DE19522491C2

DE19522491C2 - Control device

Info

Publication number: DE19522491C2
Application number: DE1995122491
Authority: DE
Inventors: Burkhard Hemm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-06-25
Filing date: 1995-06-25
Publication date: 2000-03-16
Anticipated expiration: 2015-06-26
Also published as: DE19522491A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung einer Leistung an einer elektrischen Last durch Soll/Istwert-Spannungs-Vergleich mittels einer Regelschaltung, bei der eine Stromquelle einen dem Istwert proportionalen Strom erzeugt, aus dem eine Istwertspannung durch Spannungsabfall an einem gegen ein Potential geschalteten Widerstand gewonnen wird. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Leistungsregelung für Laserdioden.The invention relates to a device for regulating a power on an electrical load by target / actual value voltage comparison using a control circuit in which a current source one Actual value proportional current generated from which an actual value voltage due to voltage drop a resistance connected to a potential is obtained. In particular relates the invention on a power control for laser diodes.

Die Regelung von Lasten mit Hilfe eines Soll/Istwert-Vergleichs ist eine im Stand der Technik bekannte Maßnahme. Bei speziellen Ausführungsformen wird dabei der Sollwert konstant gehalten und die gewünschte zu regelnde Größe an einer Last durch Änderung des Istwertes vorgegeben. Auch diese Art ist prinzipiell eine Regelung aufgrund eines Ist/Sollwertvergleichs, auch wenn der Sollwert im wörtlichen Sinne nicht zur Änderung der zu regelnden Größe verwendet wird. Die Art der Regelung bleibt jedoch die gleiche, so daß die Erfindung sich sowohl auf die Einstellung der an der Last zu regelnden Größe über eine Sollwert als auch eine Änderung des zu vergleichenden Istwerts bezieht.Controlling loads with the aid of a target / actual value comparison is one of the prior art known measure. In special embodiments, the setpoint becomes constant held and the desired variable to be controlled on a load by changing the actual value given. In principle, this type is also a regulation based on an actual / target value comparison, even if the setpoint literally does not change the size to be controlled is used. However, the type of regulation remains the same, so that the invention itself both on the setting of the variable to be controlled on the load via a setpoint and a Changes in the actual value to be compared.

Insbesondere bietet sich die Einstellung der zu regelnden Größe über den Istwert an, wenn eine Istwertspannung aus einem Strom gewonnen wird. Die zur Regelung verwendete Istwertspan nung wird in solchen Fällen durch einen Spannungsabfall an einem Widerstand erzeugt. Die Einstellbarkeit der an der Last zu regelnden Größe kann dann einfach durch Einsatz eines veränderbaren Widerstand realisiert werden. In particular, the setting of the variable to be controlled via the actual value is recommended if one Actual value voltage is obtained from a current. The actual value span used for control In such cases, voltage is generated by a voltage drop across a resistor. The The size to be regulated on the load can then be adjusted simply by using a changeable resistance can be realized.

Diese Art der Regelung wird üblicherweise bei der Leistungsregelung von Laserdioden eingesetzt. Laserdioden sind unter anderem zusammen mit einer Pindiode als Baueinheit in einem gemeinsamen Gehäuse erhältlich. Die Pindiode wird dabei zur Erzeugung des Istwerts über einen vom Laserlicht initiierten Photostrom eingesetzt. Sie wird üblicherweise in Sperrichtung an einem Potential betrieben, so daß eine zu dieser von der Laserdiode einfallende Teillichtmenge den zur Regelung der Leistung der Laserdiode verwendbaren Strom generiert.This type of control is usually used for the power control of laser diodes used. Among other things, laser diodes are used together with a pin diode as a structural unit available in a common housing. The pin diode is used to generate the actual value via a photocurrent initiated by laser light. It is usually in Blocked operated at a potential so that an incident to this from the laser diode Partial light quantity generates the current that can be used to regulate the power of the laser diode.

In einer von der Firma Toshiba auf der Electronica 1994 in München verteilten Applikations schrift für die Laserdiode TOLD 9200 (S) ist eine derartige Regelvorrichtung angegeben. Der Photostrom der Pindiode erzeugt über einen verstellbaren Widerstand einen Spannungsabfall, der über einen einzelnen Transistor oder einen Operationsverstärker mit einer über eine Zenerdiode gewonnene Konstantspannung verglichen wird. Die verstärkte Differenzspannung wird in einen Strom gewandelt, mit dem die Laserdiode angesteuert wird.In an application distributed by Toshiba at Electronica 1994 in Munich Such a control device is specified for the laser diode TOLD 9200 (S). The Photo current of the pin diode generates a voltage drop via an adjustable resistor, the one through a single transistor or an operational amplifier with one through one Zener diode obtained constant voltage is compared. The increased differential voltage is converted into a current with which the laser diode is controlled.

Derartige Regelungen sind für CD-Spieler oder für den Einsatz von Lasern bei der Materialbe arbeitung im allgemeinen ausreichend. Jedoch werden in der Analytik mit Laserlicht als anregendem Medium wesentlich höhere Anforderungen gestellt.Such regulations are for CD players or for the use of lasers in materials work generally sufficient. However, in analysis using laser light as stimulating medium made significantly higher demands.

In diesem Anwendungsgebiet wirken sich Leistungsschwankungen nachteilig auf die Güte der Meßergebnisse aus. Außerdem wird der Laser bei derartigen Anwendungen nicht immer bei voller Leistung betrieben. Niedrigere Leistungen sind beispielsweise bei sehr hohen zu erfassenden Signalen zweckmäßig, um ein Übersteuern des bei einem Meßinstrument bei spielsweise zum Nachweis reflektierten Lichts eingesetzten Detektors zu vermeiden. Weiter hat man bei der Untersuchung der Kontamination von Halbleitern gefunden, daß verschiedene Kontaminationen unterschiedliche sich mit der anregenden Laserleistung nichtlinear ändernde Sekundärsignale zeigen. Damit können durch Variation der Laserleistung verschiedene Elemente voneinander getrennt werden, wodurch die Art der Kontamination besser ermittelt werden kann. Dieses Verfahren wird beispielsweise bei einem Analysegerät ELYMAT der Firma GeMeTec, Gesellschaft für Meßtechnik und Technologie mbH, Geretsrieder Str. 10a, D- 81379 München eingesetzt.In this area of application, performance fluctuations adversely affect the quality of the Measurement results. In addition, the laser is not always used in such applications operated at full power. Lower outputs are for example at very high ones sensing signals useful to overdrive the at a measuring instrument to avoid, for example, the detector used to detect reflected light. Has further one found in the investigation of the contamination of semiconductors that different Contaminations vary nonlinearly with the exciting laser power Show secondary signals. This can be done by varying the laser power Elements are separated from each other, which better determines the type of contamination can be. This method is used, for example, with an ELYMAT analysis device GeMeTec, Gesellschaft für Meßtechnik und Technologie mbH, Geretsrieder Str.10a, D- 81379 Munich used.

In der Praxis sind deshalb auch stabile Regelungen der Laserleistung bis zu 1/1000 der Maximalleistung und darunter erforderlich.In practice, therefore, stable regulation of the laser power up to 1/1000 of the Maximum power and below required.

Die in der Analytik üblicherweise verwendeten unterschiedliche Laserleistungen benötigen bei automatischen und halbautomatischen Meßgeräten zweckmäßigerweise auch eine Fernsteue rung, da die Regelschaltung zur Verringerung von Störungen in der Nähe des Lasers angeord net sein sollte, wohingegen das Steuergerät für einen Benutzer leicht zugänglich sein soll, so daß die Einstellung der Laserleistung häufig über mehrere Meter Leitungslänge erfolgen muß.The different laser powers commonly used in analysis require automatic and semi-automatic measuring devices also conveniently a remote control tion, since the control circuit is arranged to reduce interference in the vicinity of the laser should be net, whereas the control device should be easily accessible for a user, so that the setting of the laser power must often take place over a length of several meters.

Über derartig lange Leitungen kann aber der in der Regelung zur Erzeugung der Istwertspan nung erforderliche Widerstand mit unerwünschten Einstreuungen oder Brummspannungen beaufschlagt werden. Diese Störungen machen eine stabile Regelung insbesondere bei niedrigen Laserleistungen unmöglich.Such long lines can be used in the regulation for generating the actual value span required resistance with undesired interference or hum voltages be charged. These disturbances make a stable regulation especially at low ones Laser powers impossible.

