DE19753835A1 - Näherungsfühler mit schnellem Empfangsverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Näherungsfühler, insbesondere eine Fotozelle, mit einem Empfangsverstärker, der auf ein­ tretende Impulse schnell reagiert.

Eine Fotozelle weist im allgemeinen eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit für einen optischen Strahl auf. Als Reaktion auf elektrische Impulse, die von einer elektroni­ schen Sendeschaltung erzeugt werden, sendet ein optoelek­ tronisches Organ optische Impulse; ein optoelektronisches Empfangsorgan empfängt einen gepulsten Strahl, der vom Vor­ handensein oder Fehlen eines Objekts im Weg des gesendeten Strahls abhängt, und erzeugt entsprechende Stromimpulse, die durch eine elektronische Empfangsschaltung verarbeitet werden, um ein Ausgangssignal beispielsweise in Form eines Schaltsignals zu erzeugen, das einer Last geliefert wird.

Es wurde festgestellt, daß die Verstärkung des gepulsten Empfangsstroms in den bekannten Fotozellen zu langsam stattfindet. Es wäre wünschenswert, über eine einfache und schnelle Verstärkung des empfangenen gepulsten Signals ver­ fügen zu können.

Ziel der Erfindung ist es, eine schnelle Verstärkung des von einem Näherungsfühler mit Impulserfassung empfangenen gepulsten Signals mit Hilfe von einfachen und wenig aufwen­ digen Mitteln zu schaffen. Ziel der Erfindung ist es fer­ ner, eine solche schnelle Verstärkung an eine Differenz­ verarbeitung anzupassen, wie sie in den Fotozellen mit Hintergrundlöschung verwendet wird.

Erfindungsgemäß besitzt die elektronische Empfangsschal­ tung, die die empfangenen Impulse verarbeitet, einen Über­ tragungsimpedanz-Ladungsverstärker, der mit einem schnellen Transistor versehen ist, dessen Basis einerseits mit einem hohen Potential über eine mit der Impulsstromquelle in Reihe geschaltete Kapazität und andererseits mit einem niedrigen Potential über eine Widerstand-Kapazität-Reihen­ schaltung verbunden ist, deren Mittelpunkt mit dem Kollek­ tor des Transistors zwischen diesem und einem Kollektorwi­ derstand verbunden ist, während ein Verstärkungswiderstand zum Kollektorwiderstand parallel angeordnet ist.

Auf diese Weise wird eine schnelle Erfassung der empfange­ nen Impulse mit einfachen Mitteln mit geringem Verbrauch erreicht.

Die Empfangsschaltung besitzt vorzugsweise zwei im wesent­ lichen identische Übertragungsimpedanz-badungsverstärker, deren Ausgänge mit einem Vergleicher verbunden sind, so daß die empfangenen Impulse einer Differenzverarbeitung unter­ zogen werden können.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild einer Empfangsstufe in einer erfin­ dungsgemäßen Fotozelle und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Differenzver­ stärkungsschaltung in einer solchen Stufe.

Die in Fig. 1 gezeigte Empfangsstufe ist in einer Fotozelle enthalten, die ferner eine Sendeschaltung besitzt, die ein Optosendeorgan so beaufschlagt, daß dieses optische Impulse sendet. Die Empfangsstufe 10 enthält ein Optoempfangsorgan D1, beispielsweise eine Diode, die entsprechende optische Impulse empfängt, um eine Stromquelle zu bilden, deren Strom in Abhängigkeit vom Vorhandensein oder von der Nähe eines Objekts veränderlich ist, und zwar beispielsweise in­ folge der Reflexion des gesendeten Strahls auf diesem Ob­ jekt. Die Stufe 10 besitzt einen Übertragungsimpedanz-La­ dungsverstärker 11, der an seinem Ausgang das Schaltsignal S der Zelle liefert. Natürlich ist das beschriebene Bei­ spiel auch auf andere Näherungsfühler als Fotozellen an­ wendbar, wobei diese Fühler damit arbeiten, daß sie Stromimpulse empfangen, die die Nähe eines Objekts darstel­ len.

Der Verstärker 11 besitzt einen schnellen bipolaren Transi­ stor T1, dessen Kollektor C über einen Kollektorwiderstand R4 mit einem hohen Potential Vcc verbunden ist und dessen Emitter E mit einem niedrigen Potential 0V verbunden ist. Die Kathode des Optoempfangsorgans D1 ist mit Vcc verbunden und seine Anode ist über einen Widerstand R1 mit 0V verbun­ den. Die Basis des Transistors T1 ist über eine Kapazität C1 mit einem Punkt A zwischen D1 und R1 verbunden. Ein Punkt F zwischen dem Kollektor C von T1 und seinem Kollek­ torwiderstand R4 ist durch einen Widerstand R2, der mit ei­ ner Kapazität C2 in Reihe geschaltet ist, mit dem Potential 0V verbunden. Die Basis B des Transistors T1 ist über einen Widerstand R3 mit einem Punkt G zwischen dem Widerstand R2 und der Kapazität C2 verbunden. Ein Widerstand R5, der die Rolle des Verstärkungswiderstands des Verstärkers spielt, ist parallel zum Widerstand R4 angeordnetet, wobei er ei­ nerseits an Vcc und andererseits über eine Kapazität C3 an den Punkt F und an den Ausgang des Verstärkers angeschlos­ sen ist.

