DE1209198B

DE1209198B - Device with a magnetic field-dependent semiconductor resistor

Info

Publication number: DE1209198B
Application number: DES88506A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Herbert Weiss
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-11-30
Filing date: 1963-11-30
Publication date: 1966-01-20
Also published as: NL6407692A; BE650557A

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Deutsche KL: 21c-54/05German KL: 21c-54/05

Nummer: 1209198Number: 1209198

Aktenzeichen:File number:

Anmeldetag: 30. November 1963Filing date: November 30, 1963

Auslegetag: 20. Januar 1966Opened on: January 20, 1966

Bringt man einen magnetfeldabhängigen Widerstand (Feldplatte) in den Luftspalt eines Elektromagneten, so ändert sich der Widerstand in Abhängigkeit von der Erregung (Ampere-Windungszahl) bis ungefähr 0,6 · 10³ AW quadratisch und darüber hinaus annähernd linear. Eine solche Anordnung, bei der die Feldplatte zwischen Ferritplatten eingekapselt ist, um sie vor schädigenden Einflüssen zu schützen und um unter anderem gleichzeitig die effektive Luftspaltbreite klein zu halten, ist bereits in der deutschen Auslegeschrift 1 098 581 beschrieben.If you bring a magnetic field-dependent resistor (field plate) into the air gap of an electromagnet, the resistance changes depending on the excitation (number of ampere turns) up to about 0.6 · 10 ³ AW quadratically and beyond that almost linearly. Such an arrangement, in which the field plate is encapsulated between ferrite plates in order to protect it from damaging influences and, among other things, to keep the effective air gap width small, is already described in German Auslegeschrift 1,098,581.

Bei der Anwendung der Feldplatte ist es oft erwünscht, einen linearen Zusammenhang zwischen der Erregung des Elektromagneten und dem Widerstand der Feldplatte zu haben. Außerdem ist es von Vorteil, die Anfangsempfindlichkeit der Feldplatte zu erhöhen.When using the field plate, it is often desirable to have a linear relationship between the To have excitation of the electromagnet and the resistance of the field plate. It is also advantageous to increase the initial sensitivity of the field plate.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Halbleiterwiderstand (Feldplatte) und Ferritplatten, die in den Luftspalt eines Elektromagneten eingesetzt sind. Erfindungsgemäß sind 30 bis 50 % der Breite des Luftspaltes des Elektromagneten mit Ferrit ausgefüllt, dessen Sättigung wesentlich unter der des Magnetkerns liegt und das eine relativ flache Magnetisierungskurve besitzt.The invention relates to a device with a magnetic field-dependent semiconductor resistor (field plate) and ferrite plates inserted into the air gap of an electromagnet. According to the invention 30 to 50% of the width of the air gap of the electromagnet is filled with ferrite, its saturation is significantly below that of the magnetic core and which has a relatively flat magnetization curve.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erhält man eine lineare Beziehung zwischen dem Widerstand der Feldplatte und der Ampere-Windungszahl des Elektromagneten, und man erhöht gleichzeitig die Anfangsempfindlichkeit der Feldplatte. Das im Luftspalt befindliche Ferrit, das auch auf der Feldplatte aufgekittet sein kann, verringert den wirksamen Luftspalt bis zur Sättigung, die bei etwa 3 bis 4 kG (entsprechend etwa 0,6 · 10³ AW) liegt. Die Abmessung und die Sättigungsinduktion des Ferrits kann so gewählt werden, daß schon von geringer Erregung an der Widerstand der Feldplatte proportional zur Erregung verläuft.With the device according to the invention, a linear relationship is obtained between the resistance of the field plate and the number of ampere turns of the electromagnet, and at the same time the initial sensitivity of the field plate is increased. The ferrite located in the air gap, which can also be cemented onto the field plate, reduces the effective air gap to saturation, which is around 3 to 4 kG (corresponding to around 0.6 · 10 ³ AW). The dimensions and the saturation induction of the ferrite can be chosen so that even a slight excitation at the resistance of the field plate is proportional to the excitation.