Bei der vorgenannten Regelung wirken sich derartige Störungen besonders ungünstig aus. Bei einem durch eine geringe Laserleistung bedingten kleinen Pindiodenstrom muß der Widerstand für die Regelung einen hohen Wert aufweisen. Ein hoher Abschlußwiderstand für die Einstel lung der Laserleistung macht jedoch eine Regelvorrichtung für einen Einfang von Störungen besonders anfällig. Außerdem muß man bei sehr großen Widerstandswerten mit einem zusätzlichen nachteiligen Widerstandsrauschen rechnen.Such disturbances have a particularly unfavorable effect in the aforementioned regulation. At the small pin current caused by a low laser power must be the resistance have a high value for the control. A high termination resistance for the setting However, the laser power makes a control device for trapping interference particularly vulnerable. In addition, with very large resistance values you have to use a anticipate additional adverse resistance noise.

Dies wird durch Angabe einzelner Erfahrungswerte aus der Praxis näher verdeutlicht. Bei einem Analysegerät, das mit einer geregelten veränderbaren Laserleistung betriebe werden sollte, machte es die verlangte Dynamik von 1/1000 in der zu regelnden Laserleistung bei einer der vorstehend genannten Regelvorrichtungen erforderlich, den Widerstand für den Spannungs abfall des von der Pindiode erzeugten Stromes im Bereich von 1 kΩ bis 1 MΩ über eine Fernsteuerung zu variieren, damit sowohl sehr hohe durch die Laserleistung angeregte Signale als auch sehr niedrige Signale mit ausreichender Genauigkeit nachgewiesen werden konnten. Die geringe Laserleistung von 1/1000 des Maximalwertes war bei diesem Gerät auch zur Messung bestimmter Proben notwendig, damit diese bei der Messung aufgrund der Bestrahlung mit dem Laserlicht nicht zerstört wurden.This is clarified in more detail by giving individual practical experience. At an analyzer that is operated with a regulated variable laser power should, it made the required dynamic of 1/1000 in the laser power to be controlled at a of the above control devices required the resistance for the voltage drop in the current generated by the pin diode in the range of 1 kΩ to 1 MΩ over a Remote control to vary, so both very high signals excited by the laser power as well as very low signals could be detected with sufficient accuracy. The low laser power of 1/1000 of the maximum value was also for this device Measurement of certain samples is necessary so that when measuring due to radiation with which laser light was not destroyed.

Berücksichtigt man weiter, daß die zu regelnden Pindiodenströme stark variieren können, da die Laserdioden und die Pindioden große Streuungen aufweisen können und auch die optische Kopplung zwischen Laserdiode und Pindiode einen Einfluß darstellt, kommt man in der Praxis leicht auf benötigte Widerstände in der Größenordnung von mehreren 100 MΩ. Derartige Widerstände sind wegen möglicher Kriechströme sehr schlecht reproduzierbar einzustellen. Außerdem zeigen diese eine hohe thermische Drift, die eine gute Regelung praktisch unmöglich macht.If one further takes into account that the Pindiodestromen to regulate can vary strongly, because the Laser diodes and the pin diodes can have large scatterings and also the optical ones Coupling between laser diode and pin diode represents an influence, one comes in practice easily to required resistances in the order of several 100 MΩ. Such Resistors are very difficult to reproduce because of possible leakage currents. They also show a high thermal drift, which makes good regulation practically impossible makes.

Die bei geringen Laserleistungen zur Regelung benötigten Widerstandswerte im Megaohmbe reich verdeutlichen dem Fachmann besonders die Brumm- und Einstreuproblematik. Es ist weiter ersichtlich, daß das Widerstandsrauschen bei derartig hohen Widerstandswerten nicht vernachlässigbar ist.The resistance values in the megaohmbe required for low laser power control rich particularly illustrate the humming and litter problems. It is it can also be seen that the resistance noise at such high resistance values is not is negligible.

Üblicherweise wird der Fachmann zur Behebung dieser unerwünschten Störungen parallel zum Widerstand Abblockkondensatoren vorsehen. Kondensatoren, die auch eingefangene Brumm spannungen effektiv dämpfen können, benötigen aber hohe Kapazitäten, welche die Regelzeit verlängern würden. Eine sehr lange Regelzeit würde jedoch die Regelung praktisch außer Kraft gesetzt wird.Usually, the person skilled in the art will rectify these undesirable faults in parallel with Provide blocking capacitors. Capacitors that also trapped hum can effectively dampen voltages, but require high capacities, which the control time would extend. A very long regulation time would, however, practically invalidate the regulation is set.

Außerdem sollen durch die Regelung auch Überströme, welche die Laserdiode zerstören können, unterdrückt werden. Dies wird durch eine Verlangsamung der Regelung unmöglich gemacht. Gerade bei dem hohen Preis der Laserdioden kann zur Sicherung des Lasers auf eine schnelle Regelung nicht verzichtet werden.In addition, the regulation should also cause overcurrents that destroy the laser diode can be suppressed. This will be impossible if the regulation is slowed down made. Especially with the high price of the laser diodes, it can be used to secure the laser rapid regulation cannot be dispensed with.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regelvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine Last auch bei kleinen Strömen aus der Stromquelle stabil geregelt werden kann.The object of the invention is to provide a control device of the type mentioned at the outset, in which a load can be stably controlled even with small currents from the power source.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Vorrichtung eine Schaltung vorgesehen ist, die das Potential in Abhängigkeit des Ist- und/ oder des Sollwertes ändert, wobei diese Schaltung bezüglich des Vorzeichens der Änderung des Potentials so ausgelegt ist, daß das Potential bei kleineren Leistungen die Istwertspannung an der Last erhöht.The object is achieved in that a circuit in the device is provided which changes the potential as a function of the actual and / or the target value, this circuit is designed with respect to the sign of the change in potential that the potential increases the actual value voltage at the load at lower powers.

Aufgrund der Schaltung wird das am Widerstand anliegende Potential in Abhängigkeit der Soll- und/oder Istwertspannung angehoben. Dadurch ist bei kleineren Strömen aus der Stromquelle nur ein geringerer Widerstand erforderlich, um die zum Regeln verwendete Istwertspannung in einem Bereich zu halten, bei dem die Regelschaltung im wesentlichen linear und unbeeinflußt von Offsetspannungsdriften und ähnlichen Unstabilitäten arbeitet. Die oben dargestellten, aufgrund eines hohen Widerstandes entstehenden Einstreu- und Rauschprobleme können dann, weil für Widerstände kleinere Werte einsetzbar sind, vermieden werden. Blockkondensatoren zur Unterdrückung von Brummspannungen, welche die Zeitkonstante zu sehr vergrößern könnten, sind dann unnötig.Due to the circuit, the potential at the resistor is dependent on the Setpoint and / or actual value voltage raised. This means that with smaller currents Power source only a lower resistance is required to control the one used Maintain actual voltage in a range in which the control circuit is essentially linear and works unaffected by offset voltage drifts and similar instabilities. The above shown, due to a high resistance litter and noise problems can then be avoided because smaller values can be used for resistors. Block capacitors to suppress ripple voltages, which the time constant too very large, are then unnecessary.

Insbesondere läßt sich die an der Last zu regelnden Größe auch in einem weiten Bereich stabil einstellen, sogar bei zu regelnden Leistungen unter 1/1000 der Maximalleistung, wenn die Schaltung ein Potential erzeugt, welches bezüglich der Ist- oder Sollwertspannungen einer nichtlinearen Kennlinie folgt. In particular, the size to be controlled on the load can also be stable over a wide range set, even for outputs to be regulated below 1/1000 of the maximum output if the Circuit generates a potential which is related to the actual or setpoint voltages of a follows non-linear characteristic.

Aufgrund der Erfindung ist außerdem eine sehr kompakte Bauweise für die Regelvorrichtung möglich, da die erfindungsgemäß, bezüglich bestehender Regelvorrichtungen zusätzlich verwendete Schaltung im einfachsten Fall nur aus einem Transistor oder einen als integrierte Schaltung ausgeführten Operationsverstärker als aktivem Bauelement besteht. Der zusätzliche Platzbedarf ist damit wesentlich geringer als der von Blockkondensatoren von mehreren Mikrofarad, die bei der oben angegebenen und als ungünstig erkannten Alternative verwendet werden müßten. Weiter würden die erwähnten Widerstände mit Werten im Bereich von mehreren 100 MΩ zur Vermeidung von Kriechströmen viel Platz nötig machen. Durch den großen Platzbedarf bei herkömmlichen Schaltungen ließen sich auch Temperaturdriften, beispielsweise des großen Widerstands, nur schlecht ausgleichen.Due to the invention is also a very compact design for the control device possible because the invention, in addition, with respect to existing control devices In the simplest case, the circuit used only consists of a transistor or an integrated one Circuit executed operational amplifier as an active component. The additional The space requirement is therefore considerably less than that of block capacitors of several Microfarad used in the alternative mentioned above and recognized as unfavorable should be. Furthermore, the resistances mentioned would have values in the range of require a lot of space for several 100 MΩ to avoid leakage currents. By the large space requirements with conventional circuits, temperature drifts, for example, the great resistance, balance poorly.

