DE1159502B - Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer sich annaehernd mit dem Logarithmus der Zeit aendernden Spannung - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer sich annaehernd mit dem Logarithmus der Zeit aendernden SpannungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer sich annähernd mit
dem Logarithmus der Zeit ändernden Spannung.
In der photographischen Technik, z. B. beim Farbdrucken, ist es häufig wünschenswert, die Belichtungszeit
über ein Gebiet von mehreren Größenordnungen hinweg, z. B. von 0,01 bis 10 Sekunden, zu messen
und/oder zu steuern. Zu diesem Zweck wird üblicherweise ein Zeitschalter verwendet, der eine Ausgangsspannung
in Abhängigkeit der verstrichenen Zeit liefert. Vorzugsweise wird hierbei ein sich mit dem
Logarithmus der Zeit ändernder Spannungsverlauf gewählt, um eine bessere Steuerungsmöglichkeit,
insbesondere für kurze Belichtungszeiten, zu erhalten.
Die bekannten Anordnungen zum Erzeugen einer sich annähernd mit dem Logarithmus der Zeit
ändernden Spannung haben den Nachteil, daß deren abgegebene Ausgangsspannung in Abhängigkeit von
der Zeit nur eine sehr grobe Annäherung an die theoretische logarithmische Abhängigkeit darstellt. Überdies
sind diese Geräte unverhältnismäßig groß, kompliziert im Aufbau und teuer in der Herstellung, so
daß ein Bedürfnis bestand, derartige Geräte wesentlich zu verbessern.
Gemäß der Erfindung wird dies für eine Schaltungsanordnung der oben beschriebenen Art mit
einem eine Gleichspannung über die Zeit integrierenden Gleichspannungsverstärker, dessen Ausgang durch
einen Kondensator mit dem Eingang verbunden ist, dadurch erreicht, daß parallel zu dem Kondensator
mindestens ein mit einer Diode in Reihe liegendes Potentiometer geschaltet ist, an dessen Mittelabgriff
eine zweite vorgespannte Diode angeschlossen ist.
Die Erfindung ist an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im einzelnen beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 das Schaltschema eines logarithmischen Zeitschalters,
Fig. 2 ein Diagramm der Spannung über der Zeit an einer Zwischenstufe des Zeitschalters und
Fig. 3 ein Diagramm der Ausgangsspannung des Zeitschalters über der Zeit.
Gemäß Fig. 1 weist der Zeitschalter einen ersten Gleichstromverstärker 10 auf, dessen Eingang 12 und
Ausgang 13 durch einen Rückkopplungskondensator 11 verbunden sind. Der Verstärker 10 ist im Schaltschema
nur in Blockform dargestellt und enthält natürlich die üblichen, nicht gezeigten Anordnungen
zum Erzeugen der notwendigen Betriebsspannungen. Am Eingang 12 des Verstärkers 10 ist eine Widerstandskette
14 angeschlossen, deren anderes Ende Schaltungsanordnung zum Erzeugen
einer sich annähernd mit dem Logarithmus
der Zeit ändernden Spannung
Anmelder:
Eastman Kodak Company,
Rochester, N. Y. (V. St. A.)
Rochester, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter: Dr.-Ing. W. Wolff
und H. Bartels, Patentanwälte,
Stuttgart N, Lange Str. 51
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 27. März 1961 (Nr. 98 397)
V. St. v. Amerika vom 27. März 1961 (Nr. 98 397)
Murray Cowdery Goddard,
Rochester, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden
bei 15 an einen Widerstand 16 angeschlossen ist, der zum Begrenzen des Stromes dient.
