DE2338767A1

DE2338767A1 - Mechanisch-elektrischer wandler

Info

Publication number: DE2338767A1
Application number: DE19732338767
Authority: DE
Inventors: Sune Lambert Dipl Ing Oeverby
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1972-08-07
Filing date: 1973-07-27
Publication date: 1974-02-21
Also published as: FR2195886B1; NL7310287A; AU5833073A; CA1002652A; SE361805B; CH572694A5; FR2195886A1; JPS4946731A; GB1434084A; ES417612A1; IT993669B

Description

τ ii8o

PATENTANWÄLTE

Dr. - Ing. HANS RUSCHKE Dipl--Ing. OLAF RUSCHKE

DipUng. HANS E. RUSCHKE

¹ BERLIN 33 Auguste-Viktoria-Straße 6g

Telefonaktiebolaget LM Ericsson, Stockholm, Schweden

Mechanisch-elektrischer Wandler

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mechanisch-elektrischen Wandler mit einem ein magnetisches Feld erzeugenden Hilfskreis mit einem Luftspalt, einem seitlich in dem Luftspalt relativ zur Feldrichtung beweglichen Element und mit einem mechanisch- -elektrischen Wandlerelement, welches durch das Magnetfeld als elektrische Signalquelle gesteuert wird,,

Ziel der Erfindung ist ein Wandler dieser Art, der eine beträchtlich höhere Ausgangsspannung bei einem gegebenen mechanischen Eingangssignal abgibt im Vergleich zu früher bekannten Wandlern.

Die Kennzeichen eines gemäss der Erfindung konstruierten Wandlers gehen aus den nachfolgenden Patentansprüchen hervor.

Die Erfindung wird in den genaueren Einzelheiten nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen

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Fig. 1 und Fig. 2 schema&isch zwei Beispiele für zwei Ausführungsformen der Erfindung zeigen, während

Fig. 3 ein Halbleiterelement zeigt, das in den Wandlern gemäss den Figuren 1 und 2 enthalten ist.

Der Wandler gemäss Fig. 1 ist ein Mikrofon und besteht aus einem Deckel 11, einer Membran 12, die am Umfang durch einen Klemmring 13 befestigt ist, einem Permanentmagneten 10 in Form eines langen Streifens, der an der Mitte der Membran befestigt ist und dessen Nordende N sich zu einem Luftspalt 18 in einem magnetischen Kreis erstreckt, einem Halbleiterelement in Form einer ebenen Platte 14, einem Halter 16 für die Platte und einer Einstellschraube 15 zur Einstellung der Platte in dem Luftspalt.

Aus der Fig. 3 geht die Konstruktion der Platte 14 in genaueren Einzelheiten hervor. Auf einer p-dotierten Siliziumplatte j50 sind ein stärker p-dotierter Basisbereieh Bl in Form eines langen Streifens, ein kreisförmiger, η-dotierter Emitterbereich el, zwei η-dotierte kreisförmige Kollektorbereiche el und c2, die relativ nahe beieinander liegen und etwa den gleichen Abstand zum EmitterbereieJh el haben, und ein stärker p-dotierter Basisbereieh B2 in Form eines langen Streifens angeordnet. In dem jetzt beschriebenen Teil der Platte 14 funktioniert der Emitterbereich el als eine Ladungsträger erzeugende Zone, und der Bereich zwischen dem Emitterbereich el und den Kollektorbereichen el und c2 arbeitet als Ladungsträger-Beschleunigungszone aufgrund der statischen Arbeitsfeldverteilung durch eine Gleichspannung über den Klemmen 31 und 32 zu den Basisbereiehe.n Bl und B2. über* eine Klamme 34 erhält der Emitterbereich el geeignetes Potential relativ zu den Kollektorbereichen el und c2. Abschliessend kann gesagt wanden, dass dieser Teil der Platte mit Ladungsträgerinjektion arbeitet und eine Punktion hat alb durch Magnetfeld modulierbares Minoritätsladungsträgermediura, als Besehleunigungsbereich für die Ladungsträger unter statischer· Arbeitsfelöverteiliing und als Medium für den LadüngsträgeMurühgang durch mindestens einen in Sperr« ;richtimg vorgespannten pn-übergang,» der einen Basis- und einen

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Kollektörbereieh trennt, um eine Stromverstärkung zu erzielen.

