DE2506535A1 - Vorrichtung zum regulieren der empfindlichkeit eines empfaengers fuer optische signale - Google Patents
Vorrichtung zum regulieren der empfindlichkeit eines empfaengers fuer optische signaleInfo
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Vorrichtung sum Iltgulieren der .empfindlichkeit
eines Empfängers für optische Signale
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regulieren der Empfindlichkeit eines Empfängers für optische Signale,
mit einem photoempfindlichen Zlement zum Aufnehmen der optischen Signale und zu deren Umwandlung in elektrische Signale,
einem elektrischen Verstärker am Ausgang des photoempfindlichen Elements und eine signalverarbeitende Einrichtung zum
Abtrennen eines empfangenen Hutξsignals von der überlagerten
üntergrundstrahlung.
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Derartige optische Empfänger werden hauptsächlich zum Empfangen
elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen von weniger als 10 pm. verwendet, die durch Modulation oder in anderer
geeigneter V/eise als Träger für Uutzsignale dient. Unter den Anwendungsgebieten können Übertragungsverbindungen für
Daten, Sprache usw., Steuersysteme für Haketen, Entfernungsmesser,
Annäherungszünder und aktive Zielvorrichtungen erwähnt
werden.
Bei derartigen Empfängern ist es wünschenswert, daß noch möglichst schwache Signale empfangen werden können. Üblicherweise
wird das jtfutzsignal derartig ausgebildet, daß der Verstärker
des Empfängers mit V/echselstrom verbunden v/erden kann.
Der Einfluß des Gleichstroms von dem Photodetektor auf'Grund
der zufälligen üntergrundstrahlung kann dadurch ausgeschaltet werden, und die Empfindlichkeit des Empfängers wird nur durch
die Störsignale von dem Photodetektor in der Eingangsstufe des folgenden Verstärkers begrenzt. Ein übliches Verfahren, um den
überlagernden Einfluß der Störsignale ausreichend zu reduzieren, besteht in der Einführung einer Schwelle in Verbindung
mit dem Verstärker, die so hoch oberhalb des effektiven Störpegels gesetzt ist, daß ausreichend geringe Wahrscheinlichkeit
besteht, daß die Störsignale die Schwelle überschreiten. Dies ist insbesondere dann geeignet, wenn das Signal aus kurzen
Impulszügen besteht. Die Empfindlichkeit des Empfängers wird dann durch das Signal bestimmt, das dann ausreichend stark
sein muß, um die Schwelle zu überschreiten. Außerdem ist es
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üblich, daJ der Empfänger derartig angeordnet ist, daß er
direkt einfallendem Sonnenlicht ausgesetzt werden kann. Der Photodetektor erzeugt dann Störsignale, die gewöhnlich wesentlich,
stärker sind als die Beiträge von allen anderen Störquelleno
Es ist daher notwendig, die Schwelle ziemlich hoch zu legen, und dadurch geht ein recht großer Betrag der Empfängerempfindlichkeit
verloren im Vergleich zu dem Fall, wenn es nicht notwendig ist, ihn unter Berücksichtigung des direkt
einfallenden Sonnenlichts zu dimensionieren.
Bei einem, "bekannten Verfahren zum Vermeiden dieser Nachteile
wird die Schwelle variabel ausgebildet, wobei der Störpegel die Schwelle steuern kann. Dabei stellt ein Frequenzdiskriminator
fest, wie oft die Sehwelle durch die Störimpulse überschritten wird, und wenn die Überschreitfrequenz zu- oder
abnimmt, gibt der Diskriminator ein Steuersignal an die Schwelle ab, so daß diese angehoben oder abgesenkt wird. Der
Hachteil dieser Vorrichtungen ist jedoch, daß sie oft außerordentlich
kompliziert sind, und in den Fällen, in denen eine sehr geringe Y/ahrscheinlichkeit erwünscht ist, daß die Störimpulse
die Schwelle überschreiten, muß die Vorrichtung derartig dimensioniert sein, daß sie außerordentlich langsam arbeitet,
was oft nicht annehmbar ist. Bei einem Verfahren zum Vermeiden der zuletzt genannten Nachteile werden zwei veränderbare,
jedoch im Verhältnis zueinander feste Schwellen verwendet, wobei die obere Schwelle dann verwendet wird, um das
Signal zu ermitteln, und die untere Schwelle für den Frequenz-
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diskriminator; die erhaltene Vorrichtung ist jedoch noch
komplizierter.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der oben beschriebenen Art zu schaffen, die die oben erwähnten
IT acht eile vermeidet. Die erfindungsgemüße Vorrichtung ist dann hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dai3 mit dem photoempfindlichen
Element eine Detektoreinrichtung zum Ermitteln des Gleichstroms oder der EIiK verbunden ist, die das photoempfindliche
Element beim Auftreten von Strahlung der Sonne oder einer anderen starken Störquelle abgibt, und daß durch
die Detektoreinrichtung ein Signal erzeugbar ist, wenn der Gleichstrom oder die abgegebene EiJC einen vorbestimmten v7ert
übersteigt, wobei das Signal ein Umschalten in dem nachfolgenden Verstärker oder in der signalverarbeitenden Einrichtung
verursacht, daß diese von einer höheren, festen Empfindlichkeit zu einer niedrigeren, festen Empfindlichkeit umgeschaltet
werden.
