DE2739060A1 - Zone melting dia. control - using capacitor parallel to heating coil tuned to higher harmonic for actual value signal - Google Patents

Zone melting dia. control - using capacitor parallel to heating coil tuned to higher harmonic for actual value signal

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    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
    • C30B13/28—Controlling or regulating
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Abstract

Control signal in the rod dia. control unit of a zone melting appts. is produced by connecting a variable capacitor in parallel to the induction heating coils. This forms a resonance circuit which can be tuned to a harmonic of the fundamental frequency of the high-frequency generator. Any frequency changes in this particular circuit, due to inductivity changes of the heating oil, are used as the output quantity for the prodn. of the actual value for the rod dia. control. Arrangement results in a much better sensitivity than when inductivity changes of the heating coil alone are used for the control.

Description

Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Regelsignals in einerCircuit arrangement for generating a control signal in a

Stabdurchmesser-Regelvorrichtung einer Zonenschmelzapparatur.Rod diameter control device of a zone melting apparatus.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Regelsignals in einer Stabdurchmesser-Regelvorrichtung einer Zonenschmelzapparatur, die einen aus einem Hochfrequenzgenerator gespeisten Heiz-Parallelresonanzkreis aufweist, dessen induktiver Anteil durch eine Schmelz spule und eine dazu in Reihe liegende Spule mit im Vergleich zur Schmelz spule großer Induktivität gebildet ist, wobei Frequenzänderungen im Heiz-Parallelresonanzkreis, die durch Anderungen des Induktivitätswertes der Schmelz spule auf Grund von Volumenschwankungen der Schmelzzone des aufgeschmolzenen Stabes hervorgerufen werden, zur Bildung eines Ist-Wertes für die Stabdurchmesser-Regelung ausgenutzt werden.The present invention relates to a circuit arrangement for generation a control signal in a rod diameter control device of a zone melting apparatus, the one from a high frequency generator fed heating parallel resonance circuit has, the inductive portion of which by a melting coil and one in series lying coil is formed with a high inductance compared to the fusible coil, where frequency changes in the heating parallel resonance circuit caused by changes in the Inductance value of the melting coil due to volume fluctuations in the melting zone of the melted rod to form an actual value for the rod diameter regulation can be used.

Es ist beispielsweise aus der DT-PS 1.153.908 bekannt, daß der Stabdurchmesser beim Zonenschmelzen, beispielsweise von Siliciumstäben, durch eine sogenannte Streck-Stauch-Regelung konstantgehalten werden kann. Als Maß für Durchmesserschwankungen kann die Änderung des Induktivitätswertes der Schmelz spule ausgenutzt werden, da dieser Induktivitätswert eine Funktion des Volumens der Schmelzzone des Stabes ist.It is known for example from DT-PS 1.153.908 that the rod diameter during zone melting, for example of silicon rods, by a so-called stretch-compression control can be kept constant. The change of the inductance value of the fusible coil can be used, as this inductance value is a function of the volume of the melt zone of the rod.

Da die Änderung des Induktivitätswertes der Schmelz spule zu einer entsprechenden Änderung der Resonanzcharakteristik des Heiz-Parallelresonanzkreises führt, kann diese Größe direkt zur Gewinnung eines Ist-Wertes für eine Stabdurchmesser-Regelung ausgenutzt werden. Diese Maßnahme ist beispielsweise aus der DT-PS 2.050.766 bekannt geworden. Danach wird durch eine Frequenzmessung die Abweichung von einer Soll-Frequenz als Kriterium für die Volumenabweichung in der Schmelzzone des Stabes bestimmt.Since the change in the inductance value of the fusible coil becomes a corresponding change in the resonance characteristics of the heating parallel resonance circuit this size can lead directly to the Obtaining an actual value for a rod diameter control can be used. This measure is for example became known from the DT-PS 2.050.766. After that, a frequency measurement is carried out the deviation from a target frequency as a criterion for the volume deviation in determined by the melting zone of the rod.

