DE2147426C2

DE2147426C2 - Schaltungsanordnung zur Verwendung in einer ein optoelektnsches Koppelelement ent haltenden Nachnchtenubertragungsstrecke

Info

Publication number: DE2147426C2
Application number: DE19712147426D
Authority: DE
Inventors: Werner 8000 Muenchen Kahr
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-09-22
Filing date: 1971-09-22
Publication date: 1973-10-04
Also published as: DE2147426B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung

2Q zur Verwendung in einer ein optoelektrischer Koppelelement enthaltenden Nachrichtenübertragungs^trecke. bei der das Koppelelement eine Lumineszenzdiode als elektrooptischen und eine Halbleiter-Photodiode als optoelektrischen Wandler aufweist.

In F i g. 1 ist eine derartige, aus der deutschen Auslegeschrift 1177 212 bekannte Nachrichtenübertragungsst.ecke gezeigt, bei der zur galvanischen Entkopplung eines Eingangskreises von einem Ausgangskreis ein optoelektrisches Koppelelement K verwendet

ist. Dieses Koppelelement besteht aus einer Lumineszenzdiode L und einer Photodiode P. Eine an den Klemmen 1, 2 anliegende Eingangsspannung U,-_: wird vom Eingangs\erstärker V₁ verstärkt, so daß ein Strom /_; über die Lumineszenzdiode L fließt und

3S diese zur Lichtaussendung anregt. Von der Lumineszenzdiode L ausgehendes Licht wird von der Photodiode P empfangen, woraus ein Strom I_A resultiert. Dieser Strom /, wird vom Ausgangsverstärker V verstärkt, so daß an den Klemmen 3, 4 eine Aus-

4" gangsspannung U_x zur Verfugung steht.

Eine derartige Anordnung weist jedoch die Eigenschaft auf, daß eine Abhängigkeit des Übersetzungsverhältnisses /, des Koppelelementes K von dem durch die Lumineszenzdiode L fließenden Strom /,. auftritt.

Das Übersetzungsverhältnis η ist dabei durch den Quotienten der Ströme I_A und /_f: definiert, also '/ = I,\ll·:· Ein charakteristischer Verlauf des Übersetzungsverhältnisses 1; bei einem optoelektrischen Koppelelement K in Abhängigkeit von dem die Lumineszenzdiode L durchfließenden Strom /_£- ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei sind das Übersetzungsverhältnis η an der Ordinate in Prozenten und der Strom /,- an der Abszisse in Milliampere eingetragen. Aus diesem nichtlinearen Verhalten des Koppelelementes K ergibt sich zwangläufig ein entsprechender nichtlinearer Zusammenhang zwischen der Eingangsspannung [//; und der Ausgangsspannung U_A, also eine Verzerrung des zu übertragenden Signals. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die angeführte Eigenschaft beseitigt und dabei einfach im Aufbau und betriebssicher ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Lumineszenzdiode mit der Kollektorelektrode eines ersten Transistors verbunden ist, daß an die Basiselektrode dieses Transistors eine derart gewählte Konstantspannung angelegt ist, daß ein eingeprägter Strom über die Lumineszenzdiode fließt,

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daß in die Emitterzuleitung des ersten Transistors ein hinaus erreicht man eine besonders hohe Klirrdampveränderbarer Widerstand eingeschaltet ist. an dessen fung. was die Verwendung der Schaltungsanordnung Steuerelektrode einerseits zur Einstellung eines über bei hochwertigen Übertra~üungss\ steinen ermöglicht, ihn fließenden Ausgangsstromes eine von der Kon- Da die Schaltungsanordnung "zudem verstäikend stantspannung abgeleitete Spannung und andererseits 5 wirkt, kann ein zusätzlicher Eingangsverstärker zur ein zu übertragendes Signal zur Modulation des Aus- Aussteuerung der Lumineszenzdiode eingespart gangssiromes angelegt ist und daß der Widerstands- werden.

wert des veränderbaren Widerstandes in Abhängig- Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht

Keil von dem über ihn fließenden Strom steuerbar ist. darin, daß zwisehen\!cm in der Emiiterzuleitung des