Im folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäß
en Vorrichtung,
11£. 2 ein Schaltbild mit der Umschalteinrichtung,
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Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Verstärkerstufe
mit einem Transistor,
Fig. 4 eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung
gemäß Fig. 3,
Fig. 5 eine erfindungsgemäiBe Ausführungsform der Vorrichtung
mit einem Photospannungsdetektor und
Fig. 6 eine andere Ausführungsform aer Vorrichtung gemäß
Fig. 3> wobei das Umschalten zwischen mehreren Empfindlichkeit
stufen möglich ist.
Fig. 1 zeigt ein Blockaiagramm der (j-rundform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung. In dem optischen System des Empfängers ist ein an sich bekannter Photodetektor 12 so angeordnet,
daß seine Photokathode von dem einfallenden Licht durch das optische System getroffen wird. Der Ausgang des Photodetek-"cors
ist mit einem Verstärker 14 verbunden, der in dem vorliegenden Fall eine signalverarbeitende Einrichtung aufweist,
der das durch den Photodetektor abgegebene Signal verstärkt und v/eiterleitet. Der Verstärker ist dann derartig ausgebildet,
daß nur Eingangssignale, deren Amplitude einen bestimmten
Schwellenwert .übersteigt, verstärkt und zu dem Ausgang des Verstärkers weitergeleitet werden. Die Signale 15, die von
dem Ausgang des Verstärkers abgegeben werden, werden zur Weiterverarbeitung nicht gezeigten Vorrichtungen zugeführt.
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Mit dem Ausgang des Photodetektors 12 ist außerdem eine
Umsohalteinrichtung 13 verbunden, die den Gleichstrom oder
die ΕΕΓΚ mißt, die von dem Photodetektor abgegeben werden, und
gibt ein Signal zum Umschalten des Verstärkers 14 ab, falls der Gleichstrom oder die EMK einen bestimmten Wert überschreitet.
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Fig. 2 zeigt im einzelnen eine Ausführungsform eines elektrischen
Schaltkreises zum Umschalten des Verstärkers. Ein Photodetektor 22 ist über einen Reihenwiderstand 23 mit einer
Spannungsquelle verbunden, die mit ( + ) (-) gekennzeichnet ist. ^emi der Photodetektor 22 Strahlung empfängt, tritt an seinem
Ausgang ein Signal auf, das über einen Kondensator 24 dem Verstärker 28 zugeführt wird, der eine Rückkopplungsverbindung
mit einem Widerstand 27 aufweist. Zwischen dem Detektor und dem Ausgang des Verstärkers ist eine Diode 25 in Reihe mit
einem Widerstand 26 geschaltet. Wenn der Photodetektor einer ausreichend starken Strahlung ausgesetzt ist, beispielsweise
bei direkt einfallendem Sonnenlicht, wird wegen des Gleichstroms von dem Detektor der Spannungsabfall über dem Reihenwiderstand
23 des Detektors so hoch, daß die Diode 25 in Durchgangsrichtung vorgespannt wird. Ihr Reihenwiderstand 26
wird dann relativ zu dem Signal den Rückkopplungs-Verbindungswiderstand 27 überbrücken, und die Verstärkung des Verstärkers
wird niedriger, d.h. der Verstärker wird von einer höheren, festen Empfindlichkeit zu einer niedrigeren, festen Empfindlichkeit
umgeschaltet.
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Λ-
5 zeigt eine Verstärkerstufe, die einen Transistor 38
mit Kollektorwiderstand 39 aufweist. Im übrigen ist die Ausführungsform
und die Wirkungsweise vollständig analog der Vorrichtung gemäß Pig. 2. Wenn der Photodetektor einer ausreichend
starken Strahlung ausgesetzt ist, wird der Spannungsabfall über dem Reihenwiderstand 33 des Detektors so hoch, daß
die Diode 35 leitend wird, und ihr Reihenwiderstand 36 wird
dann relativ zu dem Signal den Rückkopplungs-Verbindungswiderstand 37 des Transistors überbrücken.
