DE2002013B2

DE2002013B2 - Impulslichtempfaenger mit gleichlichtkompensation

Info

Publication number: DE2002013B2
Application number: DE19702002013
Authority: DE
Inventors: Johann 8068 Pfaffenhofen Spies
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1970-01-17
Filing date: 1970-01-17
Publication date: 1973-05-10
Also published as: DE2002013C3; DE2002013A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Impulslichtempfänger mit einer der Gleichlichtkompensation dienenden Einrichtung, die von dem Ausgangssignal eines Verstärkers gesteuert ist, dessen Eingang die am Fotoelement auftretende Spannung zugeführt ist.

Ein solcher Impulslichtempfänger ist z. B. aus der deutschen Auslegeschrift 1 2S3 714 bekannt und dient dazu, moduliertes Licht auch dann noch einwandfrei zu empfangen und zu verarbeiten, wenn das lichtempfindliche Bauelement des Impulslichtempfängers gleichzeitig mit intensivem Gleichlicht beaufschlagt wird, was beim Betrieb eines solchen Empfängers z. B. bei hellem Tageslicht der Fall ist.

Bei dieser bekannten Schaltung wird das einem zu empfangenden Inipulslichtsignal entsprechende elektrische Impulssignal an einem mit dem lichtempfindlichen Bauelement in Reihe liegenden Widerstand abgenommen, so daß nur relativ kleine Amplituden des abzugebenden elektrischen Impulssignals zu erreichen sind. Dieser Arbeitswiderstand muß in Abhängigkeit von der Speisespannung auf die Betriebsdaten des jeweils verwendeten lichtempfindlichen Bauelements und auf den zu erwartenden Gleichlichtanteil abgestimmt werden, so daß keine mit Rücksicht auf die Größe des Ausgangssignals und einer einfachen Widerstandsanpassung an nachfolgende Schaltungen wünschenswerte Freizügigkeit in der Wahl der Speisespannungen und des Arbeitswiderstands möglich ist. Die Gleichlichtkompcnsation selbst wird mit Hilfe einer dem lichtempfindlichen Bauelement entgegcngeschaltctcn regelbaren Spannungsquellc bewirkt.

Es ι t ferner ein Halbleitersystem mit nichtlinearer Stromspannungscharakteristik bekannt, bei dem eine magnetische Sperrschicht durch ein elektrisches Feld, durch eine extern einfallende Strahlungsintensität und durch ein magnetisches Feld beeinflußbar ist. S val. deutsche Patentschrift 955 OSO. Hierdurch soll der bei Halbleitersperrschicht-Änderungen sehr hohe Dunkelstrom stark reduziert werden. Zur Detektion w rd die nichtlineare Stromspannungscharakteristik benutzt, die bei einfallender externer Strahlung im

ίο Halbleitersystem auftritt. Eine Anpassung des Halbleitersystems an eine sich ändernde Gleichstrahlungsintensrät findet hier nicht statt.

Schließlich ist ein Signalaufnahmeelement bekannt, das in Reihe mit einer Gleichstromquelle.

einem Vorwiderstand und der Primärwicklung des Übertragers geschaltet ist, über den die einem Gleichlicht überlagerten Wechselspannungssignale herausgefiltert werden, vgl. deutsche Auslegeschrift 1043 883 Durch die verschiedene Einstellung des Vorwiderstandes und der Spannung der Stromquelle kann das in der einen Wicklung des Übertragers entstehende elektrische Signal geändert werden, eine Kompensation des Gleichlichtanteiles ist jedoch nicht möglich. Außerdem tritt bei einer Erhöhung des

Siromes in der Primärwicklung eine Änderung des Lbertragungsverhaltens des Übertragers ein, so daß e ne solche Schaltungsanordnung lediglich bei niedrigen Frequenzen gut und vorteilhaft arbeitet.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuen Impuls-

lichtempfänger zu schaffen, der die erwähnten Eigenschaften nicht aufweist und mit einfachen Mitteln die Abgabe eines relativ großen Ausgangssignals bei innerhalb bestimmter Grenzen beliebig großem Arbeitswiderstand ermöglicht.

Ausgehend von einem Impulslichtempfänger der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe dadurch gelöst," daß gemäß der Erfindung die Einrichtung nne regelbare Konstantstromquelle und der Verstärker ein Differenzverstärker ist, dessen zweitem Eingang eine konstante Vergleichsspannung zugeführt ist. und daß im Ausgang des Differenzverstärkers eine Serienschaltung aus mindestens einem Widerstand und einem Kondensator liegt, dessen Integrationskonstante so bemessen ist, daß am Kondensator eine lediglich vom Gleichlicht abhängige Steuerspannung für die Konstantstromquelle abnehmbar ist, während am Widerstand ein dem Impulslicht entsprechendes Ausgangssignal über einen weiteren Kondensator auskoppelbar ist.

Zwar wurde.bereits mit einer älteren Patentanmeldung ein mit seinem einen Eingang an einer konstanten Vcrgleichsspannung liegender Differenzverstärker für einen Impulslichtempfänger vorgeschlagen, jedoch wird bei dieser Schaltung die Gleichlichtkompensation nicht durch einen von einer Konstant-5,tromqueÜe erzeugten Kompensationsstrom vorgenommen, sondern wird vielmehr durch Zuführung einer am Ausgang des Differenzverstärkers abgenommenen Steuerspannung an die Basis eines mit einem elektrischen Stcucreingang versehenen Fototransistors erreicht.

An dem gemäß der Erfindung ausgebildeten Impulslichtempfänger ist am Ausgang des gleichzeitig für die Glcichlichtkompensation ausgenutzten Differenzveistärkers eine dem Impulslicht entsprechende Impulsspannung abnehmbar. Durch die Verwendung des Differenzverstärkers zur Gleichlichtkompensation und den Anschluß eines seiner Eingänge an eine

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koiiMante Vergleichsspannung wird erreicht, daß die Spannung an dem Fotoelement unabhängig von dem jeweils auf das Fotoelement treffenden Gleichlicht immer etwa auf der Höhe der Vergleichsspannung jjclu:'ten wird. Die Speisespannung für den gesamten Inif u!slichtempfänger und auch die Größe des am Ausgang des Differenzverstärker liegenden Arbeitswiu.rstandes ist je nach den Erfordernissen frei wählbar. Bei der Wahl des Arbeitswiderstandes ist !edi'-iüch in Verbindung mit dem in Reihe geschalteten kondensator die für eine einwandfreie Gleich- ! ich-kompensation erforderliche Integrationskonsi;:P'.'j einzuhalten.

',,maß einer Weiterentwicklung der Erfindung ist mi;-.uesiens einem Teil des im Ausgang des Differer'vrstärkers liegenden Widerstandes eine Diode p;!;-"-ilel geschaltet, so daß je nach Durchlaßrichtung tk- Diode die impulsförmigen Ausgangssignale des Di \.-renzverstärkers einer Polarität unterdrückbar si:··¹.

Mil Hilfe einer solchen zusätzlich im Ausgangst>.\ ■■ ccs Differenzverstärkers vorgesehenen Diode, tu in beide möglichen Richtungen gepolt werden k::::'. sind alle neben Ausgangssignalen einer aev. ji-chten Pülarität auftretenden anderen Signale zu I..V.U drücken.

;)ie Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläuu·:;. Im einzelnen zeigt

'< i g. i eine erste Ausführungsform des semäß der Liiiindung ausgebildeten Gleichlichtempfängcs.

F i g. 2 eine andere Ausführungsform dieses Cn eichlich tempf ängers.

F i g. 3 einen Gleichlichtempfänger gemäß Fig. 1, dessen Konstantstromquelle durch einen Transistor realisiert ist. und

F i g. 4 eine Darstellung der Stromspannungs-Kennlinicn gemäß der Erfindung ausgebildeter Impulslichtempfänger gegenüber einem anderen ohne Gleichtlichtkompensation oder aber mit einer zur Kompensation verwendeten Spannt'iigsquelle arbeitenden Impulslichtempfänger.

Ein Fotoelement 1, das z.B. eine herkömmliche Fotozelle oder aber ein entsprechender Fotohalbleiter sein kann, ist in Reih" mit einer Konstaritstromqucllc 2 zwischen einem Bezugspotential und einer Speisespannung ^U₁ geschaltet. Zwischen der Speisespannung :-(/, und der Bezugsspannung liegt außerdem ein aus Widerständen 6 und 7 gebildeter Spannungsteiler. Ein zwischen den Widerständen 6 und 7 des Spannungsteilers angeschlossener Abgriff ist auf den einen Eingang eines Differenzverstärkers 3 geschaltet, dcss.:n anderer Eingang mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Fotoelement 1 und der KonstanlstronK|ue!lc2 verbunden ist. Der Ausgang des Differenzverstärkers 2 ist über einen Widerstand 4 und einen dazu in Reihe geschalteten Kondensator 5 mit der Bezugsspannung verbunden. Zwischen dem Widerstand 4 und dem Kondensator 5 ist der Stcuereingang der Konstantstromquelle 2 angeschlossen. Der Ausgang des Differenzverstärkers 3 ist schließlich über einen KoppclkondcnsatorS mit einer Ausgangsklemme A verbunden, an der das elektrische Alisgangssignal des !mpulslichtempfängcrs abnehmbar ist.

Wird das Fotoelement 1 gleichzeitig mit intensivem Oleichlicht und einem auszuwertenden Impulslicht beaufschlagt, so wird die sich auf Grund dieses Lichts am Fotoelement I ausbildende Spannung über den Differenzverstärker 3 auf das aus dem Widerstand 4 und dem Kondensators gebildete Integrationsglied gegeben, das eine solche Integration^kons:ante aufweist, daß der Gleichlichtanteil am Kondensator 5 eine bestimmte Spannung erzeugt, die als Steuerspannung auf die Konstantstromquelle 2 gegeben wird. Die Konstantstromquelle 2 liefert daher einen Kompensationsstrom solcher Größe, daß die ίο am Fotoelement 1 abfallende Spannung wieder etwa gleich der am Spannungsteiler abgegriffenen Vergleichsspannung U., ist. Über den Kondensator 8 wird der impulsförmige Anteil der unmittelbar am Ausgang des Differenzverstärker-; 3 anstehenden Spannung ausgekoppelt, der wegen des über den Widerstand I in den Kondensator? fließenden Ladestromes die volle Impulslichtkompc ..-nte enthält.

Das in F i g. 2 dargestellte Ausfühiurgsbeispiel des gemäß der Erfindung ausgebildeten Impulslichtempfängers entspricht weitgehend dem in F i g. 1 gezeigten, so daß gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. In dem Ausgangskreis des Differenzverstärkers 3 zwischen den Widerständen 4 und dem Kondensators ist ein weiterer Widerstand9 so eingeschaltet, daß die Steuerspannung für die Konstantstromquelle 2 zwischen den Widerständen 4 und 9 abgegriffen wird. Der Widerstand 4 ist dabei mit einer Diode 10 überbrückt, die in F i g. 2 so gepolt ist. daß über den Kondensators lediglich Impulslichtsignale negativer Polarität als elektrische Impulsspannung abgegeben werden. Würde dagegen die Diode in umgekehrter Richtung gepolt, so werden die negativen Impulslichtsignale unterdrückt und nur die positiven Impulslichtsignale in Form einer positiven elektrischen Impulsspannung am Ausgang/1 abgegeben.

In F i g. 3 ist eine dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel entsprechende Schaltung dargestellt, bei der die Konstantstromquelle 2 durch einen Transistor 12 realisiert ist. dessen Kollektor-Emitter-Strecke mit dem Fotoelement 1 in Reihe geschaltet ist. Die Basis des Transistors 12 ist über einen Widerstand 11 mit dem Schaltpunkt zwischen dem Widerstand 4 und dem Kondensators im Ausgangskreis des Differenzverstärkers 3 verbunden.

In F i g. 4 ist dor durch das Fotoelement 1 fließende Strom J als Funktion der am Fotoelement 1 auftretenden Spannung U dargestellt. Die Werte für dii_ Speisespannung U₁ und eine Vergleichsspannung U., sind auf der Abzisse durch gestrichelte Linien eingetragen. Die mit η bezeichnete Gerade gibt die Strom-Spannungs-Funktion eines einfachen mit dem Fotoelement in Reihe geschalteten Widerstandes an. an dem das clurcl. Lichtempfang des Fotoelements 1 gegebene Ausgangssignal abnehmbar ist. Wie zu erkennen ist. wird bei Beaufschlagung des Fotoelements 1 mit Gleichlicht bestimmter Intensität der Strom J durch das Fotoelement 1 sehr schnell so weit ansteigen, daß an dem Widerstand die volle Speisespannung U_x abfällt. Fäilt aber an diesem Widerstand bereits die volle Speisespannung U_x ab, so sind mit Hilfe des Fotoelements 1 keine Lichtimpulse mehr auszuwerten.

Mit den Kurven/) undc werden dagegen zwei Kennlinien der gemäß der Erfindung ausgebildeten Schaltung mit unterschiedlich großen Strömen der Konstantstromquelle bei gleichem Innenwidcrstand angegeben. Die Gleichspannung am Fotoelement

wird dabei unabhängig von der auf das Fotoelement 1 einwirkenden Lichtintensität und den dadurch erzeugten Strömen vorzugsweise auf dem Wert U., gehalten, der durch die am Spannungsteiler abgenommene Vcrglcichsspannung gegeben ist. Dieser Wert U., liegt ausreichend niedrig unterhalb der Speisespannung U₁, so daß beim Empfang von Lichtimpulscn noch ausreichend große Impulsspannungs-Ainplitudcn am Arbeitswiderstand abnehmbar sind. Der Arbeitswiderstand ist in diesem Fall jeweils durch die Steigung der Kurven /; und c in dem durcl" die Spannung U₂ festgelegten Arbeitspunkt bestimmt Mit Hilfe des neuen gemäß der Erfindung ausgebildeten Impulslichtempfängers ist daher nicht mn eine Verstärkung des Ausgangssignals über den ohnehin zur Glcichlichtkumpcnsation verwendeten Verstärker, sondern gleichzeitig eine freizügige Dimensionierung sowohl des Arbeitswiderstandes als aucl· der Speisespannung für die gesamte Schaltungsan-ίο Ordnung möglich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Impulslichtempfä-.iger mit einer der Gleichlichtkompensation dienenden Einrichtung, die von dem Ausr ■ essignal eines Verstärkers gesteuert ist. dessen Eingang die am Fotoelement auftretende Spannung zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine regelbare Konstantstromquclle und der Verstärker ein Differenzverstärker (3) ist. dessen zweitem Eingang eine konstante Vergleichsspannung (U₁) zugeführt ist. und daß im Ausgang des Differenzverstärkers (3) eine Serienschaltung aus mindestens einem Widerstand (4.9) und einem Kondensator (5) liegt, dessen Integrationskonstante so bemessen ist. daß am Kondensator (5) eine lediglich vom Gleichlicht abhängige Steuerspannung für die Konstantstromquelle (2) abnehmbar ist. während am Widerstand (4) ein dem Impulslicht entsprechendes Ausgangssignal über einen weiterer. Kondensator (8) auskoppelbar ist.

2. Impulslichtempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem Teil des im Ausgang des Differenzverstärkers (3) liegenden Widerstandes (4,9) eine Diode (10) parallel geschaltet ist, so daß je nach Durchlaßrichtung der Diode (IU) die impulsförmigen Ausgangssignale des Differenz\erstär!.ers (3) einer Polarität unterdrückbar sind.