Da Schmelz spulen in Heiz-Parallelresonanzkreisen von Zonenschmelzapparaturen in aller Regel einen kleinen Induktivitätswert besitzen (sie sind beispielsweise als einwindige Spulen ausgebildet), wird der Schmelz spule im Heiz-Parallelresonanzkreis aus elektrischen Gründen eine Spule in Reihe geschaltet, welche im Vergleich zur Schmelzspule eine große Induktivität besitzt. Aus diesem Grund ist die Frequenzabweichung als Funktion von Änderungen des Induktivitätswertes der Schmelzspule relativ klein, so daß die Emptindlichkeit einer Regelung auf der Basis dieser Frequenzänderung entsprechend klein ist.The melting coils in heating parallel resonance circuits of zone melting apparatus usually have a small inductance value (they are for example designed as single-turn coils), the melting coil is in the heating parallel resonance circuit for electrical reasons a coil connected in series, which compared to the Melting coil has a large inductance. Because of this, the frequency deviation relatively small as a function of changes in the inductance value of the melting coil, so that the sensitivity of a regulation on the basis of this frequency change is correspondingly small.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der in Rede stehenden Art für eine Stabdurchmesser-Regelung mit verbesserter Empfindlichkeit anzugeben.The present invention is based on the object of a circuit arrangement of the type in question for a rod diameter control with improved sensitivity to specify.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schmelzspule ein veränderbarer Kondensator parallelgeschaltet ist, durch den der so gebildete Teil-Resonanzkreis auf eine Oberwelle der Hochfrequenzgenerator-Grundfrequenz abstimmbar ist, und daß Frequenzänderungen in diesem Teil-Resonanzkreis aufgrund von Anderungen des Induktivitätswertes der Schmelz spule als Ausgangsgröße zur Erzeugung des Ist-Wertes für die Stabdurchmesser-Regelung dienen.In the case of a circuit arrangement, this task becomes the one mentioned at the outset Type solved according to the invention in that the melting coil is a variable capacitor is connected in parallel, through which the thus formed partial resonance circuit to a harmonic the high frequency generator base frequency is tunable, and that frequency changes in this partial resonance circuit due to changes in the inductance value of the Melting coil as the output variable for generating the actual value for the rod diameter control to serve.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to one in the figure of the drawing illustrated embodiment explained in more detail.

Die Figur der Zeichnung zeigt: eine Schaltungsanordnung, bei der die Größe der am Teil-Resonanzkreis stehenden Spannung als Maß für den Ist-Wert der Regelung dient.The figure of the drawing shows: a circuit arrangement in which the Size of the voltage on the partial resonance circuit as a measure of the actual value of the Regulation serves.

In der Schaltungsanordnung nach der Figur der Zeichnung wird ein Heiz-Parallelresonanzkreis einer nicht näher dargestellten, an sich bekannten Zonenschmelzapparatur durch die Parallelschaltung eines Kondensators C sowie die Reihenschaltung einer Spule Lg und einer Schmelz spule Lm gebildet. Wie oben bereits ausgeführt, ist der Induktivitätswert der Spule Lo groß gegen den Induktivitätswert der Schmelz spule Lm ' Der Schmelz spule L ist ein Kondensator cl m parallelgeschaltet, über den der Teil-Resonanzkreis Cl Lm im erfindungsgemäßen Sinne auf eine höhere Harmonische der Grundfrequenz eines von einem nicht im Detail dargestellten Hochfrequenzgenerator 1 gelieferten Signals abstimmbar ist.In the circuit arrangement according to the figure of the drawing, a heating parallel resonance circuit is used a not shown, known zone melting apparatus by the Parallel connection of a capacitor C and the series connection of a coil Lg and a fusible coil Lm is formed. As stated above, is the inductance value of the coil Lo large compared to the inductance value of the fuse coil Lm 'The fuse coil L is a capacitor cl m connected in parallel, through which the partial resonance circuit Cl Lm in the inventive sense to a higher harmonic of the fundamental frequency of a signal supplied by a high-frequency generator 1 not shown in detail is tunable.