Der zusätzliche Platzbedarf der Schaltung ist insbesondere so gering, daß er gegen die Abmessungen des zum Betrieb der Laserdiode üblicherweise erforderlichen Kühlblechs, das im wesentlichen den Platzbedarf bestimmt, nicht ins Gewicht fällt.The additional space requirement of the circuit is so small in particular that it against the Dimensions of the cooling plate usually required for operating the laser diode, which in essentially determines the space required, is not significant.

Wegen der geringen Größe ist es auch leicht möglich, die Regelschaltung in der Nähe der Laserdiode zu befestigen oder mit dieser zusammen anzuordnen, so daß auch geringe Ströme der Pindiode geregelt werden können, ohne daß Störungen befürchtet werden müssen.Because of the small size, it is also easily possible to close the control circuit To attach the laser diode or to arrange it together, so that even low currents of the pin diode can be regulated without fear of interference.

Da die Spannung zur Regelung erfindungsgemäß mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltung ohne eine Vergrößerung des Widerstandes erhöht ist, tragen Offsetspannungen der Regelschal tung beim Regeln nur unwesentlich bei. Das führt direkt zu einem Kostenvorteil, da die zur Regelung verwendbaren Operationsverstärker bezüglich der Offsetspannung nicht speziell ausgesucht werden müssen. Außerdem wird der Einfluß von Temperaturänderungen, die eine Offsetspannungsdrift zur Folge haben könnten, stark unterdrückt. Die Stabilität der erfin dungsgemäßen Regelvorrichtung ist damit gegenüber denen nach dem Stand der Technik deutlich verbessert.Since the voltage for regulation according to the invention with the aid of the circuit according to the invention without increasing the resistance, offset voltages carry the control scarf only insignificantly when regulating. This leads directly to a cost advantage because the Regulating usable operational amplifier with regard to the offset voltage is not special must be selected. In addition, the influence of temperature changes, the one Offset voltage drift could be strongly suppressed. The stability of the invent Control device according to the invention is thus compared to those according to the prior art clearly improved.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Schaltung einen Impedan zwandler zum Wandeln der Impedanz für eine dem Istwert proportionale Spannung auf. Mit Hilfe dieser Weiterbildung läßt sich eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung in besonders einfacher Weise verwirklichen, da im Prinzip nur die Istwertspannung zur Erzeugung des Potentials übertragen wird. Auch das Vorzeichen ist dann bei der Schaltung gemäß der oben angegebenen Lösung der Aufgabe richtig gewählt.According to a preferred development of the invention, the circuit has an impedance converter for converting the impedance to a voltage proportional to the actual value. With With the help of this development, a control device according to the invention can be used in particular realize in a simple manner, since in principle only the actual voltage for generating the Potential is transferred. The sign is then also in the circuit according to the above specified solution of the task correctly chosen.

Mit dem Impedanzwandler wird der Innenwiderstand zum Erzeugen des Istwerts herabgesetzt, damit das Potential mit niedrigem Innenwiderstand anliegt. With the impedance converter, the internal resistance for generating the actual value is reduced, so that the potential with low internal resistance is present.

Außerdem ist das durch diese Schaltung gewonnene Potential allein vom Istwert abhängig. Das hat gegenüber einer Schaltung, die wesentliche Teile des Sollwerts mitverarbeitet, den Vorteil, daß Änderungen des Istwerts gleichzeitig zu einer Verstärkung von Änderungen der Istwert spannung führen. Dadurch kann die nachfolgende Verstärkung der Regelschaltung verringert werden und die Linearität der Regelung ist verbessert. Außerdem ist dadurch mit einer geringeren Schwingungsneigung beim Regeln zu rechnen.In addition, the potential obtained through this circuit depends solely on the actual value. The has the advantage over a circuit that also processes essential parts of the setpoint, that changes in the actual value simultaneously with an amplification of changes in the actual value lead voltage. This can reduce the subsequent gain of the control circuit and the linearity of the control is improved. It also means that lower tendency to oscillate when regulating.

Auch mit der folgenden vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung wird eine westliche Vereinfachung einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung erreicht. Bei dieser ist ein Span nungsteiler vorgesehen, mit dem die proportionale Spannung aus der am Widerstand abfallen den Spannung gewonnen wird. Aufgrund des Spannungsteilers läßt sich die proportionale Spannung einfach und stabil, beispielsweise durch Auswahl sehr genauer Widerstände, gewinnen.With the following preferred further development of the invention, too, a western one Simplification of a control device according to the invention achieved. With this is a chip voltage divider provided with which the proportional voltage drop from that across the resistor the tension is gained. Due to the voltage divider, the proportional Voltage simple and stable, for example by selecting very precise resistors, win.

Bei einer fortgesetzten bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Spannungsteiler einen in Reihe geschalteten von der Fernsteuerung unbeeinflußten Widerstand auf, durch den eine Spannungsteilung vorgegeben ist, aufgrund der eine Mindestleistung der Last durch Fernsteuerung des Widerstandsnetzwerks nicht unterschreitbar ist. Dieser Vorwiderstand ist vor allem bei der Regelung von Laserdioden vorteilhaft. Damit bei einem Halbleiterlaser Lichtverstärkung (Lasen) auftritt, ist eine Mindestleistung erforderlich. Aufgrund des darge stellten, geeignet dimensionierten Festwiderstands, wird diese beim Fernsteuern nicht unter schritten. Für die Fernsteuerung steht bei Vorsehen dieses Festwiderstands in vorteilhafter Weise ein wesentlich größerer Regelbereich zur Verfügung.In a further preferred development of the invention, the voltage divider has a series resistor, unaffected by the remote control, through which a voltage division is specified on the basis of a minimum power of the load Remote control of the resistance network is not undercut. This series resistor is especially advantageous when regulating laser diodes. So with a semiconductor laser Light amplification (reading) occurs, a minimum power is required. Because of the darge provided, suitably dimensioned fixed resistance, this is not under remote control steps. If this fixed resistor is provided, it is advantageous for remote control Way a much larger control range available.

Bei einer anderen fortgesetzten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Konstantspan nungserzeuger für den Sollwert vorgesehen und der Spannungsteiler zur Einstellung der Leistung an der Last veränderbar. Aufgrund dessen wird der Sollwert auf eine feste Spannung eingestellt und allein durch eine Änderung des Istwertes geregelt. Würde die Last durch eine Veränderung des Sollwerts geregelt, käme man, wenn beispielsweise eine Versorgungsspan nung von 5 V vorgesehen wäre, bei einer verlangten Dynamik von 1/1000 bezüglich der Änderung der über die Last gesteuerten Größe auf Spannungen unter 5 mV, die noch gut genug geregelt werden müssen. Dies würde hohe Anforderungen an die verwendeten Bauteile und die Unterdrückung von Brummanteilen auf der Versorgungsspannung stellen.In another continued advantageous development of the invention is a constant chip Power generator provided for the setpoint and the voltage divider for setting the Power can be changed at the load. Because of this, the setpoint is set to a fixed voltage set and regulated solely by changing the actual value. Would the burden of one A change in the setpoint would occur if, for example, a supply chip voltage of 5 V would be provided, with a required dynamic of 1/1000 with respect to the Change the size controlled by the load to voltages below 5 mV, which is still good enough must be regulated. This would place high demands on the components used and the Set suppression of hum components on the supply voltage.