. Die Halbleiterplatte 14 ist in der Fig. 1 so angeordnet, dass ihre Ebene senkrecht zu dem durch den Luftspalt gehenden Magnetfeld liegt und ihre Ebene weiterhin parallel zur Bewegung des Permanentmagneten 10 liegt, wenn die Schallmembran mechanisch beeinflusst wird. Wenn die Membran vibriert, wird die Stellung des den Beschleunigungsbereich durchquerenden Magnetfeldes beeinflusst, wodurch eine Potentialdifferenz zwischen den Kollektorbereichen el und c2 entsteht, d.h. es wird eine Signalspannung erzielt, die auf die folgende Transistorstufe übertragen wird. Diese Stufe ist auf der Platte 30 angeordnet und besteht aus einem p-dotierten Basisbereich B3, einem η-dotierten Emitterbereich e3 und einem stärker p-dotierten Kollektorbereich c3· Die Signalspannung von den Kollektorbereichen el und c2 gelangt auf den Basisbereich B3 bzw. auf den Emitterbereich e3, und von den Klemmen 33, 35* die mit dem Basis- bzw. dem Kollektr\gbereich in dem Transistorteil verbunden sind, wird ein verstärktes Signal abgenommen. Zwischen den Klemmen 31-35 an dem Halbleiterelement und den Klemmen 19 ausserhalb des Mikrofons liegt ein Vieldrahtkabel 17.

Ein Mikrofon gemäss der Erfindung kann auf viele verschiedene Arten konstruiert werden, ohne dass die Idee der Erfindung verlassen wird. Eine Variante wird in der Fig. 2 gezeigt, wo ein Permanentmagnet 21 an einem Halter 26 befestigt ist, der in einer vertikalen Ebene durch eine Einstellschraube 25 eingestellt werden kann. An der Membran ist ein Eisenkreis befestigt, der zusammen mit der Platte 14 an dem Magnet 21 einen Luftspalt bildet und der bei Bewegung der Membran 12 sich in einer horizontalen Bahn senkrecht zum Magnetfeld in dem Luftspalt bewegt und damit das Magnetfeld durch den Beschleunigungsbereich in dem Halbleiterelement moduliert.

Die Erfindung ist nicht auf Mikrofone begrenzt, sondern findet auch bei anderen mechanisch-elektrischen Wandlern Anwendung, z.B.

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als Abnehmer, als Fühler in Längenmessern und Diffraktometern usvi. Bei einem Abnehmer ist das beweglich angeordnete Element an einem der Zeile folgenden Zapfen befestigt, dessen Bewegung damit das Magnetfeld durch die Beschleunigungszone in der ebenen Platte l4 moduliert. Der Deckel 11 mit seinem Inhalt ist in der üblichen weise an einem Feäerarm befestigt.

-'Patentansprüche -

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Claims

- ·5 - τ il8o Patentans prüche

1. Mechanisch elektrischer Wandler, bestehend aus einem ein Magnetfeld erzeugenden Hilfskreis mit einem Luftspalt, einem beweglichen Element, das den Luftspalt begrenzt, und einem magnetisch-elektrischen Wandlerelement, das von dem Magnetfeld als elektrischer Quelle gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalquelle (14·) aus einem HaIbleiteieLement in Form einer ebenen mono.lithischen Platte besteht, die mindestens zwei pn-Übergänge aufweist und gleichzeitig beide bipolaren Transistorfunktionen mit Stromverstärkung und durch Magnetfeld steuerbarem Transportbereich bildet, wobei die Platte (14) mit ihrer grossten ebenen Oberfläche senkrecht zum Magnetfeld in dem Luftspalt angeordnet ist und das Element (10), das beweglich angeordnet ist und die Magnetfeldänderungen steuert, zur Aufrechterhaltung eines konstanten Luftspaltes und zur Vermeidung von Haftung seine Bewegungsrichtung senkrecht zum Magnetfeld in dem Luftspalt hat.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte eine integrierte Schaltung mit einem Eingangsteil, - der für die Transistorfunktion mit der Stromverstärkung eine utromträger-Erzeugungszone (Bl-el) und eine Stromträger-Beschleunigungszone (el-cl-c2) mit Stromverstärkung und Magnetfeldmodulation zur Erzeugung eines den Magnetfeldänderungen

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proportionalen Signals besitzt, und mit einem Verstärkerteil aufweist, der Transistoren (B3-e3-c3) zur Verstärkung des so erzeugten Signals besitzt.

3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das beweglich angeordnete Element (1O) aus einem Permanentmagneten besteht.

4. Wandler nach Anspruch 1, ' dadurch gekennzeichnet, dass ein Halbleiterelement (14) direkt an dem einen Ende eines Permanentmagneten (21) befestigt ist, der in dem das Magnetfeld erzeugenden Kreis enthalten ist, und zusammen mit dem beweglich angeordneten Element (20) den Luftspalt begrenzt.

5· Wamdler nach einem der Ansprüche 1-3* dadurch gekennzeichnet, dass das beweglich angeordnete Element (10,20) an einer sohallempfindlichen Membran (12) befestigt ist, die in bekannter Art an ihrem Umfang gehalten wird und in ihrer Mitte elastisch parallel zur ebenen Platte (14) beweglich ist.

6. Wandler nach einem der Ansprüche 1-3* dadurch gekennzeichnet, dass das beweglich angeordnete Element an einem Zeilenfolgerzapfen befestigt ist, dessen Bewegung damit das Magnetfeld durch die Beschleunigungszone in der ebenen Platte (14) moduliert.

Dr.H.Pa./Br.

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