Durch die Einprägung des über die Lumineszenz- io zweiten Transistors liegenden Widerstand und der fiii diode fließenden Stromes mit Hilfe eines ersten die Vereleichsspannuni: '■ orsiesehenen Quelle ciner-Transistors in Verbindung mit dem als Gegenkopp- seits und der Steuerelektrode'des Feldeffekttransistors lungswiderstand für diesen Transistor dienenden, in andererseits je ein ohmscher Entkopplungswiderstand seinem Widerstandswert von deir aber ihn fließenden eingeschaltet ist. Man erreicht iv.-rdurch". daß gegen Sti>Mii steuerbaren Wideistand ei reicht man auf ein- 15 seilige Beeinflussungen der am Emitterwiderstand de·. fache Weise eine Linearisierung des Übersetzungsver- zweiten Transistors abfallenden Spannung und der hältnisv.-s des Koppelelementes. Damit wird ein Vergleichsspannung. die zu einer fehlerhaften Auslinearer Zusammenhang zwischen Eingangs- und steuerung des Eeideikkuvanswuirs führen wurden. Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung ge- vermieden werden.

schaffen und dadurch die Möglichkeit gegeben, opto- 20 Ferner besteht eine Ausgestaltung der Erfindung elektrische Koppelelemente in vorteilhafter Weise darin, daß der Widerstand in der Emitterzuleitung des aiiLii in Nachrichtenübertragungsstrecken einzusetzen. zweiten Transistors ein veränderbarer Widerstand in bei Jenen hohe Anforderungen an die Linearität der Form eines Potentiometers ist. Durch üiese Mal.'i-Übertragung gestellt sind. Auf diese Weise lassen nah mc ist auf einfache Weise die Möglichkeit gegeben, sieh induktive Übertrager, die insbesondere im Nieder- 25 einen Abgleich bei der an diesem Widerstand abgefreijuenzhereich aufwendig sind, vermeiden. grirfenen Spannung vorzunehmen.

J-.ine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung be- Es kann auch vorteilhaft sein, daß der Widerstand

steht darin, daß der veränderbare Widerstand durch in der Emitterzuleitung des zweiten Transistor* von einen zweiten Transistor realisiert ist. dessen Kollek- einem Kondensator überbrückt ist. Dieser Konden tor-Emitter-Strecke in Serie zur Kollektor-Emitter- 30 sator bewirkt eine gewisse Mittelwertbildung bei der Strecke des ersten Transistors geschaltet ist, daß in am Eimitterwiderstand des zweiten Transistors abder Emitterzuleitung des zweiten Transistors wenis,- fallenden Spannung. Zugleich wird der Einfluß höherstens ein ohmscher Widerstand liegt, daß die an frequenter Signalantcile auf die Gegenkopplung verdiesem Widerstand abfallende Spannung gemeinsam ringen.

mit einer konstanten Vergleichsspannung entgegen- 35 Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht lerner gesetzter Polarität an die Steuerelektrode eines Feld- darin, daß zur Erzeugung der an der Basiselektrode elTekttranMStors angelegt ist und daß die Quellen- des ersten Transistors anliegenden Konsiantspannung elektrode des Feldeffekttransistors über einen Kon- die Serienschaltung einer Zenerdiode und eines ohmdensator mit der Basiselektrode des zweiten Tran- sehen Vorwiderstandes verwendet ist und daß der sistors und die Senkenelektrode des Feldeffekttran- 40 Verbindungspunkt der Zenerdiode und des Vorwidersistors über einen weiteren Kondensator mit der Standes an die Basiselektrode des .-rsten Transistors Kollektorelektrode des zweiten Transistors verbun- angeschaltet ist. Durch diese Schaltungsmaßnahme den ist. wird auf einfache Weise erreicht, daß der erste

