DE2356992A1

DE2356992A1 - Schaltungsanordnung zur elektronischen steuerung von foto-elementen durch intensitaetsveraenderliche lichtquellen

Info

Publication number: DE2356992A1
Application number: DE2356992A
Authority: DE
Inventors: Herbert Sax
Original assignee: KOERTING RADIO WERKE GmbH
Current assignee: KOERTING RADIO WERKE GmbH
Priority date: 1973-11-15
Filing date: 1973-11-15
Publication date: 1975-06-05

Description

KÖRTING RADIO WERKE/ - Grassau, den 9.11.1973

G.m.b.H. ; :' .-- -' ED-R 12/Lo

KP 324

E E S CH REIB UN G

Schaltungsanordnung zur elektronischen Steuerung von Foto-Elementen durch intensitätsveränderliche Lichtquellen

Im Bereich der Elektroakustik ist es häufig erwünscht, NF-Signale in ihrer Intensität sowie Klangfarbe mittels einer veränderlichen Gleichspannung elektronisch regeln zu können. Gründe hierfür sind beispielsweise drahtlose bzw. drahtgebundene Fernsteuerungen oder die parallele Steuerung beliebig vieler Kanäle von einem Stellglied aus. Weiterhin ist eine elektrisch günstige Placierung der Regeleinheiten innerhalb des Gerätes zu nennen, wobei. Forderungen seitens Formgestaltung und Mechanik nicht mehr berücksichtigt werden müssen.

Dem derzeitigen Stand der Technik entsprechend sind mehrere Lösungen bekannt: . . " _

a) Steuerungen mit Motorpotentiometer

b) Regelungen mittels Feldeffekttransistoren

c) Elektronische Schaltungen in integrierter Bauweise

d) Beeinflussung von Fotowiderständen über regelbare Lichtquellen

Die Anwendung einer der genannten Lösungsmöglichkeiten wird vorwiegend von ihren Eigenschaften bezüglich mechanischem und elektrischem Aufwand sowie Aussteuerfähigkeit, Klirrfaktor, Eigenrauschen, Linearität und Toleranz bestimmt.

Innerhalb eines, Anwendungsfalles auf dem Gebiet der HiFi-Technik ist unter den rein elektronischen Lösungen derzeit nur die Steuerung über Lichtquelle und Fotowiderstand sinnvoll. Aufgrund der Forderungen der DIN45 500 für HiFi-Geräte bezüglich Aussteuerfähigkeit, Klirrfaktor und Fremdspannungsabstand scheiden die anderen Lösungen für die meisten AnwendungsfalIe aus.

Die hohe Steuerungsunlinearität der Regelsysteme sowie ihre große Toleranz untereinander sind vorwiegend die Ursache, daß sie bei Geräten, die der HiFi-Norm entsprechen, ζ.. Z. noch nicht angewendet werden.

Mit den erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen nach Abb» 8 bis 12 werden die genannten Schwierigkeiten beseitigt_s deren physikalische Ursachen nachstehend näher erläutert werden.

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Abb. 1 zeigt die Lichtstärke einer Lampe in Abhängigkeit zur angelegten Spannung. Dieser positiv-logarithmisch^ Verlauf wird durch das sich nach kürzeren Wellenlängen verschiebende Emissionsmaximum bei ansteigender Fadentemperatur verursacht.

Der umgekehrt extrem negativ-logarithmische Verlauf des Fotowiderstandes in Abhängigkeit der Beleuchtungsstärke (Abb. 2) resultiert aus der materialspezifischen Ionisationskennlinie des beleuchteten Widerstandssubstrates.

Bei der optischen Kopplung der Elemente addieren sich weitere Faktoren hinzu, wie spektrale Empfindlichkeit des Fotowiderstardes sowie der toleranzbeeinflussende Abstand der Lampe vom Substrat, die Lage des Lampenfadens gegenüber der zu beleuchtenden Fläche sowie die Alterung der Lampe.

