DE19753835B4 - Näherungsfühler mit schnellem Empfangsverstärker - Google Patents

Abstract

Näherungsfühler, insbesondere Fotozelle, mit mindestens einem Empfangselement, das eine Stromquelle aufweist, die Impulse, die eine Funktion von der Nähe eines Objekts sind, in Stromimpulse übersetzt, und mit einer elektronischen Empfangsschaltung, die aus dem gepulsten Strom ein Schaltsignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsschaltung einen Übertragungsimpedanz-Ladungsverstärker (11) aufweist, der mit einem schnellen Transistor (T1) versehen ist, dessen Basis einerseits über eine mit der Impulsstromquelle (D1) in Reihe geschaltete Kapazität (C1) mit einem hohen Potential (Vcc) und andererseits über eine einen Widerstand (R3) sowie eine weitere Kapazität (C2) umfassende Reihenschaltung (R3, C2) mit einem niedrigen Potential verbunden ist, deren Mittelpunkt (G) über einen Widerstand (R2) mit dem Kollektor des Transistors (T1) zwischen diesem und seinem Kollektorwiderstand (R4) verbunden ist, während ein Verstärkungswiderstand (R5) parallel zum Kollektorwiderstand (R4) angeordnet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Näherungsfühler, insbesondere eine Fotozelle, mit einem Empfangsverstärker, der auf eintretende Impulse schnell reagiert, und insbesondere einen Näherungsfühler der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
• Eine Fotozelle weist im allgemeinen eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit für einen optischen Strahl auf. Als Reaktion auf elektrische Impulse, die von einer elektronischen Sendeschaltung erzeugt werden, sendet ein optoelektronisches Element optische Impulse; ein optoelektronisches Empfangselement empfängt einen gepulsten Strahl, der vom Vorhandensein 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 verfügen zu können.
• Eine Emitterschaltung mit einer der Arbeitspunktstabiliseirung dienenden Spannungsgegenkopplung ist beispielsweise in DE-Buch: Manfred Seifart: Analoge Schaltungen, 3. Auflage, Hüthig Buch Verlag Heidelberg, 1990, Seiten 46–48, 76, 77, ISBN: 3-7785-1862-3, beschrieben.
• Eine Lichtschranke mit einem vergleichbaren Verstärker ist z.B. aus der DE 35 18 025 A1 bekannt. In diesem Fall ist zudem die Basis des Transistors über eine Kapazität und die Empfangsdiode mit einem hohen Potential verbunden.
• Ziel der Erfindung ist es, eine schnelle Verstärkung des von einem Näherungsfühler mit Impulserfassung empfangenen gepulsten Signals mit Hilfe von einfachen und wenig aufwändigen Mitteln zu schaffen. Ziel der Erfindung ist es ferner, eine solche schnelle Verstärkung an eine Differenzverarbeitung anzupassen, wie sie in den Fotozellen mit Hintergrundlöschung verwendet wird.
• Erfindungsgemäß besitzt die elektronische Empfangsschaltung, die die empfangenen Impulse verarbeitet, einen Übertragungsimpedanz-Ladungsverstärker, der mit einem schnellen Transistor versehen ist, dessen Basis einerseits über eine mit der Impulsstromquelle in Reihe geschaltete Kapazität mit einem hohen Potential und andererseits über eine einen Widerstand sowie eine weitere Kapazität umfassende Reihenschaltung mit einem niedrigen Potential verbunden ist, deren Mittelpunkt über einen Widerstand mit dem Kollektor des Transistors zwischen diesem und seinem Kollektorwiderstand verbunden ist, während ein Verstärkungswiderstand parallel zum Kollektorwiderstand angeordnet ist.
• Auf diese Weise wird eine schnelle Erfassung der empfangenen Impulse mit einfachen Mitteln mit geringem Verbrauch erreicht.
• Die Empfangsschaltung besitzt vorzugsweise zwei im wesentlichen identische Übertragungsimpedanz-Ladungsverstärker, deren Ausgänge mit einem Vergleicher verbunden sind, so dass die empfangenen Impulse einer Differenzverarbeitung unterzogen werden können.
• Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform ist im Unteranspruch 3 angegeben.
• Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:
• 1 das Schaltbild einer Empfangsstufe in einer erfindungsgemäßen Fotozelle und
• 2 eine schematische Darstellung einer Differenzverstärkungsschaltung in einer solchen Stufe.
