DE966524C - Unter Verwendung des Halleffektes arbeitende Vorrichtung zur multiplikativen Mischung zweier Stroeme - Google Patents

Description

DEUTSCHES PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21a⁴ GRUPPE INTERNAT. KLASSE H 03c

S 37278 Villa/2ia*

Dr. rer. nat. Friedrich Kuhrt, Nürnberg

ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung an einer unter Verwendung des Halleffektes arbeitenden Vorrichtung. Es handelt sich dabei um Widerstandskörper im Feld eines Peirmanent-5 oder Elektromagneten. Die Widerstandskörper werden zugleich von einem Strom durchflössen und sind mit zwei Hallelektroden verseihen, an denen die Hallspannung IJ_n entsteht. Wird der Strom durch den Widerstandskörper mit / und die

ίο Stärke des den Widerstand durchfließenden Magnetflusses mit B bezeichnet, so gilt für die Hallspannung die bekannte Beziehung U_n = const-J-B. Auf Grund dieser Beziehung ist es möglich, eine solche Anordnung zur Multiplikation zweier Größen zu verwenden, beispielsweise zur Multiplikation zweier Größen, die durch elektrische Ströme dargestellt werden, indem die eine Größe durch den den Widerstandskörper durchfließenden Strom und die andere als Erregerstrom oder -spannung der Magnetfeldanordnung abgebildet wird.

Es sind neuerdings magnetfeldabhängige Widerstandskörper geschaffen worden, die Halbleiter mit bisher nicht erreichten Trägerbeweglichkeiten von etwa 6000 cm²/Volt-sec und mehr darstellen und im Gegensatz zu bekannten Hallanordnungen, die andere Widerstandskörper verwenden, z. B. Germanium, eine Belastung der Hallspannung ermöglichen, so¹ daß von dieser'unmittelbar elektromagnetische Relais oder andere Verstärker mit Stromeingang, z. B. Magnetverstärker, gesteuert werden

können. Zu den neuen Stoffen hoher Trägerbeweglichkeit gehören vor allem solche aus halblieitenden Verbindungen von der Form A_mB_v, d. h. aus je einem Element der III. und V. Gruppe des Peri-5 odischen Systems der Elemente, wie beispielsweise Indiumantimonid, bei dem bereits eine Trägerbeweglichkeit von 6o ooocm^Volt-sec erreicht wurde.

Es zeigt sich jedoch, daß eine Multiplikation mit ίο Hilfe einer Hallanordnung nur so lange genaue Ergebnisse liefert, wie die Hallspannung nicht belastet wird. Man ist daher, wenn nicht Fehler in Kauf genommen und exakte Produkte gebildet werden sollen, trotz der belastbaren und ergiebigen neuen Widerstandskörper darauf angewiesen, elektrostatische Geräte ader Kompensationsschaltungen zur Anzeige oder Weiterverwertung der das gesuchte Produkt darstellenden HaHspannung anzuwenden. Darüber hinaus bestehen besondere Schwierigkeiten, wenn der Widerstandskörper eine große Magnetfeldabhängigkeit des elektrischen Widerstandes aufweist, wie z. B. Indiumantimonid. Soll jedoch, beispielsweise an einem Widerstandskörper aus Indiumantimonid, bei einem Änderungsbereich des Magnetfeldes von ο bis 10 000 Gauiß eine Prozentgenauigkeit der HaHspannung erreicht werden, so zeigt sich, daß eine etwa 30-bis 5ofache Fehlanpassung in Kauf genommen werden muß. Dies ist aus Gründen zu geringer Leistungsentnahme vielfach nicht tragbar. Die Erfindung zeigt jedoch einen Weg, mit der eine Herabsetzung dieses unerwünschten, durch den sich ändernden Widerstandswert des Widerstandskörpers gegebenen Einflusses auf die HaHspannung möglich ist, ohne daß dabei eine nachteilige Fehlanpassung im Hallstromkreis vorgenommen werden muß.

