DE1206080B

DE1206080B - Transistormagnetfeldsonde hoher Empfindlichkeit

Info

Publication number: DE1206080B
Application number: DET26854A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Schwarz; Hans Meyer
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1964-08-20
Filing date: 1964-08-20
Publication date: 1965-12-02

Description

Transistormagnetfeldsonde hoher Empfindlichkeit Die Erfindung betrifft eine Transistormagnetfeldsonde hoher Empfindlichkeit.
Zur Messung magnetischer Felder finden in der Praxis meist Magnetköpfe, Hallsonden, rotierende Spulen und Eisenkernsonden, sogenannte Förstersonden, Verwendung. In größerem Umfang werden besonders die Magnetköpfe und in jüngster Zeit die Hallsonden zur Wiedergabe von Magnettonaufzeichnungen benutzt. Die Magnetköpfe, deren Wirkungsweise auf dem Induktionsprinzip beruht, besitzen ein Reihe nachteiliger Eigenschaften. So ist z. B. ihre Ausgangsspannung der Frequenz der aufgezeichneten Schwingung und der Spurbreite auf dem Magnetband proportional. Die Frequenzabhängigkeit der Ausgangsspannung erfordert einen beträchtlichen Entzerrungsaufwand im Aufsprech- und Wiedergabeverstärker des Tonbandgerätes. Die Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der Spurbreite begrenzt das Speichervermögen der Tonbänder. Diese Nachteile werden von der auf dem Halleffekt beruhenden Magnetogrammsonde vermieden, jedoch besitzt diese den Nachteil, daß sie nur eine sehr geringe Ausgangsspannung liefert, dem nur dadurch entgegengewirkt werden kann, daß die Sonde mit unerwünscht großen Abmessungen versehen wird.
Es ist auch eine Transistoranordnung zur Messung von Magnetfeldern bekannt, bei der ein Spitzentransistor Anwendung findet; dieser ist gegebenenfalls mit einem zusätzlichen Kollektor versehen (britische Patentschrift 805 926). Eine solche Transistormagnetfeldsonde besitzt jedoch den Nachteil, daß auf Grund der starken Streuung der Ladungsträgerbahnen im Halbleiterkörper, die von einem punktförmigen Emitter ausgehen, nur eine geringe Empfindlichkeit der Anordnung erzielt wird. Transistoren mit einer in der Basiszone stark rekombinierenden Zone sind an sich ebenfalls bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sonde zur Messung magnetischer Felder anzugeben, welche die Nachteile der bekannten Anordnungen vermeidet. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Transistor einer Transistormagnetfeldsonde eine stark rekombinierende Zone oder einen zusätzlichen Kollektor in der Basiszone rings um die Berandung der Emitterzone bis in die Nähe der Kollektorzone aufweist. Die erfindungsgemäße Anordnung beruht darauf, daß in einem Transistor die in der Basiszone desselben strömenden Ladungsträger durch ein von außen angeregtes Magnetfeld abgelenkt werden und damit die Laufzeit der Ladungsträger durch die Basiszone vergrößert wird. Erfindungsgemäß wird dafür gesorgt, daß mög- lichst viele durch das magnetische Feld abgelenkte Ladungsträger zur Rekombination gelangen, und zwar wird dies dadurch erreicht, daß in der Basiszone des Transistors eine stark rekombinierende Zone angebracht ist. Die Ladungsträger, welche infolge der Einwirkung des Magnetfeldes die rekombinierende Zone erreichen, gehen für den Kollektorstrom verloren. Auf diese Weise wird eine Änderung des Kollektorstromes hervorgerufen, welche an einem äußeren Lastwiderstand als Spannungsänderung beobachtet wird. Diese Spannungsänderung ist relativ groß und dient als Maß für die Stärke des einwirkenden Magnetfeldes. Die erfindungsgemäße Transistormagnetfeldsonde zeichnet sich daher durch eine hohe Empfindlichkeit aus. Sie vermeidet auch die Nachteile der herkömmlichen Magnetköpfe.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, in der Basiszone des Transistors einen zusätzlichen Kollektor anzubringen und mit seiner Hilfe die durch das äußere Magnetfeld zu diesem Kollektor hin abgelenkten Ladungsträger abzusaugen. Auch in diesem Falle wird eine hohe Empfindlichkeit der Transistorsonde gegenüber dem Magnetfeld erreicht.
Ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Transistorsonde ist im Schnitt in der F i g. 1 dargestellt. 1 ist die Emitterzone, 2 die Basiszone und 3 die Kollektorzone des Transistors. In der Basiszone 2 befindet sich eine stark rekombinierende Zone 4.
Die in der Basiszone 2 strömenden Ladungsträger werden durch das senkrecht zur Zeichenebene gerichtete Magnetfeld 5 (es ist davon nur eine Feldlinie im Schnitt dargestellt) zum Teil zur Zone 4 hin abgelenkt und rekombinieren dort. Dies hat zur Folge, daß der Kollektorstrom und damit die Stromverstärkung verkleinert werden. Da in der erfindungsgemäßen Anordnung nach F i g. 1 die Ladungsträger nicht abgesaugt werden, stellt sich hier eine Sättigungsspannung ähnlich der Zersetzungsspannung in galvanischen Elementen ein, welche der - Rekombination entgegenwirkt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Transistormagnetfeldsonde ist eine Anordnung, bei der die abgelenkten Ladungsträger abgesaugt werden. Diese Anordnung sei ebenfalls durch die F i g. 1 dargestellt, nur ist jetzt 4 ein zusätzlicher Kollektor, an den eine Spannung angelegt ist, welche die ankommenden Ladungsträger absaugt. Da die Ladungsträger in der Basiszone des Transistors infolge des vorhandenen Dotierungsprofils in Richtung der Kollektorzone 3 beschleunigt werden, wird die Wirkungsweise des Transistors bei kleiner Spannung am Kollektor 4 nur unwesentlich beeinflußt.
Bei der erfindungsgemäßen Transistorsonde gemäß dem letzten Ausführungsbeispiel ist es möglich, den zusätzlichen Kollektor 4 in einer entsprechenden Schaltung so zu verwenden, daß sich die Empfindlichkeit der Sonde weiter erhöht. In der Fig. 2 ist eine solche Schaltung unter Verwendung eines pnp-Transistors dargestellt. 6 und 7 sind Widerstände, 8 ist der äußere Lastwiderstand und 9 ein Koppelwiderstand. Die Spannungsquellen 10 und 11 liefern die Basis- und die Kollektorspannung. Erfindungsgemäß ist der Kollektor 4 mit der Basis 2 elektrisch verbunden.
Bringt man- eine solche Schaltungsanordnung in ein äußeres Magnetfeld, so verringert sich der Kollektorstrom 3. Gleichzeitig wird der Kollektorstrom 4 größer, und die am Kollektor 4 anliegende Spannung wird positiver. Die so entstandene Spannungsänderung wird auf der Basis 2 übertragen, was zur - Folge hat, daß der Kollektorstrom 3 noch mehr verringert und der Kollektorstrom 4 entsprechend vergrößert wird. Auf diese Weise führt die erfindungsgemäße Schaltung gemäß F i g. 2 zu einer weiteren Erhöhung der Empfindlichkeit der Transistormagnetfeldsonde.

Claims

Patentansprüche: 1. Transistormagnetfeldsonde hoher Empfindlichkeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor eine stark rekombinierende Zone oder einen zusätzlichen Kollektor in der Basiszone rings um die Bernndung der Emitterzonebis in die Nähe der Kollektorzone aufweist.
2. Schaltung für eine Magnetfeldsonde nach Anspruch 1, bestehend aus einem Transistor mit einem in der Basiszone befindlichen zusätzlichen Kollektor -und äußeren Widerständen, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Kollektor mit der Basis elektrisch verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 1 006531; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 110 765; österreichische Patentschrift Nr. 226 779; britische Patentschrift Nr. 805 926; französische Patentschrift Nr. 1 297.