DE2209740A1

DE2209740A1 - Magnetisch betätigte Reguherungs einrichtung

Info

Publication number: DE2209740A1
Application number: DE19722209740
Authority: DE
Inventors: Stig Artur Sigurd Band hagen Persson (Schweden) P
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1971-02-26
Filing date: 1972-02-25
Publication date: 1972-08-31
Also published as: FR2126454A1; IT947914B; NL7202442A

Description

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Telefonaktiebolaget L Ud Ericsson, 126 11 Stockholm 32 (Schweden)

Magnetisch betätigte Regulierungseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine üegulierungseinrichtung mit einem magnetisch betätigten Halbleiterbestandteil und mit einem magnetischen Kreis, der ein hartes magnetisierbares Material und einen Luftspalt aufweist, in dem der genannte Bestandteil angeordnet ist*

Eine passive Regulierungseinrichtung mit beispielsweise einem veränderlichen Widerstandswert iL._ar ist von Vorteil, wenn der Widerstandswert rasch verändert werden kann, wenn die Anordnung keine bewegbaren Bauteile aufweist, und wenn ein eingestellter 7/iderstandswert nach erfolgter Einstellung ohne Leistungs-' verbrauch aufrechterhalten wird, d.h., die Einrichtung ist mit einem Datenspeicher ausgestattet. Beispiele für solche Einrichtungen sind

1) ein Potentiometer, dessen Einstellung rasch verändert werden kann, das mit einem Datenspeicher versehen ist, jedoch bewegbare Bauteile aufweist,

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2) ein Thermistor, der keine bewegbaren Bauteile aufweist, langsam- arbeitet und keinen Datenspeicher aufweist, da eine den Widerstandswert bestimmende Temperatur aufrechterhalten werden muss,

3) eine Feldplatteneinrichtung z.B· nach der schwedischen Patentanmeldung ιμγ. 520 413 mit einem Halbleiterbauteil, dessen Widerstandswert magnetisch beeinflusst wird, und mit einem magnetischen Kreis, der ein hartes magnetisierbares Material und einen veränderbaren Luftspalt enthält. Bei dieser Einrichtung kann der Widerstandswert rasch verändert werden, und die Einrichtung ist mit einem Datenspeicher versehen, weist jedoch bewegbare Bauteile auf.

Eine aktive Regulierungseinrichtung mit beispielsweise einem veränderbaren Spannungswert U_y wird erhalten, wenn die genannte Feldplattenanordnung an eine Gleichstromquelle angeschlossen wird. Es ist hierbei jedoch unmöglich, das Vorzeichen von U-, magnetisch zu ändern und U-, = 0 zu erhalten.

Mit der Erfindung soll eine magnetisch betätigte Regulierungseinrichtung geschaffen wurden, die den genannten Anforderungen genügt, und die bei Verwendung als aktive Einrichtung die genannten Mängel nicht aufweist.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In den beiliegenden Zeichnungen ist die

iig.1 eine Darstellung einer passiven Regulierungseinrichtung nach der Erfindung,

Figo? ein Feldstärke-Induktions-Diagramm für verschiedene Zustände eines harten magnetisierbaren Materials, das bei der Einrichtung nach der Erfindung verwendet wird,

I'ig.3 eine Darstellung der Kennlinie des Widerstandes eines an sich bekannten Halbleiterschaltungselementee als Funktion der Induktion im Luftspalt,

Pig.4, 5 je eine Darstellung von Gleiciiströoiimpulsquellen nach der Erfindung

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Jj ig ο 6 eine Darstellung eine selbsttätig arbeitende Spannungsregeleinricntung mit der Regulierungseinrichtung nach der Erfindung,

Fig»7, 8 je eine Darstellung einer aktiven Regulierungseinrichtung nach der Erfindung,

Ii¹Ig₀9, 10 je eine Darstellung einer Kennlinie für den Spannungswert einer Regulierungseinrichtung nach der Fig„7» bezw»8 als Funktion der Induktion im Luftspalt.

