-
Gerät zum Messen des magnetischen Energieproduktes (B H) Zusatz zur
Zusatzanmeldung: S 43825 IX d / 21 e - Auslegeschrift 1160 093 Die Hauptpatentanmeldung
S43825 IXd/ 21 e betrifft ein elektrisches Meßgerät, das auf der Erfassung der Änderung
des elektrischen Widerstandes beruht, die ein Halbleiterkörper in einem Magnetfeld
erfährt, oder auf der Erfassung der Hall-Spannung, die an dem stromdurchflossenen
Halbleiterkörper unter der Wirkung des Magnetfeldes auftritt, und bei dem als Halbleiterkörper
eine der halbleitenden Verbindungen InSb, InAs, GaAs, InP oder GaSb vom Typ A"'
BV mit einer Trägerbeweglichkeit von mindestens 6000 cm2/V sec vorgesehen ist, gemäß
Patent 973 121.
-
Zur Messung der Tangentialkomponente der magnetischen Gleich- oder
Wechselfeldstärke an der Oberfläche magnetischer Körper ist der Halbleiterkörper
unmittelbar auf der Oberfläche des magnetischen Körpers angeordnet, derart, daß
die Richtung des Primärstromes durch den Halbleiterkörper und dessen größte Fläche
senkrecht zu der zu messenden Tangentialkomponente der magnetischen Feldstärke des
magnetischen Körpers liegt, und ferner ist die Ausdehnung des Halbleiterkörpers
senkrecht zur Oberfläche des magnetischen Körpers so klein gehalten, daß der Einfluß
des Potentialabfalles des Magnetfeldes in dieser Richtung im Halbleiterkörper vernachlässigbar
ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Gerät nach der Hauptpatentanmeldung
so weiter auszubilden, daß damit das magnetische Energieprodukt (B H) gemessen werden
kann. Hierzu wird bei einem einen Hall-Generator zum Messen der Tangentialfeldstärke
H gemäß dem Hauptpatent verwendenden Gerät erfindungsgemäß ein in an sich bekannter
Weise die magnetische Induktion B im Prüfling als Hall-Spannung abbildender, weiterer
Hall-Generator vorgesehen, und die Hall-Spannung des einen Hall-Generators wird
zum Speisen des Steuerstromkreises des anderen verwendet.
-
Bei einer besonders vorteilhaften Anordnung der Hall-Generatoren
speist die Hall-Spannung des die Induktion B erfassenden Hall-Generators den Steuerstromkreis
des die Tangentialfeldstärke H erfassenden Hall-Generators.
-
Wird gemäß der Hauptpatentanmeldung die Widerstandsänderung eines
magnetfeldabhängigen Widerstandes für die Tangential-Feldstärke-Messung ausgenutzt,
so wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein in an sich bekannter Weise die magnetische
Induktion B im Prüfling als Spannungsabfall abbildender, weiterer magnetfeldabhängiger
Halbleiterkörper vorgesehen, und der Spannungsabfall an dem einen magnetfeldabhängigen
Halbleiterkörper wird zum Speisen des Steuerstromkreises des anderen im
Sinne der
Bildung des magnetischen Energieproduktes verwendet. Dabei dient vorteilhaft der
Spannungsabfall an dem die Induktion B erfassenden magnetfeldabhängigen Widerstand
als Steuerstrom für den die Tangentialfeldstärke H erfassenden magnetfeldabhängigen
Widerstand.
-
Einige Ausführungsbeispiele des Gerätes nach der Erfindung sind in
der Zeichnung dargestellt; es zeigt Fig. 1 ein Beispiel einer Meßanordnung nach
der Erfindung, Fig. 2 ein Schaltungsbeispiel für eine Anordnung nach Fig. 1.
-
In Fig. 1 ist der Dauermagnetkörper 1, dessen magnetisches Energieprodukt
gemessen werden soll, im magnetischen Kreis eines Elektromagneten angeordnet; das
Joch ist mit 2 und die Polstücke sind mit 3 bezeichnet Bei 4 sind die Erregerwicklungen
für den Elektromagneten angedeutet. In einem engen Luftspalt, z. B. in der Größenordnung
von 0,1 mm, zwischen dem Dauermagnetkörper 1 und einem der Polschuhe 3 ist ein Halbleiterplättchen
5 angeordnet, und zwar so, daß die durch die Richtung der Hall-Elektroden des Halbleiterkörpers
- worunter dic Richtung einer Verbindungsgeraden zwischen den zwei Hall-Elektroden
verstanden wird - und durch die Richtung des Primärstromes durch den Halb leiterkörper
gegebene Fläche des Halbleiterkörpers unmittelbar an der Grenzfläche des Dauermagnetkörpers
1 anliegt - selbstverständlich unter Zwischenschaltung einer dünnen elektrischen
Isolierschicht. Die den Halbleiterkörper durchsetzenden Induktionslinien sind durch
Pfeile angedeutet. Ein zweiter Halbleiterkörper, der mit 6 bezeichnet ist, ist auf
dem Dauermagnetkörper zur Messung der Tangentialkomponente
der
magnetischen Feldstärke des Dauermagnetkörpers 1 angeordnet, wie es in der Hauptpatentanmeldung
angegeben ist, also so, daß die durch die Richtung der Hall-Elektroden und die Richtung
des Primärstromes gegebene Fläche des Halbleiterkörpers senkrecht zu der Tangenti
alkomponente der magnetischen Feldstärke des Dauermagnetkörpers liegt. Die Wirkungsweise
der Anordnung nach F i g. 1 geht aus dem nachfo]gend beschriebenen Schaltbild der
F i g. 2 hervor.
