DE1276738B - Fotoelektrische Verstaerkerschaltung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4#7¥W PATENTAMT Int. Cl.:

H03f

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KL: 21 a2 -18/08

Nummer: 1276 738

Aktenzeichen: P 12 76 738.3-31 (P 36504)

Anmeldetag: 9. April 1965

Auslegetag: 5. September 1968

Die Erfindung betrifft eine fotoelektrische Verstärkerschaltung, welche ein elektrisches Signal in Abhängigkeit vom Lichteinfall von einem fotoelektrischen Wandler erzeugt, mit einem Transistor, in dessen Emitterkreis der fotoelektrische Wandler liegt, insbesondere zur Verwendung in einem elektronischen Garnreiniger.

Bei Verstärkerschaltungen dieser bekannten Bauart wird beispielsweise (Zeitschrift »radio mentor«, 1961, S. 092) das elektrische Signal in die Basis des Transistors eingespeist und am Kollektor abgenommen, wobei der Fotowiderstand nicht etwa die Quelle der zu verstärkenden Signale, sondern lediglich einen einstellbaren Emitterwiderstand darstellt.

Bei gewissen Anwendungen von fotoelektrischen Wandlern ist es von großer Bedeutung, daß das elek- *5 trische Ausgangssignal in fester, unveränderlicher Beziehung zu kurzzeitigen, spontanen Änderungen des Lichteinfalls steht, jedoch von allmählichen Veränderungen der Beleuchtungsverhältnisse unabhängig ist. Dies ist ganz besonders bei elektronischen bzw. ^ao elektro-optischen Garnreinigern der Fall, die zur Feststellung von Querschnittsänderungen an einem durchlaufenden Garn oder Faden dienen. Bekanntlich kann man sich hier nicht mit einer ungefähren Erfassung irgendwelcher Garnfehler begnügen, son- ^a5 dem es ist wesentlich, daß der Reiniger auf Querschnittsabweichungen anspricht, die ein bestimmtes, meist einstellbares Maß überschreiten, was nur mit einer genauen Zuordnung des elektrischen Signals zum Garnquerschnitt bzw. zum Lichteinfall auf den fotoelektrischen Wandler zu erreichen ist. Die einmal eingestellte »Reinigungswirkung« muß dabei zeitlich konstant bleiben und überdies meist bei einer größeren Anzahl von z. B. nebeneinander an einer Spulmaschine angeordneten Reinigern gleich sein. Gerade bei den erwähnten Garnreinigern sind aber allmähliche Veränderungen der Beleuchtungsverhältnisse unvermeidlich, sei es infolge von Staubablagerungen auf den optischen Teilen, Alterung der Lampe oder Schwankungen von deren Speisespannung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstärkerschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die erwähnten Bedingungen erfüllt sind und Schwierigkeiten der aufgeführten Art nicht auftreten.

Dies gelingt bei der hier vorgeschlagenen Verstärkerschaltung dadurch, daß erfindungsgemäß im Arbeitsstromkreis des Transistors ein fremdgeheizter Heißleiter großer Zeitkonstante als thermisch verzögertes Stellglied liegt, dessen Heizerwicklung im Fotoelektrische Verstärkerschaltung

Anmelder:

Siegfried Peyer, Bach (Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Ing. Dipl. oec. publ. D. Lewinsky,

Patentanwalt,

8000 München 21, Gotthardstr. 81

Als Erfinder benannt:

Hermann Schwartz, Adliswil (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 28. Mai 1964 (6964)

Arbeitskollektorkreis eines Regelverstärkers angeordnet ist, dessen Emitter an einer Bezugsspannung liegt und dessen als Fühler wirkende Basis mit dem Abgriff eines als Sollwerteinsteller fungierenden Spannungsteilers im Emitterkreis eines weiteren Transistors liegt, dessen Basis mit dem Heißleiter verbunden ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Diese stellt das Schaltschema einer Verstärkerschaltung in der Anwendung bei einem elektrooptischen Garnreiniger dar.

Der Garnreiniger enthält als fotoelektrischen Wandler ein Fotoelement 12, vorzugsweise ein Siliziumfotoelement, welches von einer mit konstanter Spannung gespeisten Lampe 10 angeleuchtet wird. Der Lichteinfall ist dabei vom Querschnitt eines durchlaufenden Fadens 14 abhängig, an welchem eine spontane Querschnittsverdickung angedeutet ist, die einen vom Reiniger zu erfassenden Fehler darstellt.

