DE972869C - Steuerbare Gleichrichteranordnung - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 15. OKTOBER 1959

-S 22994 VIII c J 21g

Es ist bekannt, mit einem Fotowiderstand steuerbare Gleichrichterschaltungen dadurch zu bilden, daß der Fotowiderstand im Takte des gleichzurichtenden Wechselstromes beleuchtet wird. Bei den gebräuchlichen technischen Frequenzen, insbesondere bei 50 Hz, erreicht das Verhältnis von Hellwiderstand (Widerstand in beleuchtetem Zustand) zum Dunkelwiderstand (Widerstand in unbeleuchtetem Zustand) nur den Wert von etwa 1 :100. Zwar wird dieses Verhältnis zwischen Hellwiderstand und Dunkelwiderstand besser bei sehr niedrigen Frequenzen. Die Erfindung bezweckt, das Verhältnis von Durchlaß- zu Sperrwiderstand einer mit einem Fotowiderstand arbeitenden Gleichrichteranordnung auch für höhere Frequenzen, wie sie technisch Anwendung finden, zu verbessern. Die Lösung besteht darin, daß die Gleichrichteranordnung aus einer Reihenschaltung eines Trockengleichrichters oder wenigstens der Sperrschicht eines Trockengleichrichters und eines unter intermittierender Beleuchtung stehenden Fotowiderstandes besteht. Diese Anordnung beruht auf folgender Überlegung:

Um eine Gleichrichtung mit gutem Wirkungsgrad zu erzielen, muß während der Durchlaßzeit des elektrischen Stromes der Widerstand der Gleichrichteranordnung klein gegenüber dem Belastungswiderstand sein; während der Sperrzeit soll indes der Widerstand der Gleichrichteranordnung groß sein gegenüber dem Belastungswiderstand. Benutzt man als Gleichrichteranordnung nur einen Fotowiderstand, so müßte er — ausgehend von dem oben angegebenen Verhältnis 1 : 100 bei technischen Frequenzen — so bemessen werden,

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daß sein Hellwiderstand etwa iomal kleiner und sein Dunkelwiderstand etwa iomal größer als der Belastungswiderstand ist. Es ergibt sich so eine Gleichrichteranordnung, die zwar durch Änderung des Verhältnisses von Beleuchtungszeit zu Dunkelzeit gesteuert werden kann, die aber einen verhältnismäßig schlechten Wirkungsgrad aufweist. Würde man hingegen als Gleichrichter nur einen Trockengleichrichter verwenden, so ergäbe sich ein ίο wesentlich besserer Wirkungsgrad, da ein Trockengleichrichter auch bei technischen Frequenzen ein Verhältnis von ι : io⁴ zwischen Fluß widerstand und Sperrwiderstand hat.

Wird gemäß der Erfindung die Gleichrichteranordnung durch die Reihenschaltung eines Fotowiderstandes und eines Trockengleichrichters gebildet, so hat man zunächst den Vorteil, daß diese Gleichrichteranordnung einen wesentlich besseren Wirkungsgrad hat als der Fotowiderstand allein.

Die Sperrung ist bei dieser Anordnung nämlich nicht durch den relativ niedrigen Dunkelwiderstand des Fotowiderstandes bedingt, sondern durch den viel größeren Sperrwiderstand des Trockengleichrichters. Der Flußwiderstand des Fotowiderstandes wird durch die Reihenschaltung mit dem Trockengleichrichter nur unwesentlich erhöht. Die neue Gleichrichteranordnung hat gegenüber der alleinigen Verwendung eines Trockengleichrichters den Vorteil, daß sie steuerbar ist. Die Steuerung der neuen Gleichrichteranordnung kann zudem einfacher durchgeführt werden als bei der Verwendung eines Fotowiderstandes für sich allein. Der Fotowiderstand ist, wie schon erwähnt, dadurch steuerbar, daß das Verhältnis von Beleuchtungszeit zu Dunkelzeit geändert wird. Dies erfordert einen größeren Schaltungsaufwand. Die neue Gleichrichteranordnung läßt sich dagegen auch in der Weise steuern, daß die Phasen des Wechsellichtes und der Wechselspannung gegeneinandergedreht werden; eine solche Phasendrehung läßt sich mit einfachen Mitteln durchführen.

Zur weiteren Erläuterung sei auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel und einige Kurvendarstellungen gezeigt sind.