Dagegen wird entsprechend der Weiterbildung der Erfindung im Regelzweig des Istwerts gearbeitet. Dann kann die Regelvorrichtung so ausgelegt werden, daß die Last immer aufgrund von Spannungen im Voltbereich geregelt wird. Die Regelung und Brummunterdrückung wird daher aufgrund der Weiterbildung der Erfindung in vorteilhafter Weise verbessert.In contrast, according to the development of the invention, the control branch of the actual value worked. Then the control device can be designed so that the load is always due is regulated by voltages in the volt range. The regulation and hum suppression will therefore improved due to the development of the invention in an advantageous manner.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung enthält der Konstantspannungserzeuger eine Bandgapreferenz oder eine Diode, insbesondere eine Zenerdiode, oder eine Reihenschal tung von Dioden und/oder Bandgapreferenzen, deren Temperaturkoeffizient so gewählt ist, daß die mit dieser oder diesen erzeugte Sollwertspannung eine Istwertänderung des Stromes aus der Stromquelle aufgrund von Temperaturänderungen ausgleicht, wobei eine thermische Kopplung zwischen Stromquelle und der Diode oder der Reihenschaltung von Diode vorgesehen ist.In a preferred development of the invention, the constant voltage generator contains a band gap reference or a diode, in particular a zener diode, or a series scarf device of diodes and / or band gap references, the temperature coefficient of which is chosen so that the setpoint voltage generated with this or these an actual value change of the current from the Power source balances due to temperature changes, with thermal coupling is provided between the current source and the diode or the series connection of diodes.

Dadurch ergibt sich eine besonders einfache Ausführung der Regelvorrichtung mit geringem Platzbedarf. Außerdem lassen sich Temperaturänderungen in der Regelvorrichtung durch Auswahl der Temperaturkoeffizienten auch besonders einfach und gut kompensieren, wenn diese Dioden mit der Stromquelle thermisch gekoppelt sind, denn bei der Regelung von Laserdioden überträgt sich die durch die Laserleistung erzeugte hohe Wärmemenge direkt auf die im gleiche Gehäuse angeordnete Pindiode. In einem praktischen Ausführungsbeispiel wurden mit der Bandgapreferenz ZN 404 von Ferranti sehr gute Erfahrungen gemacht.This results in a particularly simple design of the control device with little Space requirements. In addition, temperature changes can be carried out in the control device Selection of the temperature coefficients also particularly easy and well compensate, if these diodes are thermally coupled to the current source, because in the regulation of Laser diodes directly transfer the high amount of heat generated by the laser power the pin diode arranged in the same housing. In a practical embodiment were very good experiences with the Ferranti band gap reference ZN 404.

Bei einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung ist der Spannungsteiler ein fernsteuerba res Widerstandsnetzwerk. Damit läßt sich auch die vorhergehend angesprochene Fernsteuer barkeit in einfacher Weise realisieren.In a preferred development of the invention, the voltage divider is a remotely controllable res resistance network. This also enables the remote control mentioned above Realize availability in a simple manner.

Da der Spannungsteiler als fernsteuerbares Netzwerk ausgebildet wird, lassen sich auch die vorhergehenden Vorteile auch auf eine fernsteuerbare Regelvorrichtung übertragen. Vor allem die verringerte thermische Drift bei hohem Widerstandswert zur Erzeugung der Istwertspan nung und die verringerte Brummanfälligkeit der durch die beschriebene Spannungsteilung erfolgende Erhöhung des Istwerts ist für die Fernsteuerung wichtig und verringert die in Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschriebenen Nachteile wirksam. Der Spannungs teiler liegt auch nicht im Stromkreis des Stromgenerators, so daß er beliebig niederohmig ausgeführt werden kann, wodurch die dargestellten Störungen ebenfalls effektiv unterdrückt werden können.Since the voltage divider is designed as a remotely controllable network, the previous advantages also transferred to a remotely controllable control device. Especially the reduced thermal drift with a high resistance value to generate the actual value span voltage and the reduced susceptibility to hum due to the voltage division described increasing the actual value is important for the remote control and reduces the in Effective in connection with the prior art described disadvantages. The tension divider is not in the circuit of the power generator, so that it has any low resistance can be carried out, which also effectively suppresses the interference shown can be.

Prinzipiell könnte man den Spannungsteiler auch analog einstellen. Für eine geringere Störanfälligkeit ist es jedoch besonders günstig, wenn ein paralleles oder serielles digitales Interface zur Fernsteuerung des Widerstandsnetzwerkes vorgesehen ist. In principle, you could also set the voltage divider analog. For a lesser However, it is particularly favorable if a parallel or serial digital is susceptible to interference Interface for remote control of the resistance network is provided.

Eine digitale Steuerung ermöglicht üblicherweise einen großen Störabstand. Zur weiteren Verbesserung können die einzelnen Bits eines zur Steuerung verwendeten Datenwortes in die Regelvorrichtung in einfacher Weise optisch eingekoppelt werden. Die Störunanfälligkeit der Regelvorrichtung kann so noch weiter verringert werden.A digital control usually enables a large signal-to-noise ratio. For further The individual bits of a data word used for control can be improved in the Control device can be optically coupled in a simple manner. The immunity to interference of the Control device can be reduced even further in this way.

Aufgrund der dargestellten digitalen Steuerung läßt sich die Vorrichtung auch in einfacher Weise von einem Computer aus fernsteuern, was die Automatisierung eines eingangs genannten analytischen Meßgerätes wesentlich vereinfacht.Due to the digital control shown, the device can also be simplified Remote control from a computer, which is the automation of an input analytical measuring device significantly simplified.

Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zum Erzeugen der dem Istwert proportionalen Spannung an der Regelschaltung ein impedanzwandelnder Verstärker vorgese hen. Mit diesem koppelt man zur Regelung des Istwertes niederohmiger ein, was die Störunan fälligkeit der Regelvorrichtung verbessert. Legt man den Verstärker auch mit einem Verstär kungsfaktor größer eins aus, wird die Istwertänderung erhöht, so daß für die nachfolgende Regelschaltung ein geringere Regelverstärkung verwendet werden kann, wodurch eine eventuelle Schwingungsneigung verringert wird.In another advantageous development of the invention, the actual value is generated proportional voltage on the control circuit an impedance converting amplifier hen. This is used to control the actual value with a low impedance, which causes the fault maturity of the control device improved. If you put the amplifier with an amplifier kung factor greater than one, the actual value change is increased so that for the subsequent Control circuit a lower control gain can be used, creating a possible tendency to vibrate is reduced.

Weiter ermöglicht es die Verstärkung in diesem Zweig auch, den Wert für den Widerstand zur Erzeugung der Istwertspannung über einen Spannungsabfall weiter herabzusetzen, was die Störanfälligkeit nach dem vorher Gesagten ebenfalls wirkungsvoll verringert.Furthermore, the gain in this branch also enables the value for the resistance to be reduced Generation of the actual voltage over a voltage drop further reduce what the Susceptibility to faults is also effectively reduced according to what has been said.

Bei einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Vorzeichen der Regelung bei der Regelschaltung so gewählt ist, daß die Stromquelle und die am Ausgang der Regelschaltung vorgesehene Last mit einem gleichen Pol einer Spannungsversorgung für die Vorrichtung verbunden sind.Another preferred development of the invention provides that the sign the control in the control circuit is chosen so that the current source and the output the control circuit provided load with a same pole of a power supply for the device are connected.

Eine derartige Regelvorrichtung eignet sich besonders gut für den Einsatz bei der Regelung von Laserdioden, denn Pindioden und Laserdioden werden häufig im gleichen Gehäuse ausgeliefert. Dabei werden auch dreipolige Bauformen bevorzugt, bei denen ein Anschluß der Pindiode mit einem Anschluß der Laserdiode verbunden ist, der als gemeinsamer Anschluß aus dem Gehäuse herausgeführt ist. Derartige Laserdioden lassen sich aufgrund der Weiterbildung in einfacher Weise mit Hilfe der Regelvorrichtung betreiben.Such a control device is particularly well suited for use in the control of Laser diodes, because pin diodes and laser diodes are often delivered in the same housing. Three-pole designs are preferred, in which a connection of the pin diode with a connection of the laser diode is connected, which as a common connection from the housing is brought out. Such laser diodes can be simpler due to the training Operate way with the control device.

Für die Regelung von Laserdioden ist die Regelvorrichtung gemäß einer bevorzugten Weiter bildung der Erfindung so ausgestaltet, daß die Stromquelle eine an einem Potential betriebene Pindiode und die Last eine Laserdiode ist. For the control of laser diodes, the control device is according to a preferred further Education of the invention designed so that the current source is operated at a potential Pin diode and the load is a laser diode.

Die Störanfälligkeit ist dann besonders gering, wenn die Regelschaltung und eine Einrichtung zur Generierung des Istwertes in geringem räumlichen Abstand voneinander angeordnet sind. Deshalb ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Stromquelle mit der Regelschaltung auf einer gemeinsamen Platine angeordnet ist.The susceptibility to faults is particularly low if the control circuit and a device are arranged to generate the actual value at a small spatial distance from one another. Therefore, according to a preferred development of the invention, it is provided that the Current source with the control circuit is arranged on a common circuit board.

