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Induktionsfreie, bifilare Feldplatte.
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Bringt man einen magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderstand in ein
magnetisches Wechselfeld, so treten am Ausgang solcher "Feldplatten" im allgemeinen
neben der Nutzspannung überlagerte, nach dem Induktionsgesetz in dem Halbleitermaterial
induzierte Spannungen auf.
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Zur Kompensation dieser induzierten Spannungen sind bereits einige
Vorschläge bekannt. Beispielsweise werden in den beiden deutschen Gebrauchsmustern
1856 580 und
(Anm.S 42 ¢06/21g-PLA 62/1612) Anordnungen von magnetfeldabhängigen Widerständen
beschrieben,
die ähnlich wie bei bifilaren Wicklungen mit Drähten, im Magnetfeld eine möglichst
kleine für die Spannungserzeugung wirksame Fläche bilden.
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Zu diesem Zweck werden zwei im gleichen Magnetfeld befindliche Halb-Leiterkörper
verwendet und so in Reihe geschaltet, dal3 sich die in den beiden Halbleiterkörpern
induzierten Spannungen voneinander sub-
| trahieren, wenn die Flächen der beiden fialbleiterkörper weitgehend |
| gleich sind. Infolge von Fertigungstoleranzen ist es jedoch
sehr |
| schwierig, die Flächen der beiden Halbleiterkörper so genau
gleich. |
| und das Magnetfeld über beide Halbleiterkörper :,o weitgehend
ho:no"@,n |
| zu machen, da( durch die gegensinnige Schaltung der beiden
H311)- |
| Leiterkörper die Spannung auf beispielsweise 1 % reduziert
wird. |
| Gegenstand der Erfindung ist ein Verfuhren zur Komf)en:,ztion
der im |
| magnetischen Wechselfeld in ei^,#r Halblciteranordnizrg induziurt@r |
| Spannungen, wobei die magnetf(@ Ld@ibh,;ingige Halbleiteranordnung
@Lu:i |
| mindestens °_ inem Paar nebeneinander' ier?end-2r, bi f i l
zrer Ha'_ b l ei te.r- |
| widerstände be:tetit. Die i:rfindung besterit darin, der r.:=ir@t@:o.i.e |
| Nechselflui3 gegenüber der Hal b1ei teranordnung räumlich unymmet
r,ir,-c': |
| geführt wird. |
| Durch das Verfahren nach der Erfindung i:;t es möglich, die
GrundweLl.@ |
| und Oberwellen der induzierten Spannung auf weniger als
0,1 io zu ko.:.- |
| pensieren, wobei jeweils diejenigen Oberwellen ausgeglichen
werden, |
| die bei einer Anwendung der Feldplatte am meisten stören. |
Liegen beispielsweise Anordnungen von zwei Halbleiterköppern oder
Teilen eines Halbleiterkörpers, die in bekannter Weise gegensinnig .in Reihe oder
parallel geschaltet sind, in einem magnetischen Wechselfeld, so ermöglicht es das
erfindungsgemäße Verfahren, Fertigungsabweichungen in der Größe der Fläche der Sinzelnalbleiterkörper,
ungleiche Kraftflußdichte in den beiden Halbleiterkbrpern u,w. durch Jugtierung
des jeden Halbleiterkörper durchsetzenden magnetischen Flusses zu kompensieren.
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Während der Justierung werden die beiden gegensinnig geschalteten
Halbleiterkörper in ein magnetisches Wechselfeld gebracht und ihre Gesamtspannung
gemessen, z.8. oszillographisch sichtbar gemacht. Die Halbleiteranordnungen lassen
sich dann so justieren, daß die Gesamtspannung der Halbleitereinzelwiderstände praktisch
zu Null wird.
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An fiand von einigen schematischen Zeichnungen wird da:- erfindungsgemäße
Verfahren näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 zwei bifilar in Reihe geochaltete Halbleiterkörper,
Fig. 2 eine Feldl!l.,itte mit :,chrcil- geschliffener Deckplntte, Fig. 3 Feldplatten
mit ferromagnetischem Zusatzteil im Luftipalt eine: Magneten, Fig. 4 eine
Anordnung, bei der zwei Bleichgroße Teile einer Feldplatte von'en'tgegengesetzten
magnetischen Flüssen durchsetzt werden, Fig. 5 und6 zwei Auiführungsformen von Feldplatten
für die Anordnung häch Pig. 4, Fig: @`I @ei@i@Doppelmagnetsystem,
Fig.