In Fig. ι ist mit 1 die Wechseistromquelle, mit 2 der Fotowiderstand, mit 3 der Trockengleichrichter, mit 4 der Belastungswiderstand und mit 5 die Lichtquelle bezeichnet, die zur Beleuchtung des Fotowiderstandes 2 dient. Die Lichtquelle wird über eine nur schematisch angedeutete Steuervorrichtung 6, die z. B. ein Phasenschieber sein kann, von der Stromquelle 1 gespeist.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 sei Bezug genommen auf die Fig. 2 bis 5. Die Spannung der Wechselstromquelle ι verlaufe nach der Kurve der Fig. 2. Wäre der Fotowiderstand 2 fortgelassen, so ergäbe sich in dem über den Belastungswiderstand 4 verlaufenden Stromkreis ein Strom von der Kurvenform nach Fig. 3. Die Lichtquelle 5 werde nun so gesteuert, daß sie nur intermittierend aufleuchtet, entsprechend der Kurve nach Fig. 4. Es kann dies z. B. dadurch erreicht werden, daß sie aus der Wechselstromquelle 1 über den Phasenschieber 6 und den Trockengleichrichter 7 gespeist wird. Dieser Phasenschieber 6 gestattet es, den zeitlichen Verlauf der Beleuchtung (gemäß Fig. 4) in der Phase gegenüber der in Fig. 2 gezeigten Spannung der Wechselstromquelle 1 zu verschieben. Alsdann erhält man in dem Belastungswiderstand 4 einen Stromverlauf gemäß der Kurve nach Fig. 5, der sich folgendermaßen erklärt:

Während der negativen Halbwelle der Wechselspannung nach Fig. 2, also in der Zeit von J₁ bis i₂, ist durch den Trockengleichrichter 3 der Belastungs-Stromkreis gesperrt; der Strom ist praktisch gleich Null. Während der positiven Halbwelle der Spannung nach Fig. 2 ergibt sich während der Zeit i₂ bis i₃ ein Strom, der im wesentlichen durch den Dunkelwiderstand des Fotowiderstandes 2 bestimmt und demgemäß verhältnismäßig klein ist. Nur während der Zeit t₃ bis i₄ sind beide Schaltelemente, sowohl der Trockengleichrichter 3 wie der Fotowiderstand 2, geöffnet. Es fließt also nur während dieser Zeit ein wesentlicher Strom durch den Belastungswiderstand. Das Spiel wiederholt sich entsprechend von i₄ bis t₅ und von t₅ über i₆ bis J₇ usw. Der Mittelwert des über den Belastungswiderstand 4 fließenden Stromes ist, wie man sieht, abhängig von der Phasenlage der Beleuchtung des Fotowiderstandes 2 zur Spannungskurve (Fig. 2) der Spannungsquelle 1. Diese Phasenlage kann durch entsprechende Einstellung des Phasenschiebers 6 im einen oder anderen Sinne geändert werden. .

Zur Erzielung einer intermittierenden und in der Phasenlage zur Spannung der Stromquelle 1 einstellbaren Beleuchtung des Fotowiderstandes 2 stehen noch viele andere Mittel zur Verfügung. Es kann z. B. eine dauernd eingeschaltete Lichtquelle benutzt und zwischen ihr und dem Fotowiderstand 2 eine umlaufende Blende verwendet werden; diese wird dann durch einen Synchronmotor angetrieben, der seinerseits über einen Phasenschieber aus der Spannungsquelle 1 gespeist wird. Als Phasenschieber können Elemente verschiedenster Art benutzt werden, insbesondere auch solche Elemente, wie Kondensatoren u. dgl., die nur ein sehr geringes Einstellmoment benötigen und somit, z. B. unmittelbar, von einem Meßgerät od. dgl. eingestellt werden können.

Die Steuerung der neuen Gleichrichteranordnung kann außer durch die beschriebene Änderung der Phasenlage zwischen der Beleuchtung und der Wechselspannung der Wechselstromquelle auch in anderer Weise erfolgen. Es ist z. B. möglich, die Beleuchtung des Fotowiderstandes 2 in einen feststehenden Takt zur Spannung der Wechselstromquelle zu bringen und die jeweilige Dauer der Beleuchtungszeit zu verlängern oder zu verkürzen.

