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Schaltungsanordnung für Hallgeneratoren Im Hauptpatent ist eine Schaltungsanordnung
für Hallgeneratoren beschrieben, bei denen die von einem Hallgenerator erzeugte
Hallspannung durch Rückkopplung im Sinne einer Verstärkung der Felderregung vergrößert
wird. Zu diesem Zweck ist an einem Hallgenerator ein weiteres Hallelektrodenpaar
vorgesehen, das entweder an dem schon vorhandenen Haugenerator parallel zu dessen
Hallelektrodenpaar angebracht ist oder aber für sich an einem zweiten Hallgenerator,
der vom Steuerstrom (is) in Reihe zu dem schon vorhandenen Hallgenerator durchflossen
wird. Dieses zusätzliche Hallelektrodenpaar ist an eine die Felderregung verstärkende
zusätzliche Feldspule angeschlossen.
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Diese Schaltungsanordnung für Hallgeneratoren eignet sich gemäß der
vorliegenden Erfindung zur Verwendung als Integrationsglied, insbesondere für magnetische
und elektrische Regelkreise, indem die zusätzliche Feldspule und der Steuerstrom
(1s) so dimensioniert sind, daß die kritische Mitkopplung gerade noch unterschritten
ist, und indem die zu integrierende Eingangsgröße als elektrische Größe (Strom,
Spannung) der das magnetische Feld des Hallgenerators erzeugenden Spule zugeführt
und deren Integral über die Zeit als Spannung von den Hallelektroden abnehmbar ist.
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An Hand der in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele
sei die Erfindung näher erläutert.
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Die F i g. 1 zeigt eine Anordnung, die derjenigen der F i g. 1 des
Hauptpatentes entspricht und in der wie beim Hauptpatent der Hallgenerator mit
1, die das Magnetfeld erzeugende Spule mit 2 und die zusätzliche, von der
Hallspannung gespeiste Feldwicklung mit 3 bezeichnet ist. Wird durch den Hallgenerator
ein konstanter Steuerstrom is geführt und der Feldwicklung 2 die zu integrierende
von der Zeit t abhängige Größe, beispielsweise ein Strom von der Funktion
ü (t), zugeführt, so gilt für den Hallstrom ih dann die Differentialgleichung:
In dieser Gleichung bedeutet ih = Strom im Haukreis, Rih = hallseitiger Innenwiderstand
des Hallgenerators, R", = Widerstand der Rückkopplungswicklung, d = Luftspalthöhe,
Eco = Induktionskonstante, w = Windungszahl der Rückkopplungswicklung, q
= Wickelquerschnitt, Rh = Hallkonstante des Halbleitermaterials, i, = Steuerstrom
durch den Haugenerator, a = Dicke der aktiven Halbleiterschicht, n = Windungszahl
der Steuerwicklung (2), il = Strom in der Steuerwicklung (2). Wird der Steuerstrom
i. so gewählt, daß
wird, so ergibt sich als Lösung
mit il (0) = 0. In dem Integrationsergebnis ist ein Proportionalglied
enthalten, welches für nicht zu hohe Frequenzen gegenüber dem ersten Glied vernachlässigt
werden kann. Darüber hinaus
kann aber auch der beschriebene Integrator
zur zeitlichen Integration von Impulsen verwendet werden, da zu Anfang und Ende
eines Impulses der Strom il (t) = 0 ist und somit in diesem Fall das Proportionalglied
entfällt.
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Andererseits ist es auch möglich, das Proportionalglied durch die
zu integrierende Größe il (t) selbst zu kompensieren. Zwei Ausführungsbeispiele
für eine derartige Kompensation zeigen die F i g. 2 und 3.