An Hand von einigen als Beispiel dienenden Figuren wird die Wirkungsweise der Einrichtung nach der Erfindung erläutert. Es zeigtOn the basis of some figures serving as examples, the mode of operation of the device is illustrated the invention explained. It shows

F i g. 1 eine schematische Zeichnung der Einrichtung, F i g. 1 a schematic drawing of the device,

F i g. 2 eine Meßkurve mit und ohne Ferritplatte im Luftspalt,F i g. 2 a measurement curve with and without ferrite plate in the air gap,

F i g. 3 den vergrößerten Anfangsbereich der in F i g. 2 dargestellten Meßkurven, F i g. 4 eine Feldplatte in der Aufsicht, F i g. 5 eine Feldplatte im Querschnitt, F i g. 6 einen Elektromagneten mit Luftspalt,F i g. 3 shows the enlarged initial area of the in FIG. 2 graphs shown, F i g. 4 is a top view of a field plate, FIG. 5 a field plate in cross section, F i g. 6 an electromagnet with an air gap,

F i g. 7 eine Meßkurve für verschiedene Dicken der Feldplatte,F i g. 7 a measurement curve for different thicknesses of the field plate,

F i g. 8 die Temperaturabhängigkeit der Einrichtung.F i g. 8 the temperature dependence of the device.

Einrichtung mit einem magnetfeldabhängigen
HalbleiterwiderstandFacility with a magnetic field dependent
Semiconductor resistance

Anmelder:Applicant:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,Berlin and Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dipl.-Phys. Dr. Herbert Weiß, NürnbergDipl.-Phys. Dr. Herbert Weiß, Nuremberg

In F i g. 1 liegt die Feldplatte 1 zwischen den Polschuhen 2 und 3 eines Elektromagneten 5. Im Luftspalt befindet sich außerdem eine Ferritplatte 4, die beispielsweise 40% der Spaltbreite ausfüllt. Die Induktion B des Magneten wird durch den Strom / erregt. Der Halbleiterkörper ist mit einer Spannungsquelle 6 und einem Meßgerät 7 in Reihe geschaltet. In Fig. 1, the field plate 1 lies between the pole pieces 2 and 3 of an electromagnet 5. In the air gap there is also a ferrite plate 4 which, for example, fills 40% of the gap width. The induction B of the magnet is excited by the current /. The semiconductor body is connected in series with a voltage source 6 and a measuring device 7.

In F i g. 2 sind Meßkurven dargestellt. In der Abszisse ist die Erregung B (in AW) des Elektromagneten (Ampere-Windungszahl) und in der Ordinate der Widerstand Rp der Feldplatte in Ohm aufgetragen. Die beiden eingezeichneten Kurven stellen also die Beziehung zwischen der magnetischen Erregung und dem Widerstand der Feldplatte dar. Die gestrichelte Kurve 8 wurde ohne Verwendung einer Ferritplatte aufgenommen, und die Kurve 9 gilt für den Fall, daß der Luftspalt des Elektromagneten zu 40% mit Ferrit ausgefüllt ist.In Fig. 2 measurement curves are shown. The excitation B (in AW) of the electromagnet (number of ampere turns) is plotted on the abscissa and the resistance Rp of the field plate in ohms is plotted on the ordinate. The two curves shown represent the relationship between the magnetic excitation and the resistance of the field plate. The dashed curve 8 was recorded without the use of a ferrite plate, and curve 9 applies to the case where the air gap of the electromagnet is 40% filled with ferrite is.

