DD143191A1 - Druckgesteuerter schwellwertschalter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen druckgesteuerten Schwellwertschalter aus amorfhem, zwischen niedriger und hoher Leitfaehigkeit schaltbarem halbleitermaterial. Ziel der Erfindung besteht darin, die hohe Stoersicherheit durch Ausnutzung druckabhaengiger Parameter des genannten Halbleitermaterials zu erreichen, die ein Ausgangssignal ermoeglichen, fuer das die ausreichende Stabilitaet der Kennwerte der angesteuernden Impulsfolge bereits gegeben bzw. einfacher zu erzielen ist. Erfindungsgemaess wird diese Aufgbe geloest, indem bei Impulshoehen der angesteuernden Rechteckimpulse ueber der Schwellspannung ueber der Schwellspannung des Halbleitermaterials die wirksame Breite der Rechteckimpulse zwischen der Verzoegerungszeit des Halbleitermaterials ohne Druckbeaufschlagung und dessen Verzoegerungszeit mit Druckbeaufschlagung liegt. -Fig.3-

Description

-Λ- ti, I

Titel der Erfindung Druckgesteuerter Schwellwertschalter

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen druckgesteuerten Schwellwertschalter aus amorphem, zwischen niedriger und hoher Leitfähigkeit schaltbarem Halbleitermaterial. Der Schwellwertschalter kann als mechanisch-elektrisches Wandlerelement für Tastschalter, Relais und Koppler Verwendung finden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösung

Bei einem bekannten druckgesteuerten Schwellwertschalter aus einem amorphen Halbleiter (DD-PS 19594-8-) umhüllen magnetische Grund- und Deckelelektroden das Halbleitermaterial und üben auf dasselbe bei Durchsetzung mit einem Magnetfeld Druckkräfte aus. An den Elektroden des Halbleitermaterials liegt eine Impulsspannung an, deren Spitzenwerte niedriger als die Schwellspannung des Halbleitermaterials sind. Durch die erzeugten Druckkräfte wird die Schwellspannung unter die Spitzenwerte der Impuls— spannung gesenkt, so daß das Halbleitermaterial vom Zustand niedriger in den Zustand hoher Leitfähigkeit umschaltet. Hierbei steht bezüglich der Breite der ansteuernden Impulse die Bedingung, daß diese größer als eine materialbedingte Verzögerungszeit des Halbleiters vom Erreichen des Schwellwertes bis zum .Umschalten ist» Die Beträge der erreichbaren druckabhängigen Schwellwert-

änderungen sind im Verhältnis der Amplitudenschwankungen der ansteuernden Impulse gering, so daß eine hohe Amplitudenstabilität Voraussetzung für die exakte Punktion des Schwellwertschalters bzw« für eine hohe Störsicherheit bildet, die mit erhöhten Aufwendungen verbunden sind«;

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung .ist die Entwicklung eines druckgesteuerten Schwellwertschalters, der sich gegenüber der bekannten Lösung durch eine höhere Störsicherheit auszeichnete

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin_s die beabsichtigte Erhöhung der Störsicherheit durch Ausnutzung anderer druck-. abhängiger Parameter des genannten Halbleitermaterials zu erreichen, die ein Ausgangssignal ermöglichen, für das die ausreichende Stabilität der Kennwerte der ansteuernden Impulsfolge bereits gegeben bzw«, einfacher zu erzielen ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem bei Impulshöhen der ansteuernden Recht.eckimpulse über der Schwellspannung des Halbleitermaterials die wirksame Breite der Rechteckimpulse zwischen der Verzögerungszeit des Halbleitermaterials ohne Druckbeaufschlagung und dessen Verzögerungszeit mit Druckbeaufschlagung liegte

Ausführungsbeispiel

Id. der Zeichnung zeigen:

Figur 1i Spannungs~Zeit~Funktionen an amorphen Halbleitern,

Figur 2% Spannungs-Zeit-Funktionen an amorphen Halbleitern in Abhängigkeit von wirkenden Druckkräften

und - ' '