Der logarithmische Zeitschalter wird durch die Polarität einer an die Eingangsklemme 17 angelegten
Steuerspannung gesteuert. Das Erzeugen und Anlegen der Steuerspannung an die Eingangsklemme 17
wird in der Zeichnung schematisch durch einen die Eingangsklemme 17 wahlweise an eine Quelle 71
positiver Spannung (+30V) oder an eine Quelle 72 negativer Spannung (-30V) anschließenden Schalter
70 angedeutet. Befindet sich der Schalter 70 in der gezeigten Stellung, in der an der Eingangsklemme
17 eine positive Spannung liegt, so ist der Zeitschalter in seinem Aus- oder Rückstellzustand. Ein Umschalten
des Schalters 70 in seine andere oder »Ein«-Stellung setzt den Zeitschalter in Betrieb.
Die Kathode einer Diode 18 ist an der Verbindungsstelle 15 und ihre Anode an eine Quelle negativer
Vorspannung von etwa 5,6 Volt angeschlossen, die durch einen Widerstand 19 und eine Zenerdiode
20 erzeugt wird, die ihrerseits in Serie an einer geeigneten Quelle negativer Spannung liegen. Eine
zweite Diode 21 hegt mit ihrer Anode an der Verbindungsstelle 15 und mit ihrer Kathode an der Eingangsklemme
12 des Verstärkers 10. Die Eingangsklemme 12 des Verstärkers 10 ist mit dem Mittel-
309 769/371
10
abgriff 23 eines Potentiometers 23' über eine weitere entsprechend gepolte Diode 22 verbunden. Das
Potentiometer 23' ist mit einem Ende über eine zweite Zenerdiode 24 an die Ausgangsklemme 13
des Verstärkers 10 und mit dem anderen Ende über einen relativ großen Widerstand 25 an eine Quelle 26
positiver Spannung angeschlossen.
Ein aus Widerständen bestehender Rückkopplungskreis 30, in dem der Stromfluß durch eine Diode
31 gesteuert wird, liegt parallel zum Rückkopplungskondensator 11 zwischen der Ausgangsklemme 13
und der Eingangsklemme 12 des Verstärkers 10. Ein Punkt 32 des. Rückkopplungskreises 30 ist mit der
Anode einer weiteren Diode 33 verbunden, deren Kathode 34 an einer Quelle niedriger positiver Vorspannung
liegt, die, wie gezeigt, durch einen Widerstand 35 und eine Zenerdiode 36 erzeugt wird.
Ein zweiter Gleichstromverstärker 41 mit einer Eingangsklemme 42 und einer Ausgangsklemme 43
ist über eine aus mehreren Zweigen bestehende Widerstandsschaltung 40, die durch Dioden gesteuert
wird, an die Ausgangsklemme 13 des Verstärkers 10 gekoppelt. Wie in der .Schaltung gezeigt, ist die Ausgangsklemme
43 des Verstärkers 41 gleichzeitig auch der Ausgang des logarithmischen Zeitschalters selbst.
Der Verstärker 41 ist vorzugsweise derselben Art wie der Verstärker 10 und ist über einen Widerstand
44, der die Ausgangsklemme 43 mit der Eingangsklemme 42 verbindet, rückgekoppelt. Der Wert des
Widerstandes 44 ist vorzugsweise etwa gleich dem effektiven Widerstand der Widerstandsschaltung 40
(wenn die Dioden 51, 52 und 53 durch umgekehrte Vorspannung gesperrt, sind). Die Eingangsklemme 42
des Verstärkers 41 ist außerdem über einen Widerstand 45 von etwa gleichem Wert an den Abgriff 46
eines Spannungsteilers 46' angeschlossen. Diese letztere Verbindung liefert eine geringe positive Vorspannung
für den Verstärker 41, um die anfängliche Ausgangsspannung auf das gewünschte Gleichspannungsniveau
zu bringen.
Die Schaltung 40 weist vier Widerstandszweige 47, 48, 49 und 50 auf. An Anzapfungen 54, 55 und 56
der letzteren drei sind die Anoden der Dioden 51, 52 bzw. 53 angeschlossen. Die Kathoden dieser Dioden
sind gemeinsam an eine Quelle 57 niedriger positiver Spannung, die durch eine Zenerdiode 58 und einen
Widerstand 59 erzeugt wird, angeschlossen.