Der Teil-Resonanzkreis C1 L wird nicht genau auf Resonanz mit m einer Oberwelle der Generatorgrundfrequenz eingestellt, sondern so verstimmt, daß die Oberwelle im steilen Teil einer Flanke der Resonanzkurve des Resonanzkreises Ci Lm liegt.The partial resonance circuit C1 L is not exactly at resonance with m one Adjusted harmonic of the generator base frequency, but detuned so that the Harmonics in the steep part of a flank of the resonance curve of the resonance circuit Ci Lm lies.

Die am Teil-Resonanzkreis C1, L stehend Spannung mit einer m Oberwell enfrequenz der Hochfrequenzgenerator-Grundfrequenz wird dann durch einen Hochpaß 10 ausgefiltert und durch einen Gleichrichter 11 gleichgerichtet. Die an einem Ausgang 11' und 11 " auftretende gleichgerichtete Spannung bildet den Ist-Wert für die Stabdurchmesser-Regelung. In einer Vergleichsstufe 12 wird dieser Ist-Wert mit einem in einem Eingang 12', 12" der Vergleichsstufe 12 eingespeisten Soll-Wert verglichen. Diese Vergleichsstufe 12 kann in einfacher Weise durch eine Substraktionsstufe gebildet werden. Das ein Maß für die Differenz zwischen Soll-Wert und Ist-Wert darstellende Ausgangssignal der Vergleichsstufe 12 wird durch einen Verstärker 13 verstärkt und an einen Ausgang 13' dieses Verstärkers als Regelsignal für eine Streck-Stauch-Regelung, beispielsweise nach der obengenannten DT-PS 1.153.908, verwendet. Der an sich bekannte Streck-Stauch-Regelmechanismus ist in der Figur der Zeichnung nicht dargestellt.The voltage at the partial resonance circuit C1, L with an m harmonic The frequency of the high-frequency generator base frequency is then determined by a high-pass filter 10 filtered out and rectified by a rectifier 11. The one at an exit 11 'and 11 "occurring rectified voltage forms the actual value for the rod diameter control. In a comparison stage 12, this actual value is compared with an input 12 ', 12 ″ of the comparison stage 12 is compared with the target value fed in. This comparison stage 12 can be formed in a simple manner by a subtraction stage. To be there Measure of the difference between the target value and the actual value representing the output signal the comparison stage 12 is amplified by an amplifier 13 and sent to an output 13 'of this amplifier as a control signal for a stretch-compression control, for example according to the above-mentioned DT-PS 1.153.908, used. The stretch-compression control mechanism known per se is not shown in the figure of the drawing.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besitzt offensichtlich den Vorteil einer höheren Empfindlichkeit, da nicht Frequenzänderungen am gesamten, aktiv schwingenden, Parallelresonanzkreis mit der vergleichsweise großen konstanten Induktivität Lot sondern Frequenzänderungen im passiven Teil-Resonanzkreis ausgenutzt werden, dessen Induktivität nur durch die Stab-Heizspule 4 gebildet wird, so daß deren Induktivitätsänderungen als Funktion von Stabdurchmesser-Schwankungen direkt in die Regelung eingehen. Bei höherer Empfindlichkeit besitzt die Schaltungsanordnung auch den zusätzlichen Vorteil eines einfachen Aufbaus, da zusätzlich zu den ohnehin im Heiz-Parallelresonanzkreis vorhandenen Komponenten nur ein zusätzlicher Kondensator vorhanden ist.The circuit arrangement according to the invention obviously has the Advantage of a higher sensitivity, since there are no frequency changes on the whole, actively oscillating, parallel resonance circuit with the comparatively large constant Inductance solder but frequency changes in the passive partial resonance circuit are used, the inductance of which is only formed by the rod heating coil 4, so that their inductance changes as a function of rod diameter fluctuations go directly into the scheme. If the sensitivity is higher, the circuit arrangement has also the additional advantage of a simple structure, as in addition to the already Components present in the heating parallel resonance circuit only have one additional capacitor is available.