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In F i g. 2 ist einerseits die das magnetische Feld erzeugende Spule
2 und die zusätzliche Feldspule 3 sowie andererseits eine der Hallspannung und eine
der zu integrierenden Eingangsgröße proportionale Spannung galvanisch miteinander
gekoppelt und die Differenz der der Hallspannung und der der Eingangsgröße proportionalen
Spannung dem Integrationsergebnis proportional. Die zu integrierende Größe wird
als Spannung u1 (t) der Feldwicklung 2 zugeführt. An einem in Richtung zur
Feldwicklung 2 geschalteten Widerstand 5 fällt eine der Eingangsspannung u1
(t) proportionale Spannung ab. In den Hallstromkreis ist ein Widerstand 6
geschaltet, an dem eine der Hallspannung proportionale Spannung abfällt. Die an
den Widerständen 5 und 6 abfallenden Spannungen sind gegeneinandergeschaltet, so
daß an den Ausgangsklemmen A eine Spannung
abnehmbar ist.
In dieser Gleichung bedeutet B = magnetische Induktion im Luftspalt, Ra, = Widerstand
der Rückkopplungswicklung, Rih, = hallseitiger Innenwiderstand des Haugenerators,
w = Windungszahl der Rückkopplungswicklung, q = Wickelquerschnitt, ,uo = Induktionskonstante,
Rh, = Hallkonstante des Halbleitermaterials, 1s = Steuerstrom durch den Hallgenerator,
a = Dicke der aktiven Halbleiterschicht, d = Luftspalthöhe, ii, = Strom im
Hallkreis, n = Windungszahl der Steuerwicklung, il = Strom in der Steuerwicklung.
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Für den kritischen Rückkopplungsfall
gilt wegen
In dem Ausführungsbeispiel der F i g. 3 wird der Hallstrom und ein der zu integrierenden
Größe proportionaler Strom induktiv addiert, beispielsweise über einen Magnetverstärker
9, dessen Ausgangsgröße dem Integrationsergebnis proportional ist. In diesem Fall
ist die zu integrierende Größe als Strom il (t) wiederum der Spule 2 zugeführt.
In den Stromkreis ist eine Steuerwicklung 7 des Magnetverstärkers 9 geschaltet.
Eine andere Steuerwicklung 8
des Magnetverstärkers 9 liegt im Hallstromkreis.
Die beiden Steuerwicklungen 7 und 8 sind derart geschaltet, daß das unerwünschte
Proportionalglied in dem Integrationsergebnis nicht mehr auftritt.
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Eine besonders einfache Lösung zur Vermeidung des unerwünschten Proportionalgliedes
zeigt die F i g. 4, in welcher - wie in F i g. 2 des Hauptpatentes - zwei Hallgeneratoren
11, 12 in dem Magnetfeld angeordnet sind, von denen der eine, 11, zur Speisung der
zusätzlichen Feldwicklung dient und an dem anderen, 12, das Integrationsergebnis
abnehmbar ist. Auch hier wird die zu integrierende Größe als Strom il
(t) der Feldwicklung 2 zugeführt. Beide Hallgeneratoren liegen in Reihe in
dem konstanten Steuerstromkreis 1s. Da das störende Proportionalglied bei den Anordnungen
nach den F i g. 1 bis 3 durch die induktive Kopplung der beiden Feldspulen 2, 3
im Integrationsergebnis auftrat, wird es bei dieser Anordnung vermieden, da in dem
Stromkreis der anzeigenden Hallspannung des Hallgenerators 12 keine induktiv
beeinflußte Feldwicklung angeordnet ist. In diesem Falle gilt die Gleichung Man
erhält also an dem Hallgenerator 12 eine Hallspannung
Der gleiche Effekt ist auch zu erreichen, wenn entsprechend Fig. 3 des Hauptpatentes
ein Hallgenerator verwendet wird, der mit zwei Hallelektrodenpaaren versehen ist,
von denen das eine an die zusätzliche Feldspule angeschlossen ist und das andere
zur Anzeige dient.
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Durch die Erfindung ist eine Integrationseinrichtung mit Hallgeneratoren
geschaffen worden, die sich gegenüber anderen Integrationseinrichtungen durch besondere
Einfachheit und Störunanfälligkeit auszeichnet. So kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen
Einrichtung auf Grund seiner Niederohmigkeit ohne Verstärker über eine längere Zeit
integriert werden. Sie ist sowohl in der Technik der Rechenmaschinen als auch für
magnetische und elektronische Regelkreise als Integral wirkendes Regelglied zu verwenden.