Die beschriebene Empfangsstufe arbeitet folgendermaßen: Der Transistor T1 wird über die Widerstände R4, R2 und R3 in Gleichspannung polarisiert, wobei der hohe Wert von R4 die Begrenzung des verbrauchten Stroms gestattet. Dieser Ver­ brauch ist wesentlich geringer als der eines in dieser Art Schaltung gewöhnlich verwendeten Operationsverstärkers. Wenn von dem Organ D1 optische Impulse erfaßt werden, durchquert ein gepulster Strom I das Organ D1, wobei ein kleiner Teil dieses Stroms R1 und ein größerer Teil dieses Stroms C2, R3 und C1 durchquert. Der Widerstand R3 bewirkt eine dynamische Erhöhung des Potentials der Basis B des Transistors T1, der schnell in den Sättigungsbereich über­ geht: am Ausgang des Verstärkers 11 erhält man eine schnelle Antwort auf die empfangenen Impulse. Diese Antwort erscheint als Spannungssignal S, das mit einem durch den Widerstand R5 bestimmten Verstärkungsfaktor verstärkt ist und das Schaltsignal der Zelle darstellt. Das Netz R2-C2 begrenzt den Einfluß der Änderung der Spannung des Kollek­ tors des Transistors T1 auf die Polarisierung der Basis von T1. Es gewährleistet unter anderem einen mittleren Polari­ sierungspunkt des Kollektors von T1 auf etwa 1 Vbe.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform, die sich für eine Fotozelle mit Differenzverarbeitung, wie einer Zelle mit Hintergrundlöschung, eignet, sind zwei Verstär­ kerstufen der oben beschriebenen Art vorgesehen, bei denen gleiche Elemente mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind, denen ein "A" oder ein "B" nachgestellt ist. Die Stromquel­ len D1A und D1B der beiden Verstärker gehören beispielswei­ se zu einem gemeinsamen Positionserfassungselement (PSD). Die von den Verstärkern 11A, 11B erzeugten Signale S1A, S1B werden einer Differenzverarbeitung unterzogen, indem sie an die Eingänge eines Vergleichsverstärkers 13 angelegt wer­ den, der das Schaltsignal S2 der Zelle liefert. Die auf diese Weise vorgenommene Differenzerfassung ist schnell, erfordert den Einsatz weniger Bauelemente und verbraucht wenig Energie.

Claims (3)

1. Näherungsfühler, insbesondere Fotozelle, mit mindestens einem Empfangsorgan, das eine Stromquelle aufweist, die Im­ pulse, die eine Funktion von der Nähe eines Objekts sind, in Stromimpulse übersetzt, und mit einer elektronischen Empfangsschaltung, die aus dem gepulsten Strom ein Schalt­ signal erarbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Emp­ fangsschaltung einen Übertragungsimpedanz-Lastverstärker (11) aufweist, der mit einem schnellen Transistor (T1) ver­ sehen ist, dessen Basis einerseits über eine mit der Im­ pulsstromquelle (D1) in Reihe geschaltete Kapazität (C1) mit einem hohen Potential (Vcc) und andererseits mit einem niedrigen Potential über eine Reihenschaltung Widerstand (R3)-Kapazität (C2) verbunden ist, deren Mittelpunkt mit dem Kollektor des Transistors zwischen diesem und seinem Kollektorwiderstand (R4) verbunden ist, während ein Ver­ stärkungswiderstand (R5) parallel zum Kollektorwiderstand (R4) angeordnet ist.

2. Fühler nach Anspruch 1 mit zwei Optoempfangsorganen (D1A, D1B), dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsschal­ tung zwei im wesentlichen identische Übertragungsimpedanz- Ladungsverstärker (11A, 11B) aufweist, deren Ausgänge mit einem Vergleicher (13) verbunden sind.

3. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt (G) der Schaltung Widerstand (R3)-Kapazität (C2) mit dem Kollektor des Transistors (T1) über einen Wi­ derstand (R2) verbunden ist, der so bestimmt ist, daß er mit der Kapazität (C2) ein Filter bildet, das den Einfluß der Kollektorspannungsänderung des Transistors auf seine Basispolarisierung begrenzt.