DE2106387C3 - Vorrichtung zum Regem der auf eine lichtempfindliche Einrichtung fallenden Lichtmenge - Google Patents
Vorrichtung zum Regem der auf eine lichtempfindliche Einrichtung fallenden LichtmengeInfo
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Description
transistors 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 /o und die Lastkennlinie
eines zwischen die Quelle und den Erdungspunkt geschalteten Widerstands betreffen,
Fig.7 im Diagramm die Kennlinien der Schaltungsanordnungen der F i g. 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,
F i g. 9 im Diagramm die Beziehung von Ausgangsspannung der Schaltung der Fig.8 gegen den
Widerstand eines lichtaufnehmenden Elements,
Fig. 10 ein Diagramm einer anderen Ausführungsform
einer Verstärkerschaltungsanordnung zum Einstellen der Menge des eintretenden Lichtes,
F i g. 11 ein Diagramm noch einer anderen Ausführungsform
einer Verstärkerschaltungsanordnung zum Einstellen der Menge des eintretenden Lichtes.
Fig. 12 im Diagramm die Beziehung von Ausgangsspannung
der Schaltungsanordnung nach Fig. (1 gegen
die Umgebungstemperatur,
Fig. 13 ein Diagramm einer weiteren 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,
Fig. 15bis 18 zeigen andere 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 TR2 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.8 beschrieben ist, mit einer relativ geringen Menge von einfallendem Licht versorgt wird,
hat das Element 21c einen relativ hohen Widerstand, so daß die Ausgangsspannung Ex vom Emitter des
Transistors TO2 durch eine Schleife 60, die den
Widerstand 61 enthält, negativ zurückgekoppelt wird, ohne daß sie wesentlich zu einer Schleife 20c, die das
fotoleitende Elemtnt 21 centhält, 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 Ex durch die negative Rückkopplungsschleife 2Oe, die das Element 21 centhält,
zur Folge hat Demgemäß ändert sich die Ausgangsspannung Ex vom Emitter des Transistors TR2
näherungsweise in einer Exponentialfunktion, wie sie in F i g. 9 durch die gestrichelte Kurve 65 dargestellt ist, die
sich einer idealen Jurchgezogenen Kurve 64 nähen, entsprechend dem sich ändernden Widerstand des
fotoleitenden Elementes 21c. Wenn daher die Öffnungsfläche
der Blende 17 der F i g. I durch eine Antriebseinrichtung 25 gesteuert wird, die dazu mit dem Emitter des
Transistors 77?2 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 F i g. 2 und 5 möglich ist
Fig. 10 stellt ein Diagramm einer Verstärkerschaltungsanordnung 16c/ 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 22c/ im Gatekreis des FET einschließt, wodurch ein fotoleitendes Element 21c/ 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 F i g. 8 u«d 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 77?2 und der Verbindungsstelle der in Reihe geschalteten Widerstände 22c/ und 72 einen relativ niedrigen Widerstand hat und weiter daß die Fotozelle, die aus einer Siliziumfotodiode oder einer Siliziumfotozelle gebildet ist, eine konstante Stromcharakteristik hat.
Fig. 10 stellt ein Diagramm einer Verstärkerschaltungsanordnung 16c/ 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 22c/ im Gatekreis des FET einschließt, wodurch ein fotoleitendes Element 21c/ 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 F i g. 8 u«d 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 77?2 und der Verbindungsstelle der in Reihe geschalteten Widerstände 22c/ und 72 einen relativ niedrigen Widerstand hat und weiter daß die Fotozelle, die aus einer Siliziumfotodiode oder einer Siliziumfotozelle gebildet ist, eine konstante Stromcharakteristik hat.
