DE1944690B2

DE1944690B2 - Kontaktloser schalter

Info

Publication number: DE1944690B2
Application number: DE19691944690
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl.-Ing. 7100 Heilbronn Sieber
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1969-09-03
Filing date: 1969-09-03
Publication date: 1972-04-06
Also published as: US3657576A; DE1944690A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen kontakt* losen Schaller mit einem steuerbaren aktiven Schaltelement, wobei der jeweilige Schaltzustand von einem Von außen auf die Schaltung einwirkenden magnetischen Feld bestimmt wird.

Bei einem derartigen kontaktlosen Schalter besteht die Erfindung darin, daß die Steiicrzone bzw. Steuerelektrode des aktiven Schaltelements über ein sdltwelU wertabhängiges Schaitungsglied mit der Mittenelek* trade eines aus zwei Magnetfelddioden bestehenden Sbanmingsteilefs verbunden ist, wobei die in Reih« geschalteten Dioden so angeordnet sind, daß sich bei einer Änderung des auf die Dioden einwirkenden magnetischen Feldes der ohmsche Widerstand der einen Diode vergrößert, während sich der der -mderen Diode verkleinert.

Eine Magnetfeld- oder Magnetdiode ändert ihren ohmschen Widerstand, wenn sie in Flußrichtung betrieben wird, in Abhängigkeit von dem die Diode durchsetzenden magnetischen Fluß, Eine derartige

Magnetfelddiode ist in F i g. 1 dargestellt, Sie besteht aus" einem Halbleiterkörper 1, beispielsweise aus einkristallinem Silizium oder Germanium, Auf einander gegenüberliegenden Oberflächenseiten des HalbleiterkÖL-pers sind stark dotierte Halbleiter-

bereiche 2 und 3 entgegengesetzten Leituagstyps angeordnet. Zwischen der p⁺-dotierten Zone 3 und der η -dotierten Zone 2 befindet sich ein hochohmiges n-, p- oder intrinsicleitendes Gebiet 4, in dem d>e Lebensdauer der Ladungsträger sehr groß ist. Am

so seitlichen Rand des Halbleiterkörper ist einseitig eine Zone 5 angeordnet, in der die Rekombinationswahrscheinlichkeit für die eindringenden Ladungsträger extrem groß ist. Wird nun der zwischen der n-ndotierten Zone 2 und der p-dotierten Zone 3 fließende Diodenflußstrom durch ein einwirkendes magnetisches Feld in die Rekomoinatior.szone 5 gedrängt, rekombinieren viele der injizierten Ladungsträger, und der ohmsche Widerstand der Magnetdiode steigt an. Wird dagegen der Flußstrom mehr und

mehr von der Rekumbinationszone 5 durch ein magnetisches Feld umgekehrter Polarität abgelenkt, sinkt die Rekombinationsmöglichkeit der injizierten Ladungsträger und damit auch der ohmsche Widerstand der Gesamtanordnung.

Werden, wie dies bei der erfindun_t;sgemäßen Schaltung der Fall ist, zwei Magnetfelddioden in Reihe geschaltet, wobei beide Dioden in Flußrichtung gepolt sind und die Mittenelektrode des so gebildeten Spannungsteilers mit dem steuerbaren Schaltelement verbunden ist, so kompensiert sich die Temperaturabhängigkeit der beiden Dioden. Dagegen addiert sich die magnetische Empfindlichkeit der beiden Dioden, wenn die Rekombinationszonen der beiden Dioden so angeordnet sind, daß sich bei einem einwirkenden Feld der ohmsche Widerstand der einen Diode erhöht und sich der ohmsche Widerstand der anderen Diode erniedrigt. In den F i g. 2 und 3 wird bei den symbolisch dargestellten Dioden durch einen Parallelstrich angedeutet, auf welcher Seite des Halbleiterkörpers die Zone hoher Rekombinationswahrscheinlichkeit angeordnet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht das aktive Schaltelement vorzugsweise aus einem Transistor. Es können aber auch Thyristoren, Unijunctiontransistoren oder andere aktive lialtelemente Verwendung finden.

Das zur Betätigung des Schalters erforderliche magnetische Feld wird vorzugsweise von einem verschiebbaren und/öder verdrehbaren Permanent·* oder Elektromagneten erzeugt.

Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll im weiteren noch an Hand der F i g. 2 und 3 näher erläutert werden.
Die F i g. 2 zeigt die Schaltung eines kontaktlosen Schalters in konventioneller Schaltungstechnik, während in der F i g. 3 eine für die Integration geeignete Schaltung dargestellt ist, bei der ein Mukiemittertransistor vorteilhafte Verwendung findet. Bei der

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.Schaltung gemäß F i g, 2 besteht das aktive Schalt- Mftsseelekvrode die Betriebsspannung U_m,
f-' iflement aus einem bipolaren Transistor vom npn-Lej* entsprechende Wahl der dem jeweiligen Schaltzustand j, tungstyp, pje Basiselektrode B dieses Transistors T zugeordneten magnetischen Feldstärke oder durch die ist mit der einen Elektrode einer in Sperrichtung Einstellung der Schwellspannung U_s = U₁ f Uψ ' betriebenen Zenerdiode Z verbunden, deren andere 5 wird erreicht, daß der Transistors T entweder völlig ' Elektrode mit der Mittenelektrode A des aus zwei gesperrt oder sehr gut leitend ist. Jedem der beiden Magnetfelddioden M₁ und M« bestehenden Span- Schaltzustände des Transistors T wird daher vorzugs-, nungsteilers verbunden ist. Die beiden Magnetfeld- weise ein definiertes Magnetfeld H_x bzw, B₂ zugeord- ) dioden sind zwischen die Pole einer Versorgungs- net. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß an Spannungsquelle so geschaltet, daß beide Dioden in 10 einem Schieber zwei Dauermagneten mit umgekehrter j * Durchlaßrichtung betrieben werden. Die Kollektor- Polarität befestigt sind. Die Reihenschaltung aus den elektrode C des Transistors Γ ist über einen Wider- beiden Magnetdioden ist in unmittelbarer Nachbarf stand R₁ mit dem einen Pol, in diesem Fall mit dem schaft des Schiebers, beispielsweise an einem Eisen- \ positiven Pol, der Versorgungsspannungsquelle ver- rückschlußstück für das magnetische Feld befestigt, j- bunden, während die Emitterelektrode E an den an- 15 Durch Betätigen des Schiebers wird nun je nach dem deren Pol, bei dem vorliegenden npn-Transistor an gewünschten Schaltzustand der eine oder der andere die Massenelektrode, der Versorgungsspannungsquelle Dauermagnet so in die Nähe der Magnetfelddioden angeschlossen ist. gebracht, daß allein das von die -m Dauermagneten Setzt man gleiche Magnetdicden M₁ und M₂ vor- ausgehende Feld auf die Dioden ein.virkt. Der Schieber aus, so liegt bei einem nicht vorhandenen äußeren 20 kann beispielsweise mit einer herkömmlichen Druck-Magnetfeld an der Mittenelektrode A des Spannungs- taste in die jeweilige Lage gebracht werden,
teilers die halbe Betriebsspannung. Wirkt nun auf die In der F i g. 3 ist die Schaltung gemäß F i g. 2 so beiden Magnetfelddioden ein äußeres Feld mit abgeändert, daß mit Ausnahme der beiden Magnetsolcher Polarität ein, daß der Durchlaßwiderstand felddioden alle Schaltungsglieder in einem gemeinder Diode M₁ kleiner und der der Diode M₂ größer 25 samen Halbleiterkörper in integrierter Bauweise wird, steigt das Potential an der Elektrode A an. Er- untergebiacht werden können. Der Transistors T ist reicht dieses Potential einen Wert, der die Summe der ein Multiemittertransistor mit beispielsweise zwei in Zenerspannung U₁ der Zenerdiode Z und der Basis- die Basiszone eingelassenen Emitterzonen. Die eine Emitter-Spannung Übe des Transistors T übersteigt, Emitter-Basis-Strecke wird als Zenerdiode ausgenutzt, so kann ein Basisstrom fließen, der dann einen um 30 so daß die Emitterelektrode El dieser Emitter-Basisden Stromverstärkungsfaktor B höheren Kollektor- Strecke direkt mit der Mittenelektrode A des aus zwei strom hervorrufen kann. Der Kollektorwiderstand/?! Magnetfelddioden M₁ und M₂ bestehenden Spannungswird vorzugsweise so bemessen, daß bei durchge- teilers verbunden werden kann. Die zweite vorhandene schaltetem Transistor T die Ausgangsspannung i/_a«_s Emitterelektrode E₂ ist dagegen, wie auch der Emitter der Emitter-Kollektor-Sättigungsspannung des Tran- 35 in der Schaltung nach F i g. 2 mit der Masseelektrode sistors T ent: pricht. verbunden. Dei Kollektor ist über einen Widerstand Wirkt dagegen auf die Magnetfelddioden M₁ und M₂ Al an den positiven Pol der Versorgungsspannungsein Magnetfeld ein, dessen Polarität der Polarität des quelle angeschlossen, vorausgesetzt, die Polarität des oben beschriebenen Magnetfeldes entgegengesetzt ist, Transistors ist, wie auch bei der Schaltung nach wird der Durchlaßwiderstand der Diode M₁ größer 40 Fig. 2, vom npn-Typ.

