DD222114A1

DD222114A1 - Logarithmischer wandler

Info

Publication number: DD222114A1
Application number: DD26103884A
Authority: DD
Inventors: Gottfried Koenig; Udo Postel
Original assignee: Petacon Dresden Kamera Und Kin
Priority date: 1984-03-20
Filing date: 1984-03-20
Publication date: 1985-05-08
Also published as: DE3501255A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen logarithmischen Wandler mit breitem dynamischen Verarbeitungsbereich. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung der Verarbeitung insbesondere sehr kleiner Messgroessen mit einem Operationsverstaerker und einer Logarithmier-Rueckkopplung, indem die durch besagten Rueckkoppelzweig bedingte Zeitkonstante zwecks Erhoehung der Uebertragungsgeschwindigkeit ohne Beeintraechtigung der statischen Genauigkeit der Messwert-Erfassung kompensiert wird. Gemaess der Erfindung sind Ausgang und Eingang des Operationsverstaerkers zusaetzlich ueber einen aussteuerungs- und/oder frequenzabhaengigen Gegenkopplungszweig verbunden. Fig. 4

Description

-3- 261038 0

Das Übertragungsverhalten dieses Systems folgt der Beziehung '

( 1 + du; C„ · r„) . ( 1 + ⁴^ =-) (2)

^X 1 + D^ C₉ ο R₈

1 + ^T_x + .Vp ( 1 + ju/'

wobei'.

Nach einer analytischen Untersuchung des in (2) bzw. (3) beschriebenen Übertragungsverhaltens erhält man schließlich die Beziehung

ι ι

^Ua ~ 1 + V_R

statischer dynamischer

Anteil \ Anteil '

Gleichung (4) verdeutlicht, daß bei Gleichheit der Zeitkonstanten T_x und t_r der erste Faktor des dynamischen Anteiles der Ausgangsspannung U_a gleich 1 wird. Der verbleibende frequenzabhängige Ausdruck jux_R wird um den Faktor (1 + V_R) verkleinert. Bei der Darstellung der Ausgangsspannung im Bode-Diagramm bedeutet das, daß die Grenzfrequenz des Wandlers in gewünschter Weise um den Faktor (1 + V_R) zu höheren Frequenzen hin verschoben wird und eine Vergrößerung der Bandbreite stattfindet. Mit der Schaltung gemäß'Fig.3 wird diese Bandbreitenerweiterung bei einem bestimmten Arbeitspunkt erreicht. .

Die Schaltung gemäß Fig.4 ist gegenüber Fig. 3 um einen Spannungsteiler bildende Widerstände 10,11, einem Transistor 12, einer Diode 13 im Rückkoppelzweig des Verstärkers 7 sowie Widerstände 14,15 erweitert. Diese Schaltung wird der Forderung gerecht, daß die Zeitkonstante T_x nicht nur in einem bestimmten Arbeitspunkt des Wandlers, sondern in jedem Arbeitspunkt des Wandlers kompensiert wird. Dies geschieht durch die zusätzliche Einbeziehung der Diode 13 in das Integrierglied 8,9, da deren Widerstand von der jeweiligen Aussteuerung abhängig ist und gegen 0 gehen kann, so daß eine mit der Aussteuerung mitlaufende Zeitkonstante zur Kompensierung der unerwünschten Zeitkonstante des Operationsverstärkers 1 mit Transistor-Rückführung realisiert wird. -Ohne weitere Maßnahmen wird infolge der erfindungsgemäßen Gegenkopplung der statische Anteil der Ausgangsspannung des logarithmischen Wandlers verringert. Um auch diese ungewollte Verringerung zu kompensieren, wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 1, bedingt durch den Spannungsteiler 10,11, um den Betrag der Gegenkopplung verstärkt. Wird der logarithmische Wandler in beschriebener Weise mit einer Fotodiode als Meßwertgeber beschaltet, kann die Erfindung z. B. in Systemen der Autofokussierung, der Belichtungsmessung bei Tageslicht sowie bei der TTL-Blitzmessung Anwendung finden. Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf diese Anwendungsgebiete beschränkt.

Claims

1. Logarithmischer Wandler mit einem Operationsverstärker, dessen Ausgang über ein Lögarithmierglied, vorzugsweise \. einen Transistor, auf den invertierenden Eingang rückgekoppelt ist, gekennzeichnet dadurch, daß Ausgang und Eingang des Operationsverstärker? zusätzlich über einen aussteuerungs- und/oder frequenzabhängigen Gegenkopplungszweig verbunden sind.

2. Logarithmischer Wandler nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Gegenkopplungszweig von einem Verstärker (7) konstanter Verstärkung > 1 sowie einem Integrierglied 8, 9 gebildet wird, wobei letzteres vorzugsweise als Rückkopplung des Gegenkopplungsverstärkers ausgebildet ist.

-2-261038 0

Erfindungsansprüche:

3. Logarithmischer Wandler nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß zum Integrierglied eine Diode (13) gehört, so daß die Zeitkonstante des Integriergliedes innerhalb eines Frequenzbandes aussteuerungsabhängig ist.

