DE2414366C3 - Kompensationsschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung mit einer Lichtquelle und mindestens einem fotoelektronischen Bauelement zur Kompensation von .Störeinflüssen in Form von Schwankungen der Versomungsspannung und des Temperaturganges des fotoelektronischen Bauelementes, mit einer an die Versoraungsspannung über einen Widerstand angeschlossenen Hilfsspannungsquelle, welche bei konstanter Temperatur eine von der Versorgungsspar.nung unabhängige und konstante Spannung liefert.

Bei digitalen lichtelektrischen Meßanordnungen bekannter "Art können Veränderungen in der Kennlinie ίο der fotoelektronischen Bauelemente oder in der Versorgungsspannung Rir die Lichtquelle zu fehlerhaften Meßergebnissen führen.

Durch die deutsche Auslegeschrift 15 88 057 ist bei einer lichtelektrischen Meßanordnung eine Schaltung bekanntgeworden, die eine Kompensation sowohl des Temperaturganges im Versorgungskreis für die Lichtquelle als auch des Temperaturganges des Fotoelementes (Fototransistor) ermöglicht. Die Kompensationsschaltung nach diesem Stand der Technik enthält eine parallel zur Spannungsquelle liegende Reihenschaltung aus temperaturabhängigen Dioden sowie einer Zenerdiode. Die Lichtquelle selbst, d:ie stabilisiert werden soll, ist an einen mit seiner Basis an die temperaturabhängige Reihenschaltung gelegten Transistor geschaltet.

Diese Kompensationsschaltung erfordert eine Vielzahl von elektronischen Bauelementen, was nicht nur teuer ist. sondern auch die Fehlermöglichkeiten erhöht Auch sind an eine Stabilisierungsschaltung für die Lichtquelle hohe Anforderungen zu stellen, da bereits geringe Schwankungen der Versorgungsspannung für die Lichtquelle erhebliche Änderungen der Lichtintensität und somit des Fotostromes bewirken. Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache, preiswerte und wirksame Schaltung zur Kompensation von Störeinflüssen bei einer lichtelektrischen Anordnung zu schaffen, die nicht mehr die Nachteile bekannter Kompensationsschaltungen aufweist, eine geringe Anzahl elektronischer Bauelemente erfordert, geringe Anforderungen an Genauigkeit und Leistungsbelastung dieser Bauelemente stellt, vielseitig anwendbar sowie einfach und billig herstellbar ist und bei der das temperaturabhängige Bauteil aus einem einzigen Stück bestehen kann.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen.

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand der Figuren erläutert.

Die F i g. 1 zeigt ein bekanntes inkrementales Meßsystem, bei dem die Kompensationsschaltung beispielsweise angewandt werden soll.

Der Gittermaßstab 1 und die Abtastplatte 2 des inkrementalen Meßsystems werden über eine Lichtquelle L und Kondensator 3 beleuchtet. Ein Objektiv 4 konzentriert das die Gitter 1 2 durchsetzende Licht auf ein fotoelektronisches Bauelement P, das ein Fototransistor ist. Bei Meßsystemen dieser Art können durch Temperaturschwankungen verursachte Veränderungen in der Kennlinie des Fototransistors und/ oder Schwankungen in der Versorgungsspannung für die Lichtquelle L fehlerhafte Meßergebnisse nach sich ziehen. Durch die Kompensationsschaltung nach F i g. 2 wird der Einfluß der vorgenannten Störfaktoren kompensiert.

An die Lichtquelle L ist über einen Vorwiderstand R_L eine Versorgungsspannung U_P gelegt. Eine Hilfsspannungsquelle H ist an die Versorgungsspannung Up angeschlossen. Die Hilfsspannungsquelle H enthält

einen Transistor T mit gegenkoppelndem Spannungsteiler R₃ R₂ zwischen dem Kollektor K und Emitter E. Cber den Abgriff des Spannungsteilers R, R, wird nur ein Teil der Koüektor-Fmitterspannuri! auf die Basis B geführt. Mit dem Widerstand R₄ ist der Arbeits- s punkt der Hilfsspannungsqudle // einstellbar, d. h.. es wird der Strom festgelegt, der durch den Widerstand R₃ R> und Transistor T fließt. Der Strom durch den Widerstand R₁ R₂ ist in der Regel klein gegenüber dem Kollektorstrom des Transistors 7'. Die gegengekoppelte Transistorschaltung wirkt also als Hillsspannungsquelle H. die über einen weiteren Widerstand R₁ mit den Fotoströmen/, des fotoelektronischen Bauelementes P. in Form eines Fototransistors, belastet wird. Der Transistor T erzeugt eine tempera- is turabhängige Spannung U₁. Der Temperaturkoeffizient der Spannung U₂ ist positiv und kann am Spannungsteiler R₃ R, eingestellt werden. Das fotoelektronische Bauelement P vergrößert seinen Fotostrom /, bei konstanter Beleuchtungsstärke ebenfalls mit :o der Temperatur. Die Spannung U_A ist ebenfalls temperaturabhängig, aber bei Schwankungen der Versorgungsspannung Up konstant. Die Widerstandswerte des Spannungsteilers R, R₂ und des Widerstandes R₁ sind so aufeinander abgestimmt, daß die Temperaturabhängigkeit der Spannung U₁ gleich Null wird Wesentlich bei der vorstehend beschriebenen Schaltung zur Kompensation des Temperaturganges ist demnach, daß die Spannung U₄ einen entgegengesetzt gleich großen Temperaturgang wie die Spannung ^o L\ — U₁ aufweist.