Diese Schwierigkeiten können nach dem bisherigen Stand der Technik nur durch folgende Maßnahmen teilweise beseitigt werden, die aber eine problemlose Serienfertigung stark behindern:

a) Auswahl der Bauelemente bezüglich geringer Toleranzen

b) Exakte individuelle Justierung der Lampen oder der Fotowiderstände innerhalb eines dunklen Raumes

c) Individuell einstellbare Vorverzerrung der Steuerspannung zur Kompensation der Summenkennlinie der Lampen-Fotowiderstandseinheit . .

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, das bereits bekannte System von Lampen und Fotowiderständen mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung so zu kombinieren, daß sich ein elektronisch regelbarer Spannungsteiler ergibt, dessen Teilwiderstände 1 und 2 in ihrem Widerstandsverhältnis exakt ein außerhalb angelegtes Steuerspannungsverhältnis reproduzieren, wobei die Summe der beiden Teilwiderstände 1 und 2 annähernd konstant bleibt (Abb. 3).

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, diesen Spannungsteiler, der in seinem Verhalten dem eines herkömmlichen mechanischen Spannungsteilers entspricht, anstelle eines solchen in bereits bekannte Schaltungsanordnungen zur NF-Signalbeeinflussung einzusetzen, um dadurch Neuentwicklungen für diesen Anwendungsfall zu vermeiden, die bei dem bisherigen technischen Stand erforderlich sind (Abb. 4).

Dem Erfindungsgedanken liegt die Erkenntnis zugrunde, die Summenkennlinie der Lampen-Fotowiderstandseinheit in den Gegenkopplungszweig der Lampenansteuerschaltung so einzubeziehen, daß sich eine vergleichende Regelschaltung ergibt,die auftretende Toleranzen ausgleicht.

Nachstehend wird die Erfindung in einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert:

Abb. 8 zeigt einen Differenzverstärker 1, 2, der über einen Treiberverstärker 3 mit einem Komplementär-Impedanzwandler 4, 5 verbunden ist, an dessen Ausgang die beiden Steuerlampen 6,,

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7 in der Weise angeschlossen,"sίηά, daß sie bei einer Verschiebung des Ausgangspotentials an 8 gegensinnig aufleuchten. Über den Verbindungspunkten der Spannungsteilerwiderstände 9, TO, 11 liegt zwischen IL und U₂."-.die Reihenschaltung der beiden Fotowiderstände 12 und 13, an deren gemeinsamen Mittelpunkt- der Gegenkopp lungs zweig14 des Differnzverstärkers angeschlossen ist: . ■' ' . " '- "■-■""-.■;■".' -■■ "■■-,, .■-■/,"■ -'"■■-■■".,;: ^; ■■■"-.

Wird dem Eingang des DiffeTenzverstärkers 15 eine Spannung zugeführt, die sich innerhalb: des über dem Teilerwidexstand 10 abfallenden Potentials U₁ bis U- befindet, so verändert der Impedanzwandle raus gang das HelligKeitsverhältnis der beiden Lampen 6, 7, bis das Widerstandsverhältnis der Fotoelemente an deren Mittelpunkt eine Spannung ergibt, die, mit der Steuerspannung identisch ist* Daraus ist zu ersehen, daß zwischen dem. Verhältnis der Eingangsspannung 15 zu H, und (J, und dem Verhältnis der beiden Teilwiderstände des Fotoelementes ein linearer Zusammenhang besteht. '.' ·

Der erforderliche Steuerspannungshub 15wird durch den Betrag des am Spannungsteilerwiderstand 10 abfallenden Potentials bestimmt, das frei gewählt werden kann, wobei der Querstrom durch die Fotowiderstände 10 % des Teilerstromes nicht überschreiten soll. ;:; . " " ---

Die Lampen-Fotowiders tands einheit ist mechanisch- s ο aus zuführen,/ daß alle Fotowiderstände von einer der Lampen 6 oder 7 gleichmäßig beleuchtet werden und untereinander wenig Toleranzen aufweisen. Dabei sind erfindungsgemäß unter den Einheiten weit größere Abweichungen zulässig*

