-
Vorrichtung zur Temperaturkonstanthaltung, insbesondere hochstabiles
Temperaturnormal (Zusatz zu Patent P 21 33 635.6) Die Erfindung bezieht sich auf
eine Vorrichtung zur Temperaturkonstanthaltung eines Körpers, mit dem nach dem Hauptpatent
P 21 33 635.6 ein Transistor als Heizelement und eine Diode mit temperaturabhängigen
Eigenschaften aus einer:;;Substanz mit anmomalen Sprung der elektrischen Leitfähigkeit,
wie bei Vanadiumoxid, in Wärmekontaict stehen, wobei ein elektrischer Anschluß der
Diode mit dem Emitter des als Heizelement vorgesehenen Transistors elektrisch verbunden
ist.
-
In dem Hauptpatent ist eine Vorrichtung zur Temperaturkonstanthaltung
eines Körpers beschrieben, der mittels der Verlustwärme eines oder mehiererTransistoren
auf eine der Umgebung gegenüber höhere Temperatur geheizt wird. Die Temperaturkonstanthaltung
erfolgt durch Verwendung einer Diode aus einer Substanz mit anomalen Sprung der
elektrischen Leitfähigkeit, wie er bei Vanadiumdixoid auftritt. Anstelle von Vanadiumdioxid
kann als Substanz mit derselben physikalischen Eigenschaft auch V203 oder allgemeiner
VnO2n 1 mit n=1, 2, 3, ... verwendet werden (hierzu siehe auch Phys. Rev. Letters,
Bd. 3 (1959) Seite 34 ff).
-
Weitere Erläuterungen zum Verständnis der Grundlage der vorliegenden
Erfindung können der Beschreibung des Hauptpatentes entnommen werden.
-
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Vorrichtung nach
dem Hauptpatent so zu verbessern, daß mit einer Vorrichtung nach diesem Prinzip
ein noch größerer Körper noch temperaturkonstant
gehalten werden
kann, bzw. ein größerer Wärmeabfluß aus dem temperaturkonstant zu haltenden Körper
zugelassen werden kann.
-
Diese Aufgabe wird bei einer wie eingangs umrissenen Vorrichtung gemäß
einer Weiterbildung derselben erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zweite Anschluß
der Diode an der Basis eines weiteren Transistors angeschlossen ist, dessen Emitter
an der Basis des als Heizelement vorgesehenen Transistors angeschlossen ist.
-
Weitere Erläuterungen zur Erfindung gehen aus der Beschreibung zu
den Figuren hervor.
-
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung nach dem Hauptpatent bei der Jedoch
gemäß der vorliegenden Weiterbildung ein zusätzlicher Transistor vorgesehen ist.
-
Figur 2 zeigt die entsprechende Schaltung und Figur 3 zeigt eine bevorzugte
technische Ausführungsform.
-
Mit 1 ist der temperaturkonstant zu haltende Körper bezeichnet.
-
Auf diesem Körper befindet sich ein Halbleiterkörper 3, in dem sich
der als Heizelement für den Körper 1 zu verwendende Transistor 31 befindet. Es sei
darauf hingewiesen, daß anstelle eines einzigen Transistors 31 auch mehrere derartige
Transistoren vorgesehen sein können, die im Bezug auf ihre Heizleistung parallel
geschaltet arbeiten.