Durch diese Maßnahmen erreicht man, daß die Transistor so ausgesteuert wird, daß ein eingeprägter Wechselspannungsverstärkung der Schaltungsancrd- 45 Strom über die Lumineszenzdiode fließt, nung von dem durch die Lumineszenzdiode, den Ferner wird die aus der Zenerdiode und dem Vor-

ersten und den zweiten Transistor fließenden Gleich- widerstand gebildete Konstantspannungsquelle auch strom abhängt. Hierzu ist ein Feldeffekttransistor zur Einstellung des Ausgangsstromes des zweiten verwendet, dessen Quellen- und Senkenelektrode Transistors verwendet, indem der Verbindungspunkt jeweils unter Zwischenschaltung eines Kondensators 50 von Zenerdiode und Vorwiderstand über einen Spanmit der Basis- bzw. Kollektorelektrode des zweiten nungsteiler mit der Basiselektrode des zweiten Tran-Transistors verbunden sind. Der Kanalwiderstand sistors verbunden wird. Durch die Einstellung des dieses Feldeffekttransistors dient für Wechselstrom Ausgangsstromes des zweiten Transistors mit Hilfe als Gegenkopplungswiderstand des zweiten Transistors. des Spannungsteilers wird zugleich der Arbeitsruhe-Seine Größe hängt von der Differenz der am ohmschen 55 strom der Lumineszenzdiode eingestellt. Widerstand in der Emitterzuleitung des zweiten Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines

Transistors abfallenden Spannung und der Vergleichs- in Fig 3 dargestellten Ausführungsbeispiels näher spannung ab. Die am Emitterwiderstand des zweiten erläutert.

Transistors abfallende Spannung ist dem Emitterstrom Bei der in F i g. 3 gezeigten Schaltungsanordnung

proportional und ist durch Wahl der Größe dieses 60 ist die Lumineszenzdiode L des optoelektrischen Widerstandes variierbar. Ebenso kann der mit dem Koppelelemrntes K mit der Kollektorelektrode eines Feldeffekttransistor erzielbare Gegenkopplungsgrad ersten Transistors 71 verbunden. An die Basiselekauch durch die Wan! der Größe der Vergleichsspan- trade des Transistors 71 ist eine Konstantspannung einstellbar sein. Man erreicht durch diese Aus- nung angelegt, durch die der Transistor derart ausgestaltung der Erfindung ein praktisch konstantes 65 gesteuert wird, daß ein eingeprägter Strom über Übersetzungsverhältnis, wenn man das Koppelelement die Lumineszenzdiode L fließt. Die KonstaiHspannung als Übertrager betrachtet, das auch unabhängig vom wird durch die Scrienschaltung einer Zenerdiode D Arheitsruhestrom der Lumineszenzdiode ist. Darüber und eines ohmschen Vorwiderstandes R\ erzeugt.

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wobei diese Scricnsclialtung zwischen die Klemmen 2 Der zu Linearisierung des Übersctzungsvcrhält-