Abb. 6 zeigt den Aufbau beispielsweise einer stereofonen Regeleinrichtung mit den¹ Lampen 6 und 7, die durch ein zweigeteiltes lichtdichtes Gehäuse die beiden Referenzfotowiderstände 13, 12 ■· gegensinnig beleuchten, mit denen die zweikanalige Regeleinheit "1.6/17 und' 1.8/19 optisch gekoppelt ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zeigt Abb. 9 anstelle der mit diskreten Bauelementen ausgeführten Lampenansteuerschältung einen Operationsverstärker 20, über dessen ,Ausgang 8 die Lampen in bekannter Weise angesteuert werden. Die Gegenkopplung erfolgt in- diesem Ausführungsbeispiel über seinen invertierenden Eingang, ausgehend vom Verbindungspunkt 14 der Fotowiderstände. -"·"' - "■'"■:- --" ■."...-.-

Eine weitere Variante der Erfindung ist in Abb. ,10 zu ersehen, bei deren Anwendung sich anstelle eines Spannungsteiiers, wie Abb. 8 und- 9, ein Zweipunktregler, Abb. 5, ergibt. Es entfällt dabei die Lampe 6 und der Fotowiderstand 13, der durch einen Festwiderstand 21 ersetzt wird, der in gewissen Grenzen beliebig groß sein kann.

Der Wert des Fotowiderstandes 12 nimmt in dieser Schaltungsart bei steigender Steuerspannung 15 ab. Ist ein umgekehrter Verlauf aus schaltungstechnischen Gründen wünschenswert, so sind die erforderlichen Maßnahmen aus Abb. 1T zu ersehen.

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Die erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen nach Abb. 10 und 11 weisen bei linearer Änderung der Steuerspannung 15 im Verhältnis zu ihrem Fotowiderstandsverlauf eine Besonderheit auf, die vorteilhaft ausgenutzt werden kann.

Wird einer der beiden Fotowiderstände 16 oder 18 nach Abb. 10 oder 11 beispielsweise innerhalb einer Balanceregelung eines HiFi-Gerätes eingesetzt (Abb. 7) und entspricht der längs oder quer in den Vierpol eingeschaltete Widerstand 22 in seinem Wert dem des Reihenwiderstandes 21 nach Abb. 10 oder 11, so ändert sich die NF-Ausgangsspannung des Vierpols linear mit der Steuerspannung 15 am Eingang.

Die Regelschaltungen nach Abb. 7 verhalten sich somit wie lineare Dreipunktspannungsteiler in bereits bekannten Anordnungen zur Balancebeeinflussung. Eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Widerstandes 22 nach Abb. 7 bewirkt eine positive oder negative Logarithmierung des Stellgliedes zur linearen Steuerspannung 15. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit eines logarithmischen Zweipunktreglers ist z.B. die Präsenzregelung bei HiFi-Geräten.

Es ist weiterhin zu erwähnen, daß diese Art der elektronisch wählbaren Logarithmierung, die die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht, systembedingt weitaus weniger Toleranzen aufweist als es bei der Herstellung von mechanisch bedienten logarithmischen Reglern möglich ist.

In den Schaltungsanordnungen nach Abb. 8 und 9 ist das Verhalten eines Dreipunktreglers nachgebildet, dessen Teilwiderstandsverhältnis elektronisch durch ein Spannungsverhältnis bestimmt wird. Die Summe der beiden Teilwiderstände 12, 13 ist jedoch je nach Lampen- oder Fotowiderstandstypen im ungünstigen Fall größeren Streuungen unterworfen, die in bestimmten Anwendungsfällen störend in Erscheinung treten.

In einer Weiterbildung der Erfindung zeigt die Schaltungsanordnung nach Abb. 12 eine Lösung der genannten Schwierigkeiten. Sie ist vorzugsweise mit den beschriebenen Anordnungen nach Abb. 8 und 9 zu kombinieren.