8 eine Feldplatte mit einer-Deckplatte, deren magnetische Teile der Form der Halbleiterstreifen
angepaßt sind, Pig. 9 die Aufsicht einer Feldplatte für die. Anordnung nach Fig.
B. In@Fig. 1 wird eine Anordnung von zwei bifilar in Reihe geschalteten Halbleiterkörpern
gezeigt, die sich sowohl durch verhältnismäßig nied-Yige Herstellungskosten als
auch durch gute Justierbarkeit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auszeichnet.
Die beiden auf einer Trägere platte 1 aufgekitteten Halbleiterkörper 2 können sowohl,
wie gezeichnet, bereits in sich bifilar geschaltet sein, z.H. mit einer Halbleiterbrücke
3, so daß nur zwei Aneehlu81ötungen 4 für die Zulei-, tungen 5 erforderlich sind.
Es können auch von jedem Halbleiterkörper zwei verdrillte Drähte herausgeführt
und im richtigen Polungssinne miteinander verbunden werden. Über. der Trägerplatte
mit den beiden Halbleiterkörpern ist eine Deckplatte 6 angebracht. Die Deckplatte
ist vor der-Justierung noch nicht fest mit der Trägerplatte-zusammengefügt. Träger-
und Deckplatte bestehen in diesem Beispiel aus ferro-oder ferrimagnetischenWerkstoffen,
z.H. Eisen,/u=metall-oder Ferrit. Die ganze Anordnung nach.Pigur 1 wird zur Justierung
einem magneti-schen Wechselfeld ausgesetzt, dessen Richtung senkrecht auf den
Trä-
ger und Deckplatten steht; zum Beispiel kann die Anordnung
in den Luft. spalt eines Elektromagneten eingesetzt werden. Dies geschieht
zweckmäßig unter etwa den gleichen Verhältnissen, unter denen die magnet-feldabhängigen
widerstände später betrieben werden sollen.
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Ganz älMlioh kann eine Feldplatte auch unmittelbar in den Luftspalt
eines Magneten eingesetzt, justiert und in der justierten Lage befeetigt
werden. 'Dabei kann die Deckplatte auch fehlen; ebenso braucht die Trägerplatte
nicht aus magnetischem Material zu bestehen.
#Befinden
sieh im magnetischen Kreis des den Halbleiter durchsetzendbn.Wecheelferldea
magnetische Stoffe, z.8. die Träger- und Deckplat-, ten,
so werden.in den beiden Halbleiterkörpern Spannungen induziert,
die
infolge von Sättigung, Remanenz und anderen magnetischen Materialeigenaehaften
von der Kurvenform der Erregerspannung für das
magnetische Wechselfeld
mehr oder weniger abweichen. Solche Störungen
des Magnetfeldes können unter
anderem@dadurch entstehen, daß Träger
und/o.der Deckplatten nicht völlig
homogen sind und daß sich in ihnen
.begrenzte übersättigte Bereiche bilden.
Wird z.8. das magnetische
Wechselfeld mit einer sinuaförmigen
Spannung oder einem sinusförmigen Strom der Frequenz f erregt, dann induziert
das Magnetfeld in jedem
der beiden Halbleiterkörper eine Spannung,
die außer der Grundfrequenz
fauch Oberwellen enthält.
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Die Justierung des Magnetfeldes nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren
kann in der Anordnung nach Figur 1 entweder durch seitliches Ver-
schieben
oder durch Verdrehen der Deckplatte 6 erfolgen. - Im allge-
meinen ist
die Dicke D der Deckplatte groß im Verhältnis zum-Luftspalt d zwischen Deck- und
Trägerplatte. Dann ist folglich die Flußdichte des Streufeldes, das die beiden Halbleiterkörper
2 außerhalb der Deckplatte 6 in der Nähe der Anechlußlötungen 4 trifft,
klein im
.Verhältnis zur Flußdichte des Magnetfeldes unter der Deckplatte. Aue
diesem Grunde bewirkt eine Verdrehung der Deckplatte eine starke
Vergrößerung
des magnetischen Flusses in der einen Halbleiterschleife
und eine entsprechende
Verringerung in der anderen.