Figur 3s clas Schaltbild des erfindungsgemäßen Schwellwertschalter s

_ 3 —

Gemäß Fig_o 3 besteht der erfindungsgemäße Schwellwertschalter aus einem Generator G, einem Schaltelement S aus amorphem Halbleitermaterial, einem Vorschaltwiderstand Ry und einem Meßwiderstand R,t, die eine Reihenschaltung bilden. Die über dem Meßwiderstand Rjτ abfallende Spannung ist über einen Ausgang A herausgeführt» Der Generator G erzeugt Rechteckimpulse mit einem Spannungsverlauf U« gemäß Fig.1, der über den Vorschaltwiderstand Ry am Schaltelement S anliegt mit einen Spannungsverlauf U-,. Erreicht dieser die Schwellspannung Uq, v/ird der Übergang des Schaltelementes S vom Zustand niedriger Leitfähigkeit in den hoher Leitfähigkeit eingeleitet. Auf Grund der physikalischen Vorgänge im Halbleiter erfolgt die genannte Umschaltung nach einer Verzögerungszeit tp_O Als wirksame Impulsbreite t^ wird die Zeit von Erreichen der Schwellspannung Uq bis zur Unterschreitung dieser Schwellspannung durch den Spannungsverlauf Up bezeichnet. Eine Voraussetzung für die genannte Umschaltung bildet das Größenverhältnis von wirksamer Impulsbreite tj- und Verzögerungszeit tp, für das gilt: t[- > t₂· Mit dem Übergang des Schalt element es S in den Zustand hoher Leitfähigkeit (Zeit t.) bildet sich am Aus-gang A die Anstiegsflanke des Ausgangsimpulses, dessen Rückflanke mit der Rückflanke des Spannungsverlaufes U_& entsteht (Spannungsverlauf U™ in Figur 1).

Für das Größenverhältnis tp > t^ entsteht am Ausgang A kein Impuls (Spannungsverlauf U,, in Figur 2), da das Schaltelemeiit S nicht in den Zustand hoher Leitfähigkeit kommt, denn nach Ablauf der Verzögerungszeit t~ hat der Spannungsverlauf U_& bereits die Schwellspannung Ug unterschritten.

Es wurde gefunden, daß die Verzögerungszeit t_? von einer auf das Halbleitermaterial des Schaltelementes S ausgeübten Druckkraft abhängig ist. Eine Erhöhung dieser Druckkraft bewirkt eine Verkleinerung der Verzögerungszeit t₂ auf den Wert

Liegt die wirksame Impulsbreite t,- (Spannungsverlauf U« in Pig* 2) in ihrem Betrag zwischen der Verzögerungszeit tp ohne Druckbeaufschlagung und der Verzögerungszeit tp_D mit Druckbeaufschlagung (tp-rj< t,- <C tp) ₅ kann das Schaltelement S durch eine auf sein Halbleitermaterial ausgeübte Druckkraft geschaltet werden« Der Übergang des Schaltelementes in den Zustand hoher. Leitfähigkeit (Spannungsverlauf υ_ΕΏ) erfolgt dannj bevor die Rückflanke des vom Generator G anliegenden Spannungsverlaufes Uq die Schwellspannung Ug unterschreitet. Am Ausgang Ä ist der Spannungsverlauf Ujjjp des entstehenden Ausgangsimpulses abnehmbar. Die Schwellspannung Ug ist ebenfalls druckabhängig_s so daß sich gleichfalls eine Erniedrigung derselben ergibt, die unterstützend auf den Umschaltvorgang wirkt«, Die Schwellspannung Up ist nicht die für die Umschaltung zu steuernde Größe j wie dies bei dem bekannten Schwellwertschalter der Fall ist«, Da mit bekannten Mitteln die Einstellung der wirksamen Impulsbreite b^ wesentlich präziser möglich und unempfindlicher gegenüber Störgrößen ist als die Einstellung von Impulsamplituden gemäß der bekannten Lösung, ist das Ziel einer höheren Störsicherheit erreicht. Die genannte Druckbeaufschlagung kann wie bei der bekannten Lösung durch.eine Ummantelung des amorphen Halbleitermaterials des Schaltelementes S mit Grund— und Deckelelek— tröden erfolgen, die aus Material mit magnetostriktiven Eigenschaften bestehen,, Diese Elektroden üben bei Annäherung eines Magnetfeldes M auf das Halbleitermaterial die für den Schaltprozeß erforderliche Druckkraft aus. Andere Möglichkeiten der Erzeugung der Druckkraft können gewählt werden«

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch.

   Druckgesteuerter Schwellwertschalter mit einem Schaltelement aus amorphem zwischen niedriger und hoher Leitfähigkeit schaltbarem Halbleitermaterial mit einer Verzögerungszeit beim Übergang von niedriger zu hoher Leitfähigkeit
   in Verbindung mit Mitteln zur Aufbringung einer Druckkraft auf das Halbleitermaterial, wobei das Schaltelement an den Ausgangskreis-eines Rechteckimpulse erzeugenden Generators angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß
   bei Impulshöhen der ansteuernden Rechteckimpulse über der Schwellspannung (Ug) des Halbleitermaterials deren v/irksame Impulsbreite (t[-) zwischen der Verzögerungszeit (t_?) ohne Druckbeaufschlagung und der Verzögerungszeit (
   mit Druckbeaufschlagung liegt»

   eiten Zeidinungen