Mit Hilfe der Platine kann man auch erreichen, daß der gesamte Laser mit Fernsteuerung als kompakte Baueinheit ausgeführt ist. Die dann mögliche Nähe der einzelne Baugruppen verringert aber nicht nur die Störanfälligkeit, sondern verbessert ebenfalls die thermische Kopplung der einzelnen Bauelemente, was einen gezielten Ausgleich thermischer Driften erlaubt. Diesbezüglich wurde oben schon eine Auswahl der Temperaturkoeffizienten von Dioden genannt.With the help of the board you can also achieve that the entire laser with remote control as compact unit is executed. The possible proximity of the individual assemblies not only reduces the susceptibility to faults, but also improves the thermal Coupling of the individual components, which specifically compensates for thermal drifts allowed. In this regard, a selection of the temperature coefficients of Called diodes.

In gleicher Weise wird die Erfindung bezüglich der Fernsteuerung vorteilhaft weitergebildet, wenn auf der Platine eine Eingabeeinrichtung für digitale Signale zur ferngesteuerten Einstel lung des Sollwertes oder zur Teilung des Istwertes vorgesehen ist.In the same way, the invention is advantageously further developed with regard to remote control, if on the board an input device for digital signals for remote control adjustment the setpoint or to divide the actual value.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der folgenden Beschrei bung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:Further advantages and features of the invention also result from the following description Exercise of embodiments in connection with the drawing. Show it:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels zur Darstel lung der prinzipiellen Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Re gelvorrichtung, Fig. 1 is a schematic diagram of an embodiment for depicting development of the basic operation of a Re gel apparatus according to the invention,

Fig. 2 ein spezielles Ausführungsbeispiel mit konstanter Referenzspannung für den Sollwert, Fig. 2 shows a specific embodiment of a constant reference voltage for the target value,

Fig. 3 verschiedene Zusammenschaltungen von Pindioden und Laserdioden, die in erfindungsgemäßen Regelvorrichtungen eingesetzt werden kön nen. Fig. 3 different interconnections of pin diodes and laser diodes, which NEN can be used in control devices according to the invention.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Regelvorrichtung, die es gestattet, sowohl das Grundprinzip der Erfindung besser zu verstehen als auch den Unterschied zum Stand der Technik zu verdeutlichen. Fig. 1 shows a schematic representation of a control device that allows both to better understand the basic principle of the invention and to clarify the difference from the prior art.

Eine Last 10 wird üblicherweise mit Hilfe einer Regelschaltung 12 gesteuert. Die mit Hilfe der Regelschaltung 12 erzeugte Steuergröße für die Last wird aufgrund eines Vergleichs einer Sollwertspannung mit einer Istwertspannung geregelt. Die Istwertspannung wird dabei aus der Messung und Spannungsumsetzung der an der Last 10 zu regelnde Größe gewonnen. Bei erfindungsgemäßen Regelvorrichtungen ist ein Stromgenerator 14 vorgesehen, der einen dem Istwert proportionalen Strom erzeugt und der über die nachgeschalteten Schaltungsteile, die im folgenden detaillierter beschrieben werden, in die zur Regelung verwendete Istwertspannung umgesetzt wird.A load 10 is usually controlled using a control circuit 12 . The control variable generated by means of the control circuit 12 for the load is controlled on the basis of a comparison of a setpoint value with an actual-value voltage. The actual value voltage is obtained from the measurement and voltage conversion of the variable to be controlled at the load 10 . In the control devices according to the invention, a current generator 14 is provided which generates a current proportional to the actual value and which is converted into the actual value voltage used for control via the downstream circuit parts, which are described in more detail below.

Mit Hilfe der Regelschaltung 12 wird die Last 10 so gesteuert, daß die Differenzspannung zwischen Sollwertspannung und Istwertspannung minimal wird. Prinzipiell kann man für die Regelschaltung 12 einen Differenzverstärker hoher Verstärkung einsetzen. Bei geringen Regelanforderungen sind aber auch einzelne Transistoren oder andere, eine Verstärkung ermöglichende aktive Bauelemente zur Verwirklichung der Regelschaltung 12 verwendbar.With the help of the control circuit 12 , the load 10 is controlled so that the differential voltage between the setpoint voltage and the actual value voltage is minimal. In principle, a differential amplifier of high gain can be used for the control circuit 12 . In the case of low control requirements, however, individual transistors or other active components that enable amplification can also be used to implement the control circuit 12 .

Die Istwertspannung wird bei den die Erfindung betreffenden Schaltungen aus einem Span nungsabfall eines aus einem an einem Pol 15 der Spannungsversorgung liegenden Stromgenera tor 14 stammenden Stromes an einem Widerstand 16, der gegen ein Potential an einem Pol 17 geschaltet ist, gewonnen. Der Spannungsabfall kann weiter mit Hilfe eines impedanzwandeln den Verstärkers 18 zur Regelschaltung 12 übertragen werden, wodurch auch hohe Werte für den Widerstand 16 möglich sind.The actual value voltage is obtained in the circuits relating to the invention from a voltage drop in a current originating from a current generator 14 lying on a pole 15 of the voltage supply to a resistor 16 which is connected to a potential at a pole 17 . The voltage drop may continue by means of an impedance-convert the amplifier 18 to the control circuit 12 are transmitted, thus also high values for the resistor 16 are possible.

Wie eingangs schon dargestellt wurde, sind bei dieser Art der Regelung für kleine Ströme sehr hohe Werte des Widerstands 16 erforderlich, um einen genügend hohen Spannungspegel für eine gute Regelung zu erreichen. Dieser hohe Widerstandswert macht die Regelung für Störungen, wie den Einfang von Hochfrequenz, einen Brumm oder Rauschen, empfindlich.As already mentioned at the beginning, very high values of the resistor 16 are required in this type of control for small currents in order to achieve a sufficiently high voltage level for good control. This high resistance value makes the control sensitive to disturbances such as the capture of high frequencies, hum or noise.

Erfindungsgemäß ist dagegen eine Schaltung 20 vorgesehen, die das Potential am Pol 17 und damit an einem Anschluß des Widerstands 16 erhöht, wenn der den Istwerts repräsentierenden, vom Stromgenerator 14 erzeugten Strom zu gering wird. Deshalb kann der Wert des Wider stands 16 entsprechend niedrig gehalten werden und muß bei geringen Strömen, wie es nach dem Stand der Technik üblich ist, nicht erhöht werden. Das verringert die Störanfälligkeit wesentlich.According to the invention, on the other hand, a circuit 20 is provided which increases the potential at the pole 17 and thus at a connection of the resistor 16 when the current generated by the current generator 14 representing the actual value becomes too low. Therefore, the value of the resistance 16 can be kept correspondingly low and does not have to be increased at low currents, as is customary in the prior art. This significantly reduces the susceptibility to faults.

Das Potential am Pol 17 wird aufgrund von Soll- und/oder Istwert geändert, welche die wesentlichen Parameter sind, mit denen die Regelvorrichtung zur Änderung der an der Last 10 zu steuernden Größe und damit des Stromes aus dem Stromgenerator 14 eingestellt wird.The potential at the pole 17 is changed on the basis of the setpoint and / or actual value, which are the essential parameters with which the control device is set to change the variable to be controlled on the load 10 and thus the current from the current generator 14 .

Die Wirkung der Schaltung 20 soll im folgenden anhand dreier Beispiele für die unterschiedli che Auslegung bei Soll- und Istwertspannung deutlich gemacht werden. The effect of the circuit 20 is to be made clear in the following using three examples for the different design for setpoint and actual value voltage.

Wird die Spannung am Pol 17 mit dem Sollwert angehoben, ergibt sich eine vergrößerte Spannung am Istwerteingang der Regelschaltung 12. Bei sehr geringen Strömen ist dann allerdings die Änderung am Istwerteingang der Regelschaltung 12 ebenfalls gering, so daß die Regelung auch von eventuellen Offsetspannungsdriften der Regelschaltung 12 mit beeinflußt wird.If the voltage at pole 17 is raised by the setpoint, there is an increased voltage at the actual value input of control circuit 12 . With very low currents, however, the change at the actual value input of the control circuit 12 is then also small, so that the control is also influenced by possible offset voltage drifts of the control circuit 12 .

