DE1061878B - Einrichtung zur Spannungsstabilisierung mit Hilfe magnetfeldabhaengiger Halbleiterwiderstaende - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Spannungsstabilisierung mit Hilfe magnetfeldabhängiger Halbleiterwiderstände Zur Erzeugung konstanter Spannungen ist es vielfach vorteilhaft, an Stell unhandlicher Sammler Netzanschlußgeräte zu verwenden, die mit einer Stabilisierungseinrichtung zum Ausgleich der Netzspannungsschwankungen versehen sind. Es ist hierfür bereits bekannt, einen magnetfeldabhängigen Widerstand aus Antimon, T ellur oder Wismut zu verwenden, der in einem den Netzspannungen proportionalen Magnetfeld angeordnet und in Reihe mit dem Verbraucher an die Netzspannung angeschlossen ist. Sinkt die Netzspannung, so verringert sich der Widerstand des Halbleiterkörpers und damit der an diesem Halbleiterkörper hervorgerufene Spannungsabfall. Es bleibt daher die an dem Verbraucher anliegende Spannung nahezu konstant. Diese vorbekannte Einrichtung zur Spannungsstabilisierung arbeitet jedoch nicht für alle Zwecke hinreichend genau. Es ist ferner bekannt, eine Widerstandskombination aus ohmschen und magnetfeldabhängigen Widerständen zur Regelung einer schwankenden Netzspannung auf einen konstanten Wert zu verwenden. Bei dieser Einrichtung wird hierzu eine aufwendige Schaltungsanordnung benötigt, da sie nur von einer Ist-Spannung beeinflußt ist.
• Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln eine genau arbeitende Einrichtung zur Spannungsstabilisierung mit Hilfe magnetfeldabhängiger Halbleiterwiderstände zu schaffen, bei der die Schwankungen der stabilisierten Spannung nur noch wenige Promille der Sollspannung betragen. Die Lösung besteht darin, daß der von einem der stabilisierten Spannung proportionalen Strom an einem Halbleiter her=. vorgerufene Spannungsabfall dem von einem der schwankenden Spannung proportionalen, das Magnetfeld des Halbleiters erzeugenden Strom in einem ohmschen Widerstand hervorgerufenen Spannungsabfall entgegengeschaltet ist und die Spannungsdifferenz zur Stabilisierung dient.
• Eine solche Stabilisierung einer schwankenden Spannung unterscheidet sich auch von der Regelung von Spannungen auf konstante Werte, wie sie z. B. bei elektrischen Generatoren angewendet wird. Bei einer solchen Regelung besteht nämlich die Aufgabe darin, eine schwankende Spannung überhaupt zu vermeiden und nicht aus einer schwankenden Spannung eine konstante Spannung zu machen.
• Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele genannt.
• Der der Istspannung proportionale Strom 11 durchfließt hintereinander die Erregerspule eines Eelektromagneten 1 und einen konstanten ohmschen Widerstand 2. Weiterhin fließt ein der Sollspannung proportionaler Strom T2 durch den magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderstand 3, der im Feld des Elektromagneten 1 angeordnet ist. An den beiden Widerständen 2 und 3 treten Spannungsabfälle auf, die gegeneinandergeschaltet sind. Die Spannungsdifferenz ist mit 4 U bezeichnet. In Fig. 2 ist die Abhängigkeit der Spannungsdifferenz d U von dem Iststrom I1 mit verschiedenen Sollströrrien 12 als Parameter aufgetragen. Es ist zu erkennen, daß durch die Einrichtung nach der Erfindung eine nichtlineare Kennlinie mit sehr guten Regeleigenschaften erreicht wird, die eine weitgehende Spannungsstabilisierung ermöglicht.
• Gemäß der weiteren Erfindung wird als magnetfeldabhängiger Widerstand ein Halbleiter mit einer Trägerbeweglichkeit von mindestens etwa 6000 cm2/Vs verwendet. Durch diese Halbleiter wird ein besonderer Aufwand an Verstärkungsmitteln vermieden, da bei ihnen sich der elektrische Widerstand bei Anlegen einer magnetischen Feldstärke infolge der großen Trägerbeweglichkeit innerhalb besonders weiter Grenzen ändert. Zu diesen Halbleitern gehören vor allem Widerstandskörper aus halbleitenden Verbindungen, insbesondere von der Form AIIIBv, d. h. aus Verbindungen eines Elementes der III. Gruppe mit einem Element der V. Gruppe des Periodischen Systems.