-
Das Schaltbild der Fig.2 entspricht einer Meßanordnung nach F i g.
1. Der Erregerstromkreis für den Elektromagneten 2, 3 besteht aus der Erregerwicklung
4, einer Stromquelle 7 und einem einstellbaren Widerstand 8. Für die elektrische
Erregung des Hall-Generators 5 ist ein eigener Stromkreis mit einer Stromquelle
12, einem einstellbaren Widerstand 13 und einem Strommeßinstrument 14 vorgesehen.
Der Hall-Generator 5 wird magnetisch in Abhängigkeit von dem von der Erregerwicklung
4 erzeugten Induktionsfeld erregt. Die an dem Hall-Generator 5 auftretende Hall-Spannung
speist den Steuerstromkreis des die Tangentialfeldstärke erfassenden Hall-Generators
6; in diesem Stromkreis ist außerdem noch ein einstellbarer Widerstand 15 angeordnet.
An den Hall-Elektroden des Hallgenerator 6 liegt ein Strommeßinstrument 16. Dieses
kann direkt auf das magnetische Energieprodukt (B H) geeicht sein.
-
Dieses beruht darauf, daß die an dem Hall-Generator 6 auftretende
Spannung proportional dem Primärstrom und, wie man aus der Schaltanordnung leicht
ersieht, somit proportional der Größe B und ferner proportional der auf den Hall-Generator
6 einwirkenden Tangennalkomponente der magnetischen Feldstärke im Magnetkörper 1
und somit proportional der Größe H ist. Somit ist die an dem Hall-Generator 6 auftretende
Hall-Spannung ein Maß für die Energiegröße B H.
-
Anordnungen, bei denen von einer Anderung der magnetischen Widerstandsänderung
Gebrauch gemacht wird, weisen einen im Prinzip gleichen Aufbau auf. In diesen Fällen
dient an Stelle der Hall-Spannung der Spannungsabfall am Halbleiterkörper als Maß
für das magnetische Energieprodukt. Die Grundlage hierfür bildet der Umstand, daß
es möglich ist, unter den gemäß der Erfindung zu verwendenden Halbleiterkörpern
solche auszusuchen und die Störstellenkonzentration und die geometrische Formgebung
gemäß einem an anderer Stelle bereits ausgesprochenen Gedanken so zu wählen, daß
die magnetische Widerstandsänderung in einem vorgegebenen Arbeitsbereich streng
proportional dem Strom durch den Halbleiterkörper und dem auf ihn einwirkenden Magnetfeld
ist.
-
Weiterhin ist für die technische Anwendung des Gerätes von Bedeutung,
daß gewisse, der in dem Gerät zu verwendenden halbleitenden Verbindungen vom Typ
AI" Br einen verhältnismäßig sehr kleinen Temperaturkoeffizienten aufweisen, so
daß das Gerät eine sehr geringe Temperaturabhängigkeit besitzt. Unter den Verbindungen,
die hierfür in Frage kommen, ist besonders Indiumarsenid (InAs) hervorzuheben, das
neben einer sehr großen Trägerbeweglichkeit einen extrem kleinen Temperaturkoeffizienten
aufweist.
-
Hinzu kommt, daß durch die Verwendung von halbleitenden Verbindungen
mit Trägerbeweglichkeiten von mindestens 6000 cm2/V sec bei der Ausnutzung des Hall-Effektes
ein gegenüber anderen Hall-Anordnungen erheblich größerer Wirkungsgrad erzielt wird.
Unter Wirkungsgrad wird hier das Verhältnis verstanden von abgegebener Hall-Leistung
zu primär zugeführter Leistung. Dieser Wirkungsgrad ist, wie theoretisch nachzuweisen
ist, proportional dem Quadrat des Produktes aus Trägerbeweglichkeit und magnetischer
Feldstärke. Schließlich wird durch die hohe Trägerbeweglichkeit der zu verwendenden
Halbleiterkörper die Frequenzgrenze, bis zu der das Gerät brauchbar ist, ohne daß
störende Trägheitserscheinungen der Ladungsträger auftreten, gegenüber bekannten
Halbleitergeräten, die z.B. Germanium als Halbleiterkörper verwenden, nach hohen
Frequenzen hin verschoben.