Bei Steuerung der Schaltung 20 über den Sollwert ist es deshalb günstig, auch den impedanz wandelnden Verstärker 18 mit einem hohen Verstärkungsfaktor auszulegen. Die Spannung am Pol 17 wird dann aufgrund der Schaltung 20 für hohe Sollwerte erniedrigt und kann sogar die Polarität ändern, um bei diesen Bedingungen ein Übersteuern des impedanzwandelnden Verstärkers 18 und der Regelschaltung 12 zu vermeide.When the circuit 20 is controlled via the setpoint, it is therefore favorable to also design the impedance converting amplifier 18 with a high amplification factor. The voltage at the pole 17 is then reduced due to the circuit 20 for high setpoints and can even change the polarity in order to avoid overdriving the impedance converting amplifier 18 and the control circuit 12 under these conditions.

Dagegen erhöht eine im wesentlichen über die Istwertspannung erfolgende Ansteuerung der Schaltung 20 die Istwertspannung selbst, so daß sich automatisch eine Verstärkung bei Verkleinerung der Istwertströme ergibt. Dies wird im Beispiel von Fig. 2 noch eingehender beschrieben.In contrast, a control of the circuit 20 essentially via the actual value voltage increases the actual value voltage itself, so that there is automatically an amplification when the actual value currents are reduced. This is described in more detail in the example of FIG. 2.

Die drei Beispiele zeigen, daß das Potential am Pol 17 sowohl durch Sollwertspannung als auch Istwertspannung für eine günstigere Regelung verändert werden kann. Selbstverständlich kann auch eine Kombination dieser drei Beispiele gewählt werden. Insbesondere soll hier auch auf die Möglichkeit hingewiesen werden, daß bei Vorsehen nichtlinearer Übertragungsfunktionen für die Ausgangsspannung in Abhängigkeit der Ist- und/oder Sollwertspannung bei der Schaltung 20 die an der Last zu regelnden Größe auch optimal bei 1/1000 der maximalen Lastleistung oder darunter stabilisiert werden kann. Dies ist bei herkömmlichen, die Schaltung 20 nicht verwendenden Regelvorrichtungen mit ähnlich geringem Schaltungsaufwand kaum möglich.The three examples show that the potential at pole 17 can be changed by a setpoint voltage as well as an actual value voltage for more favorable regulation. A combination of these three examples can of course also be chosen. In particular, reference should also be made here to the possibility that if nonlinear transfer functions for the output voltage are provided as a function of the actual and / or setpoint voltage in the circuit 20, the variable to be regulated at the load is also optimally stabilized at 1/1000 of the maximum load power or below can be. This is hardly possible with conventional control devices that do not use the circuit 20 with a similarly low circuit complexity.

In Fig. 2 ist beispielsweise eine Schaltung gezeigt, die allein den Istwert zur Ansteuerung der Schaltung 20 verwendet. Diese Schaltung 20 wurde schon mit guten Ergebnissen zum Regeln der Leistung einer Laserdiode 32 in einem analytischen Instrument versuchsweise eingesetzt, wobei außerordentlich gute Stabilitäten auch bei geringen Laserleistungen erreicht wurden.A circuit is shown in FIG. 2, for example, which uses only the actual value to control the circuit 20 . This circuit 20 has already been used on a trial basis with good results for regulating the power of a laser diode 32 in an analytical instrument, with extraordinarily good stabilities being achieved even at low laser powers.

Die Last 10 ist hier eine Laserdiode 32. Die Sollwertspannung wird bei dieser Schaltung als Referenzspannung konstant gehalten. Die Einstellung des Istwertes erfolgt durch einen Spannungsteiler 30, der die Spannung am Istwerteingang der Regelschaltung 12 herunterteilt. The load 10 here is a laser diode 32 . The setpoint voltage is kept constant as a reference voltage in this circuit. The actual value is set by a voltage divider 30 , which divides the voltage at the actual value input of the control circuit 12 .

Der Stromgenerator 14 wird durch die mit der Laserdiode 32 im gleichen Gehäuse befindlichen Pindiode 34, die in Sperrichtung über Widerstände 35, 36, 38 an der Versorgungsspannung liegt, gebildet. Der von der Pindiode 34 erzeugte Sperrstrom ist von der Lichtleistung der Laserdiode 32 abhängig, deren Lichtmenge zum Teil auf die Sperrschicht der Pindiode 34 fällt.The current generator 14 is formed by the pin diode 34 , which is located in the same housing with the laser diode 32 and is connected to the supply voltage in the reverse direction via resistors 35 , 36 , 38 . The reverse current generated by the pin diode 34 is dependent on the light output of the laser diode 32 , the amount of light of which partially falls on the barrier layer of the pin diode 34 .

Die Leistung der Laserdiode 32 wird digital über mehrere das Widerstandsverhältnis des Spannungsteilers verändernde digitale Logikpegel auf Datenleitungen 39 eingestellt. Im Ausführungsbeispiel wurde für den Spannungsteiler und die digitale Einstellung ein multiplizie render D/A-Wandler vom Typ MAX 543 eingesetzt, der auch schon ein serielles Interface zur Kommunikation mit einem Computer aufweist. Dieses seriellen Interfaces wurde zur Fernsteue rung der Regelvorrichtung mittels eines Computers verwendet.The power of the laser diode 32 is set digitally via a plurality of digital logic levels on data lines 39 which change the resistance ratio of the voltage divider. In the exemplary embodiment, a multiplier render D / A converter of the type MAX 543 was used for the voltage divider and the digital setting, which also already has a serial interface for communication with a computer. This serial interface was used for remote control of the control device by means of a computer.

Der genannte D/A-Wandler erzeugt einen einer Referenzspannung proportionalen Strom, wobei der Proportionalitätsfaktor digital eingestellt wird. Zur Erzeugung der Eingangsspannung für die Schaltung 20 wurde mit diesem Strom ein Spannungsabfall an einem 10 kΩ Widerstand erzeugt.The aforementioned D / A converter generates a current proportional to a reference voltage, the proportionality factor being set digitally. To generate the input voltage for the circuit 20 , a voltage drop across a 10 kΩ resistor was generated with this current.

Bei der Auslegung des Spannungsteilers 30 kann auch berücksichtigt werden, daß zur Lichtverstärkung beim Laser eine gewisse Mindestleistung erforderlich ist, die Laserdiode also nur oberhalb einer geeigneten Ansteuerleistung "last". Diese Mindestleistung kann, wie dargestellt, durch einen Festwiderstand eingestellt werde. Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 3 kann ein derartiger Festwiderstand in Reihe mit dem Spannungsteiler 30 am Ausgang des Operationsverstärkers 40 eingefügt werden.When designing the voltage divider 30, it can also be taken into account that a certain minimum power is required for light amplification in the laser, ie the laser diode only "loads" above a suitable control power. As shown, this minimum power can be set by a fixed resistor. In the embodiment of FIG. 3, such a fixed resistor may be in series with the voltage divider 30 is inserted at the output of the operational amplifier 40 are.

Die Bezeichnung "Fest" für den "Festwiderstand" bedeutet in diesem Zusammenhang nur, daß an ihm bei der Spannungsteilung durch den Spannungsteiler 30 eine von der Fernsteuerung unbeeinflußte Spannung abfällt. Will man die Regelvorrichtung nach Fig. 3 für verschiedenen Lasertypen oder bei großen Streuungen der Laser eines Typs auf eine Mindestleistung festlegen, kann der "Festwiderstand" durchaus auch ein Potentiometer sein.In this context, the term "fixed" for the "fixed resistor" only means that when the voltage is divided by the voltage divider 30, a voltage which is not influenced by the remote control drops. If the control device according to FIG. 3 is to be set to a minimum power for different laser types or in the case of large scattering of the lasers of one type, the “fixed resistance” can also be a potentiometer.

Bevor die Eigenschaften der Regelvorrichtung von Fig. 2 näher erläutert werden, soll kurz beschrieben werden, welche Bauelemente den schematisch in Fig. 1 dargestellten Baueinheiten entsprechen.Before the properties of the control device of FIG. 2 are explained in more detail, it should be briefly described which components correspond to the structural units shown schematically in FIG. 1.

Der Widerstand 16 wird durch die Reihenschaltung der Widerstände 35 und 36 gebildet. Mit Hilfe des Widerstandes 35 kann zwar wie im Stand der Technik die zu regelnde Laserleistung eingestellt werden. Hier dient er jedoch nur der Anpassung der Regelvorrichtung nach Fig. 2 auf verschiedene Laserdioden- und Pindiodentypen und zum Ausgleich von Streuungen bei verschiedenen Exemplaren des gleichen Typs. Erfahrungsgemäß sind bei Laserdioden, die mit den zur Regelung verwendeten Pindioden im gleichen Gehäuse untergebracht sind, beim gleichen Typ und gleicher Laserleistung Variationen des Pindiodenstroms zwischen 1 mA und 20 µA möglich.The resistor 16 is formed by the series connection of the resistors 35 and 36 . With the help of the resistor 35 , the laser power to be regulated can be set as in the prior art. Here, however, it only serves to adapt the control device according to FIG. 2 to different types of laser diode and pin diode and to compensate for scatter in different examples of the same type. Experience has shown that laser diodes, which are housed in the same housing with the pin diodes used for control, can vary the pin diode current between 1 mA and 20 µA with the same type and the same laser power.