Die Schaltung nach F i g. 2 ist auch so ausgelegt, daß Helligkeitsänderungen der Lichtquelle L. die auf Schwankungen der Versorgungsspannung U_P zurückgehen, praktisch keinen Einfluß auf die Spannung L/, ausüben. Die Spannung U₄ an der Hilfsspannungsquelle H. die an die Versorgungsspannung U_P gelegt und in Reihe geschaltet ist mit der Spannung aus dem Produkt des Fotoslromes /_t und dem W'iderst.indswert des Widerstandes R₁. ist so dimensioniert. daß durch Schwankungen der Versorgungsspannung

L,. verursachte Spannungsanderungen _L.- gleich sind den durch Änderungen der Lichtintensität der Lampe L verursachten Fotostromänderungen ^

des Fototransistors P.

Macht man wie im Ausführungsbeispiel bei der Verwendung einer Glühlampe als Lichtquelle L

U₂ - U, = λ-(Up - L₃), dann hat die Helligkeitsänderung der Lichtquelle L durch Änderung der Versorgimgsspannung U_P keinen Einfluß auf die Spannung U₁. Die Erklärung dafür ist. daß sich eine Änderung der Versorgungsspannung U_P voll auf die Spannung U₂ (das ist die Differenzspannung von U,. — L₄) überträgt und die relative Helligkeitsänderung einer Glühlampe und die dieser etwa gleiche relative Fotostrom-

änderung ' ungefähr das Dreifache der sie ver-

ursachenden relativen /, Spannungsänderung ' ausmachen. ^:

Der Abgriff am Spannungsteiler R, R₂ ist in F i g 2 für das V.'iderstandsverhältnis 3: 1 ausgelegt, so daß die temperaturabhängige Spannung L₂ etwa auf ein Drittel der Versorgungsspannung L₁. reduziert ist. Im Ausführungsbeispiel ist die Spannung L₂ etwa 1.7 V. wenn die Temperatureinflüsse auf die Spannung U₁ (das ist die Schwcllenspannung des Triggers 5) kompensiert werden.

Die Schwellenspannung U₃ des Triggers S muß bei der gezeigten Schaltung kleiner als die temperaturabhängige Spannung U₂ und größer als die Versorgungsspannung Uy sein. Die Schwellenspannung U, ist gleich der Spannung U₁. im Ausrührungsbeispiel Null Volt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrische Schaltung mit einer Lichtquelle und mindeslens einem fotoelektronischen Bauelement zur Kompensation von Störeinflüssen in Form von Schwankungen der Versorgungsspannung und des Temperaturganges des fotoelektronischen Bauelementes, mit einer an die Versorgungsspannung über einen Widerstand angeschlossenen Hilfsspannungsquelle, welche bei konstanter Temperatur eine von der Versorgunpsspannung unabhängige und konstante Spannung liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung aus der die Spannung(U₄) liefernden Hilfsspannungsquelle (H) und dem Widerstand (R₄) jiarallel zur Lichtquelle (L) an die Ver-•orgungsspannung U_P) gelegt ist, daß das fotoclektronische Bauelement (P) über einen Widerstand (A₁), an dem eine Spannung (U, -U₁) abfällt, an den an der Spannung(U₂) liegenden Verbindungspunkt der Hilfsspannungsquelle [H) mit dem Widerstand (R+) gelegt ist, und durch eine Bemessung der Hilfsspannungsquelle (H), des Widerstandes (Ri) und des fotoelektronischen Bauelementes(P) derart, daß die Spannung(U_Λ) einen entgegengesetzt gleich großen Temperaturgang wie die Spannung (U₂-U₁) aufweist, und daß die durch Schwankungen der Versorgungsspannung (Up) verursachten relativen Spannungsänderungen

_t ^: gleich sind den relativen Stromänderungen "' des fotoelektronischen Bauelementes [P).

' I

2. Kompensationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturabhängige Hilfsspannungsquelle [H) einen Transistor (T) mit gegenkoppelndem Spannungsteiler (R₃ R₂) zwischen dem Kollektor(K) und Emitter(£) enthält, so daß über den Abgriff des Spannungstellers (R, R₂) ein Teil der Kollektor-Emitterspannung auf die Basis (ß) geführt ist.

3. Kompensationsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (L) eine Glühlampe und der Abgriff des Spannungstellers (R₃ R₂) für das Widerstandsverhältnis 3: 1 ausgelegt ist, so daß die temperaturabhängige Spannung (IZ₂) etwa auf ein Drittel der Versorgungsspannung (Up) für die Lichtquelle(L) reduziert ist und Helligkeitsänderungen der Lichtquelle (L) durch Schwankungen in der Versorgungsspannung (Up) praktisch keinen Einfluß auf die Spannung (U₁) am Eingang des Triggers (S) ausüben.

4. Kompensationsschaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation des Temperaturganges in Reihe geschaltete temperaturabhängige Dioden vorgesehen sind, die wenigstens über einen Widerstand mit den Fotoströmen des fotoelcktronischen Bauelementes belastet sind.