Bei Vergleich der Kurven 8 und 9 fällt folgendes auf: Der Beginn des linearen Teils der Kurven wird durch das Einsetzen einer Ferritplatte in den Luftspalt von etwa 0,4 · 10³ nach etwa 0,13 · 10³ Ampere-Windungen verschoben. Man erreicht auf diese Weise also, daß der Mindesterregerstrom, bei dem die Beziehung zwischen Erregung und dem Feldplattenwiderstand linear zu v/erden beginnt, auf etwa ein Drittel herabgesetzt wird.When comparing curves 8 and 9, the following is noticeable: The beginning of the linear part of the curves is ^{shifted from about 0.4 · 10 3} to about 0.13 · 10 ³ ampere turns by inserting a ferrite plate into the air gap. In this way the result is that the minimum excitation current at which the relationship between excitation and the field plate resistance begins to be linearly grounded is reduced to about one third.

509 779/318509 779/318

Claims

3 43 4

Werden ζ. B. 30 bis 50 % des Raumes des Luft- ist. Der Magnet hatte einen Luftspalt 21 mit einer Spaltes mit Ferrit ausgefüllt, dessen Sättigung Sf klein Breite δ = 2,5 mm. Die nicht gezeichnete Erregergegen die Sättigung Sm des Magnetkerns ist (z. B. spule hatte 1000 Windungen mit einem Gleichstrom- Sf = 3000 Gauß und Sm = 16 000 Gauß), so beginnt widerstand von 13 Ω. Die übrigen am Versuchsder lineare Teil der Beziehung zwischen Erregerstrom 5 magneten in F i g. 6 angegebenen Längen besaßen und Halbleiterwiderstand (Kurve 9) schon bei einer die folgenden Werte: / = 78 mm, g = 27 mm, etwa zwei Drittel kleineren Erregung als in der Kurve 8. h = 65 mm, k = 13 mm, / = 26 mm und m = 13 mm. Die Kurve 9 entsteht nämlich dadurch, daß sich der In F i g. 7 ist der Feldplattenwiderstand Rf (in Kurve 8 ein der Magnetisierungskurve des Ferrits Ohm) in der Ordinate als Funktion der in der Abszisse entsprechender Anteil überlagert. Daher ist die io aufgetragenen Erregung B (in AW) dargestellt. Die Kurve 9 gegenüber 8 nach links verschoben. — Es Kurve 22 wurde mit Hilfe einer Feldplatte ohne wäre dabei fehl am Platze, ein Material in den Luft- Ferrit nach F i g. 4 mit der dort angegebenen Zuspalt einzusetzen, das eine exakt rechteckige Magneti- sammensetzung und Abmessung aufgenommen. Zur sierungskurve hat. In einem solchen Fall würde näm- Messung der Kurve 23 wurde eine Feldplatte nach lieh die Kurve 9, wie an der Stelle 10 durch eine 15 F i g. 5 mit einem Ferritanteil von 0,5 mm Dicke in punktierte Linie angedeutet, nicht mehr monoton den Luftspalt eingesetzt. Bei den Ausführungssein. Die Monotonität der Kurve 9 wird dadurch er- beispielen der Trägerplatte, die der Messung der halten, daß man Ferrit mit einer mehr oder weniger Kurven 24 und 25 zugrunde lagen, hatten die geflachen Magnetisierungskurve verwendet. — Bei sehr nannten Ferritanteile Dicken von 1,0 bzw. 1,5 mm. hohen Feldern verlieren beide Kurven 8 und 9 ihre 20 Es ist deutlich zu sehen, daß der gewünschte lineare Linearität. Das rührt daher, daß der Magnetkern Verlauf der Beziehung zwischen Rf und B von der gesättigt wird. Kurve 22 über 23 bis zur Kurve 24 zunimmt, währendWill ζ. B. 30 to 50% of the space is air. The magnet had an air gap 21 filled with a gap with ferrite whose saturation Sf small width δ = 2.5 mm. The exciter, not shown , is against the saturation Sm of the magnetic core (e.g. coil had 1000 turns with a direct current Sf = 3000 Gauss and Sm = 16,000 Gauss), so starts a resistance of 13 Ω. The rest of the experiment is the linear part of the relationship between excitation current 5 magnets in Fig. 6 and semiconductor resistance (curve 9) already had the following values for one: / = 78 mm, g = 27 mm, about two thirds smaller excitation than in curve 8. h = 65 mm, k = 13 mm, / = 26 mm and m = 13 mm. The curve 9 arises from the fact that the In F i g. 7, the field plate resistance Rf (in curve 8 the magnetization curve of the ferrite Ohm) is superimposed on the ordinate as a function of the proportion corresponding to the abscissa. Therefore, the excitation B (in AW) plotted on io is shown. Curve 9 is shifted to the left in relation to 8. - There curve 22 was made using a field plate without being out of place, a material in the air ferrite according to FIG. 4 with the gap specified there, which accommodates an exactly rectangular magnet composition and dimensions. Has to the sizing curve. In such a case, the curve 23 would be measured by a field plate after the curve 9, as at the point 10 by a 15 F i g. 5 indicated in dotted line with a ferrite content of 0.5 mm thickness, the air gap is no longer used monotonously. When it comes to execution. The monotonicity of the curve 9 is exemplified by the carrier plate which hold the measurement that the ferrite with more or less curves 24 and 25 were based, had used the flat magnetization curve. - With very named ferrite components, thicknesses of 1.0 or 1.5 mm. high fields both curves 8 and 9 lose their 20 It can be clearly seen that the desired linear linearity. This is because the magnetic core becomes saturated with the relationship between Rf and B by the. Curve 22 increases through 23 to curve 24 while

