei starker Beleuchtung, z. B.15 000 Lux, dieser Widerstand
bis weniger als 500 Ohm gefallen sein kann. Naturgemäß sind durch geeignete Wahl
des strahlungsempfindlichen Stoffes und dessen Aktivierung viele Änderungen in diesen
Werten möglich. Der strahlungsempfindliche Körper 1 ist in einer getrennten dosenförmigen
Glashülle 4 angeordnet, und zwar vorzugsweise direkt unter ihrer flachen Oberseite
5. Um die strahlungsempfindliche Schicht 1 gut gegen Feuchtigkeit und dergleichen
zu schützen und eine gute mechanische Festigkeit des Ganzen zu erzielen, ist der
strahlungsempfindliche Körper 1 auf eine dünne Platte 6 aus Hartpapier geleimt,
und die Hülle ist an der Unterseite gut abgedichtet, indem der verbleibende Raum
7 mit einem Gießharz aufgefüllt wird. Die Zuleitungen 8 und 9 sind mit den kammförmigen
Elektroden 2 und 3 verbunden, z. B. mit Hilfe einer Silberpaste. Die regelbare Strahlungsquelle
10 besteht aus einer normalen kleinen Glühlampe (6,3 Volt; 0,1 Ampere), deren Glaskolben
11 stellenweise auf der flachen Oberseite der Hülle 4 des strahlungsempfindlichen
Körpers festgeleimt ist. Vorzugsweise besitzt der Kolben 11 eine nahezu flache Oberfläche.
Dies erleichtert die Montage in wesentlichem Maße und ergibt eine beträchtliche
Erhöhung der Bestrahlungsintensität infolge des resultierenden geringeren Abstandes
zwischen dem Glühfaden 12 und dem Strahlungsempfindlichen Körper 1. Durch die Verbindung
sind die beiden Hüllen zu einer baulichen Einheit vereinigt, und die Hülle des strahlungsempfindlichen
Körpers dient dabei gleichzeitig als Träger für die Hülle der Strahlungsquelle.
Das Ganze ist weiterhin noch in einem für die Strahlung nicht durchlässigen Aluminiumröhrchen
13 untergebracht, das am unteren und oberen Ende mit Hilfe eines geeigneten Isoliermaterials,
z. B. Hartpapier, verschlossen ist. Schutz gegen Störstrahlung von außen her kann
auch dadurch erreicht werden, daß statt der Verwendung einer gemeinsamen Hülle das
Ganze mit einer undurchsichtigen Lackschicht versehen wird. Die Zuleitungsdrähte
der Glühlampe sind an der Oberseite und die Zuleitungen 8 und 9 an der Unterseite
her ausgeführt. Durch Änderung des Stromes und/oder der Spannung durch den Glühfaden
kann die Bestrahlungsintensität und somit auch der Widerstand zwischen den beiden
Elektroden 8 und 9 über einen großen Bereich gesteuert werden.
-
In bestimmten Fällen, in denen nicht eine allmähliche Änderung des
Widerstandes über die ganze Strecke erwünscht ist, sondern vielmehr ein plötzlicher
Übergang, kann nach einer Weiterbildung der Erfindung mit großem Vorteil statt einer
Glühlampe auf in baulicher Hinsicht ähnliche Weise eine kleine Gasentladungsröhre
verwendet werden, die erst bei einer bestimmten Schwellenspannung gezündet wird,
so daß dann plötzlich der Widerstand des strahlungsempfindlichen Körpers drastisch
herabgesetzt wird und dann über der Schwellenspannung gewünschtenfalls noch etwas
weiter rückgeregelt werden kann. Zu diesem Zweck können z. B. käuflich erwerbliche
kleine Glimmlichtröhrchen angewendet werden.
-
In der Praxis hat sich ergeben, daß die Ersatzmöglichkeit der Glühlampe
nicht unbedingt erforderlich ist und daß Widerstände nach Fig. 1 mit sehr langer
Lebensdauer verwirklichbar sind durch Verwendung einer Strahlungsquelle, die eine
lange Lebensdauer besitzt, z. B. infolge ihrer verhältnismäßig niedrigen Glühfadentemperatur,
und außerdem durch eine niedrigere Beanspruchung der Strahlungsquelle als üblich.
-
Es ist ohne weiteres deutlich, daß im Rahmen der Erfindung von einem
Sachverständigen noch unzählige bauliche Änderungen in dieser regelbaren Impedanz
durchgeführt werden können. So kann z. B. die Glühlampe bei der Bauart nach Fig.
1 statt mit dem Scheitel des Kolbens mit einer Seitenwand des Kolbens auf der Hülle
des strahlungsempfindlichen Körpers befestigt werden. Die gemeinsame Hülle kann
z. B. mit einer gut reflektierenden Innenschicht versehen
werden;
der Kolben der Strahlungsquelle kann derart gestaltet und teilweise auf der Innenseite
mit einer reflektierenden Schicht versehen werden, daß die Strahlung auf die photoempfindliche
Schicht konzentriert wird.
-
Die steuerbare Impedanz nach der Erfindung eignet sich z. B. besonders
zur Anwendung in sogenannten Potentiometerschaltungen. Zu diesem Zweck wird in Reihe
mit dem strahlungsempfindlichen Körper ein fester Widerstand in die Schaltung aufgenommen,
und an diese Reihenschaltung wird die Gesamtspannung gelegt, während die zu steuernde
Teilspannung zwischen zwei Elektroden des strahlungsempfindlichen Körpers abgenommen
wird und die elektrischen Regelsignale der Strahlungsquelle zugeführt werden. Für
Anwendungen, bei denen ein fester Widerstand in Verbindung mit dem strahlungsempfindlichen
Körper verwendet wird, kann dieser Widerstand nach einer Weiterbildung der Erfindung
in einfacher Weise in die bauliche Einheit der Strahlungsquelle und des strahlungsempfindlichen
Körpers aufgenommen sein, z. B. indem auf einem Trägerkörper des strahlungsempfindlichen
Körpers (in Fig. 1 auf der Unterseite der Hartpapierplatte) noch eine dünne Widerstandsschicht
nach der bekannten Technik mit Hilfe einer Kohlesuspension angebracht ist, und die
Elektroden auf der Kohleschicht können getrennt oder bereits mit dem strahlungsempfindlichen
Körper durchverbunden, nach außen geführt sein.
-
Schließlich sei noch ein besonderer Effekt erwähnt, der mit einer
Impedanz nach der Erfindung erreicht werden kann, deren Strahlungsquelle aus einer
kleinen Glühlampe und deren strahlungsempfindlicher Körper aus einem Photowiderstand
aus Kadmiumsulfid, insbesondere gesintertem Kadmiumsulfid aktiviert mit Cu und Ga,
je etwa 10-4 Grammatom pro Grammolekul CdS, besteht. Zu diesem Zweck wird die Vorrichtung
in einer Schaltung aufgenommen, und in Reihe mit dem Glühfaden der Glühlampe wird
ein linear-veränderbarer Widerstand geschaltet. Es hat sich ergeben, daß der Widerstand
des Photowiderstandes als Funktion des Eindrehungswinkels des in Reihe mit der Lampe
liegenden linearveränderlichen Widerstandes einen logarithmischen Verlauf aufweist.
Durch eine solche Kombination nach der Erfindung kann somit in einfacher Weise eine
logarithmisch-veränderbare Kennlinie erzielt werden.