Gemäß weiterer Erfindung können der Fotowiderstand 2 und der Trockengleichrichter 3 der neuen Gleichrichteranordnung zu einem einzigen Element zusammengefaßt werden, derart, daß der Halbleiterkörper, der den Fotowiderstand bildet, zugleich die Halbleiterschicht des Trockengleich-

richters ist. Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in Fig. 6 dargestellt. Es bezeichnet io den Halbleiterkörper, dessen Leitfähigkeit durch die Beleuchtung beeinflußt werden soll und der z. B. aus einer dünnen Selenschicht bestehen kann. An der Oberseite ist er mit der Deckelektrode ir, die z. B. aus einer Zinn-Cadmium-Legierung besteht, versehen. Zwischen dieser Deckelektrode und der Selenschicht ist in bekannter Weise eine Sperrschicht 17 mit unipolaren Eigenschaften gebildet. An der Unterseite der Selenschicht 10 befindet sich eine sehr dünne sperrfreie Elektrode 12, die z. B. aus einer sehr dünnen Nickel-Selenid-Schicht (in der Stärke von etwa ι μ oder weniger) besteht. Zur Stromzuführung an der Elektrode 12 kann diese am Rande mit einem stärkeren Metallring 13 kontaktiert sein. Bei 14 ist die Lichtquelle angedeutet, die durch die lichtdurchlässige Elektrode 12 hindurch die Selenschicht 10 im gewünschten Takt beleuchtet.

Im Gegensatz dazu fällt bei einem bekannten, durch variierte Beleuchtung gesteuerten Trockengleichrichter mit einer Halbleiterschicht das Licht von der Deckelektrodenseite her durch die mit lichtdurchlässigen öffnungen versehene Deckelektrode hindurch auf die zwischen dieser und der Halbleiterschicht angebrachte Sperrschicht mit beleuchtungsabhängigem Widerstand. Auf diese Weise wird die Sperrwirkung der Sperrschicht vermindert, so daß außer den positiven Halbwellen auch noch negative Ströme von beleuchtungsabhängig variabler Größe zusätzlich durchgelassen werden. Eine Herabsetzung der positiven Ströme gemäß Fig. 5 ist mit dem bekannten durch variierte Beleuchtung gesteuerten Trockengleichrichter nicht erreichbar.

Bei der in Fig. 6 angegebenen Anordnung ist die Elektrode 12 außerordentlich dünn gehalten. Man kann auch so vorgehen, daß ein Gleichrichter der üblichen Anordnung verwendet wird, bei der also an die Stelle der Elektrode 12 eine stärkere, als Trägerelektrode bezeichnete Elektrode tritt. Die der Selenschicht 10 zugewandte Seite dieser Trägerelektrode wird noch mit einem Überzug, z. B.

Nickelüberzug, versehen, so daß sich zwischen ihr und" der Selenschicht 10 eine die sperrfreie Kontaktierung herbeiführende Selenidschicht bildet.

Da die bei dieser Ausführung gewählte stärkere Trägerelektrode für das Licht an sich nicht durchlässig ist, werden in ihr Schlitze oder siebförmig verteilte Löcher od. dgl. angebracht, so daß das von der Lichtquelle 14 ausgehende Licht auf die Selenschicht 10 oder den sonst verwendeten Halbleiterkörper treffen kann. Das in Fig. 6 dargestellte Element, dessen Anschluß drähte mit 15 und 16 bezeichnet sind, tritt, falls im übrigen die Schaltung nach Fig. 1 verwendet wird, an die Stelle der Reihenschaltung der beiden Elemente 2 und 3 der Fig. i.

Es wurden Trockengleichrichter entwickelt, deren Elektrode 12 außerordentlich dünn ist und die infolgedessen biegsam sind. Bei Verwendung solcher folienförmiger Trockengleichrichter können diese z. B. um einen Glaszylinder gelegt werden, in dessen Achse alsdann die gegebenenfalls fadenförmige Lichtquelle 14 angeordnet wird.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Steuerbare Gleichrichteranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trockengleichrichter (3) oder wenigstens die Sperrschicht eines Trockengleichrichters mit einem unter intermittierender Beleuchtung stehenden Fotowiderstand (2) in Reihe geschaltet ist (Fig. 1).

2. Steuerbare Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß —zum Zwecke der Steuerung des erzeugten Gleichstromes — die Beleuchtung und die Wechselspannung der Wechselstromseite in ihrer gegenseitigen Phasenlage einstellbar sind.

3. Steuerbare Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotowiderstand und der Trockengleichrichter zu einem einzigen Element zusammengefaßt sind, derart, daß der Halbleiterkörper, der den Fotowiderstand bildet, zugleich die Halbleiterschicht (10) des Trockengleichrichters ist, welche unter intermittierender Beleuchtung steht (Fig. 6).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung L 1848 VIIIc/2ig (bekanntgemacht am 26. April 1951).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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