DE757106C - Strahlungsgekuehlter Heissleiter zur Regelung sehr kleiner Leistungen - Google Patents

Description

• Strahlungsgekühlter ITeißleiter zur Regelung sehr kleiner Leistungen Es ist bekannt, Widerstände mit negativem Temperaturkoeffizienten, sog. Heißleiter, aus Halbleitermaterialien herzustellen, die in Form von kleinen Stäbchen an dünnen Zuleitungen in einem evakuierten Gefäß gehalten. werden. Der elektrische Widerstand dieser Zuleitungsdrähte ist gegenüber dem Widerstand der Heißleiter vernachlässigbar klein gemacht und auch die übrige räumliche Anordnung so getroffen, daß für den Widerstandskörper die Wärmeleitung und Konvektion an die Umgebung gegenüber der durch Strahlung an die Umgebung abgeführten Wärme zurücktreten. Es läßt sich dadurch erreichen, daß die Stromspannungskennlinie des Heißleiters in weiten Grenzen von Schwankungen der Außentemperatur unabhängig ist.
• Die strahlungsgekühlten Heißleiter sind zur selbsttätigen Dämpfungs- und Verstärkungsregelung in Fernmeldeanlagen besonders geeignet, da sie kleinste Leistungen in der Größenordnung von i W bis o, i mW zu regeln gestatten. Die temperaturabhängigen Widerstände werden beispielsweise in den Längs-oder Querzug von Fernmeldeleitungen gelegt. Fließen nun über die Leitung Fernmeldeströme, so erwärmen sie die Heißleiter unmittelbar durch den Stromdurchgang. Dadurch werden der Widerstand und somit die Dämpfung der Leitung unmittelbar geändert.
• Die Regelungsmöglichkeiten mit derartigen direkt beheizten Heißleitern sind jedoch begrenzt, da sie nicht in Abhängigkeit von anderen Stromkreisen beeinflußt werden können.
• Um eine Steuerung der Dämpfung oder Verstärkung auch aus sekundären Stromkreisen, z. B. die Steuerung durch Ströme anderer Frequenz, zu ermöglichen, muß der strahlungsgekühlte Heißleiter zusammen mit einem Heizer aufgebaut werden.
• Nun sind bekanntlich an sich bereits Widerstände mit negativem Temperaturkoeffizienten indirekt, also durch Anwendung eines zusätzlichen Heizers, beheizt «-orden. Jedoch fanden die bekannten Anordnungen hauptsächlich Anwendung in. der Starkstromtechnik, wo es sich darum handelte, durch im Hauptstromkreis liegende Heißleiter sehr große Ströme ohne öffnung oder Schließung von Kontakten zu steuern, da sich andernfalls bei den hohen zu steuernden Leistungen Lichtbögen oder andere übermäßige Beanspruchungen von Schaltern einstellten. Demgegenüber ist die Absicht der vorliegenden Erfindung, strahlungsgekühlte, fremd beheizte Heißleiter zu schaffen, die zur Steuerung äußerst kleiner Leistungen in Fernmeldeanlagen Verwendung finden können.
• Die in der Schwachstromtechnik bisher verwendeten indirekt beheizten Heißleiter dienten zur Erzielung sehr großer Verzögerungszeiten, z. B. für die Inbetriebsetzung von verzögert ansprechenden Relais, während nach der Erfindung Heißleiter hergestellt werden sollen, die bei Änderung des Heizstromes, d. h. des Steuerstromes, außerordentlich rasch ihren Widerstand ändern, weil eine große Verzögerungszeit im allgemeinen unerwünscht ist.
• Weiterhin ist es auch bereits bekannt, zur Verstärkung von Strömen sehr kleiner Leistung, z. B. von Sprechströmen,- indirekt beheizte Heißleiter zu verwenden, die in der Weise hergestellt «-erden sollten, daß auf einem leitenden Kerndraht sehr dünne Überzüge aus Material mit negativem Temperaturkoeffizienten, z. B. aus Bor oder Borverbindungen, aufgedampft werden. An diese nur wenige Mikron starken Überzüge sollten ein-oder zweiseitig Zuleitungsdrähte angelötet «erden. Dieser Vorschlag hat sich jedoch wegen den großen Herstellungsschwierigkeiten praktisch nicht eingeführt. Außerdem handelte es sich bei diesen Heißleitern nicht um strahlungsgekühlte Heißleiter, so daß die geforderte Temperaturunabhängigkeitnicbt gewährleistet ist. Hinzu kommt noch, daß die vorbekannten Widerstände keine definierte elektrische Kopplung zwischen Heiz- und gesteuertem Kreis besitzen und daß diese Kopplung verhältnismäßig groß ist, wodurch die Verwendung sehr eingeschränkt und eine Massenfertigung mit genauestens wiederholbaren Werten unmöglich ist.