Die Erfindung betrifft eine mit einem unter Strom stehenden magnetfeldabhängigen Wider-Standskörper, insbesondere aus einem Halbleiter mit einer Trägerbewegliehkeit von etwa 6000 cm²/ Volt-sec oder mehr, vorzugsweise von etwa 10 000 cm²/Volt-sec oder mehr, im Feld einer Magnetfeldanordnung mit veränderbarem oder veränderlichem Magnetfeld arbeitende Hallanordnung. Die Erfindung besteht darin, daß als Mittel, um die bei einer Belastung des Hallstrotnkreises auftretende Verfälschung des durch die Hallspannung gebildeten Produktes auszugleichen, ein weiterer demselben Fluß der Magnetfeldanordnung ausgesetzter magnetfeldabhängiger Widerstandskörper angeordnet ist, der parallel zu dem· die HaHspannung liefernden Widerstandskörper liegt, jedoch eine derart größere Magnetfeldabhängigkeit hat, daß sich die Spannung an der Parallelschaltung im kompensierenden Sinne ändert.

Ein schematisches Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung, bei der der Erfindungsgedanke verwirklicht ist, ist in der Zeichnung dargestellt. Im Feld einer zwei Spulenwicklungen 1, 2 aufweisenden Magnetfeldänoirdnung sind zwei magnetfeldabhängige Widerstandskörper 3 und 4 angebracht. Letztere sind je unter Vorschaltung eines Ausgleichwid'erstandes 5 bzw. 6 in einen einen Strom / führenden Stromkreis eingeschaltet und 6g werden über die Klemmen 7, 8 aus einer nicht dargestellten Stromquelle der Spannung U gespeist. Der Strom / oder die Spannung U stellen den einen Faktor eines zu bildenden Produktes dar, dessen anderer Faktor durch eine Spannung U₁ bzw. einen Strom J₁ mit Hilfe des Magnetfeldes der Feldwicklungen i, 2 dargestellt ist. Der magnetfeldabhängige Widerstandskörper 4 weist zwei HaIlelektroden 9, 10 auf, an denen die Hallspannung U₁₁ als Abbild des gesuchten Produktes abgenommen und eimer Last 11 zugeführt ist. Dies kann beispielsweise die Erregerwicklung eines Relais, die S teuer wicklung eines Magnetverstärkers oder sonst irgendeines Verstärkers oder irgendein Verbraucher sein. Der magnetfeldabhängige Wider-Standskörper 3 dient zur Kompensation der Magnetfeldabhängigkeit des inneren, zwischen den Hallelektroden 9 und 10 liegenden Widerstandes des Widerstandskörpers 4. Gegenüber diesem weist der Widerstandskörper 3 eine derart größere Magnetfeldabhängigkeit auf, daß sich die an der Parallelschaltung liegende Spannung im kompensierenden Sinne ändert. Um dies zu ermöglichen, ist im vorliegenden Beispiel, bei dem verhältnismäßig niederohmige magnetfeldabhängige Widerstandskörper aus Indiumantimonid angenommen sind, der Parallelschaltung aus 3 und 4 ein im Verhältnis zu. dieser hochohmiger einstellbarer Vorwiderstand 12 vorgeschaltet. Dieser sowie die Abgleichwiderstände 5 und 6 werden auf günstigste Werte eingestellt. Hat die die Spannung U liefernde Spannungsquelle einen ausreichend hohen Innenwidersitand, so kann auch der Vorwiderstand 12 fortfallen.

Die größere Magnetfeldabhängigkeit des Wider-Standskörpers 3 kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß für ihn ein Material mit an sich größerer Magnetfeldabhängigkeit verwendet wird. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, beide Widerstandskörper 3 und 4 aus dem gleichen magnetfeldabhängigen Halbleiterstoff herzustellen und die größere Magnetfeldabhängigkeit des einen von ihnen durch eine besondere Behandlung zu erzielen, beispielsweise, wie in der Figur angedeutet, durch ein aufgedampftes Metallraster 13. Bei In- no diumantimonid wurden beispielsweise mit einer rasterartigen Silberbedampfung ausgezeichnete Erfolge erzielt. Es ist an sich gleichgültig, auf welche Weise die größere Magnetfeldabhängigkeit des einen der Widerstandskörper erreicht ist. Dies bildet an sich auch nicht den Gegenstand der Erfindung.

