-
Spannungsabhängiger Widerstand, der im Bereich hoher Temperaturen
über 200' C betrieben wird Es ist bekannt, daß elektrische Schaltelemente bei verschieden
hoher Betriebstemperatur, sei es, daß diese durch die Außentemperatur oder durch
die Eigenerwärmung bestimmtwird, verschiedeneWerte und Eigenschaften zeigen. Um
gleichmäßige Verhältnisse zu schaffen, ist es daher bekannt, für eine konstante
Betriebstemperatur durch Anwendtmg von Thermostaten, Hilfsströmen u. dgl. zu sorgen.
-
Bei Heißleitern, d. h. bei Widerständen mit negativen Temperaturkoeffizienten,
hat man auch bereits ,angegeben, die Betriebstemperatur so hoch zu legen, beispielsweise-
über zoo° C; daß die gewünschte Unabhängigkeit von .der Außentemperatur @erzieltIvird.
-
Spannungsabhängigen Widerständen ist. ebenfalls ein hoher negativer
Temperaturkoeffizient .mit mehreren Prozent je Grad C eigen; @diese Widerstände
können durch Betreiben bei hoher Temperatur temperaturunabhängig gestaltet werden.
-
Durch die Erfindung wird die Anweisung gegeben, solche spannungsabhängigen
Widerstände, die im Bereich hoher Temperaturen über zoo° C betrieben werden, in
Schaltungsanordnungen zur trägheitslosen Regelung oder in Gleichrichteranordnungen
auch zur belastungsunabhängigen Gleichrichtung zu verwenden.
-
Diese Anweisung geht von der überlegung aus; daß, da die Temperaturabhängigkeit
von spannungsabhängigen Widerständen träge und in: Schaltungsanordnungen meist unerwünscht
ist, diese durch Betreiben der . Widerstände bei t hoher Temperatur ,ausgeschaltet
werden kann, so daß -,die reine Spannungsabhängigkeit, die trägheitslos ist, ausgewertet
werden kann.
-
So kann man z. B. Trockengleichrichter zum Gleichrichten elektrischer
Wechselströme benutzen, :entriveder tun einen technischen, Wechselstrom in eben
solchen Gleichstrom umzuwandeln, beispielsweise tun Akkumulatoren zu laden, oder
aber um die Größe :eines Wechselstromes mit einem Gleichstrominstrument messen.
Auch kann man Gleichrichter oder allgemeine spannungsabhängige Widerstände
als
nicht lineare Glieder zu Zwecken der Modulation oder der Regelung verwenden und
dabei in jedem Falle die störende träge Komponente, die durch die Widerstandsänderung
infblge :der Eigenerwärmung hervorgerufen wird, ausschalten.
-
Als spannungsabhängiger Widerstand kann hierbei ein Stoff dienen,
der auf der Grundlage von Siliciumcarbid aufgebaut ist, weil dieser bei beträchtlich
höheren Temperaturen als der Raumtemperatur betrieben werden kann.
-
Es sei an dieser Stelle bemerkt, daß das Verhalten der Siliciumcarbide
bei hoher Betriebstemperatur bereits untersucht worden ist, jedoch hat man nichterkannt,
daß infolge des verkleinerten Einflusses .der Temperaturabhängigkeit die Spannungsabhängigkeit
in reinerer Form in entsprechenden Schaltungen ausgenutzt werden kann.
-
Ein spannungsabhängiger Widerstand, der nun im Sinne der Erfindung
bei hohen Temperaturen betrieben wird, kann seine Betriebstemperatur entweder durch
Eigenstromwärme erhalten oder aber auch durch eine besondere Heizung auf die hohe
Temperatur gebracht werden. Es kann nämlich der Fall eintreten, daß der spannungsabhängige
Widerstand bei Raumtemperatur einen so hohen Widerstand besitzt, daß er nicht genügend
Strom aufnimmt, um sich selbst aufheizen zu können. In diesem Fall muß er von außen
etwa durch einen fremden Strom aufgeheizt werden, bis er oberhalb einer gewissen
Temperatur so viel an Leitfähigkeit gewonnen hat, daß er durch den Eigenstrom die"
Temperatur zu halten oder gar noch zu steigern vermag. Die Heizung kann in diesem
Fall nach erfolgter Anheizung wieder abgeschaltet werden.
-
Besonders für Regelzwecke auf dem Starkstromgebiet, wo im allgemeinen
größere Leistungen auftreten, bietet .die Erfindung einen weiteren Vorteil. Es kann
nämlich infolge der hohen zulässigen Betriebstemperatur eine große Leistung mit
einem verhältnismäßig kleinen Regelglied geregelt werden. Das gleiche gilt natürlich
auch beim Gleichrichten großer Leistungen. Nach weiterer Erfindung kann man bei
Anwendung hoher Temperaturen auch Trockengleichrichter und spannungsabhängige Widerstände
verwenden, die infolge des hohen Widerstandes des verwendeten Halbleiterbaustoffes
bei Raumtemperatur einer besonderen Heizung bedürfen.
-
Soll ein Gleichrichter der beschriebenen Art als Meßgleichrichter
verwendet werden, so wird er mit einem konstanten Heizstrom dauernd geheizt und
dann bei konstanter Temperatur zum Gleichrichten des betreffenden Meßs.tromes verwandt.