-
Der Transistor 31 hat die Basis 5 mit Anschluß 6 und den Emitter 7
mit dem Anschluß & Auf der Basis und Emitter gegen-Uberliegenden Seite des Halbleiterkörpers
3 ist der Kollektoranschluß angeordnet. Soweit der Körper 1 elektrisch leitend ist,
wird dieser als Kollektoranschluß verwendet. Mit 9 ist die Diode aus der Substanz
mit anomalem-3prung der elektrischen Leitfähigkeit bezeichnet. Die Diode hat die
Kontakte 11 und 13
mit den zugehörigen Anschlüssen 12 und 14. Vorzugsweise
ist die Diode in Form einer Nadel 91 ausgeführt, die im Vergleich zur Längrabmessung
zwischen 11 und 13 erheblich kleinere Abmessungen für den Querschnitt hat. Die Nadel
91 der Diode 9 befindet sich in der Nähe des Halbleiterkörpers 3 und steht mit diesem
in Wärmekontakt. Elektrisch ist die Nadel, abgesehen von den absichtlichen elektrischen
Verbindungen, in der Vorrichtung gegenüber dem Körper 3 elektrisch gut isoliert.
-
Die Nadel 91 ist hierzu in einer elektrisch relativ gut isolierenden
Wärmeleitpaste 16 eingebettet, die den Halbleiterkörper 3 wenigstens einseitig umschließt.
Für eine besonders hohe Temperaturkonstanz ist es auch für die Weiterbildung nach
der vorliegenden Erfindung von besonderem Vorteil, die thermische Kopplung zwischen
der Diode und dem Halbleiterkörper 3 des Transistors 31 so zu bemessen, daß im Zustand
der eingeregelten a Temperatur des temperaturkonstant zu haltenden Körpers 1 die
Nadel 91 der Diode 9, d.h. der Körper der Diode 9, aus der Substanz mit anomalen
Sprung der elektrischen Leitfähigkeit bei Umwandlung der Substanz von einer Phase
in eine andere Phase nur zu einem Bruchteil ihrer geometrischen Abmessung zwischen
den Kontakten 11 und 13 in die andere Phase umgewandelt ist. Die Bemessung kann
insbesondere durch Wahl der Dicke der Schicht der Wärmeleitpaste 16 zwischen der
Nadel 91 und dem Halbleiterkörper 3 erreicht werden. Vorzugsweise kann auch ein
über die Länge der Nadel veränderter Abstand vorgesehen sein, wodurch eine bezogen
auf die Nadel räumlich etwas unterschiedliche Wärmeleitung zwischen dem Körper 3
und der Nadel 91 auftritt. Z.B. kann ein von einem Ende zum anderen Ende der Nadel
stetig zunehmender Abstand vorgesehen sein.
-
Mit 15 und 17 sind gontaktstifte bezeichnet, die elektrisch isoliert
durch den Körper 1 hindurchgeführt sind. Mit 18 ist der Anschluß an den Körper 1
bezeichnet. Mit 19 ist der Referenzpunkt eines Thermoelementes mit den Schenkeln
20 und 21 bezeichnet.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der zusätzliche Transistor
311
vorgesehen, der elektrisch zwischen der Diode 9 und dem Emitteranschluß 6 eingefügt
ist. Der Transistor 311 liegt damit parallel zum Wärmekontakt zwischen 91 und 3.
-
Einzelheiten der elektrischen Schaltung dieses zusätzlichen Transistors
sind leichter aus der Figur 2 zu entnehmen. In der Figur 1 bereits beschriebene
Einzelheiten tragen in der Figur 2 dieselben Bezugszeichen. Mit 35 ist ein elektrischer
Widerstand bezeichnet, der zusammen mit der Diode 9 eine Spannungsteilung für den
Basiseingang 61 des zusätzlichen Transistors 311 bildet. Mit 37 ist eine Gleichspannungsqudlle
zur Stromversorgung bezeichnet. Der Emitteranschluß 81 des zusätzlichen Transistors
ist mit Basisanschluß des als Heizelement vorgesehenen Transistors 31 verbunden.
Dieser Transistor ist in der Figur konstruktiv im wesentlichen durch die Teile 3,
5 und 7 gebildet.