imd 5 der Schaltungsanordnung eingeschaltet ist, nisses >, in den Gegenkopplungspfad des zweiten womit an ihr die Batteriespannung U₁₁ anliegt. Im Transistors 72 eingeschaltete Feldeffekttransistor 73 einzelnen ist an die Klemme 2 das O-Potcntial und wird an seiner Steuerelektrode G durch die negative an die Klemme 5 die Batlericspannung YU _u ange- ö Vcrgleichsspannung ---L/_v und durch die von dem legt. In Serie zur Kollektor-F.mitter-Strecke des über den Transistor 72 fließenden Gleichstrom abersten Transistors 71 ist unter Zwischenschaltung hangige, positive Spannung am Potentiometer 1'2 geeincs Widerstandes R 3 die Kollektor-Emitter-Strecke steuert. Beide Spannungen werden über die Entkoppeincs zweiten, als veränderbarer Widerstand dienen- lungswiderstände RS und Rd an der Steuerelekden Transistors 72 eingeschaltet, an dessen Basis- io trode G des Feldeffekttransistors 7'3 summiert. Soelcktrode einerseits zur Einstellung eines über ihn lange die negative Vcrgleichsspannung -- U_v in ihrem fließenden Ausgangsstromes eine von der Konstant- Betrag größer als die am Potentiometer Pl abgespannung abgeleitete Spannung über ein Potentio- griffcne Spannung ist, erhält die Steuerelektrode G meter PX und andererseits ein zu übertragendes des Feldeffekttransistors Γ3, der beispielsweise vom Signal U₁. zur Modulation des Ausgangsstromes des 15 n-Kanal-Typ ist, eine negative Vorspannung. Damit Transistors 7'2 angelegt. Das zn übertragende Signal sperrt der Feldeffekttransistor 7"3, d. h., sein Kanal- U₁ ist beispielsweise eine Wechselspannung, die von widerstand nimmt einen sehr hohen Wert an, so daß der Klemme 1 der Schaltungsanordnung über einen keine Gegenkopplungswirkung vorliegt. Beim AnKondensator Cl zur Basiselektrode des Transistors steigen des über den Transistor T 2 fließenden Stromes, 72 gelangt. Durch die Einstellung des Ausgangs- 20 infolge eines anwachsenden Eingangssignals U₁., verstromes des Transistors Tl mit Hilfe des an der größcrt sich der Spannungsabfall am Potentiometer Konstantspannung liegenden Potentiometers /Ί wird /'2. wodurch die Spannung an der Steuerelektrode G, zugleich der Arbeitsruhestrom der Lumineszenz- bei konstant gehaltener Verglcichsspannung IZ₁, diode L festgelegt. In die Emitlcrzuleitung des Tran- gegen Null wandert. Der Kanalwiderstand des FeIdsistors 72 ist ein ohmschcr Widerstand R4 und ein 25 effekt.lansistors T3 wird dadurch nicderohmigcr und veränderbarer Widerstand in Form eines Potentio- damit die Gegenkopplung mehr und mehr wirksam, meters Pl eingeschaltet, das von einem Kondensator Die volle Wirkung der Gegenkopplung tritt dann ein. ("4 überbrückt ist. Die am Potentiometer P2 ab- wenn die Spannung an der Steuerelektrode G zu Null fallende Spannung, die dem über den Transistor T2 wird, wenn also der Spannungsabfall am Potentio- und damit dem über die Lumineszenzdiode L fließen- 30 meter Pl im Betrag gleich groß ist wie die Verglcichsden Strom proportional ist. wird gemeinsam mit einer spannung C₁.. Einen Abgleich der Gegenkopplung von der Klemme 6 zugeführten, konstanten Ver- kann man beispielsweise durch Einstellung am Potengleichsspannung U_v an die Steuerelektrode G eines tiometer oder durch die Wahl der Größe der Ver-FcklcfTeküransislors 73 angelegt. Der Fcldeffckt- gleichsspannung U_v vornehmen. Ferner ist durch transistor 73 ist beispielsweise von n-Kanal-Typ und 35 den Kondensator C 4 eine gewisse Mittelwertbildung ist in den Gegcnkopplungsweg des Transistors 72 bei der am Potentiometer P 2 abfallenden pulsiereneingeschaltet. Im einzelnen ist hierzu die Quellen- den Gleichspannung erzielbar, wobei zugleich der elektrode S des Feldeffekttransistors 73 über einen Einfluß höherfrequenter Signalanteile auf die Gegen-Kondensator C 2 mit der Basiselektrode des zweiten kopplung, je nach der Größe der Kapazität des Transistors 72 und die Senkenelektrode D des Feld- 40 Kondensators C4. verringert wird,
