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Halleffektgerät zur Verwendung als Modulator oder Demodulator Die
Erfindung bezieht sich auf ein Halleffektgerät zur Modulation oder Demodulation
elektrischer Schwingungen und ist eine Weiterentwicklung oder Abänderung eines in
einer älteren deutschen Patentanmeldung des gleichen Erfinders niedergelegten älteren
Vorschlags.
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Gegenstand dieser älteren Patentanmeldung ist ein kompaktes Halleffektgerät,
das einen solchen Magnetisierungsaufbau aufweist, daß in einem durch den Aufbau
begrenzten Bereich zwei sich schneidende Magnetfelder erzeugt werden, die im wesentlichen
senkrecht zueinander verlaufen, das ferner ein Halleffektprisma aufweist, das in
diesem Bereich so angeordnet ist, daß es diesen sich schneidenden Magnetfeldem ausgesetzt
wird, das ferner zwei Paare von Eingangselektroden aufweist, die auf entsprechenden
senkrecht zueinander und in einer durch diesen Bereich hindurchgehenden Ebene verlaufenden
Linien liegen, sowie ein Paar von Ausgangselektroden, die auf einer quer zu dieser
Ebene verlaufendtn Linie liegen.
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Bei bestimmten Ausführungsbeispielen eines solchen Gerätes, welche
in der erwähnten älteren Patentanmeldung aufgezählt sind, hat der Magnetisierungsaüfbau
die Form eines Magnetkörpers mit zwei Paaren von vorspringenden Polstücken, die
auf senkrecht zueinander verlaufenden Linien angeordnet sind, wobei die Polstücke
jedes Paares sich in Richtung aufeinander zu erstrecken, jedoch dicht voreinander
enden, und wobei der Bereich, in welchem das Halleffektprisma angeordnet ist, durch
die inneren Enden dieser Polstücke begrenzt wird. Das Halleffektprisma ist ein Würfel
und bringt als solcher den Nachteil mit sich, daß der Wirkungsgrad des Gerätes begrenzt
wird durch den großen Luftspalt, der im Magnetisierungsaufbau notwendig ist, um
denWürfel aufzunehmen. Es besteht weiterhin die Schwierigkeit, den Eingangsstrom
auf wirkungsvolle Weise dem würfelförmigen Halleffektprisma zuzuführen. Dieses letztere
Problem macht einen Kompromiß erforderlich, weil die Eingangselektroden einerseits
zwar groß genug sein sollen, um hohe Stromkonzentrationen im Prisma in der Nähe
dieser Elektroden zu vermeiden, aber doch nicht so groß, um als Nebenschlüsse zu
wirken, denn es soll der Eingangsstrom möglichst nicht zwischen Elektroden verschiedener
Paare fließen, sondern möglichst nur zwischen Elektroden des gleichen Paares. Eine
weitere Schwierigkeit besteht in der Bestimmung einer Höchstabmessung für die Ausgangsspannungselektroden.
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Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wird durch die vorliegende
Erfindung ein Halleffektgerät geschaffen, das einen Magnetisierungsaufbau der obenerwähnten
Form hat und bei welchem das Halleffektprisma einen kreuzförmigen Querschnitt aufweist,
mit zwei Paaren von Elektroden, die jeweils an den oder in der Nähe der äußeren
Enden von sich gegenüberliegenden Schenkeln des Prismas angeordnet sind, und ein
weiteres Paar von Elektroden, die an den sich gegenüberliegenden Flächen des Prismas
in der Schnittlinie der Schenkel angeordnet sind.