Der in Fig. 1 gezeigte logarithmische Zeitschalter ist so angelegt, daß er eine Spannung liefert, die wie
folgt ausgedrückt werden kann:
V = -25 log 1Oi
55
über den ganzen Bereich, worin t von 0,1 bis 10,0 Sekunden variiert. Während des Betriebes ist, wie nachstehend
eingehender beschrieben werden wird, die Eingangsspannung an der Klemme 17 negativ, und
die Spannung an der Ausgangsklemme 13 des Verstärkers 10 steigt von einem kleinen negativen Anfangswert
auf einen positiven Wert. Der Verstärker bewirkt jedoch eine Umkehrung, so daß die gewünschten
negativen Ausgangsspannungen, wie in der obigen Gleichung gefordert, erhalten werden,
Um den Zeitschalter für den Betrieb vorzubereiten, muß der Schalter 70 erst in seine Aus- oder Rückstellstellung
gebracht werden, so daß die positive Spannung von der Klemme 17 über den Widerstand
und die Diode 21 an die Eingangsklemme 12 des Verstärkers 10 gelangt. Die Spannung an der Ausgangsklemme
13 des Verstärkers 10 fällt darauf schnell von ihrer vorherigen positiven Höhe ab, wobei
die Abfallgeschwindigkeit durch die Werte des Widerstandes 16 und des Kondensators 11 bestimmt
wird. Die Ausgangsspannung fällt so lange ab, bis sie einen Wert von etwa —10 Volt hat. Dadurch erreicht
die Spannung am Mittelabgriff 23 des Potentiometers 23' einen Wert, bei dem die Diode 22 leitend
wird, so daß ab da keine weitere Änderung der Spannung an der Ausgangsklemme 13 erfolgt. Die Spannung
bleibt daher unverändert auf dieser Rückstellhöhe von —10 Volt, bis der Zeitschalter wieder in
Betrieb genommen wird. Die Spannung an der Ausgangsklemme 43 ändert sich in ähnlicher Weise
(allerdings in der entgegengesetzten Richtung) auf ihre entsprechende Rückstellhöhe von etwa +10VoIt.
Um eine Zeitschaltung einzuleiten, wird der Schalter 70 in die »Ein«-Stellung gebracht, wodurch
30 Volt negativer Spannung an die Eingangsklemme 17 gelegt wird. Dadurch wird die Diode 18 leitend
und bewirkt, daß die Spannung am Punkt 15 auf eine permanente Betriebsspannung von etwa — 6VoIt
fällt, die durch die Zenerdiode 20 bestimmt wird. Wie bekannt, bildet der aus dem Eingangswiderstand
14, dem Verstärker 10 und dem Rückkopplungskondensator 11 gebildete Kreis ein über die Zeit integrierendes
Glied, und die Spannung am Ausgang 13 des Verstärkers 10 beginnt darum linear zu steigen,
wie bei 6Γ in Fig. 2 gezeigt.
Wenn die Spannung an der Klemme 13 nahezu Null erreicht, wie bei 62' gezeigt ist, wird die Diode
31 in dem aus Widerständen gebildeten Rückkopplungskreis 30 leitend. Dadurch wird der Widerstandskreis 30 wirksam parallel zum Kondensator 11 gelegt,
und die effektive Rückkopplung dieser kombinierten Kapazitäts- und Widerstandsglieder wirkt so, daß die
Spannung am Punkt 13 expontiell zu steigen beginnt, wie bei 63' gezeigt, bis sie einen Wert erreicht, bei
dem die Spannung am Punkt 32 der Kette 30 einen ausreichend hohen positiven Wert annimmt, um die
Diode 33 in leitenden Zustand zu versetzen. Zu diesem Zeitpunkt, durch 64' in Fig. 2 gekennzeichnet,
kann die Widerstandskette 30 keine weitere Rückkopplungswirkung ausüben, und die Spannung
an der Klemme 13 beginnt wieder linear zu steigen, wie durch 65' in Fig. 2 gekennzeichnet. Dieser erneute
lineare Anstieg ist gemäß der Fig. 2 langsamer und erstreckt sich über den gesamten restlichen Arbeitsbereich
des Zeitschalters (im vorliegenden Falle 10 Sekunden).