effekttransistors 73 über einen weiteren Kondensator Durch die Einpriigung des durch die Lumineszenzen 3 mit der Kollcktorclcktrode des zweiten Tran- diode L fließenden Stromes mit Hilfe des ersten sistors 72 verbunden. Durch diese Kondensatoren Transistors 71 und die Verwendung einer gleichen. Γ3 werden die mit ihnen verbundenen EIek- stromabhängigen Wechselspannungsgegenkopplung !roden des zweiten Transistors 72 und des Feld- 45 für den als Emitterwiderstand des ersten Transistors effekttransistors 73 gleichstrommäßig voneinander 71 dienenden zweiten Transistor 72 erreicht man getrennt, so daß der Kanalwiderstand des Feldeffekt- für das aus Lumineszenzdiode L und Photodiode P transistors T 3 nur für Wechselspannungen als Gegen- gebildete Koppelelement K ein praktisch konstantes kopplungswiderstand wirksam ist. Ein zwischen die Übersetzungsverhältnis >;. Dieses konstante Uber-Quellenelektrode 5 des Feldeffekttransistors 73 und 50 Setzungsverhältnis η ist auch unabhängig vom Arbeitsdas O-Potential der Schaltungsanordnung eingeschal- ruhestrom der Lumineszenzdiode L. Durch die tcler ohmscher Widerstand R 2 dient der Einstellung Linearisierung des Übersetzungsverhältnisses η ergibt des Arbeitspunktes des Feldeffekttransistors 73. sich auch ein linearer Zusammenhang zwischen dem Ferner ist noch zwischen dem in der Emitterzuleitung an den Klemmen 1, 2 anliegenden Eingangssignal U₁ des zweiten Transistors 72 Hegenden Potentiometer 55 und dem an den Klemmen 3', 4' erhaltenen Ausgangs- Pl und der für die Vergleichsspannung — V_v vorge- signal U_A. Zusätzlich erreicht man mit der darge sehenen Quelle einerseits und der Steuerelektrode G stellten Schaltungsanordnung eine große Klirrdämp des Feldeffekttransistors 73 andererseits je ein ohm- fung, wodurch deren Einsatz in hochwertigen Nach scher Entkopplungswiderstand R 5, R 6 eingeschaltet. richtenübertragungsstrecken ermöglicht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Verwendung in einer ein optoelektrischcs Koppelelement enthaltenden Nachrichtcnübertragungsstrecke, bei der das Koppelelement eine Lumineszenzdiode als elektrooptischen und eine Halbleiler-Photodiode als optoelektrischen Wandler aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lumineszenzdiode (L) mit der Kollektorelektrode eines ersten Transistors (Tl) verbunden ist. daß an die Basiselektrode dieses Transistors (7~1) eine derart gewühlte Konstantspannung angelegt ist. daß ein eingeprägter Strom über die Lumineszenzdiode (L) Hießt, daß in die Emitterzuleitung des ersten Transisturs (7 1) ein veränderbarer Widerstand eingeschaltet ist, an dessen Steuerelektrode einerseits zur Einstellung eines über ihn fließenden Ausgangsstromes eine von der Konstantspannung abgeleitete Spannung und andererseits ein zu übertragendes Signal zur Modulation des Ausgangsstromes angelegt ist und daß der Widerstandswert des veränderbaren Widerstandes in Abhängigkeit von dem über ihn fließenden Strom steuerbar ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennznchnet, daß der veränderbare Widerstand durch einen zweiten Transistor (72) realisiert ist, dessen Kollektor-1.mitter-Strecke in Serie zur Kollektor-Emitter-Streoke des ersten Transistors (71) geschaltet ist, dab in der Emitterzuleitung des zweiten Transistors (T2) wenigstens ein ohmscher Widerstand (R 4. P 2) liegt, daß die an diesem Widerstand abfallende Spannung gemeinsam mit einer konstanten Vergleichsspannung ( i\) entgegengesetzter Polarität an die Steuerelektrode (G) eines Feldeffekttransistors (73) angelegt ist und daß die Quellenelektrode (S) des Feldeffekttransistors (73) über einen Kondensator (C2) mit der Basiselektrode des zweiten Transistors (72) und die Senkenelektrode (D) des Feldeffekttransistors (73) über einen weiteren Kondensator (C3) mit der Kollektorelektrode des zweiten Transistors (72) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem in der Emitterzuleitung des zweiten Transistors (72) liegenden Widerstand (R 4, P 2) und der für die Vergleichsspannung ( - U_v) vorgesehenen Quelle einerseits und der Steuerelektrode (G) des Feldeffekttransistors (73) andererseits je ein ohmscher Entkopplungswiderstand (R 5, R 6) eingeschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand in der Emitterzulcitung des zweiten Transistors ein veränderbarer Widerstand in Form eines Potentiometers (P 2) ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand in der Emitterzuleitung des zweiten Transistors von einem Kondensator (C4) überbrückt ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der an der Basiselektrode des •:rsten Transistors (71) anliegenden Konstantspannung die Serienschaltung einer ZenerJiode (D 1) und eines ohmschen Vorwiderstandes (R 1) \erv.endet ist und daß der Verbindungspunkt der Zenerdiode und des Vorwiderstandes an die Basiselektrode des ersten Transistors (71) angeschaltet ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch (S, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung de.-, Ausgangsstromes des zweiten Transistors (72) der Verbindungspunkt von Zenerdiode (D 1) und Vorwiderstand"(ft 1) über einen Spannungsteiler (Pl) mit der Basiselektrode des zweiten Transistors (72) verbunden ist.