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Temperatur-Kompensationsschaltung für Halbleiter-Elemente, insbesondere
in fotografischen Kameras Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zur
Kompensation von Temperatureinflllssen auf die Funktion von Halbleiter-Elementen,
insbesondere von Halbleiter-Dioden in Belichtungsmeßschaltungen und in Schaltungen
zur Verschlußsteuerung in fotografischen Kameras.
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Elektronische Verschlußsteuerungen für fotografische Kameras besitzen
in der Regel als die eigentliche Zeitbildungseinrichtung ein RC-Glied, dessen Widerstände
proportional den verlangten Verschlußzeiten gewählt werden müssen. Da die Verschlußzeitenreihe
eine mit dem Paktor 2 fortschreitende geometrische Reihe ist, müssen, soweit man
sich mit Festzeiten entsprechend dieser Reihe beengt, Widerstände im Verhältnis
l:2:4:...2n mit einem Stufenschalter geschaltet werden. Eine gleiche Widerstandsreihe
muß in Belichtungsmessern vorgesehen werden. Will man die Zeiten dichter stufen,
z.B. im Verhältnis 1: 2, entsprechend einer DIN-linheit, so kommt man zu einem außerordentlich
umfangreichen Schalter- und Widerstandsgebilde.
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Man versucht deshalb, kontinuierlich veränderliche Widerstände mit
exponentieller Kennlinie in ?orm von Schichtdrehwiderständen zu bauen. Die bis heute
erreichten Kennlinien sind aber, soweit ein Widerstandsverhältnts von 1:104 verlangt
wird, unbefriedigend.
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Andererseits ist aber auch bekannt, mit Hilfe von Halbleiter-Dioden
Logarithmierungen durchzuführen und dabei Spannungen zu gewinnen, die dem Logarithmus
des Stromes proportional sind,
und umgekehrt aus einer gegebenen
Spannung Ströme zu gewinnen, die exponentiell mit der Spannung anwachsen. Es ist
daher möglich, in der Schaltung für die Verschlußsteuerung und auch in Belichtungsmesserschaltungen
anstelle der geometrisch gestuften Widerstandsreihe ein lineares Potentiometer zu
verwenden und aus der von diesem gelieferten Spannung einen Ladestrom abzuleiten,der
der Spannung des Abgriffs exponentiell folgt.
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Dabei ist es allerdings ein Nachteil, daß die Kennlinien der Dioden
stark temperaturabhängig sind. Bekanntlich äußert sich diese Temperaturabhängigkeit
aber nicht nur in einer starken Veränderung der Spannung bei gegebenem Strom, sondern
außerdem in einer Veränderung der Steilheit der Kennlinie im halblogarithmischen
Maßstab.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Temperaturabhängigkeit
zu kompensieren.
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Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das eine
Ende des Potentiometers an die Durchlaßspannung einer ersten Diode und das andere
Ende des Potentiometers an die Durchlaßspannung einer zweiten Diode gelegt wird,
daß die beiden Dioden mit der logarithmierenden Diode annähernd gleichartig und
temperaturgekoppelt sind und daß die erste Diode mit einem Maximalstrom gespeist
wird, während die zweite Diode mit einem Minimalstrom gespeist wird.
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Wird dieser Lösungsweg der gestellten Aufgabe konkret auf eine Verschlußsteuerung
angewendet, so entspricht der der ersten Diode zugeführte Maximalstrom dem größten
Ladestrom der Zeitbildungseinrichtung, während der der-zweiten Diode zugeführte
Minimalstrom dem minimalen Ladestrom der Zeitbildungseinrichtung entspricht.
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Wird der Lösungsweg dagegen auf Belichtungsmesser angewendet, so tritt
an die Stelle des Ladestromes der Zeitbildungseinrichtung der Maximal- und Minimalstrom
des verwendeten Fotoempfängers, ggf, mit eingegebenen Belichtungsparameter-Größen
multipliziert.
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In der Regel erfolgt die Stromeinspeisung in die beiden Dioden über
Verstärker. Jedoch können die Verstärker auch weggelassen werden, wenn das Potentiometer
so hochohmig ist, daß es keinen nennenswerten Anteil des Maximalstromes aufnimmt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 den Schaltkreis einer elektronischen Vsrschlußsteuerung
mit der erfundenen Temperaturkompensation in einer ersten Ausführungsform, Fig.