Gleichzeitig kehrt der Verstärker 41 mit seinem aus Widerständen gebildeten Eingangskreis 40 und
Rückkopplungswiderstand 44 die Richtung der an der Klemme 13 liegenden Spannung um, so daß, wie
in Fig. 3 gezeigt, die Ausgangsspannung an der Ausgangsklemme 43, wie bei 61 gezeigt, sich von den
ursprünglichen +10 Volt in negativer Richtung linear ändert, bis der Punkt 62 erreicht ist, dann expontiell,
wie bei 63 gezeigt ist, bis der Punkt 64 erreicht ist und sich dann wieder linear verändert, wie
durch 65 dargestellt ist, bis der Punkt 54 in der Kette eine ausreichend hohe positive Spannung erreicht
hat, wodurch die Diode 51 leitend wird. Dieser Zeitpunkt ist durch 66' in Fig. 2 und 66 in Fig. 3 gekennzeichnet.
Zu diesem Zeitpunkt ist das Verhältnis der effektiven Widerstände des Kreises 40 zum Rückkopplungswiderstand
44 so verändert, daß die Ausgangsspannung des Verstärkers 41 sich etwas lang-
45
samer in negativer Richtung verändert, als die Spannungsänderung
an der Klemme 13 erfolgt. Dieses ist durch den geradlinigen Teil 67 der Kurve in Fig. 3
kenntlich gemacht. Diese Änderung dauert an, bis die Diode 52 leitend wird (angezeigt durch 68 bzw.
68'), dann wird die Spannungsänderung an der Ausgangsklemme 43 weiter verlangsamt. Schließlich wird
die Diode 53 leitend, wodurch eine weitere Verlangsamung der Spannungsänderung eintritt, wie durch
69 dargestellt ist.
Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, sind die Werte der einzelnen Schaltteile für den beschriebenen Zeitschalter
so gewählt, daß die Diode 31 leitend wird, wenn die Ausgangsspannung nahezu null Volt ist,
was Vio Sekunden nach in Betriebnahme des Zeitschalters
eintritt. Die Diode 33 wird nach 0,767 Sekunden, wie durch 64 und 64' gekennzeichnet, leitend.
Die Diode 51 wird nach 1,573 Sekunden leitend. Die Diode 52 nach 3,392 Sekunden und die Diode 53
nach 6,935 Sekunden. Ein Vergleich der in Fig. 3 gezeigten Kurve mit der erwünschten logarithmischen
Zeitkurve (V ~ —25 log t) ergibt, daß die Ausgangsspannung
über den ganzen Bereich von 100:1 äußerst nahe an die gewünschte Charakteristik herankommt.
Wie die Fig. 1 zeigt, weisen die meisten Widerstandszweige mehrere in Serie geschaltete
Widerstände auf, die genormte Werte haben und handelsüblich sind. Es wäre natürlich möglich, andere
Kombinationen von genormten Widerständen oder, wenn erwünscht, einzelne Widerstände oder Potentiometer
mit nicht genormten Werten zu verwenden, ohne daß dadurch die Leistung des Zeitschalters beeinträchtigt
würde, solange hierdurch die Gesamtwiderstände der verschiedenen Widerstandsketten
nicht wesentlich geändert werden. Die Zenerspannung der verschiedenen Zenerdioden ist neben der
jeweiligen Zenerdiode in der Schaltung angegeben. Die anderen Dioden 18, 21 usw. können Siliziumdioden
vom Typ IN 645 sein.