und der von M₂ kleiner. Damit sinkt aber das Potential Es ist selbstverständlich, daß durch Umkehrung an der MiUenelektrode A unter die halbe Betriebs- der Polarität der Versorgungsspannungsquelle auch spannung. Ist für diesen Fall die Schaltung so ausge- pnp-Transistoren bei dem erfindungsgemäßen konlegt, daß die Summe der Zenerspannung U₁ der Zener- taktlosen Schalter Verwendung finden können. Auch diode Z und der Basis-Emitter-Spannung Übe des 45 die Magnetfelddioden können auf die verschieden-Transistors Γ größer ist als die am Eingang der Schal- artigste Weise aufgebaut sein. Wesentlich ist nur, daß tung anliegende Leerlaufspannung {/,<„, so bleibt der Dioden zur Verfugung stehen, deren ohmscher Wider-Transistor T bei den geschilderten Feldverhältnissen stand in Durchlaßrichtung eine wesentliche Abhängigmit Sicherheit gesperrt. Am Ausgang des Transistors ke^if von der auf die Diode einwirkenden magnetischen liegt somit zwischen der Kollektorelektrode C und der 50 Feldstärke aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

·- 1, Kantaktlaser Schalter mit einem steuerbaren aktiven Schaltelement, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerzone bzw, Steuerelektrode des aktiven Schaltelements (T) über ein schwellwertabhängiges Schaltungsglied (Z) mit der Mittenelektrode (A) eines aus zwei Magnetfelddioden (Λ/χ, Mz) bestehenden Spannungsteilers verbunden ist, wobei die in Reihe geschalteten Dioden so angeordnet sind, daß sich bei einer Änderung des auf die Dioden einwirkenden magnetischen Feldes der ohmsche Widerstand der einen Diode vergrößert, während sich der der linderen Diode verkleinert.
2. Schalter nai.n Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Schaltelement aus einem Transistor (7") besteht, dessen Basiselektrode (B) mit der einen Elektrode einer in Sperrichtung betriebenen Zenerdiode (Z) verbunden ist, während die andere Elektrode der Zenerdiode mit der Mittenelektrode (A) des aus zwei Magnetfeld- «lioden (Λ/,, M₂) bestehenden Spannungsteilern verbunden ist, und daß die in Durchlaßrichtung betriebenen Magnetfelddioden zwischen die Pole tiner Versorgungsnannungsquelle geschaltet sind.
3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dar, aktive Schaltelement aus einem Transistor(T) mit zwei Envtterzonen besteht, wobei die Emitterelektrode (£",) der als Zenerdiode ausgenutzten einen Emitter-Basis-Strecke mit der Mittenelektrode (.4) des aus zwei Magnetfelddioden (.VZ₁, M₂) bestehenden Spannungsteilers verbunden ist
4. Schalter nach einem der vorangehenden Antprüche. dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektrode (C) des Transistors (T) über einen Widerstand (R₁) mit dem einen Pol der Ver-Sorgungsspannungsquelle verbunden ist und daß dieser Widerstand so bemessen ist, daf3 bei leitendem Transistor zwischen Kollektor- und Emitterelektrode die Kollektor-Emitter-Sättigungs-Spannung des Transistors liegt.
5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorwiderstand (R₁) und der Transistor (7") in einem gemeinsamen Halbleiterkörper als integrierte Festkörperschaltung untergebracht sind.
6. Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Magnetfeldes ein verschiebbarer und'oder Verdrehbarer Permanent- oder Elektromagnet vorgesehen ist.