• Die in 1 gezeigte Empfangsstufe 10 ist in einer Fotozelle enthalten, die ferner eine Sendeschaltung besitzt, die ein Optosendeelemente so beaufschlagt, dass dieses optische Impulse sendet. Die Empfangsstufe 10 enthält ein Optoempfangselement 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 infolge der Reflexion des gesendeten Strahls auf diesem Objekt. Die Empfangsstufe 10 besitzt einen Übertragungsimpedanz-Ladungsverstärker 11, der an seinem Ausgang das Schaltsignal S der Zelle liefert. Natürlich ist das beschriebene Beispiel auch auf andere Näherungsfühler als Fotozellen anwendbar, wobei diese Fühler damit arbeiten, dass sie Stromimpulse empfangen, die die Nähe eines Objekts darstellen.
• Der Verstärker 11 besitzt einen schnellen bipolaren Transistor T1, dessen Kollektor C über einen Kollektorwiderstand R4 mit einem hohen Potential Vcc verbunden ist und dessen Emitter E mit einem niedrigen Potential OV verbunden ist. Die Kathode des Optoempfangselements D1 ist mit Vcc verbunden und seine Anode ist über einen Widerstand R1 mit OV verbunden. 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 Kollektorwiderstand R4 ist durch einen Widerstand R2, der mit einer 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 Verstärkungswiderstandes des Verstärkers spielt, ist parallel zum Widerstand R4 angeordnet, wobei er einerseits an Vcc und andererseits über eine Kapazität C3 an den Punkt F und an den Ausgang des Verstärkers angeschlossen ist.
• Die beschriebene Empfangstufe 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 Verbrauch ist wesentlich geringer als der eines in dieser Art Schaltung gewöhnlich verwendeten Operationsverstärkers. Wenn von dem Optoempfangselement D1 optische Impulse erfasst werden, durchquert ein gepulster Strom I das Optoempfangselement D1, wobei ein kleiner Teil dieses Stroms R1 und ein größerer Teil dieses Strom 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 übergeht: 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 Kollektors des Transistors T1 auf die Polarisierung der Basis von T1. Es gewährleistet unter anderem einen mittleren Polarisierungspunkt des Kollektors von T1 auf etwa 1 Vbe.
• Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform, die sich für eine Fotozelle mit Differenzverarbeitung, wie einer Zelle mit Hintergrundlöschung, eignet, sind zwei Verstärkerstufen der oben beschriebenen Art vorgesehen, bei denen gleiche Elemente mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind, denen ein "A" oder ein "B" nachgestellt ist. Die Stromquellen D1A und D1B der beiden Verstärker gehören beispielsweise 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 werden, 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 Empfangselement, das eine Stromquelle aufweist, die Impulse, die eine Funktion von der Nähe eines Objekts sind, in Stromimpulse übersetzt, und mit einer elektronischen Empfangsschaltung, die aus dem gepulsten Strom ein Schaltsignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsschaltung einen Übertragungsimpedanz-Ladungsverstärker (11) aufweist, der mit einem schnellen Transistor (T1) versehen ist, dessen Basis einerseits über eine mit der Impulsstromquelle (D1) in Reihe geschaltete Kapazität (C1) mit einem hohen Potential (Vcc) und andererseits über eine einen Widerstand (R3) sowie eine weitere Kapazität (C2) umfassende Reihenschaltung (R3, C2) mit einem niedrigen Potential verbunden ist, deren Mittelpunkt (G) über einen Widerstand (R2) mit dem Kollektor des Transistors (T1) zwischen diesem und seinem Kollektorwiderstand (R4) verbunden ist, während ein Verstärkungswiderstand (R5) parallel zum Kollektorwiderstand (R4) angeordnet ist.
2. Fühler nach Anspruch 1 mit zwei Optoempfangselementen (D1A, D1B), dadurchgekennzeichnet, dass die Empfangsschaltung 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 zwischen den Mittelpunkt (G) der Reihenschaltung (R3, C2) und den Kollektor des Transistors (T1) bzw. dessen Kollektorwiderstand (R4) geschaltete Widerstand (R2) so gewählt ist, dass er mit der Kapazität (C2) der Reihenschaltung (R3, C2) ein Filter bildet, das den Einfluss der Kollektorspannungsänderung des Transistors (T1) auf seine Basispolarisierung begrenzt.