Beim Ausführungsbeispiel konnte der Widerstand 16, also die Reihenschaltung von Widerstand 36 und 35, in einem Bereich von 1 kΩ bis 40 kΩ mit einem Zehngangtrimmer eingestellt werden. Aufgrund des Zehngangtrimmers konnte sehr empfindlich zum Ausgleich der oben genannten Pindiodenstromvariationen abgestimmt werden.In the exemplary embodiment, the resistor 16 , that is to say the series connection of resistors 36 and 35 , could be set in a range from 1 kΩ to 40 kΩ with a ten-speed trimmer. Due to the ten-speed trimmer, it was possible to tune very sensitively to compensate for the above-mentioned pin diode current variations.

Der impedanzwandelnde Verstärker 18 ist durch den stark gegengekoppelten Operationsver stärker 40 mit dem Vorwiderstand 41 verwirklicht. Aufgrund der in Fig. 2 erkennbaren starken Gegenkopplung wird dieser Operationsverstärker 40 nur mit der Verstärkung 1 betrieben und ist so nur als Impedanzwandler wirksam.The impedance converting amplifier 18 is realized by the strongly negative-coupled Operationsver 40 with the series resistor 41 . Due to the strong negative feedback which can be seen in FIG. 2, this operational amplifier 40 is operated only with the gain 1 and is thus only effective as an impedance converter.

Die Regelschaltung 12 ist durch einen Operationsverstärker 42, einen Transistor 44, und die Widerstände 46 und 47 verwirklicht. Der Transistor wandelt die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers in einen Strom um, da sich Laserdioden 32 wesentlich besser über einen Strom als durch eine Spannung steuern lassen. Der Widerstand 46 hatte im Ausführungsbei spiel einen Wert von 330 kΩ, während für den Widerstand 47 ein Wert von 2,2 KΩ gewählt wurde, woraus sich eine Regelverstärkung von 150 ergibt.The control circuit 12 is implemented by an operational amplifier 42 , a transistor 44 , and the resistors 46 and 47 . The transistor converts the output voltage of the operational amplifier into a current, since laser diodes 32 can be controlled much better by a current than by a voltage. The resistor 46 had a value of 330 kΩ in the exemplary embodiment, while a value of 2.2 KΩ was chosen for the resistor 47 , which results in a control gain of 150.

Als Operationsverstärker 40 und 42 wurden zwei gemeinsam in einer integrierten Schaltung vorgesehene Operationsverstärker vom Typ LM 258 eingesetzt. Mit Hilfe dieser Verstärker ist auch eine Regelung bei einer einzigen 5 V Versorgungsspannung möglich.Two operational amplifiers of the type LM 258 provided in an integrated circuit were used as operational amplifiers 40 and 42 . With the help of these amplifiers, regulation is also possible with a single 5 V supply voltage.

Die Schaltung 20 wurde beim Ausführungsbeispiel von Fig. 2 durch den Spannungsteiler 30, den als Impedanzwandler geschalteten Operationsverstärker 48 und den Widerstand 38 mit einem Wert von 100 Ω realisiert. Dieser Widerstand wurde außerordentlich niederohmig gewählt, damit das Potential am Pol 17 gegenüber den Widerständen 36 und 35 nur einen kleinen Innenwiderstand hat. Dieser Widerstand 38 wurde eingefügt, da der Ausgang des Operationsverstärkers 48 auch negative Ausgangsspannungen liefern kann.The circuit 20 was implemented in the embodiment of FIG. 2 by the voltage divider 30 , the operational amplifier 48 connected as an impedance converter and the resistor 38 with a value of 100 Ω. This resistance was chosen to be extremely low, so that the potential at pole 17 has only a small internal resistance compared to resistors 36 and 35 . This resistor 38 was inserted because the output of the operational amplifier 48 can also supply negative output voltages.

Weiter weist die Regelvorrichtung nach Fig. 2 eine aus einer Zenerdiode 50 und einen gegen die Versorgungsspannung geschalteten Widerstand 52 auf, mit denen eine Referenzspannung von 1,26 V erzeugt wurde. Wenn die Zenerdiode 50 oder eine Zusammenschaltung aus Zenerdioden und Dioden bezüglich der Temperaturkoeffizienten der Pindiode angepaßt und mit dieser thermisch gekoppelt ist, kann auch eine vorzügliche Temperaturstabilisierung der Regelvorrich tung erreicht werden. Allerdings wurde in einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel, statt der Zenerdiode 50 die Bandgapreferenz ZN 404 von Ferranti eingesetzt, mit der auch sehr gute Erfahrungen bezüglich Temperaturstabilität ohne thermische Kopplung mit der Laserdiode gemacht wurden.Next, the control device according to Fig. 2, one of a zener diode 50 a connected to the supply voltage and resistor 52, with which a reference voltage generated by 1.26 V. If the Zener diode 50 or an interconnection of Zener diodes and diodes is adjusted with respect to the temperature coefficients of the pin diode and thermally coupled to the latter, an excellent temperature stabilization of the control device can also be achieved. However, in another exemplary embodiment, not shown, the band gap reference ZN 404 from Ferranti was used instead of the Zener diode 50 , with which very good experiences were also made with regard to temperature stability without thermal coupling with the laser diode.

Außerdem ist eine Schutzschaltung 54 für die Laserdiode 32 vorgesehen. Die Schutzschaltung 54 leitet einen Teil des Stromes ab, wenn die Spannung an der Laserdiode 32 zu hoch wird, um diese vor Zerstörung zu bewahren.A protective circuit 54 is also provided for the laser diode 32 . The protection circuit 54 derives part of the current when the voltage on the laser diode 32 becomes too high to prevent it from being destroyed.

Die gewünschte Laserleistung wird mit dem Spannungsteiler 30 vorgegeben. Aufgrund der Regelung über den Verstärker 42 wird die Laserleistung immer so eingestellt, daß die Pindiode eine derart große Lichtmenge erhält, daß sich am Ausgang des Verstärkers 40 immer eine der Referenzspannung gleiche Istwertspannung ergibt.The desired laser power is specified with the voltage divider 30 . Due to the regulation via the amplifier 42 , the laser power is always set in such a way that the pin diode receives such a large amount of light that an actual value voltage equal to the reference voltage always results at the output of the amplifier 40 .

Setzt der Spannungsteiler 30 die vom impedanzwandelnden Verstärker 18 erzeugte Spannung stark herab, ist das am Pol 17 erzeugte Potential niedrig. Die Laserleistung muß dann sehr groß sein, damit an den Widerständen 35 und 36 ein entsprechender Spannungsabfall erzeugt wird. Ist die Spannungsteilung dagegen in der Größenordnung 1, liegt das Potential am Pol 17 schon annähernd in der Nähe der Referenzspannung, so daß schon kleine Pindiodenströme zum Erzeugen der benötigten Istwertspannung ausreichen.If the voltage divider 30 greatly reduces the voltage generated by the impedance converting amplifier 18 , the potential generated at the pole 17 is low. The laser power must then be very large so that a corresponding voltage drop is generated at the resistors 35 and 36 . If, on the other hand, the voltage division is of the order of magnitude 1 , the potential at pole 17 is almost close to the reference voltage, so that even small Pindiode currents are sufficient to generate the required actual value voltage.