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Bei einem Halleffektprisma von kreuzförmigem Querschnitt kann der
Magnetisierungsaufbau des Gerätes mit seinen Polstücken sich bis in die Bereiche
zwischen benachbarten Schenkeln des Prismas erstrecken. Auf diese Weise kann der
Luftspalt zwischen den Polstücken nunmehr bedeutend kleiner sein als der Luftspalt,
der erforderlich ist, wenn das Prisma würfelförmig ausgebildet ist. Der magnetische
Stromkreis des Aufbaues wird dadurch verbessert. Darilber hinaus wird die Verteilung
des Stromes im Prisma verbessert, der numnehr eine im wesentlichen lineare Verteilung
zwischen Paaren sich gegenüberliegender Schenkel erfährt. Dies gestattet die Verwendung
eines relativ großflächigen Kontaktes mit geringem übergangswiderstand als Eingangskontakt
am äußeren Ende eines jeden Schenkels, was nur eine geringe Gefahr dafür bedeutet,
daß der nach dem einen Kontakt übermittelte Eingangsstrom durch den Kontakt an einem
benachbarten Schenkel nebengeschlossen wird. Für eine gegebene Stärke des elektrischen
und magnetischen Eingangs nach dem Halleffektgerät bringen daher diese beiden Verbesserungen
eine
erhöhte Magnetflußdichte und Stromkonzentration im Bereich des Prismas zwischen
den als Ausgangselektroden dienenden Elektroden mit sich: Da der Hallspannungsausgang
an diesen Elektroden direkt proportional dem Produkt aus Magnetflußdichte und Stromstärke
in diesem Bereich ist, wird auf diese Weise der Wirkungsgrad des Gerätes wesentlich
verbessert.
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Die Erfindung wird nunmehr an Hand der sie als beispielsweise wiedergebenden
Zeichnung ausführlicher beschrieben, und zwar zeigt Fig. 1 in perspektivischer
Darstellung ein Ha-II-effektgerät, das ein erfindungsgemäßes Halleffektprisma von
kreuzförmigem Querschnitt aufweist, die F i g. 2 und 3 in entsprechend
vergrößerter Darstellung ein Halleffektprisma von kreuzförmigem Querschnitt, wobei
zwei mögliche alternative Wege aufgezeigt werden, wie an den Ausgangselektroden
jede magnetische Streukomponente, die vom Wechselstromeingang herrührt, vermindert
wird, während F i g. 4 eine Alternativausführungsform, des Halleffektprismas
wiedergibt.
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Das in F i g. 1 dargestellte Halleffektgerät weist als Magnetisierungsaufbau
einen rechteckigen Magnetkörper 1 mit Magnetisierungswicklungen 2 auf. Dieser
Magnetkörper 1, der auch schon in der genannten älteren Patentaruneldung
dargestellt ist, weist nach innen vorstehende Polstücke 3 auf, die dazu dienen,
ein rotierendes Magnetfeld, welches bei Erregung der Spulen 2 erzeugt wird, in Richtung
auf ein Halleffektprisma 4 von kreuzförinigem Querschnitt zu konzentrieren. Um das
rotierende Magnetfeld in der Mitte des Prismas 4 zu konzentrieren, haben die Polstücke
3
jeweils Endpolschuhe 5, die in den Bereichen zwischen benachbarten
Schenkeln des Prismas 4 sitzen. An Stelle solcher zugeordneter Polschuhe können
die Polstücke selbst auch so ausgebildet sein, daß sie sich in diese Bereiche hinein
erstrecken. Eingangselektroden ip 1, ip l' und ip
2, ip 2' sind an den Enden von sich diagonal gegenüberliegenden Schenkeln
des Prismas 4 befestigt, während Ausgangselektroden op, op' (wovon die letztere
in der Zeichnung nicht sichtbar ist) in der Mitte des Prismas 4 an sich gegenüberliegenden
Flächen befestigt sind, welche senkrecht zu den Eingangselektroden liegen.
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Wo separate Endpolschuhe für die Polstücke eines solchen Magnetkörpers
vorgesehen sind, kann das Halleffektprisma von kreuzförmigem Querschnitt mit diesen
Polschuhen an Ort und Stelle in den Bereichen zwischen seinen benachbarten Schenkeln
in einem geeigneten Schutzmaterial eingebettet werden, um eine verkapselte Einheit
zu bilden, die in den Magnetkörper einsetzbar ist. Verbindungsdrähte würden natürlich
vor der Verkapselung an den Eingangs-und Ausgangselektroden befestigt werden.