JO Fig. 11 zeigt eine Verstärkerschaltungsanordnung 16e nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung
zur Steuerung der Menge des einfallenden Lichtes, die von einem Film aufgenommen wird, welche so
angelegt ist, daß ihre Ausgangsspannung wenig durch
j5 Änderungen der Umgebungstemperatur beeinflußt
wird. Zwischen der Quelle Sdes 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 Verbindungssteile des Widerstands 82 und des temperaturempfindlichen Elementes 83 ist mit der
Basis des Transistors TR\ 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,h und die Widerstandswerte der Widerstände 82
so und 84 mit Rs2 bzw. Rm bezeichnet, so kann eine
Spannung Ex entsprechend der Referenzspannungsquelle
Eu der früher angegebenen Gleichung (4) folgendermaßen ausgedrückt werden:
E„ s
«8
(EBE + Ef)- Eas \5)
Bei einem Ansteigen der Umgebungstemperatur nimmt der Widerstand /?,*des temperaturempfindlichen
Elements 83 ab, so daß der Term
Rl
einen größeren Wert annimmt, wodurch eine Abnahme
in der Summe der Spannungen Ebe und Ef in der
Gleichung (4) positiv kompensiert wird. Die obengenannte 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 Riemen! 83
und den Widerstand 84 in Reihe geschaltet enthält. Dementsprechend kann die Temperaturkompensation
auch durch den veränderten Widerstand des Quellcnkreises des FET bewirkt werden.
Zur vollständigen Temperaturkompensation sollten je größer der Drainstrom loss bei der Vorspannung Null
ist, um so 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 /os.<;der variable
Widerstand 81 in seinem Widerstandswert soviel wie möglich verringert werden, um die Spannung Esc
konstantzuhalten. 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 Quellenkreises des FET. die durch diese
Änderungen bedingt sind, verringert werden. Wenn daher die Widerstandswerte der Widerstände 82 und 84
geeignet ausgewählt sind, wird ein einziger variabler Widerstand 81 ausreichen, um die Temperaturkompensation
durch einen FET zu ermöglichen, der einen größeren Wert von /oss hat, als der in der Schaltungsanordnung
der F i g. 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 /psrWert von 2 bis 5 mA
reicht, verwendet werden, dann wurde eine gute Temperaturkompensation erreicht, bei der die Ausgangsspannung
E„c so kleine Änderungen wie ± 10 mV
bei Umgebungstemperaturen zwischen -20° und + 500C zeigte, wie es in F i g. 12 dargestellt ist.
Wenn die Verstärkerschaltungsanordnung 16e der
F i g. 11 zum Einstellen der Menge des einfallenden
einer integrierten Schaltung gebildet wird, darf der loss
des FET, 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 Ausführungsform einer Verstärkerschaltungsanordnung 16/
zum Steuern der Menge des einfallenden Lichtes, das von einem Film aufgenommen wird, wobei zur
Kompensation der Änderungen in der Spannung der Spannungsversorgung 23/ ein Widerstand 91 zwischen
dem positiven Anschluß der Spannungsquelle 23/und die Basis des Transistors TR\ geschaltet ist.
Bei einer solchen Schaltung wird ein Anstieg in der
Spannung der Versorgung 23/über den Widerstand 91 zu einem Anwachsen des Basisstromes und zu einem
Abnehmen der Kollektorspannung dieses Transistors TRt führen, so daß die Änderungen in der Ausgangsspannung £0/-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 Schaltungsancrdnungen.
Wenn in diesem Falle anstelle des Widerstandes 91 ein ähnlicher Widerstand 92 zwischen den positiven
Anschluß der Spannungsquelle 23fund das Gate G des
FET geschaltet wird, wird offensichtlich das gleiche Resultat erhallen. Es ist auch möglich, beide Widerstände
91 und 92 zu verwenden.
Fig. 15 zeigt eine Vcrstärkcrschaltungsanordnung
1S 16£ nach noch einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung, die aus einer Kombination der Schallungsanordnungen der F i g. 8 (oder zulässigerweise 10) und 11
besteht, um die Menge des einfallenden Lichtes, die von einem Film aufgenommen wird, zu steuern, welche so
ίο angelegt ist, daß sie bewirkt, daß die Ausgangsspannung
Eog 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.
r> Fig. 16 stellt eine Verstärkerschaltungsanordnung 16/) gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung dar, die aus einer Kombination der Schaltungsanordnungen der F i g. 8 (oder zulässigerwcisc 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 £"„* 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 £oA unterdrückt, die von Änderungen in der Spannung einer Spannungsversorgung 23Λ herrühren.
r> Fig. 16 stellt eine Verstärkerschaltungsanordnung 16/) gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung dar, die aus einer Kombination der Schaltungsanordnungen der F i g. 8 (oder zulässigerwcisc 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 £"„* 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 £oA unterdrückt, die von Änderungen in der Spannung einer Spannungsversorgung 23Λ herrühren.