Der über der Siliziumdiode 24 und das Fotoelement 12, 13 fließende Strom, der vorwiegend von dem Gesamtwiderstand der beiden Fotowiderstände bestimmt wird, erzeugt über dem Widerstand 23 einen Spannungsabfall, der bei Erreichen der Basis-Emitter-Schwe11spannung des Transistors 25 in ihm einen Collektorstrom hervorruft. Das dadurch über dem Widerstand 26 entstehende Spannungspotential öffnet den Transistor 27, in dessen Emitter- und Coilektorzweig an den beiden gleichgroßen Widerständen 30, 31 ebenfalls eine Spannung abfällt, die sich über die Impedanzwandler 28, 29 symmetrisch von der gesamten Lampenbetrieb.sspannung subtrahiert. Die beiden Lampen verlieren dadurch an Helligkeit, wodurch die Fotowiderstände 12, 13 hochohmiger werden und sich der Querstrom über den Widerstand 23 reduziert. Hierdurch bildet sich ein Regelkreis, der den Gesamtwiderstand des Fotoele-

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mentes unabhängig von dessen Teilwidsrstandsverhältnis konstant hält, wobei die Große des Widerstandes 23 diesen Gesamtwiderstand bestimmt.

Es ist bekannt, daß Fotowiderstände, insbesondere im hochohmigen Bereich, relativ träge gegenüber schnellen Helligkeitsänderungen sind und dies in bestimmten Anwendungsfällen unerwünscht ist. :

Die erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen nach Abb. 8, 9, 10, 11 und 12 verringern die Widerstandsträgheit der Fotoelemente bei schnellen Beleuchtungsänderungen gegenüber den bereits bekannten herkömmlichen Anordnungen. Ursache hierfür ist die kurzzeitige stärkere Differenz des Soll- und Istwertes zwischen der Gegenkopplungsspännung 14 und der sich rasch ändernden Steuerspannung 15, bedingt durch die genannte Schaltträgheit des Fotowiderstandes. Dies bewirkt eine pulsartige Steuerung der Lampen 6, 7 nach Dunkel oder dem Helligkeitsmaximum, das in der Wirkung einer Beleuch tungs vor gäbe- die Widerstandsänderung beschleunigt. -

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Schaltungsanordnung zur Steuerung von Fotoelementen durch elektronisch regelbare Lichtquellen, vorzugsweise zur Beeinflussung von Signalen innerhalb von elektroakustischen Anlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die das Fotoelement beleuchtende, veränderliche Lichtquelle und wenigstens ein Teil des Fotoelementes elektrisch in den Gegenkopplungszweig einer Ansteuerschaltung mit einbezogen sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei veränderliche Lichtquellen und zwei Fotoelemente, an deren gemeinsamen Verbindungspunkt eine Gegenkopplungsspannung entnommen wird* in der Weise kombiniert sind, daß ein elektronisch veränderlicher Dreipunktregler gebildet wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung der Beleuchtungs-Fotoelementeinheit ein Operationsverstärker verwendet wird, dessen invertierendem Eingang das Gegenkopplungssignal zugeführt wird.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Fotoelemente 12 oder 13 durch einen Festwiderstand ersetzt wird, und daß nur eine einzige Lichtquelle 6 oder 7 verwendet wird.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anordnung zur Bildung eines elektronisch gesteuerten Zweipunktreglers über das Verhältnis der im Gegenkopplungs zweig liegenden Reihenschaltung von Fotoelement zu Festwiderstand sowie einem im Signalsteuerungszweig gegebenenfalls erforderlichen Festwiderstand, der ebenfalls mit dem ihm zugehörigen Fotoelement eine Reihenschaltung bildet, ein bestimmter logarithmischer Regelverlauf erzeugt wird.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konstanthaltung des Gesamtwiderstandes zwei in Reihe geschalteter Fotoelemente, die einen Dreipunktregler entsprechend einer Schaltung nach Abb. 3 bzw. 4 bilden, diese in eine Regelschaltung einbezogen werden, welche über eine Veränderung der Summenhelligkeit der Lichtquellen den Gesamtwiderstand der Fotoelemente stabilisiert.

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