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In einem Auqführungebeiapiel beträgt die.Dicke
de r.Deckplatte D @# 0,5 mm und der Luftspalt d =-0,03
an. Durch Verdrehen der@Deekplatte
löQt
sieh in diesem Falle die Spannung am Ausgang de»/ bifilar in
Reihe
geschalteten Halbleiterkörper um mehr als ± 10 % der Spannung
eines Halbleiterkörpers abgleichen. Als Genauigkeit des Abgleichs
ein-
schließlich der Veränderung während der späteren Befestigung der
Deckplatte
auf der Trägerplatte durch Verkittung oder andere Verfahren wurden bei dieser Ausführungsform
Fehler von weniger als ein Tausendstel der Spannung in einem Halbleiterkörper bei
Magnetfeldfrequenzen zwischen 50 und 5000 Hz erreicht. Der Abgleich von Oberwellen
beruht darauf, daß Oberwellen erzeugende Bereiche der ferro- oder ferrimagnetischen
Träger- oder Deckplatten 'hei der Justierung in eine solche Zage gebracht werden,
daß in beiden Halbleiterkörpern insgesamt ein gleich großer Anteil an Oberwellenspannungen
induziert wird. - Bei der Kompensierung der induzierten Oberwellenspannungen kann
auch das konzentrierte Streufeld an den Kanten von Deckplatte oder Trägerplatte
ausgenutzt werden. Bei Verdrehen oder Verschieben der Platten gegeneinander wird
die Wirkung dieses Streufelds auf die Halbleiterstreifen geändert und trägt somit
zur Justierung des Magnetfeldes bei.
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Die Figur 2 zeigt eine Anordnung mit auf den Winkel a schräg geschliffene-Deckplatte
7 zwischen den Polschuhen 8 und 9 eines Elektromagneten. Mit 1 ist wieder»die Trägerplatte
und mit 2 sind die Halbleiterkörper bezeichnet.. Ebenso wie bei nichtparallelem
Luftspalt d am Ausgang der bifilaren Anordnung die Grundwelle und Oberwellen erscheinen,
lassen sich mit einem absichtlich nicht parallel gehaltenen Luftspalt Grundwellen
und Oberwellen abgleichen. Die Deckplatte 7 kann in diesem lalle
auch eoheibenföraig rund sein, um bei Verdrehung nur
die
Dickenänderung und damit die Änderung des Luftspaltes d über den Halbleiterkörpern
wirksam werden zu lassen und nicht die Schrägslellung der Kanten. Durch Verdrehen
und Verschieben lassen sich bei nicht planparallelen Deckplatten Grundwelle
und Oberwellen in mannigfacher Koobination einstellen.
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In Figur 5 sind zwei übereinander angeordnete, bifilar geschaltete
Halbleiterkörper 10 und 11 gezeichnet, die auf Trägerplatten 12 auf-gebracht
sind und sich im Luftspalt zwischen den Polschuhen '13 eines Elektromagneten befinden.
Die Justierung erfolgt in diesem Ausführungebeispiel dadurch, daß ferro- oder ferrimagnetische
Abgleichkörper 14 geeigneter Form und Größe zusätzlich in den Luftspalt ein-gesetzt
werden.