Fig. f7 zeigt eine Verstärkerschaltungsanordnung
16/nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
ju die eine Kombination der Schaltungsanordnungen der
F i g. 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 E0, infolge von Änderungen
is nicht nur der Umgebungstemperatur, sondern auch der
Spannung einer Spannungsquelle 23/ beschränkt.
Fig. 18 zeigt eine Verstärkerschaltungsanordnung 16/ die aus einer Kombination der Schaltungsanordnungen
der F i g. 10,11 und 13 zusammengesetzt ist, um die
Menge des einfallenden Lichtes, das durch einen RIm aufgenommen wird, zu steuern, weiche so angelegt ist,
daü sie bewirkt, daß die Ausgangsspannung E0J 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 23/ bewirkL Es wird aus der früheren Beschreibung deutlich,
daß die Verstärkerschaltungsanordnung der Fig. 18 stets eine äußerst ideale Steuerung der Lichtmen^e, der
ein Film ausgesetzt ist, unter irgendwelchen Umgebungsbedingungen ernröglicht
Die Teile der F i g. 2,5,8,10,11,13 und 15 bis 18, die
die gleichen sind wie die der F i g. 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 TR2 weggelassen werden, außer wenn die
Betätigung einer Blende eine große Leistung erfordert Im Gegensatz dazu kann zusätzlich zu dem Transistor
77?2 ein anderer Transistor vorgesehen 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
Claims (2)
1. Vorrichtung zum Regeln der auf eine lichtempfindliche Einrichtung fallenden Lichtmenge mit
einem als Sourcefolger betriebenen Feldeffekt-Transistor, zwischen dessen Gate und Masse
wenigstens ein Gatewiderstand liegt und zwischen dessen Source und Masse ein Sourcewiderstand
geschaltet ist, mit einem zweiten Transistor, dessen Basis mit der Source des Feldeffekt-Transistors
verbunden ist und dessen Kollektor über einen Widerstand an einer Energiequelle liegt, mit einem
eine konstante Spannung liefernden Element, das zwischen dem Emitter des zweiten Transistors und
Masse liegt, mit einer Verstärkerstufe, die wenigstens einen Transistor enthält, dessen Basis mit dem
Kollektor des zweiten Transistors verbunden ist und den Eingang der Verstärkerstufe bildet mit einem
photoleitendf"n Element das in einer Gegenkopplungsschleife üegt die vom Ausgang der Verstärkerstufe zum Gate des Feldeffekt-Transistors führt, und
mit einer elektrischen Last als Stellglied, die mit dem Ausgang der Verstärkerstufe verbunden ist und der
Änderung des Widerstandes des photoleitenden Elementes aufgrund der Änderung der Intensität des
auftreffenden Lichtes entsprechend gestellt wird, gekennzeichnet durch einen ohmschen
Rückkopplungswiderstand (61), der in einer Gegenkopplungsschleife (60) liegt die vom Ausgang der jo
Verstärkerstufe zur Basis des zweiten Transistors (TRi) führt
2. Vorrichtung zum Regeln ia,( auf eine lichtempfindliche Einrichtung fallenden Lichtmenge mit
einem als Sourcefolger betrie: ienen Feldeffekt-Transistor, zwischen dessen Gate und Masse
wenigstens ein Gatewiderstand liegt und zwischen dessen Source, und Masse ein Sourcewiderstand
geschaltet ist, mit einem zweiten Transistor, dessen Basis mit der Source des Feldeffekt-Transistors
verbunden ist und dessen Kollektor über einen Widerstand an einer Energiequelle liegt mit einem
eine konstante Spannung liefernden Element, das zwischen dem Emitter des zweiten Transistors und
Masse liegt, mit einer Verstärkerstufe, die wenig- 4·-, stens einen Transistor enthält, dessen Basis mit dem
Kollektor des zweiten Transistors verbunden ist und den Eingang der Verstärkerstufe bildet, mit einem
photoleitenden Element das in einer Gegenkopplungsschleife liegt, die vom Ausgang der Verstärker- w
stufe zum Gate des Feldeffekt-Transistors führt, und mit einer elektrischen Last als Stellglied, die mit dem
Ausgang der Verstärkerstufe verbunden ist und der Änderung des Widerstandes des photoleitenden