-
Die Verwendung des erfindungsgemäß vorgesehenen zusätzlichen Transistors
311 ist insbesondere dann von Vorteil, wenn, wie bereits erwähnt, dem heizenden
Transistor 31 eine hohe Wärmeleistung abverlangt wird. In diesem Fall ist ein hoher
Basisstrom für einen hohen Stromdurchgang in diesem Transistor erforderlich. Das
bedingt einen geringen Widerstandswert des Widerstandes 35, z.B. in der Größerordnung
von 10 kR, des Spannungsteilerbestehend aus 35 und a bei einer Ausführung nach dem
Hauptpatent. Technisch einfach herzustellende Nadeln aus Vanadiumdioxid haben aber
im Zustand ihrer einen Phase, z.B. bei Zimmertemperatur Widerstandswerte von 20
bis 100 k .
-
Insbesondere bei einer solchen Nadel wäre also die für das Prinzip
der Erfindung nach dem Hauptpatent und ihrer vorliegenden Weiterbildung für das
Erreichen hoher Temperaturkonstanz besonders vorteilhafte Maßnahme, die Nadel ständig
nur zu einem Bruchteil ihrer Länge im Zustand der umgewandelten niederohmigen Phase
zu halten, bei der Vorrichtung nach dem Hauptpatent durch eine Iängenmäßig weitgehende
Umwandlung zu erreichen. Durch das gemäß der vorliegenden Weiterbildung vorgesehene
Zwischenschalten eines zusätzlichen Transistors 311,
der in diesem
Falle den erhöhten Basisstrom für den Transistor 31 liefert, kann auch in dem speziellen
Fall hoher Leistungsabnahme aus dem Transistor 31 eine solche technisch einfach
herzustellende hochohmige Nadel, beispielsweise aus Vanadiumdioxid, verwendet werden,
und zwar mit einer beispielsweise etwa gleichgroßen Aufteilung der Gesamtlänge der
Nadel auf beide Phasen.
-
Die in Figur 1 im Prinzip gezeigte Vorrichtung ist mit einer Kappe
29 abgedeckt. Beispielsweise befindet sich der zusätzliche Transistor 311 wie in
der Figur dargestellt unterhalb der Kappe.
-
Eine technisch-kontruktiv besonders vorteilhafte Ausführung für eine
Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, die ohne den zusätzlichen Transistor
311 auch für eine Vorrichtung nach dem Hauptpatent besonders zweckmäßig ist, zeigt
die Figur 3.
-
Für diese Ausführungsform ist für höhere Leistungen ein Transistor
BD 242 und weniger hohe Leistungen ein Transistor BD 135 (beide Firma Siemens AG)
verwendet worden. Der mit 101 bezeichneten Kühlkörper eines wie oben genannten Transistors,
der hier als temperaturkonstant zu haltender Körper 1 verwendet wird, weist einen
Einschnitt 1O/,in dem sich die liärmeleitpaste 116 befindet. In dieser Paste ist
die Nadel 91 der Diode 9 eingebettet. Die Abmessungen des Einschnittes 102, d.h.
die Dicke der Ummantelung der Nadel 91 in dem Einschnitt ist vorteilhafterweise
so bemessen, daß die oben erwähnte teilweise Umwandlung erreicht ist. Mit 103 ist
der Halbleiterkörper des Transistors 31 bezeichnet. Es ist eine Umhüllung 100 aus
einem Kunstharzmaterial vorgesehen, in das vorteilhafterweise auch der Widerstand
35 und, soweit verwendet, der zusätzliche Transistor eX 1 mit eingebettet sind.
Mit 108 und 118 sind Emittes und Kol»toranschluB des Transistors 31 bezeichnet.
-
An diese Anschlüsse wird die Spannungsquelle 37 angeschlossen; Die
inneren elektrischen Verbindungen zwischen 31, 35, 91 und 311 sind der Ubersichtlichkeit
halber nicht dargestellt.
-
Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform erfolgt der dem -
zugrundeliegenden erfinderischen - Prinzip vorgesehene Wärmekontakt
zwischen
der Diode und dem Transistor 31 zum Teil über den Körper 101.
-
3 Figuren 2 Patentansprüche