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Es ist auch möglich, auf ähnliche Weise in nur einer Feldplatte, die
z.H. ein Paar bifilarer Halbleiterstreifen besitzt, die in ihr im magnetischen
Wechselfeld induzierten Spannungen zu kompensieren. Dazu kann in der Deckplatte
(oder der Trägerpl=ttte) ein Einschnitt ange-bracht werden, so daß.sich in
dem entstehenden verbreiterten Luft-spalt unmittelbar über oder neben den
Halbleiterstreifen ein magnetisches Streufeld ausbildet. Nach der ersten Justierung
und Befestigung der Deckplatte kann man mit einem in den genannten Einschnitt eingeschobenen
aus magnetischem Material bestehenden Schieber einen Feinabgleich ausführen.. Eventuell
ist diese Methode auch für sich allein zu einer Justierung des Magnetfeldes
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet. Die Träger- und Deckplatten.brauchen
hierzu, ebenso wie im Beispiel nach Figur 3, nicht aus magnetischem Material
zu bestehen.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Halbleiterstreifen
sind gegenüber dem magnetischen Wechselfeld bifilar angeordnet. Man erreicht im,Prinzip
denselben Effekt, wenn ein Halbleiterstreifen U-förmig gebogen ist und das
Magnetfeld den einen Schenkel dieses Halbleiters mit entgegengesetzter Richtung
durchsetzt wie den anderen. Auch dann resultiert bei nach Größe, Form@und Qualität
völlig gleichen Schenkeln keine induzierte Spannung am Ausgang der Halbleiteranordnung.
- Da es aber wegen der Fertigungsschwierigkeiten nicht gelingt, völlig homogene
Halbleiterplatten herzustellen, kann auch in diesem .Falle das Verfahren nach der
Erfindung mit Vorteil angewendet werden. Die Figur 4 zeigt eine justierbare Anordnung
eines Einzelhalbleiterkörpers auf einem Träger 15, wobei das Magnetfeld im linken
(16) und rechten (17) Teil des Halbleiterkörpers entgegengesetzt gerichtet ist.
-Der Halbleiter mit den Schenkeln 16 und 17 ist mit den Zuleitungen 5 und dem Träger
15 in Figur 5 in der Aufsicht gezeichnet. Auch kann der Halbleiter - wie in Figur
6 dargestellt ist - mehrfach gewunden sein. Gleiche Teile in Figur 6 sind ebenso
bezeichnet wie in Figur 5. - Das Joch des erregenden Elektromagneten in Figur 4
ist mit 18 und' dessen Spulen sind mit 19 und 20 bezeichnet. Die Ausgangsspännung
läßt sich durch Verdrehen und Verschieben des Jochs 18 auf ein Mini-mum abgleichen.
Zur Vermeidung von Wirbelströmen können diejenigen Teile des Jochs, die eine zu
große Dicke aufweisen, lamelliert sein. Für die Anordnung nach Figur 4 brauchen
die Halbleiterkörper nicht unmittelbar auf der Trägerplatte 15 aufgekittet zu sein,
sondern sie können auf weiteren kleineren Trägerplättchen, insbesondere aus
Ferrit, angebracht sein. Hei dieser Hauart ist es möglich, die Trägerplättchen
zunächst
noch nicht mit den Trägerplatten 15 zu verkitten, vielmehr können zir Justierung
des Magnetfeldes die beiden kleinen Trägerplättchen einzeln verschoben oder verdreht
werden. - Es kann in diesem Falle zweckmäßig sein, die beiden Halbleiterkörper jeden
für sich bereits bifilar auszubilden. Dann kann.jede der kleinen Trägerplättchen
für sich justiert werden.
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Die Figur 7 gibt ein Beispiel eines Doppelmagnetsystems an, das nach
dem bei der Diskussion der Figur 4 erläuterten Prinzip arbeitet. Mit 22 sind die
Spulen-, mit 23 der Magnetkern und mit 24 die Polschuhe des Magnetsystems bezeichnet.
Die Halbleiterkörper 26 sind auf den Trägerplatten 27 angebracht und in ähnlicher
Weise wie in Figur 4 vor die Polschuhe 24 gesetzt. Dadurch, daß die Erregerspulen
22 mehr an den Luftspalt 25 herangeführt sind, werden die für die magnetische Streuung
wirksamen Polschuhe 24 kürzer und das Streufeld in der Umgebung des Magneten geringer.