Im folgenden wird eine einfache Beziehung für die Istwertspannung hergeleitet, die einen für die Stabilität der Regelung weiteren wesentlichen Aspekt bezüglich der Verstärkung der aus Widerstand 16, dem verstärkenden Impedanzwandler 18 und der Schaltung 20 bestehenden Teilschaltung verdeutlicht:In the following, a simple relationship is derived for the actual value voltage, which clarifies a further essential aspect for the stability of the control with regard to the amplification of the subcircuit consisting of resistor 16 , the amplifying impedance converter 18 and the circuit 20 :

Werden mit I der Pindiodenstrom, mit U die Spannung am Pol 17 und mit R der Gesamtwider stand der Widerstände 35 und 36 bezeichnet, ergibt sich für die Istwertspannung U_ist am Ausgang des Verstärkers 40, unter Betrachtung des mit der Reihenschaltung der Widerstände 35 und 36 und der Pindiode 34 gebildeten Stromwegs:
If I denote the pin diode current, U the voltage at the pole 17 and R the total resistance of the resistors 35 and 36 , the actual value voltage U _ist at the output of the amplifier 40 , taking into account that with the series connection of the resistors 35 and 36 and the current path formed by the pin diode 34 :

U_ist = R . I + U
U _is = R. I + U

Andererseits gilt wegen der Spannungsteilung des Spannungsteilers 30 mit dem Teilungsfaktor t:
On the other hand, because of the voltage division of the voltage divider 30 with the division factor t:

U = U_ist . t
U = U _is . t

Aus beiden Gleichungen ergibt sich dann die Beziehung:
The relationship then results from both equations:

U_ist = R . I/(1 - t)
U _is = R. I / (1 - t)

Die Istwertspannung ist also immer proportional zum Pindiodenstrom. Weiter entsteht durch die Teilung eine Verstärkung 1/(1-t), die bei geringen Pindiodenströmen sehr hoch ist. Aufgrund der Schaltung 20 wird die Verstärkung der am Widerstand 16, also der Reihenschal tung der Widerstände 35 und 36, anliegenden Spannung dem Bedarf immer automatisch angepaßt.The actual value voltage is therefore always proportional to the pin diode current. Furthermore, the division results in a gain 1 / (1-t), which is very high with low pin diode currents. Due to the circuit 20 , the gain of the resistor 16 , ie the series circuit device of the resistors 35 and 36 , the voltage present is always automatically adapted to the need.

In Fig. 3 sind mehrere handelsübliche Zusammenschaltungen von Pindioden 34 und Laserdi oden 32 in einem gemeinsamen Gehäuse gezeigt. Das Beispiel gemäß Fig. 3b ist vierpolig ausgeführt, während bei den übrigen gezeigten Beispielen jeweils ein Anschluß einer Pindiode 34 mit einem Anschluß einer Laserdiode 32 zusammengeschaltet ist.In Fig. 3 several commercially available interconnections of Pindioden 34 and Laserdi oden 32 are shown in a common housing. The example according to FIG. 3b has a four-pole design, while in the remaining examples shown, one connection of a pin diode 34 is connected to one connection of a laser diode 32 .

Für die in Fig. 2 gezeigte Regelvorrichtung eignen sich die Bauformen gemäß den Fig. 3b und 3c. Da die Polarität des Verstärkers 42 in der Regelschaltung 12 so gewählt wurde, daß die Last 10 und die Stromquelle 12 an der gleichen Spannungsversorgung arbeiten, kann der in Fig. 3b gezeigte Typ eingesetzt werden.The designs shown in FIGS . 3b and 3c are suitable for the control device shown in FIG. 2. Since the polarity of the amplifier 42 in the control circuit 12 was chosen so that the load 10 and the current source 12 work on the same voltage supply, the type shown in FIG. 3b can be used.

Soll die Regelvorrichtung dagegen bezüglich der in Fig. 3a gezeigten Bauform ausgelegt werden, ist dieselbe Schaltung wie in Fig. 3 allerdings mit inverser Versorgungsspannung und umgekehrten Polaritäten der Pindiode 34 und der Laserdiode 32 verwendbar. Außerdem muß der npn-Transistor 44 dann gegen einen pnp Transistor ausgetauscht werden.If the control device on the other hand with respect to the in Fig. 3a design shown are designed the same circuit as in Fig. 3, however, with an inverse power supply voltage and the reverse polarities of the pin diode 34 and the laser diode 32 is usable. In addition, the npn transistor 44 must then be replaced by a pnp transistor.

Für die Bauform gemäß Fig. 3d ist es empfehlenswert, den gemeinsamen Pol gegen eine stabile Mittenspannung zu schalten.For the design according to FIG. 3d, it is advisable to switch the common pole against a stable center voltage.

Die Beispiele zeigen, daß sich eine erfindungsgemäße Regelvorrichtungen für Laserdioden 32 und Pindioden 34 bezüglich der unterschiedlichsten handelsüblichen Konfigurationen in einem gemeinsamen Gehäuse ausführen läßt. Außerdem ist die Schaltung 20 auch bei anderen Lasten 10 und Stromerzeugern 14 einsetzbar. The examples show that a control device according to the invention for laser diodes 32 and pin diodes 34 can be implemented in a common housing with regard to the most varied of commercially available configurations. In addition, the circuit 20 can also be used with other loads 10 and power generators 14 .

Die in Fig. 2 dargestellte Regelvorrichtung wurde bei einem Analysegerät erfolgreich einge setzt. Neben der ausgezeichneten Stabilität fiel dabei auf, daß die Laserdioden seltener ausfielen, als bei vorher verwendeten, gemäß dem Stand der Technik ausgelegten Regelvorrich tungen. Dies ist möglicherweise auf die verbesserte Regelung zurückzuführen, durch die ein Überlasten der Laserdioden 32 aufgrund unkontrollierter Störungen vermieden wird. Die Erkenntnis zeigt aber insbesondere, daß die Regelung, obgleich ursprünglich für die Verbesse rung bei niedrigen Laserleistungen gedacht, auch bei hohen Laserleistungen unerwartet Vorteile mit sich bringt.The control device shown in Fig. 2 was successfully used in an analyzer. In addition to the excellent stability, it was noticed that the laser diodes failed less frequently than in the case of previously used control devices designed according to the prior art. This may be due to the improved control, which prevents the laser diodes 32 from being overloaded due to uncontrolled disturbances. However, the finding shows in particular that the regulation, although originally intended for the improvement at low laser powers, also brings unexpected advantages with high laser powers.

Claims

1. Device for regulating a power at an electrical load ( 10 ) by reference / actual value voltage comparison by means of a control circuit ( 12 ), in which a current source ( 14 ) generates a current proportional to the actual value, from which an actual value voltage due to voltage drop a resistance ( 16 ) connected to a potential is obtained, characterized in that a circuit ( 20 ) is provided which changes the potential as a function of the actual and / or the desired value, this circuit ( 20 ) with respect to the sign of the change of the potential is designed so that the potential increases the actual voltage at the load ( 10 ) at lower powers.

2. Device according to claim 1, characterized in that the circuit ( 20 ) has an impedance converter for converting the impedance for a voltage proportional to the actual value.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that a voltage divider ( 30 ) is provided with which the proportional voltage is obtained from the voltage drop across the resistor ( 16 ).

4. The device according to claim 3, characterized in that a constant voltage generator ( 50 , 52 ) is provided for the target value and the voltage divider ( 30 ) for adjusting the power on the load ( 10 ) is variable.

5. Device according to claim 4, characterized in that the constant voltage generator contains a band gap reference or a diode, in particular a zener diode ( 50 ), or a series connection of band gap references and / or diodes, the temperature coefficient of which is selected such that the one generated with this or these Setpoint voltage compensates for an actual value change in the current from the current source ( 14 ) due to temperature changes, thermal coupling between the current source ( 14 ) and the diode and / or the bandgap reference or the series connection of diodes and / or bandgaprefe limits being provided.

6. The device according to at least one of claims 3 to 5, characterized in that the voltage divider ( 30 ) is a remotely controllable resistance network.

7. The device according to claim 6, characterized in that the voltage divider ( 30 ) has a series-connected by the remote control not influenced resistance, by which a voltage division is predetermined, due to which a minimum power of the load by remote control of the resistance network is not under .

8. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that a parallel or serial digital interface ( 39 ) is provided for remote control of the resistance network.

9. The device according to at least one of claims 2 to 8, characterized in that an impedance converting amplifier ( 18 ) is provided for generating the voltage proportional to the actual value on the control circuit ( 12 ).

10. The device according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the sign of the control in the control circuit ( 12 ) is selected so that the current source ( 14 ) and the load provided at the output of the control circuit ( 12 ) ( 10 ) are connected to the same pole ( 15 ) of a voltage supply for the device.

11. The device according to at least one of claims 1 to 10, characterized in that the current source ( 14 ) is connected to a voltage in the reverse direction pin diode ( 34 ) and the load ( 10 ) is a laser diode ( 32 ).

12. The device according to at least one of claims 1 to 11, characterized in that the current source ( 14 ) with the control circuit ( 42 ) is angeord net on a common circuit board.

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that an input device for digital signals for remote-controlled setting of the load ( 10 ) to be controlled power is provided on the board.