Der in der erfindungsgemäßen Regulierungseinrichtung enthaltene magnetische Kreis besteht nach der Fig.i aus einem harten magnetisierbaren Material Hk mit einer Länge von 1, in der Richtung des Magnetfeldes und mit einer Querschnittsfläche A, senkrecht zur Richtung des kagnetfeldes, wobei die entsprechenden Daten Ic für die Länge und A^ für den Querschnitt des Luftspaltes betragen, aus einem weichen magnetisierbaren Material Mk, dessen magnetischer Yiiderstand vernachlässigbar klein ist, sowie aus einer Steuerspule L mit einer Anzahl von Windungen ι*. Der magnetisch betätigte Halbleiterbauteil besteht aus einer im Luftspalt angeordneten Feldplatte FP. "wird von der Grundformel im * I = JOE . d₁ (1)

ausgegangen, wobei H die magnetische j'eldstärkenkomppnente in der Kichtung der Schleife ist, die eine Spule mit α Windungen enthält, und bei einem durch die Spule fließenden Strom I wird für die oben bescnriebene Anordnung erhalten:

^M * ^X = ^Hhm « ¹Hm ⁺ TfTJT ^Bhm ·

wobei u = b£ / Hr der Proportionalitätsfaktor zwischen der kagnetfeidstärke Hi und der Induktion Bt im Luftspalt ist, und wobei Hj₁₁₁₁ und ü^ die kagnetf eidstärke bezw«, die Induktion ist, die in einem bestimmten Zeitpunkt im harten magnetisierbaren Material als Folge des Flusses des elektrischen Stromes I in der Spule erhalten wird«

Bei dem in der Fig.2 dargestellten B^ - H^- Diagramm wird

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vorausgesetzt, dass ein erster Stromwert I₁ zu einem Wertepaar (T) ^Bhm""^Hhm *^{αηΓΐ;β Wenn der} Strom aus der Gleichstromimpulequelle PK aufhört durch die Spule zu fließen, so ändert sich der Magnetisierungszustand des harten magnetisierbaren Materials gemäß der Magnetisierungskurve, die für dieses Material gilt, bis ein neues Wertepaar (2) B^-H^ erhalten wird, das die Anforderungen der Gleichung (2) für I=O erfüllt. Es wird daher «

^Hhm ' ^Xhm ⁼ T£~TjT ^ähm * ¹O

Die Gleichung (3) definiert eine gerade Arbeitslinie AL, die durch den Nullpunkt des Diagramms nach der Fig.2 verläuft, und die gültig ist düe Remanenzzustände des harten magnetisierbaren Materials, d_oh», wenn durch die Spule kein Strom fließt. Es sei nunmehr angenommen, dass bei einem Ausgang von Zustand (2) die genannte Stromquelle einen Entmagnetisierungsstroai I, durch die Steuerspule zieht, bei dem das Wertepaar (^) B, -,-H, erhalten wird. Diese Entmagnetisierung bewirkt, dass in einem neuen stromlosen Zustand am Ende des I,-Impulses die Magnetisierungskurve zu einem Wertepaar (?) Bj_11n-H_111n auf der Arbeitslinie führt, das im Vergleich zu dem Wertepaar (2) kleinere Bj^_n- und H^-Werte aufweist. Es sei schließlich angenommen, dass bei einem Ausgang vom Zustand @ ein Magnetisierungsstrom I₁. das Wertepaar (^) Bj_11n-Hy_11n erzeugt, wobei ein stromloser Zustand zu einem bleibenden Arbeitspunkt führt, der dem Wertepaar© Bj_11n-Hj_11n entspricht. Da zwischen der Induktion U, im harten magnetisierbaren Material und der Induktion Bt im Luftspalt die Beziehung besteht

so ist aus der Fig»2 zu ersehen, in welcher Weise Gleichstromimpulse aus der genannten Impulsquelle je nach deren Amplitude und Richtung ein Ansteigen bezw. ein Absinken der Remanenz des Magnetfeldes im Luftspalt bewirken, in dem ein Halbleiterbauelement ΪΡ angeordnet ist (I'ig.1), dessen widerstandswert R vom Magnetfeld B^ abhängt. Ein solches, an sich bekanntes Halbleiterelement weist eine R/ro - Charakteristik als Funktion von Bi auf,

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wobei R den Y/iderstandswert bei einem kagnetfeld Bf=O bedeutet.

Sine Gleichstromimpulsquelle PK nach der Erfindung weist in der in der Fig.4 dargestellten allgemeinen Ausführung eine G-Ieichspannungsquelle U auf, die über einen Umpolungsschalter OK mit einem Spannungsteiler S in Verbindung steht, dessen Ausgang für einen einstellbaren Spannungsteil der Ausgang UG der Spannungsquelle ist. In den beiden Arbeitseinstellungen des Umpolungsschalter s wird ein Magnetisierungs- bezw_o ein Entmagnetisierungsimpuls erhalten, dessen Amplitude dem einstellbaren Spannungsteil proportional ist. In der neutralen Einstellung des Umpolungsschalters wird im luftspalt ein remanentes Magnetfeld erhalten ohne einen leistungsverbrauch, wie bereits in Verbindung mit der Pig.2 beschrieben.

Die Figo 5 zeigt eine erfindungsgemäße Gleichstromimpulsquelle PK, bei der die genannte Spannungsteilung erfolgt, da eine RC-Schaltung während einer Zeitperiode aufgeladen wird, die von einer Zeitgebungsschaltung IO bestimmt wird, welche Schaltung den Schalter OK betätigt, wobei der am Kondensator 0 ansteigende Spannungsanteil dem Ausgang UG der Impulsquelle über einen Impedanzwandler IV zugeführt wird. Der Impedanzwandler stellt bekanntlich einen Verstärker dar, dessen Ausgangsspannung der Eingangs spannung proportional ist, γ/obei die Eingangs impedanz so hoch ist, dass die Aufladung durch den Impedanzwandler für den genannten Spannungsanteil vernachlässigt werden kann, während die Ausgangsimpedanz sehr klein ist in bezug auf die Aufladung, die nach der Erfindung aus der genannten Steuerspule besteht, nach Ablauf der genannten Zeitperiode wird der Spannungsanteil kurzgeschlossen über einen Ruhekontakt VK des Umpolungsschalters.

Die Pig.6 zeigt eine selbsttätig arbeitende Spannungsregulierungseinrichtung I zum Regulieren oder Regeln einer Gleichspannung U^ eines Stromverbrauchers E derart, dass die Spannung niedriger ist als ein oberer Grenzwert Uv, + ^j und höher als ein unterer Grenzwert U^ - ^J , wobei ein Regelwiderstand das regulierende Mittel RR der Schaltung darstellte

Um zu verhindern, dass bei der Regulierungseinrichtung

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Damit bei der Regulierungseinrichtung keine bewegbaren Teile vorgesehen werden müssen, und um zu erreichen, dass die Einrichtung rasch und selbsttätig arbeitet und keine leistung verbraucht, solange der Spannungswert innerhalb der genannten Grenzen bleibt, wird eine Regulierungseinrichtung nach der Erfindung benutzt. Hierbei dient z.ü. der Halbleiterbauteil Ji¹P als Regulierungsmittel, und außer den obengenannten Schaltungselementen, d.h. die Gleichspannungsquelle U, den Schalter OK, die RC-Schaltung und den Impedanzwandler IV enthält die Impulsquelle eine Pegelabtastungseinrichtung NO und einen periodisch arbeitenden Schalter PS» Die Pegelabtastungseinrichtung , der die Spannung U,^ zugeführt wird, versetzt den Umpolungsschalter in die erste bezw. die zweite Einstellung, je nachdem die Spannung U_n höher oder niedriger ist als ein einstellbarer oberer oder unterer Schwellenwert U_x und U₁,, und der Umpolungsschalter wird in die neu-

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trale Einstellung zurückversetzt in Abhängigkeit davon, ob die Spannung U_n niedriger oder höher ist als eine einstellbare obere und untere Schwell en spannung U .. bezw. U . Der genannte periodisch arbeitende Schalter ist zwischen den Impedanzwandler und den Ausgang der Impulsquelle geschaltet, so dass während eines Regulierungsvorganges der Steuerspule eine Anzanl von Gleichstromimpulsen zugeführt wird, deren Amplituden von Impuls zu Impuls immer höher werden, bis die Spannung U^ den oberen bezw· unteren Schwellenwert überschritten hat.

Die Darstellung in der Pig.? entspricht der Darstellung in der Pig.1 mit der Ausnahme, dass der Halbleiterbauteil I¹P an eine einen konstanten Strom I abgebende Gleichstromquelle angeschlossen ist, so dass am Ausgang OP der aktiven Regulierungseinrichtung eine magnetisch beeinflussbare Spannung U erhalten wird, deren Charakteristik U_y = fi^i \ für eine positive und eine negative Induktion B^ im Luftspalt in der Fig.9 dargestellt ist, welche Charakteristik aus der fig.3 und der Gleichung U = I.R. abgeleitet worden ist.