Das Fotoelement 12 liegt im Emitterkreis eines in Basisschaltung geschalteten Transistors Tl. In den Emitter-Kollektor-Kreis sind die Widerstände Rl und R 2 geschaltet, über welchen die Signalspannung als veränderlicher Spannungsabfall bei Schwankung des fotoelektrischen Stromes auftritt. Der Widerstand R2 ist dabei durch den Heißleiterwiderstand

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einer fremdgeheizten Heißleiteranordnung 16 mit der falls es sich um eine solche Fehlergröße handelt, die

Heizwicklung 18 gebildet und stellt somit eine ver- das Ansprechen des Reinigers bewirken soll,

änderbare Impedanz dar. Am Potentiometer Pl wird ein bestimmtes Poten-

Damit auf den relativ hochohmigen Emitterpunkt tial für die Basis von Γ3 abgegriffen, welches um von Tl nur eine geringe Belastung einwirkt, ist ein 5 wenig negativer als das Potential — Ul am Emitter Transistor T 2 in Kollektorschaltung nachgeschaltet. ist. Der Transistor Γ 3 steuert den Strom der in sei-Die verstärkte Signalspannung wird an dessen Emit- nem Kollektorkreis liegenden Heizwicklung 18 der ter über der Serieschaltung der Widerstände R 3, Heißleiteranordnung 16, wodurch wiederum der Wii?4 und des Potentiometers Pl abgenommen. Der derstandswert des Heißleiters R 1 bestimmt wird. Auf Emitter von Tl ist sodann über einen Kondensator io diese Weise wird durch die Stellung des Abgriffs am Cl und eine Diode Gl an einen Signalverstärker an- Potentiometer Pl der Sollwert der Summe jRI+^2 gekoppelt, bestehend aus den beiden Transistoren von Tl und damit der Signalgröße eingestellt. Dem T4, T5, den Widerständen Rl bis RIl, dem Kon- Beharrungszustand entspricht ein bestimmter Spandensator C2 und der Diode Gl. Am Ausgang von nungsabfall über der Serieschaltung von R3, Pl und Γ 5 liegt ein Relais oder Magnet 30 mit parallelge- 15 R 4, von dem ein bestimmter Teilbetrag an Pl abgeschalteter Diode G 3 zur Betätigung einer (nicht dar- griffen wird.

gestellten) Schneideinrichtung für das Garn und/oder Stellt sich eine allmähliche, nicht spontane Verän-

einer Anzeige- oder Zähleinrichtung. derung der Beleuchtungsverhältnisse am Fotoele-

Die Diode Gl ist über den Widerstand R5 mit ment 12 ein, so findet über den Transistor Γ3 eine dem Abgriff eines Potentiometers P 2 verbunden. An ao Kompensation statt, die den ursprünglichen Behardiesem läßt sich eine wählbare Vorspannung einstel- rungszustand wieder herstellt. Beispielsweise wird bei Ien, welche bewirkt, daß nur Signalspannungen, die einem allmählichen Lichtabfall infolge Staubablageeinen vorbestimmten Wert übersteigen, auf den nach- rung oder Alterung der Lampe der fotoelektrische folgenden Verstärker gelangen und zur Erregung der und damit der Emitterstrom von Π kleiner. Die Wicklung 30 führen. Durch die Einstellung am Po- 25 Spannung über Rl+Rl und damit auch am Emitter tentiometer P 2 wird somit die Reinigungswirkung von Tl sinkt, und die entsprechende Verschiebung oder der Reinigungsgrad des Garnreinigers festgelegt. des Basispotentials von Γ 3 gegenüber der Bezugs-Wie durch die strichpunktierte Linie und die Abzwei- spannung — Ul am Emitter bewirkt eine Vermindegungspfeile angedeutet, kann das Potentiometer P2 rung des Kollektorstromes von Γ3. Da die Heizwickeiner Mehrzahl von Reinigern gemeinsam zugeordnet 30 lung 18 nun wemger Leistung erhält, wird der Heißsein, die jeweils auf den gleichen Reinigungsgrad ein- leiter-Widerstand Rl größer, bis sich mit dem verzustellen sind. minderten Emitterstrom von Π wieder der ur-

Der Abgriff des im Emitterkreis von Tl liegenden sprüngliche Spannungsabfall einstellt. Damit ist autoPotentiometers Pl ist mit der Basis eines Transistors matisch auch wieder die gleiche Signalgröße für Γ 3 verbunden, dessen Emitter an der konstanten 35 Garnfehler erreicht. Mit geeigneter Dimensionierung Gleichspannung — Ul liegt. Der Kollektorkreis von wird z. B. bei einem Lichtverlust von 80% der Span- T 3 wird durch die Heizwicklung 18 der Heißleiteran- nungsabfall bzw. die Signalgröße bis auf etwa 1% Ordnung 16 in Serie mit einem Widerstand R6 ge- auskompensiert, welche Regelgenauigkeit den prakbildet. tischen Anforderungen durchaus genügt. Dabei ist