Legt man die Feldplatte an eine konstante Spannung die Kurve 25 wieder weniger gerade verläuft als die an, so ist der Strom durch den Halbleiter proportional Kurve 24. Bei dem Versuch, dessen Meßergebnis dem Reziprokwert der Ampere-Windungszahl. Hält 35 durch die Kurve 25 wiedergegeben ist, war demnach man den Strom durch den Halbleiter konstant, so ist ein zu großer Teil der Breite des Luftspaltes mit die Spannung proportional dem Produkt von Strom Ferrit ausgefüllt. — Man erreicht also die beste und Ampere-Windungszahl. Linearisierung der Beziehung zwischen Feldplatten-Für Werte der Erregung, die größer sind als die zur widerstand und Magnetfeld des Elektromagneten, Sättigung des Ferrits notwendigen, kufen die beiden 30 wenn etwa 30 bis 50% von der Luftspaltbreite des Kurven 8 und 9 im wesentlichen parallel. letzteren mit Ferrit ausgefüllt sind.If the field plate is applied to a constant voltage, the curve 25 again runs less straight than that on, the current through the semiconductor is proportional to curve 24. In the attempt, its measurement result the reciprocal of the number of ampere turns. Holds 35 is represented by curve 25, was accordingly if the current through the semiconductor is constant, too large a part of the width of the air gap is with the voltage proportional to the product of current filled by ferrite. - So you get the best and number of ampere turns. Linearization of the relationship between field plates for Values of excitation that are greater than the resistance and magnetic field of the electromagnet, Saturation of the ferrite necessary, the two skids 30 if about 30 to 50% of the air gap width of the Curves 8 and 9 essentially parallel. the latter are filled with ferrite.