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Die Ausführungsformen nach den Figuren 4 und 7 vermeiden den folgenden
Nachteil: Wenn der Luftspalt d in der Anordnung nach Figur 1 über den beiden Halbleiterkörpern
etwas verschieden groß ist, dann sind die magnetischen Induktionen .in den beiden
Halbleiterkörpern nicht gleich, sondern verhalten sich zueinander umgekehrt proportional
wie die Luftspaltlängen..Schrumpft der Kitt beim Aushärten nach der JucitierunR
über den beiden Halbleitern um z.B. 1 % unterschiedlich, so-erhält die Ausgangsspannung
wieder einen Fehler in Höhe von 1 % der Spannung in einem Einzelhalbleiter. Bei
den Bauformen nach den Figuren 4 und 7 kann sich ein ungleicher Luftspalt nur unwesentlich
auswirken, da der auf der einen Seite druch den Luftspalt in die Trägerplatte
eintretende F1uß taet vollständig über den Luftspalt auf der anderen
Seite
des Halbleiterkörpers wieder in das Magnetsystem zurückgeht. Die Nutzflüsse der
beiden Polschuhe 24 können höchstens infolge von Streuflüssen etwas ungleich werden.
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Je kleiner die in einem Einzelhalbleiterkörper induzierte Spannung
ist, desto kleiner läßt sich auch,die Gesamtspannung ein@;tellen, wenn zwei dieser
Einzelhalbleiterkörper in Gegenreihenschaltung betrieben werden. Aus diesem Grunde
kann es zweckmäßig sein, sowohl Anordnungen nach Figur 1 als auch nach Figur 4 mit
den in Figur 8 abgebildeten Deckplatten oder sonstigen magnetischen Teilen 30 als
unmittelbares Gegenstück zu den Halbleiterkörpern 31 auf der Trägerplatte 32 zu.
verwenden. Der magnetische Teil 30 kann z.B. aus geschichteten Blechen 33 bestehen
und mi.t Isoliermaterial 34, in2be:@ondere Kunstharz, verklebt und vergossen und
an den Stirnflächen 35 überschliffen werden. Der Halbleiterkörper 31 ist in Figur
9 in der Aufsicht gezeichnet. Auf einer Trägerplatte 32 liegen die Halbleiterstreifen
31. Die Zuleitungen sind wieder mit 5 bezeichnet. Gemäß dem bei der Disku:3-sion
der Figur 4 beschriebenen Prinzip werden in Figur 8 nur die zwischen den vorstehenden
Bereichen 36 der magnetischen Körper 33 vorhandenen Streufelder Spannungen im Halbleiterkörper
31 induziert. Die Gesamtspannung kann durch Ju:3tierung der A'hrper 33 auf ein Ii:inimum
abgeglichen werden.
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Nach dem Induktionsgesetz wird in einem Leiter nur dann ein Strom
kreis induziert, wenn das erregende Magnetfeld den Leiter durchsetzt. Bei dem Halbleiterkreis
nach Figur 9 liegen die beiden mit 37 bezeichneten Streifen außerhalb des Stromkreises,
daher können die Teile 34 nach Figur 8, die über den genannten Streifen 37 angeordnet
sind, ebenso wie die Bleche 33 aus magnetischem Material -.eventuell lamelliert
-.bestehen.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen auch folgende Änderungen zu: Fast
alle Anordnungen können dahingehend abgewandelt werden, daß die Funk-tion
der justierbaren Deckplatte von-einem anderen Teil des Erregersysteme, z.B.
einer Kernhälfte oder einem Joch, übernommen wird. Bei der Ausführung der magnetischen
Teile, z.B. der Deckplatte, kann es Zweckmäßig sein, die Kanten abzurunden oder
durch andere Formgebung die Sättigungserscheinungen in den Kanten herabzusetzen
oder abzu-wandeln, insbesondere dann, wenn das Sättigungsfeld nicht oder
in einer anderen Form benötigt wird.
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Zur Vermeidung von undefinierten Störeinflüssen ist es zweckmäßig,
Deck- und Trägerplatte oder entsprechend andere Teile des Magnetsystems zu erden
oder von wieder anderen Teilen des Magnetsystems zu isolieren. Dadurch
werden unsichere Kontakte und nicht konstante Kapazitäten und ohmsche Nebenschlüsse
vermieden. Beispielsweise ist es günstig, bei dem Einbau der zusammengekitteten
Deck- und Trägerplatten in den Luftspalt eines Magneten Isolierfolien von einigen
Tausendstel Millimeter Stärke zwischenzufügen.