Dadurch, daß der Verstärker 10 zunächst kapazitativ, dann mittels einer Kombination von Kondensatoren
und Widerständen und schließlich wieder rein kapazitativ rückgekoppelt wird, wird der erste
Abschnitt der erwünschten logarithmischen Kurve sehr gut über einen Zeitbereich von mehr als 10:1
bei Verwendung nur eines Minimums von Teilen erreicht. Dieser logarithmische Abschnitt wird eigentlich
durch den ersten Verstärker allein erzeugt, und der Verstärker 41 dient hierbei nur zur Richtungsumkehr
der an der Ausgangsklemme 13 auftretenden Spannung. Mit dieser Anordnung ist es aber möglich,
den Bereich über einen Zeitbereich von 100:1 zu erweitern, wozu nur drei zusätzliche diodengesteuerte
Widerstandsketten im Widerstandskreis 40 erforderlich sind. Jeder Versuch, eine logarithmische Zeitkurve
nur durch Anwendung von geradlinigen Kurvenabschnitten über den ganzen Bereich in guter
Annäherung zu erhalten, würde eine viel größere Anzahl diodengesteuerter Widerstandsketten erfordern.
Außerdem ist bei der gezeigten Anordnung die Rückstellung sehr einfach und schnell durchführbar,
da hierzu nur der Wert der an die Eingangsklemme 17 gelegten Spannung geändert werden muß.
Claims (4)
1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer sich annähernd mit dem Logarithmus der Zeit
ändernden Spannung mit einem eine Gleichspannung über die Zeit integrierenden Gleichspannungsverstärker,
dessen Ausgang durch einen Kondensator mit dem Eingang verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem
Kondensator (11) mindestens ein mit einer Diode (31) in Reihe liegendes Potentiometer (30) geschaltet
ist, an dessen Mittelabgriff (32) eine zweite vorgespannte Diode (33) angeschlossen ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Verstärkers
(10) mit dem Eingang (42) eines zweiten Verstärkers (41) über eine Widerstandsschaltung
(40) verbunden ist, die eine Mehrzahl parallel liegender Widerstände (47, 48, 49, 50) aufweist,
daß ein Teil (48, 49, 50) dieser Widerstände je über vorgespannte Dioden (51, 52, 53) angezapft
ist und daß der Ausgang und Eingang des zweiten Verstärkers (41) durch einen Widerstand (44)
verbunden ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang
(12) des ersten Verstärkers über einen Eingangswiderstand (14) mit eine konstante Betriebsgleichspannung
(-6VoIt) liefernden Steuermitteln (16,
17,18,19, 20 und 70) verbunden ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel Umschaltmittel
(70) zum Anlegen entweder der konstanten Betriebsgleichspannung (-6VoIt) oder
einer Rückstellgleichspannung mit einem von der Betriebsspannung abweichenden Wert (+30VoIt)
an den Eingangswiderstand (14) aufweisen, daß der Ausgang (13) des ersten Verstärkers über eine
weitere Widerstandsschaltung (24, 23', 25) vorgespannt ist und daß eine Anzapfung (23) der
Widerstandsschaltung (24, 23', 25) mit dem Eingang (12) des ersten Verstärkers über eine Rückstelldiode
(22) verbunden und der Eingangswiderstand (14) durch eine weitere Rückstelldiode (21)
überbrückt ist, wobei die beiden Rückstelldioden (21, 22) so gepolt sind, daß sie, während die Betriebsgleichspannung
(-6VoIt) am Eingangswiderstand (14) liegt, einen Stromdurchfluß
sperren.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 309 769ß71 12.63
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US98397A US3128377A (en) | 1961-03-27 | 1961-03-27 | Log-time voltage generator |
Publications (1)
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DE1159502B true DE1159502B (de) | 1963-12-19 |
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ID=22269102
Family Applications (1)
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Country Status (3)
Country | Link |
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DE (1) | DE1159502B (de) |
GB (1) | GB932835A (de) |
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