In F i g. 3 ist der Anfangsbereich von F i g. 2 ver- In F i g. 8 ist ein Beispiel der VersuchsergebnisseIn Fig. 3 is the starting area of FIG. 2 ver In F i g. 8 is an example of the test results

größen herausgezeichnet (mit gleicher Abszisse und dargestellt, bei denen die Temperaturabhängigkeitsizes drawn out (with the same abscissa and shown, for which the temperature dependency

Ordinate wie vorher). Zusätzlich ist die Hysterese für der erfindungsgemäßen Vorrichtung untersucht wurde,Ordinate as before). In addition, the hysteresis for the device according to the invention was investigated,

beide Fälle — ohne Ferrit: Kurvenil; mit Ferrit: 35 Bei diesen Messungen hatte der Luftspalt des Elektro-both cases - without ferrite: curve; with ferrite: 35 In these measurements, the air gap of the electrical

Kurven 12 — angegeben. Man erkennt, daß die Hyste- magneten eine Breite d— 1,5 mm; in den LuftspaltCurves 12 - indicated. It can be seen that the hystemagnets have a width d - 1.5 mm; in the air gap

rese, die durch den Abstand der Kurven 11 α und 11 b war eine Trägerplatte mit einem Ferritanteil vonrese, the distance between the curves 11 α and 11 b was a carrier plate with a ferrite content of

bzw. 12a und 12b charakterisiert ist, durch das Ferrit 0,580 mm Dicke eingesetzt. In der Abszisse deror 12a and 12b is characterized, inserted through the ferrite 0.580 mm thickness. In the abscissa of the

praktisch nicht vergrößert wird. Weiterhin offenbart F i g. 8 ist die Erregung B (in AW) und in der Ordinateis practically not enlarged. Furthermore, FIG. 8 is the excitation B (in AW) and in the ordinate

die Darstellung, wie die Empfindlichkeit durch die 4° der Feldplattenwiderstand Rf (in Ohm) aufgetragen.the representation of how the sensitivity is plotted by the 4 ° of the field plate resistance Rf (in ohms).

Verwendung von Ferrit angehoben wird. Die Kurve 26 zeigt das Meßergebnis für die Tempe-Use of ferrite is raised. The curve 26 shows the measurement result for the temperature

Die F i g. 4 und 5 zeigen schematische Zeichnungen ratur 25° C und die Kurve 27 für 6O⁰C. Hier geht nicht von Aufsicht und Querschnitt einer Feldplatte. Die nur die Temperaturabhängigkeit des Halbleitermate-Trägerplatte 13 in F i g. 4, auf der der magnetfeld- rials ein, sondern auch die starke Temperaturabhängigabhängige Halbleiterwiderstand 14, z. B. mäander- 45 keit der Permeabilität des Ferrits und des Dynamoförmig, angebracht ist, besteht zweckmäßig aus einem bleches. Die Temperaturabhängigkeit beträgt im Material mit etwa gleichem Ausdehnungskoeffizienten linearen Teil der Kurven in F i g. 8 zwischen 0,6 und wie das Ferrit, z. B. aus Aluminiumoxyd (Al₂O₃) und 0,7 % P^r0 ° C.The F i g. 4 and 5 show schematic drawings of temperature 25 ° C, and the curve 27 for 6O ⁰ C. This is not of supervision and cross section of a field plate. The only the temperature dependency of the semiconductor mat carrier plate 13 in FIG. 4, on which the magnetic field rials a, but also the strong temperature-dependent semiconductor resistance 14, z. B. Meander 45 speed of the permeability of the ferrite and the dynamo-shaped, is appropriate, consists of a sheet. In the material with approximately the same expansion coefficient, the temperature dependence is the linear part of the curves in FIG. 8 between 0.6 and like the ferrite, e.g. B. made of aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ) and 0.7% P ^r0 ° C.