4. Logarithmischer Wandler nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Ausgangssignal des Operationsverstärkers zur Weiterverarbeitung um den Betrag der Gegenkopplung verstärkt wird.

5. Logarithmischer Wandler nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen die Eingänge des Operationsverstärkers in an sich bekannter Weise eine im Kurzschlußbetrieb arbeitende Fotodiode (2) als Meßwertgeber schaltbar ist.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen ^;

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen logarithmischen Wandler mit breitem dynamischen Verarbeitungsbereich. Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Verarbeitung von Meßgrößen mit sehr großem Dynamik-Umfang werden logarithmische Wandler mit Transistor-Rückführung eingesetzt. Der Nachteil dieser statisch sehr genau arbeitenden Meßschaltungen besteht darin, daß die Grenzfrequenz derselben von der Größe des angelegten Eingangssignals abhängig ist. Im Bereich sehr kleiner Eingangspegel ist dadurch die Reaktionszeit auf sich ändernde Eingangsgrößen zu lang, so daß schnelle Änderungen der Eingangsgröße im Meßergebnis nicht berücksichtigt werden und so erhebliche Meßfehler eintreten können. Zur Frequenzkompensation logarithmischer Wandler wurden bereits Schaltungsmaßnahmen bekannt. So wird z. B. zwischen eine Signalquelle und Operationsverstärkereingang ein aus einer Widerstands-Transistqrkombination bestehendes Kompensationsglied oder ein zusätzlicher Verstärker geschaltet. (Zeitschrift „Nachrichtentechnik-Elektronik" 32 (1982), H.

6, S. 237 und „Elektronik" 1975, H. 11, Seite 107). Derartige Schaltungen eignen sich jedoch nur für bestimmte Meßwert-Erfassungen.

Ziel der Erfindung

Mit der Erfindung soll die Verarbeitung von Meßgrößen mit großem Dynamik-Umfang verbessert werden.

Wesen der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen logarithmischen Wandler mit einem Operationsverstärker und einer Logarithmier-

Rückkopplung zu schaffen, dessen durch besagten Rückkoppelzweig bedingte Zeitkonstante mittels einer geeigneten ,

Schaltungsmaßnahme zwecks Erhöhung der Übertragungsgeschwindigkeit auch im Bereich sehr kleiner Meßgrößen ohne Beeinträchtigung der statischen Genauigkeit der Meßwert-Erfassung kompensiert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Ausgang und Eingang des Operationsverstärkers zusätzlich über einen aussteuerungs-und/oder frequenzabhängigen Gegenkoppelungszweig verbunden sind.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand von Schaltungsausführungen mit einer im Kurzschlußbetrieb arbeitenden Fotodiode als Meßwertgeber nachstehend erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Logarithmischer Wandler gemäß Stand der Technik

Fig. 2: Ersatzschaltbild desselben ,

Fig.3: Ersatzschaltbild für einen erfindungsgemäßen Wandler

Fig.4: Wandler mit nichtlinearer Gegenkopplung.

Gemäß Fig. 1 besteht eine logarithmierende Lichtmeßschaltung aus einem Operationsverstärker 1, zwischen dessen Eingänge direkt eine Fotodiode 2 geschaltet und dessen Ausgang über einen Transistor 3 auf den invertierenden Eingang rückgekoppelt ist. Ein Kondensator 4 sowie ein Widerstand 5sind notwendige Bauelemente zur Erfüllung der Stabilitätskriterien des Wandlers.

Zum besseren Verständnis der Erfindung ist in Fig.2 das Ersatzschaltbild vorbezeichneten Wandlers dargestellt. Hierbei bedeuten:

Uj. ·

C_x = C₄ + C₀, ' r_x = r_D + R₅ rrj = |

(differentieller Transistor-Widerstand)

R₀ = Nullpunktwiderstand der Fotodiode <

C₀ = Sperrschichtkapazität der Fotodiode
C₀₈ = Kapazität der Collektor-Ermitter-Strecke des Transistors
Die Zeitkonstante τ_χ des logarithmischen Wandlers folgt der Beziehung

T_x = C_xT_x ; (1)

Dar_xzu kleineren Eingangsströmen hin ständig größer wird, folgt aus Gleichung (1), daß bei geringen Objektleuchtdichten die Zeitkonstante des Wandlers gemäß dem Stand der Technik groß und demzufolge dessen Grenzfrequenz in unerwünschter Weise niedrig wird. ·. ' · ,

Die Schaltung gemäß Fig.3 kompensiert die vorgenannte Zeitkonstante mittels einer Gegenkopplung dargestellter Art. Zu . diesem Zweck ist die Ausgangsspannung U₈ über einen Widerstand 6 an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 7 geführt, dessen Ausgang einerseits über die Parallelschaltung eines Widerstandes 8 sowie eines Kondensators 9 auf seinen invertierenden Eingang rückgekoppelt und andererseits mit dem Eingang des Operationsverstärkers !verbunden ist.