• Zur Ausbildung des Heißleiters nach der Erfindung, der zur Erfüllung der Forderungen strahlungsgekühlt und vorzugsweise im Vakuum untergebracht ist und der ebenfalls indirekt elektrothermisch durch Wärmeleitung von einem unmittelbar oder unter Zwischenfügung eines elektrischen Isolators mit ihm verbundenen Sekundärstromkreis beheizt wird, geht man von einem stabförmigen Heißleiterkörper aus. Dieser Stab ist erfindungsgemäß an einer im Verhältnis zu seinem langgestreckten, steuerbaren Teil eng begrenzten Stelle mit dem Heizer verbunden.
• Diese Aufbauweise gestattet die reproduzierbare Herstellung einer geringen und definierten elektrischen Kopplung zwischen Heiz-und gesteuertem Kreis.
• Der Heißleiter nach der Erfindung ermöglicht wegen seiner `Vorzüge die Verwendung auf sehr vielen Gebieten der Fernmeldetechnik, bei denen die Regelung der Stromkreise bisher überhaupt nicht oder nur auf anderen kostspieligen und umständlichen Wegen möglich gewesen ist, beispielsweise als selbst- oder fremdgesteuertes Dämpfungsglied, zur Steurung des Verstärkungsgrades eines selbstgesteuerten Verstärkers oder als fremdgesteuerter Verstärker in Echo- und Rückkopplungssperren u. dgl. mehr.
• Die Fig. i bis 5 zeigenAusführungsbeispiele für die konstruktive Durchbildung des Heißleiters gemäß der Erfindung.
• Gemäß der Fig. i wird ein massiver stabförmiger Heißleiterkörper i, dessen Länge i bis to mm und dessen Dicke o,o5 bis 0,3 mm beträgt, von zwei dünnen Zuleitungen 2 und 3 von 3 bis iö mm Länge und 0,01 bis 0,3 mm Dicke in einem nicht dargestellten evakuierten Gefäß gehalten und an seinem einen Ende durch einen Heizer .4, 5 aus Metalldraht, der ringförmig um den Widerstand geschlungen ist, beheizt. Der Steuerstrom wird an .I und 5, der zu steuernde Stromkreis an 2 und 3 angeschlossen.
• Eine bessere Ausnutzung der Heizenergie läßt sich erreichen, wenn ein Teil des Heißleiters als Heizwiderstand verwendet wird. Ausführungsbeispiele hierfür zeigen die Fig. 2 und 3. In Fig. 2 ist 6, 7 ein einheitlicher Heißleiterkörper, dessen Mitte von einem gutleitenden Metalldraht 8, 9 umschlungen ist, dargestellt. Der Steuerstrom liegt beispielsweise an den Klemmen 8 und i i, während der gesteuerte Stromkreis an die Klemmen 9 und io angeschlossen ist.
• Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 wird ebenfalls der Teil 7 des Heißleiterkörpers zur Heizung des Teils 6 benutzt, jedoch verläuft hier der Heizstrom. von 8 über eine Wendel. 12 nach i i, während der gesteuerte Stromkreis wiederum an den Klemmen 9 und io liegt.
• Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. i bis 3 sind der Steuerstromkreis und der gesteuerte Stromkreis an einem Punkt elektrisch miteinander verbunden. Hierdurch gestaltet sich die Herstellung besonders einfach. Die Verbindung der Drähte mit dem Stab erfolgt durch ein bekanntes Kontaktierungsverfahren, bei dem der Stab mit den Drähten thermisch ähnlich einer Schweißung mit einem geeigneten Metall verbunden wird. Dabei ist dann ein Stück des Stabes metallisiert. -Um eine Beeinflussung des Steuerstromkreises und des gesteuerten Stromkreises weitgehend auszuschließen, kann gemäß Fig. 4 der gesteuerte Stromkreis noch durch einen zusätzlichen metallischen Schirm 12' gegen eine elektrische Beeinflussung aus dem Steuerstromkreis geschützt werden. Die Kontaktierung der Mitte reicht dann zweckmäßig etwas in das Loch des Schirmes hinein.