Elementes aufgrund der Änderung der Intensität des auftreffenden Lichtes entsprechend gestellt wird,
dadurch gekennzeichnet daß der Gatewidersland des Feldeffekt-Transistors aus wenigstens zwei
einzelnen in Reihe geschalteten Widerständen (22c/, 72) besteht, und daß ein ohmscher Rückkopplusngswiderstand (71) in einer Rückköpplungsschleife (70)
liegt, die vom Ausgang der Verstärkerstufe zum Verbindungspunkt der wenigstens zwei in Reihe
geschalteten den Gatewiderstand bildenden Einzelwiderstände (22c/. 72) führt. (,5
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln der auf eine lichtempfindliche Einrichtung fallenden
Lichtmenge mit einem als Sourcefolger betriebenen Feldeffekt-Transistor, zwischen dessen Gate und Masse
wenigstens ein Gatewiderstand liegt und zwischen dessen Source und Masse ein Sourcewiderstand
geschaltet ist, mit einem zweiten Transistor, dessen Basis mit der Source des Feldeffekt-Transistors
verbunden ist und dessen Kollektor über einen Widerstand an einer Energiequelle liegt, mit einem eine
konstante Spannung liefernden Element, das zwischen dem Emitter des zweiten Transistors und Masse liegt,
mit einer Verstärkerstufe, die wenigstens einen Transistor enthält, dessen Basis mit dem Kollektor des
zweiten Transistors verbunden ist und den Eingang der Verstärkerstufe bildet, mit einem photoleitenden Element, das in einer Gegenkopplungsschleife liegt, die
vom Ausgang der Verstärkerstufe zum Gate des Feldeffekt-Transistors führt, und mit einer elektrischen
Last als Stellglied, die mit dem Ausgang der Verstärkerstufe verbunden ist und der Änderung des
Widerstandes des photoleitenden Elements aufgrund der Änderung der Intensität des auftreffenden Lichtes
entsprechend gestellt wird.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine derartige Regeleinrichtung so
auszubilden, daß die ,auf die lichtempfindliche Einrichtung fallende Lichtmenge unabhängig von der Intensität
des einfallenden Lichtes im wesentlichen konstant bleibt
Dies kann nach einer ersten Lösung dadurch erreicht werden, daß ein ohmscher Rückkopplungswiderstand
vorgesehen wird, der in einer Gegenkopplungsschleife liegt, die vom Ausgang der Verstärkerstufe zur Basis des
zweiten Transistors führt
Nach einer weiteren Lösung kann die Aufgabe auch dadurch gelöst werden, daß der Gatewiderstand des
Feldeffekt-Transistors aus wenigstens zwei einzelnen in Reihe geschalteten Widerständen besteht, und daß ein
ohmscher Rückkopplungswiderstanä in einer Rückkopplungsschleife liegt, die vom Ausgang der Verstärkerstufe zum Verbindungspunkt der wenigstens
zwei in Reihe geschalteten den Gatewiderstand bildenden Einzelwiderstände führt
Durch die Anordnung eines Rückkopplungswiderstandes in einer der oben angegebenen Schaltungen
wird bewirkt, daß sich die Ausgangsspannung annähernd in einer Exponentialfunktion mit der Menge des
einfallenden Lichtes ändert, wodurch die angestrebte Regelcharakteristik erreicht wird.
Im folgenden werden einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als Beispiel anhand der
Zeichnung beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 ein Blockdiagramm, das eine prinzipielle Vorrichtung zum Einstellen der Blende einer Kamera
zeigt,
F i g. 2 die konkrete Verstärkerschaltungsanordnung mit einem fotoleitenden Element nach dem Stand der
Technik zum Einstellen der Blende,
Fig.3 im Diagramm die Beziehung zwischen der
Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung der F i g. 2 und dem Widerstand des fotoleitenden Elements,
Fig.4 im Diagramm die Beziehung zwischen der
Ausgangsspannung der Schaltung nach Fig.2 und der Versorgungsspannung,
F i g. 5 eine andere Verstärkerschaltungsanordnung nach dem Stand der Technik zum Einstellen der Blende,
F i g. 6 im Diagramm die Kennlinien eines Feldeffekt-
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