• Unter den AIIIBv Verbindungen eignen sich für den vorliegenden Zweck insbesondere Verbindungen von einem der Elemente Bor, Aluminium, Gallium, Indium mit einem der Elemente Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon. Bei Indiumantimonid beispielsweise werden Trägerbeweglichkeiten von 60000 cm2/Vs erreicht.
• Außerdem können für die Zwecke der vorliegenden Erfindung Halbleiter mit sogenannter magnetischer Sperrschicht verwendet werden, wie sie beispielsweise eigenleitendes Germanium mit bestimmter Oberflächenbehandlung aufweist. Durch Anlegen eines magnetischen Feldes bestimmter Richtung kann der Widerstand in - einer Stromdurchlaßrichtung auf einen sehr hohen Wert gesteigert werden, während er in der anderen Stromdurchlaßrichtung praktisch nur unwesentlich von dem reinen ohmschen Widerstand abweicht.
• In Fig. 3 ist die in Fig. 1 dargestellte Schaltung in Verbindung mit einer aus einem Magnetverstärker bestehenden Regeleinrichtung dargestellt. Die Netzspannung wird dem Transformator 5 zugeführt, dessen Sekundärseite die beiden Wicklungen 6 und 7 aufweist. Beide Sekundärspannungen sind über Gleichrichter geführt. An die gleichgerichtete Spannung der Wicklung 6 ist über einen veränderbaren Widerstand 4 die Erregerspule 1 des Elektromagneten und ein konstanter ohmscher Widerstand 2 angeschlossen. Die Spannung der Sekundärwicklung 7 ist der Steuerwicklung eines Magnetverstärkers 8 zugeführt, welcher seinerseits ebenfalls von der Netzspannung beeinflußt wird. Das von der Erregerwicklung 1 des Elektromagneten erzeugte Feld steuert wie in Fig. 1 einen magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderstand 3, der sich in dem stabilisierten Ausgangsstromkreis des Magnetverstärkers mit dem Strom 1, befindet. Die Differenz der an den Widerständen 2 und 3 auftretenden Spannungsabfälle (vgl. Fig. 1) wird dazu benutzt, einen ihr proportionalen Strom als Basisstrom auf einen Vorverstärker 9, beispielsweise eine Isthmusdrossel oder - wie in dem dargestellten Beispiel - einen Transistor zu geben. Der Ausgangsstrom des Transistors beeinflußt über eine nicht dargestellte Steuerwicklung den Magnetverstärker 8, so daß dessen Ausgangsstrom 12 im gewünschten Sinne nachgeregelt wird. Je nach den gegebenen Verhältnissen kann der Strom 72 selbst benutzt werden oder mit ihm ein stabilisierter Spannungsabfall an einem Widerstand 10 erzeugt werden. Es ist im Prinzip möglich, sowohl eine stabile Gleichals auch eine stabile Wechselspannung zu erhalten.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zur Spannungsstabilisierung mit Hilfe magnetfeldabhängiger Halbleiterwiderstände, dadurch gekennzeichnet, daß der von einem der stabilisierten Spannung proportionalen Strom an einem Halbleiter hervorgerufene Spannungsabfall dem von einem der schwankenden Spannung proportionalen, das Magnetfeld des Halbleiters erzeugenden Strom an einem ohmschen Widerstand hervorgerufenen Spannungsabfall entgegengeschältet ist und die Spannungsdifferenz zur Stabilisierung dient.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als magnetfeldabhängiger Widerstand ein Halbleiter mit einer Trägerbeweglichkeit von mindestens etwa 6000 cm2/Vs verwendet ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als magnetfeldabhängiger Widerstand eine halbleitende Verbindung von der Form A"zBv verwendet ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Halbleiter eine Verbindung von einem der Elemente Bor, Aluminium, Gallium, Indium mit einem der Elemente Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon verwendet ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsdifferenz der Steuerwicklung eines Magnetverstärkers zugeführt ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsdifferenz dem Magnetverstärker über einen Vorverstärker zugeführt ist.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorverstärker ein Transistor dient. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 560781; schweizerische Patentschrift Nr. 291333.