einer Vergußmasse. Die Anschlußleitungen des Halb- Die erfindungsgemäße Einrichtung bietet wegen leiterwiderstandes sind mit 15 bezeichnet. Der Halb- 50 ihrer großen Empfindlichkeit bei kleinen Magnetleiter kann beispielsweise aus einer A¹¹¹B^v-Verbin- feldern und ihrer linearen Beziehung zwischen Magnetdung, insbesondere Indiumantimonid, bestehen. — In feld und magnetfeldabhängigem Widerstand der Feldeiner Versuchsanordnung hatte die Trägerplatte platte in vielen Fällen Vorteile, insbesondere bei der (ebenso wie die Ferritplatte) eine Länge von« = 25 mm Multiplikation und Division in der elektronischen und eine Breite b = 10 mm. 55 Regel- und Steuertechnik. Die Vorrichtung nach dera potting compound. The connection lines of the semi-The device according to the invention offers because of conductor resistance are denoted by 15. The half of their great sensitivity with small magnetic conductors can for example consist of an A ¹¹¹ B ^v connection fields and their linear relationship between magnetic manure, in particular indium antimonide. - In the field and magnetic field-dependent resistance of the field of an experimental set-up, the carrier plate had advantages in many cases, especially with the (as well as the ferrite plate) a length of = 25 mm multiplication and division in the electronic and a width b = 10 mm. 55 Regulation and control technology. The device according to the

Der Querschnitt in F i g. 5 zeigt, daß die Ferrit- Erfindung kann z. B. dazu dienen, Steuerströme fürThe cross-section in FIG. Figure 5 shows that the ferrite invention can e.g. B. serve to control currents for

platte 17 auch (isoliert) fest auf die Anordnung von Hallgeneratoren zu liefern, wenn deren Primärstrom-plate 17 also (insulated) fixed to the arrangement of Hall generators, if their primary current

F i g. 4 aufgebracht, insbesondere gekittet, werden quelle galvanisch von ihnen getrennt sein soll,
kann. Die Trägerplatte ist mit 16, der Halbleiterwiderstand mit 18 und dessen Zuleitungen sind mit 60F i g. 4 applied, especially cemented, the source should be galvanically separated from them,
can. The carrier plate is 16, the semiconductor resistor 18 and its leads are 60

19 bezeichnet. In drei Ausführungsbeispielen hatte die Patentansprüche:
Trägerplatte eine Dicke c = 0,557 mm, die Ferritplatten hatten verschiedene Dicken d — 0,5, 1,0 und 1. Einrichtung mit magnetfeldabhängigem HaIb-1,5 mm und der zwischen beiden liegende Halbleiter leiterwiderstand und Ferritplatten, die in den Lufthatte eine Dicke e = 18 μ. 65 spalt eines Elektromagneten eingesetzt sind, d a-19 designated. In three exemplary embodiments, the claims had:
Carrier plate a thickness c = 0.557 mm, the ferrite plates had different thicknesses d - 0.5, 1.0 and 1. Device with magnetic field-dependent half-1.5 mm and the semiconductor conductor resistance between the two and ferrite plates that had a thickness in the air e = 18 µ. 65 gap of an electromagnet are used, d a-

Bei einem Versuch wurden die Messungen im Luft- durch gekennzeichnet, daß 30 bisIn one experiment, the measurements in the air were characterized by the fact that 30 to

spalt 21 eines Elektromagneten 20 aus Dynamoblech IV 50% der Breite des Luftspaltes des Elektro-gap 21 of an electromagnet 20 made of dynamo sheet IV 50% of the width of the air gap of the electro

durchgeführt, der in Fig. 6 schematisch gezeichnet magneten mit Ferrit ausgefüllt sind, dessen Sättigungcarried out, the magnets drawn schematically in Fig. 6 are filled with ferrite, its saturation

wesentlich unter der des Magnetkerns liegt und das eine relativ flache Magnetisierungskurve besitzt. is significantly below that of the magnetic core and which has a relatively flat magnetization curve.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ferritplatte isoliert an der in den Luftspalt eingesetzten Feldplatte fest angebracht, insbesondere angekittet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that a ferrite plate insulates on the Field plate inserted into the air gap is firmly attached, in particular cemented.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ferritplatte getrennt von der Feldplatte in den Luftspalt eingesetzt ist.3. Device according to claim 1, characterized in that a ferrite plate is separated from the field plate is inserted into the air gap.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 098 581.Documents considered: German Auslegeschrift No. 1 098 581.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings