DE2106387A1

DE2106387A1 - Verstärkerschaltung zum Steuern der Lichtmenge

Info

Publication number: DE2106387A1
Application number: DE19712106387
Authority: DE
Inventors: Gijun Fuchu Tokio Numata Saburo Urawa Saitama Idei, (Japan)
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1970-02-13
Filing date: 1971-02-11
Publication date: 1971-08-19
Also published as: DE2167103C2; DE2167102B1; DE2167102C2; DE2106387C3; DE2106387B2; US3670184A

Description

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenigsberger - Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumstein jun.

P A T E N TA N W Ä LT E

TELEFON: SAMMEL-NR 223341

TELEX 529979

TELEGRAMME: ZUMPAT

POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 01139

BANKKONTO:
BANKHAUS H. AUFHÄUSER

B MÜNCHEN 2.

t3RÄUHAUSSTHAKSE 4/III

4/Ma Case 45728-2

TOKYO SHIBAURA.ELECTRIC CO. , LTD. , KAWASAKI--SHI FUJI SHASHIN KOUKI K.K., SAITAMA-KEN / JAPAN"

Verstärkerschaltung zum Steuern der Lichtmenge

Die Erfindung betrifft eine Verstärkeranordnung zum Steuern der Lichtmenge und insbesondere eine Verstärkerschaltungsanordnung, die zum Einstellen der Blendenöffnung einer Kamera, durch welche Licht durchtritt, geeignet ist*

Es soll nun eine Verstärkerschaltungsanordnung beschrieben werden, die sich für das Einstellen der Blende einer Kamera eignet, um so die Lichtmenge zu steuern, die durch eine Kameralinse aufgenommen wird, obwohl dies nicht bedeuten soll, daß die Erfindung darauf beschränkt ist. Im allgemeinen hat

109834/1628

eine Vorrichtung mit einem .Ixm -Lins en sy st cm zum Einstellen cer Blende einer Kamera eine Anordnung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Einfallendes Licht 12 wird durch ein Zoom-Linsensystem 11, das einem Bi 1 dg eg en stand zugewandt ist, ins Innere einer Kamera geleitet und durch einen halbdurchlässigen Spiegel 13 und ein Hauptlinsensystem 14 auf einen Film 15 projeziert, um das optische Bild des Bildgegenstandes auf der empfindlichen Oberfläche des Films 15 zu bilden.

Um in diesem Fall zu ermöglichen, daß die Licntmenge, der der Film 15 ausgesetzt ist, unabhängig von der Intensität der einfallenden Lichtes im wesentlichen immer konstant gehalten wirdj ist vor dem Film 15 eine Blende 17 angebracht, deren Öffnungslöcher automatisch entsprechend der Intensität des einfallenden Lichtes durch eine Verstärkerschaltung 16 eingestellt wird, die die später beschriebene für dieses Einstellen geeignete Anordnung besitzt.

In dieser Schaltungsanordnung 16 werden die Strahlen 18 des einfallenden Lichtes, das auf die oben genannte Weise in das Kamerainnere gelangt, welche, durch den halbdurchlässigen Spiegel 13 reflektiert werden, auf die lichtempfangende Oberfläche einer Fotozelle 21 projeziert, wie zum Beispiel eine_r Se-Fotozelle, eine Si-Fotozelle, eines fotoleitenden Elementes, oder eines Fototransistors, die in Reihe in eine negative Rückkopplungsschleife 20 geschaltet ist, welche zv/ischen einem der Eingangsanschlüsse und dem Ausgangsanschluß eines Operations-(oder Vergleichs-)Verstärkers 19 vorgesehen ist. Zur Vereinfachung der Beschreibung bezeichnet der Ausdruck "Fotozelle" im folgenden ein fotoleitendes Element. Der genanne eine Eingangsanschluß ist über einen Widerstand 22 mit einem geeigneten Widerstandswert mit entweder dem positiven oder negativen Anschluß einer Spannungsquelle 23 verbunden,

109834/1S28

zum Beispiel init dem geerdeten negativen Anschjui¹.. Der r. ndere ELncjsannsaii^chJ.uß der- Verstärkers 19 i:; L über cd v.r. Ref er oi'.zspannuncr^ue¹ 1 e 24, die im wesontlicl.fi eine k· Hi^tante £jj;.?nnunc; besitzt, geerdet. Mit dem Aucoangsarii-chluß der, Verstärkers iet eine LUcndenantriebseinrichtung 2b verbunden, die aus einer Belastung zum automatischen Einstellen dor Öffnung der Blende 17 entsprechend der Grüße des Aur.q-mgsr.icjnals des Verstärkers 19, zum Beispiel" aus ein ent Amperemeter mit bewegbarer Spule oder einem Motor, besteht.

'Wenn der Verstärkungsgrad dieses Operationsverstärkers. 19 mit A, die auf seinen einen Eingangsanschluß einwirkende Spannung mit E. und die Spannung der Referenzrpnnnungsquolle 2^ mit E^ bezeichnet wird, dann kann die Ausgangsspannung E„ dec; Verstärkers 19 ausgedrückt werden als

0 IS

Wird der Widerstand des Widerstands 22 mit R und der Widerstand des fotoleitenden Elements 21 mit R bezeichnet, dann kann die genannte Ei ηgangsspannung E. ausgedrückt werden als

E. = E · -i—£ (2)

¹ ° ^K + ^Rp

Aus den Gleichungen (1) und (2) ergibt sich eine Beziehung E = (-J7 jT— + —τ— )* E . VJ en η daher dieser Operationsverstärker 19 genügend verstärkt, ergibt sich

„ R + R _

fc-o - E - E_{s (3)}

Wird daher angenommen, daß der Verstärker 19 voll verstärkt und die Spannung E der Referenzspannungsquelle 24 im wesentlichen konstant gehalten wird, dann ist die Ausgangsspannung E

1Q983W 1628

BAD ORIGINAL

des Verstärkers 19 nur durch den Widerstand R (ein fester Wert) des Widerstands 22 und den Widerstand R des fotoleitenden Elements 21 bestimmt. Der Widerstand R des Elements 21 nimmt ab mit wachsender Lichtmenge, die in das Innere der Kamera eintritt. Demzufolge nimmt die Ausgangsspannung E des Operationsverstärkers 19 mit wachsender Menge des einfallenden Lichtes 21 ab, so daß die Öffnungsfläche der Blende 17 mittels der Blendenantriebseinrichtung 25 verringert wird, wodurch bewirkt wird, daß der Film 15 einer im wesentlichen konstanten Lichtmenge ausgesetzt wird. In diesem Fall ist es wichtig, daß das fotoleitende Element 21 geschaltet ist, wie es in Fig. gezeigt ist. Wenn die Anschlüsse zwischen diesem Element 21 und dem Widerstand 22 umgekehrt werden, treten unerwünschte starke Schwankungen in der Ausgangsspannung E des Operationsverstärkers 19 auf infolge von äußeren Ursachen, wie zum Beispiel von Änderungen der Spannung der Spannungsquelle 23. Wird die Leerlaufverstärkung (offener Schaltkreis) des Verstärkers 19 mit A bezeichnet, können Änderungen seiner Ausgangsspannung E infolge solcher äußeren Änderungen bei der Schaltung der Fig. 1 als (1 + P \ / . j ■· , . ^

^{y y} —=^—) / A ausgedruckt werden,

während diese Änderungen in der Ausgangsspannung ,, .. ,.

K± + _R J /A_o

P sein werden, wenn das Element 21 in umgekehrter Beziehung zu dem Widerstand 22 geschaltet ist. Das bedeutet, daß,wenn der Widerstand R des fotoleitendes Elementes 21 verringert wird, solche Änderungen in der Ausgangsspannung stärker werden, als im Falle der Schaltungsanordnung der Fig. 1. Vom Standpunkt der Ansprechgeschwindigkeit wird es bevorzugt, daß das fotoleitende Element mit einem höchstmöglichen Widerstand verwendet wird, zum Beispiel von einigen MOhm bis 300 MOhm.

Um die Beziehung der obigen Gleichung (3) voll zu erfüllen, sollte der Operationsverstärker 19 vorzugsweise aus einem

109834/Ί828

aktiven Schaltelement bestehen, das eine möglichst hohe Eingangsimpedanz hat, wie zum Beispiel aus einem Feldeffekttransistor.

Die Untersuchungen der Erfinder zeigen, daß die folgenden 3 Punkte als die Hauptbedingungen angegeben werden können, die von den oben genannten Verstärkerschaltungsanordnungen verlangt xverden,

1. Die in das Karnerainnere eintretende Lichtmenge und die Öffnungsfläche der Blende sollten in einer solchen Beziehung zueinander stehen, daß wenn kleine Lichtmengen eingeleitet werden, diese Öffnungsfläche auf einen entsprechend großen Wert verändert wird und umgekehrt.

Daher sollte sich die Ausgangsspannung dieser Verstärkerschaltungsanordnung 16 näherungsv/eise nach einer Exponentialfunktion entsprechend den Änderungen in der Menge des einfallenden Lichtes ändern.

Auch wenn sich die Umgebungstemperatur ändert, sollte die Ausgangsspannung E von dieser Schalti dadurch sehr wenig beeinflußt werden.

Ausgangsspannung E von dieser Schaltungsanordnung 16

3. Auch wenn sich die Versorgungsspannung ändert, sollte die Ausgangsspannung E von dieser Verstärkerschaltungsanordnung 16 sehr wenig dadurch beeinflußt werden. Die oben genannte Bedingung ist besonders wichtig, da die Spannungsversorgung für den Antrieb einer Kamera im allgemeinen aus einem Trockenelement besteht.

Fig. 2 ζ._gt die bekannte Verstärkerschaltungsanordnung 16a zum Einstellen der Blende einer Kamera. Nach dieser Schaltungsanordnung wird in einer Kathoden-( sourcejFolge'rschaltung ein Feldeffekttransistor (FET) verwendet, dessen Senke (drain) D

109834/1628

direkt mit dem positiven Anschluß einer Spannungsquelle 23a verbunden ist, deren negativer Anschluß geerdet ist. Das Tor (gate) G des FET ist über einen Widerstand 22a geerdet und seine Kathode (source) S ist über einen Widerstand 31 geerdet. Diese Quelle oder Kathode S ist ebenfalls mit der Basis eines Transistors TR, verbunden, dessen Emitter über eine Referenzspannungsquelle, zum Beispiel eine in Vorwärtsrichtung geschaltete Diode 32 geerdet ist und weiter mit dem positiven Anschluß der Spannungsquelle 23a über einen Widerstand 33 verbunden ist, und dessen Kollektor mit dem positiven Anschluß der Spannungsquelle 23a über einen Widerstand 34 verbunden ist. Mit dem Kollektor dieses Transistors- TR, ist die Basis eines Transistors TR„ verbunden, dessen Kollektor direkt mit dem positiven Anschluß der-Spannungsquelle 21a verbunden ist. Ein fotoleitendes Element 21 ist in eine negative Ruckkopplungsschleife 20a geschaltet, die zwischen dem Emitter des letzten Transistors TR„ und dem Gate G des FET vorgesehen ist. Zwischen den Emitter des Transistors TR~ und die Erdung ist eine Blendenantriebseinrichtung 25a geschaltet. Wenn mit Bezug auf diese Verstärkerschaltungsanordnung 16a die Spannung zwischen dem Gate G und der Quelle S des FET mit E , die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors TR mit E und die Vorwärtsvorspannung der Diode 32 als

E„ bezeichnet wird, dann kann eine Bezugsspannung E ent- σ sa

sprechend der zuerst erwähnten Referenzspannung E ausgedrückt werden als

^Esa = ^EBE ^{+ E}F - ^EGS ' ⁽⁴⁾

Da der Transistor TR, als ein die Phase umkehrender Verstärker wirkt, ist die Phase der Spannung zwischen dem Gate G des FET, mit welchem das fotoleitende Element 21a verbunden ist, und

109834/1628

dem Emitter des Transistors TRp immer umgekehrt, um eine negative Rückkopplungsschleife 20a zu bilden. Eine Schaltung, die den FET und die Transistoren TR, und TR₂ einschließt, stellt einen Operationsverstärker 19a dar. Daher ist klar, daß die Verstärkerschaltungsanordnung 16a der Fig. 2 in Anordnung und Wirkungsweise der der Fig. 1 äquivalent ist.

Bei der Schaltungsanordnung "16a der Fig. 2 sind jedoch der

Widerstand R des fotoleitenden Elementes 21a und die Aus— P

gangsspannung E der Schaltungsanordnung 16a in einer linearen Beziehung, wie es durch die Gleichung (3) gezeigt wird. Bei einem gewöhnlichen fotoleitenden Element besteht zwischen dem Widerstand und der Lichtmenge, die von einem Film empfangen wird, im wesentlichen ein konstante Beziehung, so daß diese Lichtmenge umgefahr proportional zu der Ausgangsspannung E geliefert wi»~H. Wenn demgemäß, wie in Fig. 3 gezeigt ist, kleine Lichtmengen eintreten, zeigt die Öffnung der Blende nur geringe Änderungen, was zur Folge hat, daß Fehler in der genauer Lichtmenge auftreten, die von einem Film empfangen werden soll, falls sich die Menge des einfallenden Lichtes ändert.

Wenn weiter in der Schaltungsanordnung 16a der Fig. 2 Änderungen in der Spannungsversorgung 23a auftreten, wird sich die Aus— gangsspannung E ändern, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Demgemäß besteht der Nachteil, daß sich die Lichtmenge, der der Film 15ausgesetzt ist, gerade wie die Spannung der Spannungsversorgung selbst ändert.

Bei der Schaltungsanordnung 16a der Fig. 2 sind Änderungen in der Ausgangsspannung E infolge von Änderungen in der Umgebungstemperatur offensichtlich am meisten durch Änderungen in E der obigen Gleichung (4) bedingt, die von diesen Temperaturänderungen herrühren. Die Spannungen E_ßE, E_p und E„„ der Gleichung (4) ändern sich in gleicher Weise in derselben

109834/1628

Richtung in Bezug auf Änderungen in der Umgebungstemperatur. Wird daher angenommen, daß die Spannungen E_ßE, Ep bzw. E_GC, sich infolge von Temperaturänderungen um etwa 2.mV/°C ändern, dann wird sich die Spannung E , d.h. E in ähnlicher Weise

S3. Od

um etwa 2 mV/°C insgesamt ändern. Daher hat die bekannte Schaltungsanordnung den Nachteil, daß die Lichtmenge, der der Film 15 ausgesetzt ist, sich mit den Bedingungen der Umgebungstemperatur ändert.

Fig. 5 zeigt eine bekannte Verstärkerschaltungsanordnung 16b zum Einstellen der Blende einer Kamera, die so entworfen ist, daß sie die Änderung der Ausgangsspannung infolge der Umgebungstemperatur minimal macht. In dieser Schaltungsanordnung 16b ist der Widerstand 31 der Schaltungsanordnung der Fig. 2 durch ein temperaturempfindliches Element 41 zum Beispiel einen Thermistor oder eine Diode ersetzt und ein variabler Widerstand 42 ist in Reihe zwischen die Quelle S des FET und Erde und ein Widerstand 43 ist parallel mit diesem temperaturempfindlichen Element 41 geschaltet.

Es soll nun die Wirkungsweise dieser Verstärkerschaltungsanordnung 16b im Vergleich zu der der Fig. 2 beschrieben werden mit bezug auf die Beziehung der Spannung E„ zwischen dem Gate und der Quelle des FET gegen den Drainstrom I_Q des FET der Fig. 6 und die Lastkennlinie des Widerstands, der zwischen die Quelle des FETs und Erde geschaltet ist.

Es soll angenommen werden, daß der FET eine solche E„_s - I_Q-Kennlinie, wie sie durch die Kurve 51 dargestellt wird, bei einer gegebenen Temperatur zeigt und daß der Widerstand, der zwischen die Quelle S des FET und Erde geschaltet ist, die durch die Kurve 52 angegebene Lastkennlinie zeigt.(die Schaltungsanordnung der Fig. 2 enthält nur den Widerstand 31, während die der Fig. 5 aus dem temperaturempfindlichen Element

109334/ 1628

_ 9 —

41 und den zwei variablen Widerständen 42 und 43 besteht). Dann ist der Arbeitspunkt der Schaltungsanordnung der Fig. durch die Spannung E (entsprechend der Spannung E der obigen Gleichung (4)) festgelegt, die durch den Schnittpunkt 53 dieser Kurven 51 und 52 bestimmt ist. Wenn 'unter diesen Bedingungen die Umgebungstemperatur ansteigt, dann wird nicht nur eine Abnahme der Spannung E„_B zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors TR,, sondern auch der Vorwärtsvcrspannung E„ der Diode 32 auftreten. Der FET wird dann eine E_GS-I_D-Kennlinie zeigen, wie sie durch die Kurve 54 dargestellt ist.

So verschiebt sich in der Schaltungsanordnung der Fig. 2 der Schnittpunkt der Kurven 52 und 54 von dem früheren Punkt nach 55. Die Spannungen entsprechend £._BE> E_p und E_GS der Gleichung (4)_ändern sich mit der Temperatur im wesentlichen gleich in derselben Richtung (da die Abnahme von (E_ßE+ E„) nicht durch die Zunahme von E_G„ kompensiert werden kann), so daß sich die Ausgangsspannung E von dieser Schaltungsanordnung stark mit

oa

der Umgebungstemperatur ändern wird, wie durch die Kurve von Fig. 7 dargestellt ±st. Im Gegensatz dazu ist in der Schaltungsanordnung der Fig. 5 der'Widerstand des temperatur— empfindlichen Elementes 41 geeignet ausgewählt.und die Widerstände der beiden variablen Widerstände 42 und 43 sind geeignet eingestellt entsprechend der Änderung der Umgebungstemperatur. Wenn sich daher die Umgebungstemperatur wie oben beschrieben ändert, nimmt der Widerstand des temperaturempfindlichen Elementes 41 ab, so daß sich die Spannung zwischen der Quelle und dem Gate des FET in einem größeren Ausmaß reduziert als in dem Fall der Fig. 2, wodurch eine Kompensation für eine Abnahme in (E„_E + E_p) ermöglicht wird.

Wenn daher die gesamte Lastkennlinie der Widerstände 41, und 43, die zwischen die Quelle des FET und die Erdung geschaltet sind, so eingestellt wird, wie es durch die Kurve

109334/1828

der Fig. 5 gezeigt ist, dann wird eine Änderung in der Aus-Gangsspannung E ,mit der Umgebungstemperatur deutlicher verringert als in der Schaltungsanordnung der'Fig.2, wie es durch die Kurve 58 der Fig. 7 gezeigt ist.

In der Schaltungsanordnung der Fig. 5 müäsen jedoch die Widerstände der zwei variablen Widerstände 42 und 53 gleichzeitig so eingestellt werden, daß sia den Eigenschaften des verwendeten FET entsprechen. Daher hat die Schaltungsanordnung der Fig.5 die Nachteile, daß es nicht nur schwierig ist, einen optimalen, Wert für den Widerstand dieser V/iderstände zu bestimmen, sondern daß auch die Temperaturkompensation durch ihre Kombination nur innerhalb eines bestimmten engen Bereichs von ¹DSS ^{des FEir erre}i^cnt werden kann, da diese Kombination mit der Kennlinie des FET bezüglich der· Temperatur und des Drainstroms bei der Vorspannung Null I_Dqc variiert werden muß.

Es ist daher Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Verstärkerschaltungsanordnung zum Steuern der Lichtmenge, die durch eine Kameralinse aufgenommen wird, zu schaffen, die es ermöglicht, daß der Film stets eine im wesentlichen konstante Lichtmenge empfängt, der er ausgesetzt ist, egal wie die Menge des einfallenden Lichtes sich ändert.

Zu diesem Zweck umfaßt die Schaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung, die bewirkt, daß sich die Höhe des Ausgangssignals im allgemeinen näherungsweise in einer Exponentialfunktion gemäß der sich ändernden Menge des einfallenden Lichtes ändert. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, die die Spannungsänderungen der Spannungsversorgung minimal hält. Es wird weiter eine Schaltung verwendet, die eine wesentlich bessere Temperaturkompensation über einen breiteren Bereich einfacher bewirkt als die Schaltungsanordnung der Fig. 5.

109334/1628

Im folgenden werden einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als Beispiel anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm, das eine prinzipielle Vorrichtung zum Einstellen der Blende einer Kamera zeigt;

Fig, 2 die konkrete Verstärkerschaltungsanordnung mit einem fotol ei tender! Element nach dem Stand der Technik zum Einstellen der Bl eriv ?}

Fig. 3 im Diagramm die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung der Fig. 2 und dem Widerstand des fotoleitenden Elements;

Fig. 4 im Diagramm die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung der Schaltung nach Fig. 2 und der Versorgungsspannung;

Fig. 5 eine andere Verstärkerschaltungsanordnung nach dem Stand der Technik zum Einstellen der Blende;

Fig. 6 im Diagramm die Kennlinien eines Feldeffekttransistors der in den Schaltungsanordnungen der Fig. 2 und 5 verwendet wird, die die Beziehung zwischen der Spannung zwischen dem Gate und der Quelle gegen den Drainstrom I_ß und die Lastkennlinie eines zwischen die Quelle und den Erdungspunkt geschalteten Widerstands betreffen;

Fig. 7 im Diagramm die Kennlinien der Schaltungsanordnungen der Fig. 2 und 5, die die Beziehungen von Ausgangsspannung 'gegen Umgebungstemperatur betreffen;

Fig. 8 eine Verstärkerschaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zum Einstellen der Menge des eintretenden Lichtes;

109834/1628

Fig. 9 im Diagramm die Beziehung von Ausgangsspannung der Schaltung der Fig. 8 gegen den Widerstand eines lichtaufnehmenden Elements;

Fig. 10 ein Diagramm einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Verstärkerschaltungsanordnung zum Einstellen der Menge des eintretenden Lichtes;

Fig. 11 ein Diagramm noch einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Verstärkerschaltungsanordnung zum Einstellen der Menge des eintretenden Lichtes;

Fig. 12 im Diagramm die Beziehung von Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung nach Fig. 11 gegen die Umgebungstemperatur;

Fig. 13 ein Diagramm einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Verstärkerschaltungsanordnung zum Einstellen der Menge des eintretenden Lichtes;

Fig. 14 im Diagramm das Verhältnis der Ausgangsspannung von der Schaltungsanordnung der Fig. 13 gegen die Spannung der Antriebsspannungsquelle;

Die Fig. 15 bis 18 zeigen andere erfindungsgemäße Ausführungsformen von Verstärkerschaltungsanordnungen zum Einstellen der Menge des eintretenden Lichtes,

Fig. 8 zeigt eine Verstärkerschaltungsanordnung zum Einstellen der Menge des einfallenden Lichtes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die so angelegt ist, daß sie bewirkt, daß sich die Ausgangsspannung angenähert in einer Exponentialfunktion mit der Menge des einfallenden Lichtes ändert. Zwischen der Basis des Transistors TR> und dem Emitter des Transistors

109834/1628

ist ein geeignetes Rückkopplungselement dazwischengeschaltet, zum Beispiel ein Widerstand 61, um so aus der ganzen Schaltungsanordnung eine vom Exponentialfunktionstyp zu machen.

Wenn bei einer solchen Schaltungsanordnung eine Fotozelle, zum Beispiel ein fotoleitendes Element 21c, -wie es in Fig. 1

beschrieben ist, mit einer relativ geringen Menge von einfallendem Licht versorgt wird, hat das Element 21c einen relativ hohen Widerstand, so daß die Ausgangsspannung E vom Emitter des Transistors TR_? durch eine Schleife 60, die den Widerstand 61 enthält, negativ zurückgekoppelt wird, ohne daß sie w.esentlich zu einer Schleife 20c, die das fotoleitende Element 21c enthält, negativ zurückgekoppelt wird. Andererseits bewirken zunehmende Mengen von einfallendem Licht, die dem fotoleitenden Element 21c zugeführt werden, daß dessen Widerstand entsprechend abnimmt, was eine negative Rückkopplung einer größeren Ausgangsspannung E durch die negative Rückkopplungsschleife 20c, die das Element 21c enthält, zur Folge hat. Demgemäß ändert sich die Ausgangsspannung E vom Emitter des Transistors TR₂ näherungsweise in einer Exponentialfunktion, wie sie durch die gestrichelte Kurve 65, die sich einer idealen durchgezogenen Kurve 64 nähert, entsprechend dem sich ändernden Widerstand des fotoleitenden Elementes 21c. Wenn daher die Öffnungsfläche der Blende 17 der Fig. 1 durch eine Antriebseinrichtung 25 gesteuert wird, die dazu mit dem Emitter des Transistors TR„ verbunden ist, dann kann ständig die Menge des Lichtes, die durch den Film aufgenommen wird, unter Berücksichtigung der sich ändernden Menge des einfallenden Lichtes in einem kleineren .fehlerbereich gesteuert werden, als es mit der Schaltungsanordnung der Fig. 2 und 5 möglich ist.

Fig. 10 stellt ein Diagramm einer Verstärkerschaltungsanordnung 16d nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung dar, bei der eine negative Rückkopplungsschleife 70 vorgesehen ist, die Widerstände 71 und 72 an der geerdeten Seite eines Widerstandes

109834/1628

22d im Gatelcreis des FETs einschließt, wodurch ein fotoleitendes Element 21d eine negative Rückkopplung zum Beispiel auch durch eine Siliziumfotodiode oder eine Siliziumfotozelle mit einer konstanten Stromcharakteristik ausführen kann. Offenbar wirkt eine solche Verstärkerschaltungsanordnung wie eine vom Exponentialfunktionstyp im wesentlichen in der gleichen Weise wie die der Fig. 8 und hat den Vorteil, die Änderungen in den Betriebsbedingungen des FET minimal zu machen und zu ermöglichen, daß der Widerstand 71 zwischen dem Emitter des Transistors TR_? und der Verbindungsstelle der in Reihe geschalteten Widerstände 22d und 72 einen relativ niedrigen Widerstand hat, und weiter daf5 die Fotozelle, die aus einer Siliziumfotodiode oder einer Siliziumfotozelle gebildet ist, eine konstante Stromcharakteristik hat.

Fig. 11 zeigt eine Verstärkerschaltungsanordnung 16e nach einer weiteren Ausfiihrungsform der Erfindung zur Steuerung der Menge des einfallenden Lichtes, die von einem Film aufgenommen wird, welche so angelegt ist, daß ihre Ausgangsspannung wenig durch Änderungen der Umgebungstemperatur beeinflußt wird. Zwischen der Quelle S des FET und dem Erdpunkt sind parallel eine Schaltung, die aus einem variablen Widerstand oder zulässigerweise einem halbfesten Widerstand 81 besteht, und eine Schaltung vorgesehen, die einen Widerstand 82, ein temperaturempfindliches Element 83 und einen Widerstand 84 in Reihe geschaltet enthält. Die Verbindungsstelle des Widerstands 82 und des temperaturempfindlichen Elementes 83 ist mit der Basis des Transistors TR₁ verbunden. Das temperaturempfindliche Element 83 und der Widerstand 84 können in dem Verbindungspunkt ausgetauscht werden.

Wird in der Schaltungsanordnung der Fig. 11 der Widerstand des temperaturempfindlichen Elementes 83 mit R_fch und die Widerstandswerte der Widerstände 82 und 84 mit R₈₂ bzw. R_Q4 bezeichnet, so kann eine Spannung E entsprechend der Referenz-

109834/1628

Spannungsquelle E der früher angegebenen Gleichung (4)

ScL

folgendermaßen ausgedrückt werden:

^{E s} (1 + ^}(e + ¹V ^{E (5}

_th + R₈₄ BE F

Bei einem Ansteigen der Umgebungstemperatur nimmt der Widerstand R., des temperaturempfindlichen Elements 83 ab, so daß

Rg ρ

der Term (1 +' 5 ) einen größeren Wert annimmt, wodurch

' ■-■■ " --th...⁺ 84
eine Abnahme in der Summe der Spannungen E_ßE und E in der Gleichung (4) positiv kompensiert wird. Die oben genannte erhöhte Umgebungstemperatur hat auch eine Abnahme des Gesamtwiderstands der Parallelschaltung zur Folge, die aus der Schaltung des variablen Widerstands 81 und der Schaltung gebildet wird, die den Widerstand 82, das temperaturempfindliche Element 83 und den Widerstand 84 in Reihe geschaltet enthält. Dementsprechend kann die Temperaturkompensation auch durch den veränderten Widerstand des Quellenkreises des FET bewirkt werden·

Zur vollständigen Temperaturkompensation sollten je größer der Drainstrom I_DSS bei der Vorspannung Null ist, umso kleiner die Änderungen im Widerstand des Quellenkreises des FET sein, die von den Änderungen der Umgebungstemperatur herrühren. Weiter sollte bei einem FET mit einem großen Wert von I_Dss der variable Widerstand 81 in seinem Widerstandswert so viel wie möglich verringert werden, um die Spannung E konstant zu halten. Dies rührt von der Notwendigkeit her, einen Einfluß von dem veränderten Widerstand des temperaturempfindlichen Elementes 83 infolge der Änderungen der Umgebungstemperatur minimal zu halten, wodurch automatisch Änderungen im Widerstand des QueBenkreises des FET, die durch diese Änderungen ^bedingt sind, verringert werden. Wenn daher die Widerstand swerte der Widerstände 82 und 84 geeignet ausgewählt

109834/1628

sind, wird ein einziger variabler Widerstand 81 ausreichen, um die Temperaturkompensation durch einen FET zu ermöglichen, der einen größeren Wert von I_DSS hat, als der- in der Schaltungsanordnung der Fig. 5 verwendete.

Wenn zum Beispiel ein temperaturempfindliches Element 83 mit einem Widerstand von 2,5 kOhm bei 25°C, ein Widerstand 82 mit einem Widerstand von 60 Ohm, ein Widerstand 84 mit einem Widerstand von 1,8 kOhm und ein FET, dessen I_DSS- Wert von 2 bis 5 mA reicht, verwendet werden, dann wurde eine gute Temperaturkompensation erreicht, bei der die Ausgangsspannung E so kleine Änderungen wie + 10 mV bei Umgebungstemperaturen zwischen -20° und + 50⁰C zeigte, wie es in Fig. 12 dargestellt ist.

Wenn die Verstärkerschaltungsanordnung 16e der Fig. 11 zum Einstellen der Menge des einfallenden Lichtes, das durch einen Film aufgenommen wird, in einer integrierten Schaltung gebildet wird, darf der I_nQc ^des F^£T> der in dieser Schaltungsanordnung enthalten ist, einen breiteren Variationsbereich haben, was die Herstellung dieser Schaltungsanordnung mit einer besseren Ausbeute ermöglicht.

Fig. 13 zeigt ein Diagramm einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Verstärkerschaltungsanordnung 16f zum Steuern der Menge des einfallenden Lichtes, das von einem Film aufgenommen wird, wobei zur Kompensation der Änderungen in der Spannung der Spannungsversorgung 23f ein Widerstand 91 zwischen dem positiven Anschluß der Spannungsquelle 23f und die Basis des Transistors TR geschaltet ist.

Bei einer solchen Schaltung wird ein Anstieg in der Spannung der Versorgung 23f über den Widerstand 91 zu einem Anwachsen des Basisstromes und zu einem Abnehmen der Kollektorspannung dieses Transistors TR₁ führen, so daß. die Änderungen in der

109834/1628

Ausgangsspannung E _ infolge der Änderungen der Versorgungsspannung stärker verringert werden können, wie es durch die Kurve der Fig. 14 gezeigt ist, als in irgendeiner anderen der oben beschriebenen Schaltungsanordnungen.

Wenn in diesem Falle anstelle des Widerstandes 91 ein ähnlicher Widerstand 92 zwischen den positiven Anschluß der Spannungsqüeile 23f und das Gate G des FET geschaltet wird, wird offensichtlich das gleiche Resultat erhalten. Es ist auch möglich, beide Widerstände 91 und 92 zu verwenden.

Fig, 15 zeigt eine Verstärkerschaltungsanordnung 16g nach noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die aus einer Kombination der Schaltungsanordnungen der Fig. 8 (oder zulässigerweise 10) und 11 besteht, um die Menge des einfallenden Lichtes, die von einem Film aufgenommen wird, zu steuern, welche so angelegt ist, daß sie bewirkt, daß die Ausgangsspannung E sich näherungsweise mit einer Exponentialfunktion in bezug auf weite Änderungen in der Menge des einfallenden Lichtes ändert, und die auch Änderungen in der Umgebungstemperatur wirkungsvoll kompensiert.

Fig. 16 stellt eine Verstärkerschaltungsanordnung 16h gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung dar, die aus einer Kombination der Schaltungsanordnungen der Fig. 8 (oder zulässigerweise 10) und 13 gebildet ist, um die Menge des einfallenden Lichtes, die durch einen Film aufgenommen wird, zu steuern, welche so angelegt ist, daß sie bewirkt, daß die Ausgangsspannung E , sich in einer idealen Exponentialfunktion in bezug auf breite Änderungen in der Menge des einfallenden Lichtes ändert, und daß sie auch Änderungen in der Ausgangsspannung E , unterdrückt, die von Änderungen in der Spannung einer Spannungsversorgung 23h herrühren.

109834/1628

ti

2106337

Pig. 17 zeigt eine Verstärkerschaltungsanordnung 16i nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die eine Kombination der Schaltungsanordnungen der Fig. 11 und 13 umfaßt, um die Menge des einfallenden Lichtes, das von einem Film aufgenommen wird, zu steuern, welche so angelegt ist, daß die Änderungen in der Ausgangsspannung E . infolge von Änderungen nicht nur der Umgebungstemperatur, sondern auch der Spannung einer Spannungsquelle 23i beschränkt»

Fig. 18 zeigt eine Verstärkerschaltungsanordnung 16j, die aus einer Kombination der Schaltungsanordnungen der Fig_c 10j 11 und 13 zusammengesetzt ist, um die Menge des einfallenden Lichtes, das durch einen Film aufgenommen wird, zu steuern, welche go angelegt ist, daß sie bewirkt, daß die Ausgangsspannung E , sich näherungsweise mit einer Exponentialfunktion in Bezug auf weite Änderungen in der Menge des einfallenden Lichtes ändert, und daß sie auch eine Kompensation von Änderungen nicht nur der Umgebungstemperatur, sondern auch der Spannung einer Spannungsquelle 23j bewirkt. Es wird aus der früheren Beschreibung deutlich, daß die Verstärkerschaltungsanordninig der Fig. 18 sters eine äußerst ideale Steuerung der Lichtmenge, der ein Film ausgesetzt ist, unter irgendwelchen ümgebungsbediiigungen ermöglicht·

Die Teile der Fig. 2, 5_; 8, 10, 11, 13 und 15 bis 18, die die gleichen sind wie die der Fig. 1 sind mit denselben Bezugszeichen benannt und ihre Beschreibung ist weggelassen. Die vorangehenden Ausführungsformen betreffen die Verwendung eines fotoleitenden Elementes als Fotozelle. Jedoch ergibt sich dasselbe Resultat, wenn dafür eine Se oder Si Fotozelle oder ein Fototransistor eingesetzt wird. Weiter kann der Transistor TRp weggelassen werden, außer wenn die Betätigung einer Blende eine große Leistung erfordert. Im Gegensatz dazu kann zusätzlich zu dem Transistor TRp ein anderer Transistor vorge-

109834/1628

sehen werden, wenn diese Betätigung eine große Leistung erfordert. Der FET kann nicht nur vom Sperrschichttyp sein, sondern auch vom Typ mit isoliertem Gate, vorausgesetzt, daß er eine hohe Eingangsimpedanz hat.

109834/1628

Claims

Patentansprüche

1.) Verstärkerschaltungsanordnung zum Steuern der Lichtmenge mit einem Sourcefolger (Quellenfolger oder Kathodenfolger)-Feldeffekttransistor, der wenigstens einen Widerstand mit seinem Gate und ebenso zwischen seiner Source (Quelle) und dem Erdpunkt verbunden hat, mit einem Transistor, dessen Basis mit der Source des Feldeffekttransistors verbunden ist,- und dessen Kollektor über einen Widerstand mit einer Spannungsquelle verbunden ist, mit einem Versorgungselement für konstante Spannung, das zwischen den Emitter des letzteren Transistors und den Erdpunkt geschaltet ist, mit einem fotoleitenden Element, das in eine negative Rückkopplungsschleife geschaltet ist, die zwischen dem Gate des Feldeffekttransistors und der Ausgangsseite dieses letzteren Transistors angebracht ist, und mit einer Last, die mit der Ausgangsseite des letzteren Transistors verbunden ist, um entsprechend den Änderungen des Widerstandes des fotoleitenden Elementes infolge der Intensität des einfallenden Lichtes betrieben zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein rückkopplungsübertragendes Element-in eine negative Rückkopplungsschleife geschaltet ist, die zwischen der Ausgangsseite und der Basis dieses letzteren Transistors vorgesehen ist.

2« Verstärkerschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine negative Rückkopplungsschleife über einen Widerstand durch ein rückkopplungsübertragendes Element von der Ausgangsseite dieses leteteren Transistors zu dem geerdeten Punkt des Widerstandes, der sich im Source-

109834/1628

kreis dieses Feldeffekttransistors befindet, versorgt wird.

3. Verstärkerschaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Widerstand, der zwischen der Source des Feldeffekttransistors und dem Erdpunkt liegt, ein variabler oder halbfester ist, daß parallel zu diesem Widerstand ein Kreis geschaltet ist, der einen ersten Widerstand, ein temperaturempfindliches Widerstandselement und einen zweiten Widerstand in Reihe geschaltet enthält, und daß mit der Basis dieses letzteren Transistors der Anschlußpunkt des ersten Widerstandes und des " temperaturempfindlichen Widerstandselementes oder des zweiten Widerstandes verbunden ist.

4. Verstärkerschaltungsaiiordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand zwischen die Spannungsquelle und das Gate des Feldeffekttransistors und/oder die Basis dieses letzteren Transistors geschaltet ist.

5. Verstärkerschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein rückkopplung sübertragendes Element in eine negative Rückkopplungsschleife geschaltet ist, die zwischen der Ausgangsseite und der Basis dieses letzteren Transistors angebracht ist, daß der Widerstand, der sich zwischen der Source des Feldeffekttransistors und dem Erdpunkt

j ' befindet, ein variabler oder halbfester ist, daß parallel ! ' zu diesem Widerstand ein Kreis geschaltet ist, der einen j

ersten Widerstand, ein temperaturempfindliches Element und einen zweiten Widerstand in Reihe geschaltet enthält, und daß die Verbindungsstelle des ersten Widerstands und des temperatürempfindlichen Widerstands-

109834/1628

elementes oder des zweiten Widerstandes mit der Basis dieses letzteren Transistors verbunden ist.

6. Verstärkerschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein rückkopplungsübertragandes Element in eine negative Rückkopplungsschleife geschaltet ist, die zwischen der Ausgangsseite und der Basis des letzteren Transistors vorgesehen ist, und daß ein Widerstand zwischen der Spannungsquelle und zwischen dem Gate des Feldeffekttransistors und/oder der Basis des letzteren Transistors geschaltet ist»

7. Verstärkerschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand, der sich zwischen der Source des Feldeffekttransistors und dem Erdpunkt befindet, ein variabler oder halb-fester ist, daß parallel zu diesem Widerstand ein Kreis geschaltet ist, der einen ersten Wider-Widerstand, ein temperaturempfindliches Widerstandselement und einen zvmlten Widerstand in Reihe geschaltet enthält, daß die Verbindungsstelle des ersten Widerstands und des temperaturempfindlichen Widerstandselementes oder des zweiten Widerstands mit der Basis des letzteren Transistors verbunden ist, und daß ein Widerstand zwischen die Spannungsquelle und zwischen das Gate des Feldeffekttransistors und/oder die Basis des letzteren Transistors geschaltet ist.

8. Verstärkerschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine negative Rückkopplungsschleife über einen Widerstand durch das rückkopplungsübertragende Element von der Ausgangsseite des letzteren Transistors zu dem ge-

109834/1628

erdeten Punkt des Widerstands, der im Sourcekreis des Feldeffekttransistors enthalten ist, versorgt wird, daß der Widerstand, der sich zwischen der Source des Feldeffekttransistors und dem geerdeten Punkt befindet, ein variabler oder halbfester ist, daß parallel zu diesem Widerstand ein Kreis geschaltet ist, der einen ersten Widerstand, ein temperaturempfindliches Widerstandselement und einen zweiten Widerstand in Reihe geschaltet enthält, daß die Verbindungsstelle des rsten Widerstands und des temperaturempfindlichen Widerstandselementes oder des zweiten Widerstands mit der Basis des letzteren Transistors verbunden ist, und daß ein Widerstand zwischen der Spannungsquelle und zwischen dem Gate des Feldeffekttransistors und/oder der Basis dieses letzteren Transistors geschaltet ist.

108834/1628

Leerseite