• In den Fällen, in denen aus schaltungstechnischen Gründen eine vollständige elektrische Isolierung des Steuerstromkreises und des gesteuerten Stromkreises erforderlich ist, läßt sich erfindungsgemäß eine Anordnung gemäß Fig. 5 vorteilhaft verwenden, bei der der gesteuerte Teil 6 und der Heizkörper 7 durch eine Glasisolation 13 voneinander elektrisch, jedoch nicht thermisch getrennt sind.
• Bei der Auswahl einer der Anordnungen gemäß den Fig. i bis 5 für bestimmte Steuerzwecke ist zu berücksichtigen, daß bei einer Anordnung gemäß Fig. i die Temperatur des Heißleiterkörpers etwa quadratisch mit der Heizstromstärke ansteigt, während die Temperatur bei den Anordnungen nach den Fig. 2 bis 5, bei denen der Heißleiterkörper teilweise selbst Heizkörper ist, etwa proportional der Heizstromstärke zunehmen kann.
• Die in den Fig. i bis 5 dargestellten Anordnungen sind in ein evakuiertes Gefäß eingeschlossen und die Heißleiterkörper so gestaltet, .daß das Verhältnis von strahlender Oberfläche zu erhitztem Vollumen möglichst klein ist.
• In Schaltungen, in denen zwei gleichartige Heißleiter von der gleichen Steuerstromquell-e geheizt werden, bestehen zweckmäßig die Heißleiter 14, 15, 16 aus einem gemeinsamen Körper, dessen konstruktiver Aufbau und dessen Halterung im evakuierten Gefäß durch Fig. 6 dargestellt ist, wo der mittlere Teil 1.4 als Heizer für die anschließenden Teile 15 und 16 dient. Der Steuerstromkreis wird mit 17 und 18 verbunden, während die gesteuerten Stromkreise an i8 und i9 bzw. 17 und 2o angeschlossen werden.
• Die oben beschriebenen strahlungsgekühlten indirekt beheizten Heißleiter können auf den verschiedensten Gebieten der Fernmeldetechnik, in denen sehr kleine Leistungen von etwa i W bis o, i mW zu regeln sind, mit großem Vorteil verwendet werden.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Aus einem massiven Stab bestehender, insbesondere im Vakuum untergebrachter strahlungsgekühlter, indirekt elektrothermisch durch Wärmeleitung von einem Sekundärstromkreis geheizter, mit dem Heizer unmittelbar oder unter Zwischenfügung eines elektrischen Isolators verbundener Heißleiter mit geringer und definiert herstellbarer elektrischer Kopplung zwischen Heiz- und gesteuertem Kreis zur Regelung sehr kleiner Leistungen (i W bis o,i mW) in Fernmeldeanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißleiter an einer im Verhältnis zu seinem langgestreckten steuerbaren Teil eng begrenzten Stelle mit dem Heizer verbunden ist.
2. 2. Heißleiter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißleiterstab an der Mitte seiner Oberfläche mit dem Heizer verbunden ist.
3. 3. Heißleiter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißleiterstab. an einer seiner endseitigen äußeren Stirnflächen, z. B. an einer der Grundflächen eines Zylinders, mit dem Heizer verbunden ist.
4. 4. Heißleiter nach den Ansprüchen i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß je eine der endseitigen Stirnflächen des Heißleiterstabes und des ebenfalls als massiver Stab ausgeführten Heizers miteinander verbunden sind.
5. 5. Heißleiter nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Heizdraht den Heißleiter an nur einer Stelle ringförmig umschließt.
6. 6. Heißleiter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Heißleiterstäbchens als Heizwiderstand benutzt ist.
7. 7. Heißleiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Heizdraht wendelförmig um einen heizenden Teil des Heißleiters gelegt ist. B. Heißleiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der als Heizkörper benutzte Teil des Heißleiters gegen den übrigen Teil durch einen Metallschirm vor elektrischer Beeinflussung durch den Heizkreis geschützt ist. g. Heißleiter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der heizende und der geheizte Teil durch eine Glasperle miteinander verbunden sind. io. Anordnung nach Anspruch i und einem oder mehreren der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Heißleitern ein gemeinsamer Heizer zugeordnet ist, der zwischen den beiden Heißleitern angeordnet ist. i i. Anordnung nach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Heißleiter und der Heizer aus einem einzigen Heißleiter mit Stromzuleitungen für den Heizerteil und die geheizten Teile bestehen. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 349 748, 563 558, 6o8 696, 613 855, 62o 678; österreichische Patentschrift Nr. 1q.$ 646; französische Patentschrift Nr. 8o6 8i3; britische Patentschriften Nr. 439 328, 442436.