2 den Schaltkreis einer elektronischen Verschlußsteuerung mit Temperaturkompensation
in einem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 3 den Schaltkreis eines Belichtungsmessers,
Fig. 4 den Schaltkreis eines Belichtungsmessers, zusammengeschaltet mit einer elektronischen
Verschlußsteuerung.
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Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung einer elektronischen Verschlußsteuerung
besteht im wesentlichen aus einem linearen Potentiometer PT, in dessen Abgriff eine
Diode D3 als nichtlinearer Ladewiderstand liegt. Zwischen der Diode D3 und dem Potentiometerabgriff
ist ein Spannungsfolger in Form eines Verstärkers OP3 geschaltet, um das Potentiometer
möglichst nicht zu belasten.
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Der Ladediode D3 ist ein Miller-Integrator nachgeschaltet, bestehend
aus einem Verstärker OP4 mit einem Integrationskondensator
IC in
dessen Rückkopplungskreis. Zum Kondensator liegt ein Kurzschlußschalter S parallel.
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Mit dem Ausgangspotential des Miller-Integrators wird ein Schwellwertschalter
SW angesteuert, der bei Erreichung eines bestimmten Spannungspotential einen nachgeschalteten
Magneten M schaltet, der seinerseits den Schließvorgang des Kameraverschlusses steuert.
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Die bisher beschriebenen Bauelemente gehören in dieser Anordnung dem
Stand der Technik an. Die Erfindung besteht nun darin, daß zwecks Temperaturkompensation
die beiden Enden des Potentiometers PT zwischen zwei Spannungspunkte gelegt sind.
Zu diesem Zweck ist das Ende A des Potentiometers mit einer ersten Diode D1 verbunden,
während das Ende B mit einer zweiten Diode D2 verbunden ist. Die beiden Dioden sind
je mit einem Verstärker OPi bzw. OP2 verbunden, in deren Rückkopplungszweig sie
liegen. Sie liegen ferner über Trimmwiderstände 11 und 12 an der Batteriespannung.
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Die Dioden D1 und D2 haben zusammen mit der Ladediode D3 wenigstens
annähernd die gleiche Kennlinie und sind zusammen mit dieser temperaturgekoppelt.
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Dem Verstärker Opi wird ein Strom imax zugeführt. Daher stellt max
der Verstärker über die Diode den Strom i max ein, so daß im Punkte A die Durchlaßspannung
UA für diesen Maximalstrom entsteht. Dagegen wird dem Verstärker OP2 ein Strom i
min zugeführt, so daß im Punkte B die Durchlaßspannung UB für diesen Minimalstrom
ansteht. Die beiden Enden A, B des Potentiometers liegen demnach zwischen den Durchlaßspannungen
der Dioden D1 und D2, wobei die Ströme imax und i dem maximalen und dem minimalen
Ladestrom der Ladediode 3 entsprechen.
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Zunächst sei angenommen, daß der Abgriff C am oberen Potentiometerende
A stünde und die Diode D1 die gleiche Kennlinie wie D3 hat und beide auf gleicher
Temperatur sind. In diesem Falle fließt durch D3 der gleiche Strom, der der Diode
D1 zugeführt wird, nämlich i . Dieser Zustand bleibt auch max erhalten, wenn sich
die Temperatur von 61 auf 9 ändert. Es ändert sich dann zwar die Spannung am Punkte
A, aber die Ströme bleiben die gleichen.
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Das entsprechende gilt für den Punkt B und somit auch für alle Zwischenstellungen
des Abgriffs C. Damit ist gezeigt, daß sich mit einem linearen Potentiometer Versohlußzeiten
kontinuierlich eingeben lassen, ohne daß eine Verfälschung durch Temperaturänderungen
eintritt. Die Diodenkennlinien von D1, D2 und D3 brauchen nicht unbedingt auf enge
Kennlinienübereinstimmung ausgesucht zu werden, da Fehler mit der Einstellung der
beiden Grenzströme ausgetrimmt werden können.
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Man wird also die Trimmer 11 und 12 oder sonstige Einstellorgane nicht
so einstellen, daß die gewünschten Stromwerte i max und imin durch Di bzw. D2 fließen,
sondern daß sie in D3 erreicht werden.