Die Speisung der dargestellten Verstärkerschaltung 40 natürlich wesentlich, daß die Kompensation infolge erfolgt über die Klemmen » + «, »—Ϊ71« (z.B. der thermischen Zeitkonstanten der Heißleiteranord-— 10 V) und »— U2« (z. B. — 27 V). Die Lampe 10 nung 16 (Größenordnung 15 Sekunden) verzögert erkann natürlich an das gleiche Speiseaggregat, z. B. folgt und deshalb nur bei entsprechend langsamen zwischen den Klemmen » + « und »— Ul« ange- Änderungen des fotoelektrischen Stromes wirksam schlossen sein. 45 ist, während spontane Änderungen, wie sie von einem

Im Betrieb gibt das Fotoelement 12 einen Strom Garnfehler verursacht werden, ohne Einfluß auf den

ab, welcher unmittelbar vom Lichteinfall von der Heißleiter R1 bleiben.

Lampe 10 her bestimmt ist und den Emitterstrom Es liegt somit ein Regelkreis vor mit T 3 als Regeldes Transistors Tl darstellt. In der Basisschaltung ist verstärker, — Ul als Bezugsspannung, Pl als Solider Kollektorstrom gleich dem Emitterstrom; die 50 werteinsteller, Basis von T 3 als Fühler und Heiß-Stromverstärkung von Tl beträgt somit 1, weshalb leiteranordnung 16 als thermisch verzögertes Stell-Kennlinienstreuungen der einzelnen Exemplare ohne glied.

Einfluß sind und auch Alterungserscheinungen den Dank der beschriebenen Regelung lassen sich auch Arbeitspunkt nicht verschieben können. Dadurch er- Fotoelemente mit voneinander abweichenden Kenngibt sich ein hochstabiler Verstärker, was im Hin- 55 daten verwenden, ohne daß dies einen Einfluß auf blick auf die eingangs erwähnten Anforderungen für die Signalgröße hat. Damit wird es möglich, ganz Garnreiniger von wesentlicher Bedeutung ist. ohne Eichung der Garnreiniger auszukommen. Bis-

Bei Durchlauf eines Garnfehlers, z. B. einer Quer- her mußte mit besonderen Prüfeinrichtungen ein schnittsverdickung, tritt ein entsprechender spon- sorgfältiger Abgleich der einzelnen Reiniger bzw. taner Lichtabfall am Fotoelement 12 auf. Dies hat 60 Verstärker vorgenommen werden, damit die gleicheine Verminderung des fotoelektrischen bzw. Emit- mäßige Empfindlichkeit (Reinigungswirkung) von terstromes und damit eine Spannungsänderung zur nebeneinander auf der gleichen Spulmaschine und Folge, deren Wert (Signalgröße) sich nach der mit gleichem Garn arbeitenden Reiniger gewähr-Summe von Rl+ Rl richtet. Ein entsprechendes leistet war.

Signal tritt auch am Emitter von Tl bzw. über der 65 Da, wie erwähnt, unterschiedliche Verstärkung der

Serieschaltung von R3, Pl und R4 auf und gelangt Transistoren keinen Einfluß auf die Signalgröße hat

zur weiteren Verstärkung auf den Transistor T 4, falls und unterschiedliche Stromempfindlichkeiten der

dies die an P 2 eingestellte Vorspannung zuläßt, d. h. Fotoelemente durch den Regelkreis kompensiert

werden, kann man schließlich auch auf das Potentiometer Pl als Sollwerteinsteller verzichten und an dieser Stelle einen festen Spannungsteiler vorsehen, welcher einen unveränderlichen Teilbetrag der Signalspannung abgreift. Werden hierfür z. B. zwei auf 1 % tolerierte Widerstände verwendet, so kann ohne weiteren Abgleich eine Genauigkeit der Signalgröße von ± 2% erreicht werden, was für die meisten Anwendungen ausreicht.

IO

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Fotoelektrische Verstärkerschaltung, welche ein elektrisches Signal in Abhängigkeit vom Lichteinfall von einem fotoelektrischen Wandler erzeugt, mit einem Transistor, in dessen Emitterkreis der fotoelektrische Wandler liegt, insbesondere zur Verwendung in einem elektronischen Garnreiniger, dadurch gekennzeichnet, daß im Arbeitsstromkreis des Transistors (Tl) ein fremdgeheizter Heißleiter (R 2) großer Zeitkonstante als thermisch verzögertes Stellglied liegt, dessen Heizerwicklung im Arbeitskollektorkreis eines Regelverstärkers (Transistor Γ 3) angeordnet ist, dessen Emitter an einer Bezugsspannung (-Ul) liegt und dessen als Fühler wirkende Basis mit dem Abgriff eines als Sollwerteinsteller fungierenden Spannungsteilers (Pl) im Emitterkreis eines weiteren Transistors (T 2) liegt, dessen Basis mit dem Heißleiter (Widerstand R2) verbunden ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   »radio mentor«, H. 2,1961, S. 092.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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