Solche fremdgeheizten Trockengleichrichter wird man vorteilhaft im Hochvakuum anordnen,
weil dann die notwendige Heizleistung weitgehend verringert wird und Einflüsse der
Umgebung, z. B. Luftströmungen, gänzlich ausgeschaltet werden. Ganz allgemein kann
man den hier beschriebenen Gleichrichter oder spannungsabhängigen Widerstand vorzugsweise
im Vakuum betreiben, sofern nicht andere Gesichtspunkte, wie die Aufnahmeeiner möglichst
großen Leistung, .dagegen sprechen.
-
Anderseits kann bei den hohen Betriebstemperaturen unter Umständen
die Verwendung in Luft oder auch im Vakuum deshalb unzulässig sein, weil sich .die
Halbleiterbaustoffe dann chemisch in gewissem Umfang verändern. Diesem Fehler kann
man dadurch wirksam begegnen, d:aß man in einer geeigneten, von Fall zu Fall verschiedenen
Schutzatmosphäre :arbeitet. Diese kann bei Oxydationshalbleitern- durchaus auch
aus Sauerstoff bestehen oder aber auch aus einem chemisch unwirksamen Gas, wie Stickstoff
oder einem Edelgas. Bei Reduktionshalbleitern kann auch der Betrieb in Wasserstoff
von Vorteil sein.
-
Nach weiterer Ausbildung der Erfindung besteht die Möglichkeit, in
den Fällen, in denen ein besonderer Heizstrom vorgesehen ist, durch Veränderung
dieses zugleich die elektrischen Eigenschaften des Gleichrichters oder spannungsabhängigen
Widerstandes in gewollter Weise- zu beeinflussen.
-
Man kann bei einem spannungsabhängigen Widerstand der beschriebenen
Art neben der Spannungsahhängigkeit auch in gewissen Grenzen die Temperaturabhängigkeit
des Widerstandes gleichzeitig ausnutzen. Die Temperatur folgt nämlich bei .den hohen
Temperaturen sehr viel schneller den Spannungsänderungen, so daß der Einfluß der
Trägheit dann nicht mehr ins Gewicht fällt. Da aber die Widerstandsänderung durch
Erhöhung der Temperatur infolge Erhöhung der angelegten Spannung im selben Sinne
erfolgt wie die Widerstandsänderung infolge der Spannung direkt, erhält man eine
noch steilere Kennlinie des Widerstandes .als Funktion der Spann t171'.
-
Die Unabhängigkeit der Charakteristik solcher spannungsabhängigen
Widerstände von der Raumtemperatur ist bei Temperaturen von Zoo' C und mehr schon
recht gut; bei hohen Anforderungen an die Unabhängigkeit der Charakteristik sind
die zu wählenden Temperaturen höher als. 8oo-' C, z. B. 2ooo'' C.
-
Verwendet man mehrere zusammengeschaltete spannungsabhängige Widerstände,
beispielsweise mehrere zu einem Modulator zusammengeschaltete Gleichrichter, wie
es an sich bekannt ist, und betreibt diese im Sinne der Erfindung bei hoher Temperatur,
die
durcheine Heizquelle erzielt wird, dann ist es zweckmäßig, für
sämtliche Gleichrichter eine ,gemeinsame Heizquelle vorzusehen.
-
In. der Figur ist der Gegenstand der Erfindung an einem Beispiel dargestellt.
Innerhalb des wärmeisolierenden Gefäßes i ist der für Betrieb bei hohen Temperaturen
bestimmte Gleichrichter 2 .angeordnet, und zwar zweckmäßig mit einer Druckfederanordnung
3, die den thermischen Ausdehnungen in bekannter Weise genügend nachgibt. Innerhalb
des Gleichrichters kann, wie gestrichelt angedeutet, eine Zusa"tzheizeinrichtung
¢ vorgesehen sein. Sowohl der Gleichrichter wm,d.Le Heizwicklung ,sind je mit zugehörigen
Stekkern 5 verbunden. 2. Spannungsabhängiger Widerstand oder TrockengleichrichternachAnspruch
i, dadurch ,gekennzeichnet, däß der spannungsabhängige Widerstand oder Trockengleichrichter
eine besondere Heizquelle besitzt, die bei Erreichen des. Betriebszustandes jauch
abgeschaltet werden kann.
-
3. %Widerstand nach Anspruch i und 2, bkennzeichnetdurch die Ausnutzung
der Temperaturabhängigkeit :des Widerstandes neben ,seiner Spannungsabhängigkeit
bei der Anwendung als Regelorgan.
-
4. Widerstand nach ,Anspruch 3, gekennzeichnet .durch Einstellung
der Zusatzheizung, zur Erzielung der, gewünschten Temperaturabhängigkeit.
-
5. Widerstand oder Trockengleichrichter nach einem der Ansprüche i
bis 4, gekennzeichnet durch die Unterbringung im Vakuum oder Schutzgas.
-
6. Schaltungsanordnung mit einem spannungs,abhängigen Widerstand nach
Anspruch, i und 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, @daß mehrere z. B. zu einem Modulaxor
zusiammengeschalteroe Gleichrichter eine gemeinsame Heizquelle habiem