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In Fig. 2 ist gezeigt, daß die erfindungsgemäße Potentiometereinspeisung
auch benutzt werden kann, wenn die Zeitbildung nicht durch eine Kondensatoraufladung
durch einen zur gewünschten Zeit umgekehrt proportionalen Strom geschieht, sondern
wenn ein an sich bekannter (DT-OS 2 007 162) frei laufender logarithmischer Zeitkreis
vorgesehen ist, wobei die Zeitbestimmung durch einen Komparator erfolgt, der die
Zeitkreisspannung mit einer vorgegebenen Spannung vergleicht.
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Die Diode D3 ist in dieser Schaltung dem Kondensator C1 paral]el geschaltet
und wird durch einen Strom ebenfalls der Größe i eingespeist. Die Spannung des Kondensators
C1 ist max daher gleich der Spannung im Punkte A. Steht somit der Abgriff
C
auf A, so wird der Komparator oP6 sofort ansprechen.
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Es muß aber, wie ebenfalls bereits bekannt, bei diesem hrbeitsprinzip
die kürzeste Zeit durch eine zusätzliche Verzögerung, z.B. mechanisch dargestellt
werden. Mit dem Öffnen deS Startkontaktes S, beispielsweise durch den ersten Vorhang
eines Schlitzverschlusses, beginnt die Spannung des Kondensators bzw. der Diode
D3 linear mit dem Logarithmus der Zeit abzufallen. Steht der Abgriff C auf B, so
meldet der Komparator Spannungsgleichheit, wenn der Strom durch die Diode D3 auf
den Wert von i min abgesunken ist.
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In der Fig. ist der Verstärker OP1 weggelassen, um zu zeigen, daß
das Prinzip nicht auf diese Schaltungsart beschränkt ist. Der Verstärker kann weggelassen
werden, wenn das Potentiometer so hochohmig ist, daß es keinen nennenswerten Anteil
des Stromes i max aufnimmt.
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Die gleiche Temperaturkompensation kann selbstverständlich auch bei
einem Belichtungsmesser verwendet werden. Fig. 3 stellt einen solchen Belichtungsmesser
in der gleichen Schaltungstechnik dar. Darin ist ein Fotowiderstand FW vorgesehen,
dessen Strom mit Hilfe eines Verstärkers OP5 und einer Diode D3' logarithmiert wird.
Die Spannung am Ausgang von OP5 ist also die Durchlaßspannung der Diode D3t beim
Durchfluß des vom Fotowiderstand gelieferten Stromes. Diese Spannung wird mittels
eines Null-Indikators, z.B. mittels des gezeigten Meßwerkes 15, mit der Spannung
im Potentioa meterabgriff C verglichen. Die Temperaturkompensation ist hler die
gleiche wie im erstbeschriebenen Beispiel. Es tmuß lediglich dafür gesorgt sein,
daß hier die Dioden D1 und D2 mitvder Diode D3 im Rückkopplungszweig von OP5 temperaturgekoppelt
sind. Außerdem entsprechen in diesem Ausführungsbeispiel die Ströme man und i i
den Maximal- und Minimalströmen des Fotowiderstandes. Ist das Meßwerk 15 auf Null
abgeglichen, so herrscht Spannungsgleiciiiieit zwischen der
Ausgan
gsspannung von OP5 und der Spannung am Potentiometerabgriff, und an diesem Abgriff
kann z.B. die erforderliche Belichtungszeit abgelesen werden.
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Die Blende und weitere Belichtungsfaktoren können dadurch Berücksichtigung
finden, daß an dem nichtwinvertierenden Eingang des OP5 mittels eines variablen
Widerstandes Up eine entsprechend diesen Parametern variable Spannung angelegt wird.
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Fig, 4 zeigt die Belichtungsmesserschaltung der Fig. 3 vereinigt mit
der Verschlußsteuerschaltung der Fig. 1. In diesem Ausführungsbeispiel wird ebenfalls
mittels des Meßwerks 15 auf Spannungsgleichheit zwischen dem Ausgang von OP5 und
dem Potentiometerabgriff eingestellt. Die am Potentiometer ablesbare Vorschlußzeit
braucht aber hier nicht manuell eingestellt zu werden, sondern sie wird von der
Verschlußsteuerschaltung direkt gesteuert. Wesentlich ist hierfür allerdings eine
Kennliniengleichheit zwischen den Dioden D3 und D3t. Es empfiehlt sich daher, wie
bereits bekannt (DT-OS 2 020 386), die gleiche Diode zeitlich nacheinander zur Belichtungsmessung
und zuu Verschlußsteuerung zu verwenden.