Die Fig.8 zeifct eine Regulierungseinrichtung nach der Erfindung, an deren Ausgang OP eine veränderliche Spannung U abgenommen wird, die von einem Hall-Generator erzeugt wird (HG), der an

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eine Stromquelle I angeschlossen ist, und der anstelle der Feldplatte FP in der Regulierungseinrichtung nach der Fig.7 verwendet wird«

Die Fig. 10 zeigt die Kennlinie aes veränderlichen Spannungswertes U eines solchen an sich bekannten Hall-Generators als Funktion der Induktion im Luftspalt der Einrichtung.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Regulierungseinrichtung mit einem magnetisch betätigten Halbleiterbauelement (FP, HG) und mit einem magnetischen Kreis, der ein hartes magnetisierbares Material (HM) und einen Luftspalt (δ ) umfasst, in dem das Bauelement angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dase der magnetische Kreis zum Zweck der Regulierung der magnetischen Beeinflussung des genannten Bauelementes mit einer Steuerspule (L) versehen ist, die an eine Gleichstromquelle zum Erzeugen von Gleichstromimpulsen (PK) angeschlossen ist, wobei das harte magnetisierbar Material in Abhängigkeit von der Amplitude und der Richtung des Gleichstromes magnetisiert bezw. entmagnetisiert wird, so dass die Stärke des remanenten kagnetfeldes im Luftspalt erhöht bezw. herabgesetzt wird.

Regulierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Halbleiterbauelement aus einer Feldplatte besteht.

3. Regulierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Halbleiterbauelement aus einem Hall-Generator besteht.

4. Regulierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Impulsquelle eine Gleichspannungsquelle (U) aufweist, die über einen eine neutrale Einstellung aufweisenden Umpolungsschalter (OK) mit einem Spannungsteiler S in Verbindung steht, dessen Anschlusskontakt für einen einstellbaren Spannungsteil den Ausgang (UG) der Impulsquelle darstellt.

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Regulierungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsteiler durch einen R0-Kreis (R, C) und durch einen Impedanzwandler (IY) ersetzt ist, dass der RC-Kreis mit dem ümpolungsschalter verbunden ist, und dass der Eingang des Impedanzwandlers mit dem Kondensator und der Ausgang mit dem Ausgang der Impulsquelle verbunden ist, so dass die Belastung der Impulsquelle aus der Steuerwicklung besteht und nur in geringem Ausmaß den am Kondensator liegenden Spannungsanteil beeinflusst.

6ο Regulierungseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5» gekennzeichnet durch eine Ze it gebungs schaltung (üJC), die den Ümpolungsschalter so betätigt, dass die Gleichspannungsquelle während einer bestimmten Zeitspanne mit dem Spannungsteiler verbunden wird«

ο Regulierungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsquelle eine Spannungspegelabtasteinrichtung (MO) aufweist, deren Eingang den Eingang für die Impulsquelle darstellt, und die den Ümpolungsschalter in den ersten oder zweiten Schaltzustand versetzt in Abhängigkeit davon, ob die Eingangs spannung (ILr) der Spannungs quelle höher oder niedriger ist als eine obere und untere Schwellenspannung (U- und U₀.,,), wobei der Ümpolungsschalter in die

clO au

neutrale Einstellung versetzt wird, viewi die Eingangs spannung niedriger bezwo höher ist als eine obere und untere Schwellenspannung (ü_yö und U_yu), welche Spannungen der oberen bezw» der unteren Schwelienspannung zugeordnet sind.

So Selbsttätige Spannungsregulierungseinrichtung, mit der eine Gleichspannung (U^) so reguliert oder geregelt werden kann, dass diese niedriger als eine obere Grenzspannung und höher als eine untere Grenzspannung ist, und die mit der Regulierungseinrichtung nach Anspruch 7 ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Halbleiterbauelement als R^gulierungsmittel (RR) für die Gleichspannung dient, die dem Eingang der genannten Impulsquelle zugeführt wird,

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- ίο -

dass die obere und untere ArbeitsSchwellenspannung gleich der oberen und unteren G-renzspannung ist, und dass der Impedanzwandler (IV) am Ausgang mit dem Ausgang der Impulsquelle über einen periodisch arbeitenden Schalter (PS) verbunden ist.

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