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In jeder der F i g. 2 und 3 ist eine vergrößerte perspektivische
Ansicht des Halleffektprismas 4 dargestellt, wobei jede Streukomponente des magnetischen
Eingangssignals, welches an den Ausgangselektroden op, op' erscheint, durch entsprechende
Anordnung der Ausgangsverbindungen, wie diese in jeder dieser Figuren dargestellt
sind, vermindert werden kann. Bei den Ausgangsverbindungen gemäß F i g. 2,
für welche das Prisma 4 mit einer kleinen Bohrung a versehen ist, die sich zwischen
den Ausgangselektroden op, op' erstreckt, ist ein Ausgangsleiter w durch die Bohrung
a hindurchgesehraubt und mit der Ausgangselektrode op' verbunden. Dieser Leiter
w ist durch die andere Ausgangselektrode op, welche die Form eines Ringes hat, der
die Bohrung a umgibt, hindurchgeführt, jedoch gegenüber dieser isoliert. Ein zweiter
Ausgangsleiter w' ist mit der Ringelektrodeop verbunden. Vorzugsweise hat der Leiter
w'. die Form einer Hülle bzw. eines Mantels, die bzw. der den Leiter w außerhalb
des Prismas 4 umgibt. Auf diese Weise wird der Leiter w zunächst durch das Prisma
4 und dann durch den Mantelleiter w' abgeschirmt, so daß jedes Signal, welches in
ihm vom magnetischen Eingang her induziert wird, als gering angesehen werden kann.
Diese Ausgangsverbindungen sind auch bereits in der genannten älteren Patentanmeldung
vorgeschlagen.
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Im Gegensatz zu den in F i g. 2 dargestellten Ausgangsverbindungen,
die dazu beitragen, die im Leiter w induzierte EMK auf einem Minimum zu halten,
dienen die in F i g. 3 dargestellten Ausgangsverbindungen dazu, die induzierte
EMK dadurch auszugleichen, daß der mit dem Kontakt op' verbundene Leiter vier parallele
Drähte 1 aufweist, die in jeweils einer Ecke zwischen den Schenkeln des Prismas
4 geführt sind und Doppelschleifen bilden, in welchen die EhlK im entgegengesetzten
Sinn induziert wird. Auch diese Art der Ausgangsverbindung wurde bereits in der
erwähnten älteren Patentanmeldung vorgeschlagen.
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Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, kann eine Streuung des
Eingangsstromes auf den Ausgang auch dadurch auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden,
daß man bereits ein erstes regelbares Potentiometer zwischen die Eingangselektroden
ip 1, ip I'
für die eine Phase des übermittelten Signalstromes
schaltet und ein zweites veränderliches Potentiometer an die Eingangselektroden
ip 2, ip 2' für die andere gegen die erste um 901 verschobene Phase
des übermittelten Signalstromes legt, wobei die einstellbaren Anzapfungen dieser
beiden Widerstände an einer der Ausgangselektroden op oder op' zusammengeschlossen
sind. Auch diese Art der Verminderung der Streuung des Eingangsstromes auf den Ausgang
ist bereits in der erwähnten älteren Patentanmeldung vorgeschlagen.
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Bei dem zuvor beschriebenen Halleffektaerät hat das Halleffektprisma
Eingangs- und Ausgangselektroden, die die Verwendung des Gerätes für Modulationszwecke
ermöglichen, z. B. in der Weise, wie, in der erwähnten deutschen Patentanmeldung
des gleichen Erfinders bereits vorgeschlagen wurde. Das Gerät kann aber auch für
Demodulationszwecke, wie ebenfalls schon in der erwähnten älteren deutschen Patentanmeldung
vorgeschlagen, verwendet werden, und zwar so, daß die vorhandenen Ausgangsspannungselektroden
mit Stromeingangselektroden, und umgekehrt, vertauscht werden. Damit können an den
beiden nunmehr vorgesehenen Paaren von Ausgangsspannungselektroden Spannungen erhalten
werden, die. eine gegenseitige Phasenverschiebung von 90'
aufweisen. Wenn
es erforderlich ist, kann also das Halleffektgerät entweder für Modulation oder
Demodulation eingesetzt werden. Das Halleffektprisma soll, im Idealfall, in allen
drei Dimensionen symmetrisch sein, um jegliche Störung des Stromes zwischen Eingangselektroden
durch die Ausgangsspannungselektroden auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Dementsprechend
kann das Prisma von kreuzförnügem Querschnitt die in F i g. 4 dargestellte
Form annehmen, wobei das in dieser Figur dargestellte Prisma
drei
wechselseitig senkrecht zueinander stehende Paare von Schenkeln L mit einer Elektrode
e an oder in der Nähe des äußeren Endes jedes Schenkels aufweist. Ein solches Prisma
ist völlig bzw. allseitig symmetrisch, und die Elektroden e jedes Schenkelpaares
können je nach Erfordernis als Spannungsausgangs- oder Stromeingangselektroden
dienen.