4 Figuren 3 Patentansprüche Leerseite4 Figures 3 claims Blank page

Claims (3)

Patentansprilche 1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines RegelsignAls in einer Stabdurchmesser-Regelvorri chtung einer Zonenschmelzapparatur, die einen aus einem Hochfrequenzgenerator gespeisten Heiz-Parsllelresonanzkreis aufweist, dessen induktiver Anteil durch eine Schmelz spule und eine dazu in Reihe liegende Spule mit im Vergleich zur Stab-Heizspule großer Induktivität gebildet ist, wobei Frequenzänderungen im Heiz-Parnllelresonanzkreis, die durch Änderungen des Induktivitätswertes der Schmelz spule aufgrund von Volumenschwankungen der Schmelzzone des aufgeschmolzenen Stabes hervorgerufen werden, zur Bildung eines Ist-Wertes für die Stabdurchmesser-Regelung ausgenutzt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Stab-Heizspule (Lm) ein veränderbarer Kondensator (C1) parallelgeschaltet ist, durch den der so gebildete Teil-Resonanzkreis /r (C1, Lm) auf eine Oberwelle der Hochfrequenzgenerator-Grundfrequenz abstimmbar ist, und daß Frequenzänderungen in diesem Teil-Resonanzkreis (C1 Lm) aufgrund von Änderungen des Induktivitätswertes der Stab-Heizspule (Lm) als Ausgangsgröße zur Erzeugung des Ist-Wertes ftir die Stabdurchmesser-Regelung dienen.Claims 1. Circuit arrangement for generating a control signal in a rod diameter regulating device of a zone melting apparatus, the one has a heating Parsllel resonance circuit fed by a high-frequency generator, its inductive part by a melting coil and one lying in series Coil is formed with a large inductance compared to the rod heating coil, wherein Frequency changes in the heating parallel resonance circuit caused by changes in the inductance value the melting coil due to volume fluctuations in the melting zone of the melted Rod to form an actual value for the rod diameter control can be exploited that the rod heating coil is not shown (Lm) a variable capacitor (C1) is connected in parallel, through which the so formed partial resonance circuit / r (C1, Lm) to a harmonic of the high frequency generator base frequency is tunable, and that frequency changes in this partial resonance circuit (C1 Lm) due to changes in the inductance value of the rod heating coil (Lm) as an output variable serve to generate the actual value for the rod diameter control. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil-Resonanzkreis (C1, Lm) so abgestimmt ist, daß die zur Signalabgabe verwendete Oberwelle im steilen Teil einer Flanke seiner Resonanzkurve liegt.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the partial resonance circuit (C1, Lm) is tuned so that the one used for signal output Harmonic lies in the steep part of a flank of its resonance curve. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Teil-Resonanzkreis (C1 Lm) über einen Hochpaß (10), der Frequenzen unterhalb des Resonanzbereiches des Teil-Resonanzkreises (C1, L) ausfiltert, und eine Gleichrichterstufe (11) eine Vergleichsstufe (12) angekoppelt ist, in der ein Vergleich des Ausgangssignals der Gleichrichterstufe (11), das den Ist-Wert für die Regelung darstellt, mit einem Soll-Wert stattfindet und die ein ein Maß für diesen Vergleich darstellendes Regelsignal für die Stab-Durchmesser-Regelung liefert.3. Circuit arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that that to the partial resonance circuit (C1 Lm) via a high-pass filter (10), the frequencies below of the resonance range of the partial resonance circuit (C1, L) filters out, and a rectifier stage (11) a comparison stage (12) is coupled in which a comparison of the output signal the rectifier stage (11), which represents the actual value for the regulation, with a Setpoint value takes place and the control signal representing a measure for this comparison for the rod diameter control.
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