Die Wirkungsweise der Maßnahme nach der Erfindung wird klar, wenn beachtet wird, daß durch die erzwungene stärkere Widerstandsänderung der Parallelschaltung die Spannung an dieser mehr ansteigt, als wenn beide Widerstandskörper 3 und 4 die gleiche Magnetfeldabhängigkeit hätten oder wenn überhaupt nur der Widerstandskörper 4 vorhanden wäre. Die sich auf die Parallelschaltung und den Vorwiderstand 12 verteilende Spannung U

teilt sich dadurch in einem anderen Verhältnis auf, und zwar so, daß ein stärkerer Strom durch, den Widerstandskörper 4 fließt, als dessen Änderung normalerweise entsprechen würde. Änderungen des Innenwiderstandes des Widerstandskörpers 4 zwischen seinen; Hallelektroden 9 und io, die durch das Magnetfeld der Wicklungen 1 und 2 hervorgerufen, werden,, werden dadurch wettgemacht, und der im Hallspannungskreis verursachte Abfall der Hallspannung O_n wird ausgeglichen.

Durch die Erfindung wird es ermöglicht, belastungsfähige Hai !anordnungen hoher Genauigkeit zu bauen. Der Ausnutzung des Halleffektes wird dadurch ein noch weiteres Anwendungsgebiet geschaffen. Darüber hinaus wird in vielen Fällen sogar eine Anwendung erst ermöglicht.

An Stelle der im vorstehenden Ausführungsbeispiel beschriebenen Mittel zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe können auch andere Mittel verwendet werden. Wesentlich ist, daß sie geeignet sind, die an dem Hallspannungs widerstand liegende Spannung so· zu verändern, daß der zwischen den Hallelektroden des Widerstandskörpers 4 liegende Spannungsabfall (innere HaIl-EMK) bei steigendem Magnetfeld vergrößert und bei kleiner werdendem Magnetfeld verkleinert wird. Es ist beispielsweise möglich, zwei magnetfeldabhängige Widerstände, davon einen mit positiver und einen mit negativer Wider-Standsänderung, in Reihe zu schalten und im gleichen Magnetfeld anzuordnen. Negative Magnetfeldabhängigkeiten des Widerstandes kommen z. B. bei halbleitenden Widerstandskörpern mit magnetischer Sperrschicht vor. Werden niagnetfeldabhängige Widerstandskörper mit beispielsweise nur positiver Widerstandsänderung verwendet, so kann die entgegengesetzte Widerstandsabhängigkeit auch dadurch erreicht werden, daß jeder Widerstandskörper in einem besonderen Magnetfeld angeordnet wird,, von denen eines eine entgegengesetzte Vorerregung aufweist.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Unter Verwendung des Halleffektes arbeitendei Vorrichtung zur multiplikativen Mischung zweier Ströme mit einem magnetfeldabhängigen Widerstandskörper, insbesondere aus einem Halbleiter mit einer Trägerbeweglichkeit von etwa 6000 cm²/Volt-sec oder mehr, Vorzugsweise von etwa 10 000 cm²/Volt-sec oder mehr, im Feld' einer Magnetfeldanordnung, bei welcher der eine Strom den Widerstandskörper durchfließt und der andere das Magnetfeld beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel, um die bei einer Belastung des Hallstromkreises auftretende Verfälschung des durch die Hallspannung gebildeten Produktes auszugleichen, ein weiterer demselben Fluß der Magnetfeldanordnung ausgesetzter magnetfeldabhängiger Widerstandskörper angeordnet ist, der parallel zu dem die Hallspannung liefernden Widerstandskörper liegt, jedoch eine derart größere Magnetfeld'abhängigkeit hat, daß sich die Spannung an der Parallelschaltung im kompensierenden Sinne ändert.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Widerstandskörpern je ein Abgleichswiderstand zugeordnet ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   USA.-Patentschriften Nr. 2616074, 2666884; Journal of Applied Physics, Heft 24/1953, S. 166 bis 175.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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