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gemäß Fig. 3, wodurch der Detektor eine höhere Arbeitsspannung "bei einfallendem Sonnenlicht haben kann.
In diesem Fall "besteht der Kollektorwiderstand des Transistors 48 aus zwei Widerständen 46 und 49, die in Reihe geschaltet
sind, und die Diode 45 ist dann zwischen dem Ausgang des Detektors und dem Punkt zwischen den zwei Kollektorwiderständen 46
und 49 geschaltet. Im übrigen ist diese Vorrichtung gleichartig wie die in Fig. 3· Das Signal des Photodetektors 42 wird
über den Kondensator 44 zu dem Transistor 48 herausgeführt. Wenn die Diode leitend wird, wird der Widerstand 46 relativ
zu dem Signal parallel zu dem Rückkopplungs-Verbindungswiderstand 47 des Transistors geschaltet und geringere Verstärkung
erhalten.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, die einen Photospannungsdetektor
52 aufweist, der mit einem Verstärker 58
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verbunden ist, dessen Verstärkung im Falle geringer Untergrunds trail lung durch einen Reihenwiaerstand 53 und den Rückkopplung-Verbindungswiderstand
57 bestimmt wird, der parallel zu dem Verstärker 58 geschaltet ist. Parallel zu dem zuletzt
erwähnten Widerstand ist eine Diode 55 in Reihe mit einem Shunt-'Viderstand 56 geschaltet. Die Arbeitspunkte des Verstärkers
werden derartig gewählt, daiS die Diode 55 normalerweise
etwas in Sperrichtung vorgespannt ist. Falls der Photodetektor einer ausreichend starken Strahlung ausgesetzt ist,
erzeugt er eine EiIIC, die die Arbeitspunkte des Verstärkers so beeinflußt, daß die Diode 55 in Durchlaßrichtung kommt, und
der Shunt-iViderstand 56 relativ zu dem Signal parallel zu dem
Pöickkopplungs-Verbinaungswiderstand 57 geschaltet wird.
Fig. 6 zeigt eine weitere iiusführungsform der Vorrichtung
gemäß Fig. 3> wobei mehrere Dioden 65a-c in dem Schaltkreis vorgesehen sind. Die Dioden verbinden verschiedene V/iderstandsketten
bei verschiedenen Werten des Detektorgleichstroms, 'üexni
der Gleichstrom des Detektors zunimmt, wird zuerst die oberste Diode 65a leitend, und der Rückkopplungs-Verbindungswiderstand
67 des !Transistors 6& wird relativ zu dem Signal parallel zu einer '.'.iderstanäskette geschaltet, die die vier Widerstände
61a, 66a, b, c aufweist, worauf die nächste Diode 65b leitend wird, und zwei der widerstände 61a, 66a werden dann
mit einem weiteren Widerstand 61b überbrückt, und schließlich wird die unterste Diode 65c leitend, wobei dann nur ein Widerstand
66c parallel zu dem Hücklcopplungs-Verbindungsv/iderstand
67 geschaltet wird.
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Claims (7)
1.' Vorrichtung zum Regulieren der Empfindlichkeit eines
Empfängers für optische Signale, mit einem photοempfindlichen
Element zum Aufnehmen der optischen Signale und zu deren Umwandlung
in elektrische Signale, einem elektrischen Verstärker am Ausgang des photoempfindlichen Elements und eine signclverarbeitende
Einrichtung zum Abtrennen eines empfangenen
i-Tut2signals von der überlagerten Untergrundstrahlung, dadurch
gekennzeichnet , daß mit dem photoeiipfindlicheii
Llemeiit (12, 22, 32, 42, 52, 62) eine Detektoreinrichtung zum
Ermitteln des G-leichstroms oder der elektromotorischen Kraft
(SKK) verbunden ist, die das photoempfindliche Element beim Auftreten von Strahlung der Sonne oder einer anderen starken
Stö'rouelle abgibt, daß durch die Letektoreinrichtung ein Signal
erzeugbar ist, wenn der Gleichstrom oder die abgegebene SIIK einen vorbestimmten wert übersteigt, und daß eine Umscaalteinrichtung
(13) vorgesehen ist, die das elektrische Signal empfängt und durch die der angeschlossene Verstärker
oaer üie signalverarbeitende Einrichtung (14) "von einer höheren,
festen i'mpfinälichkeit auf eine niedrigere umschaltbar
ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung zum Umschalten
zwischen mehreren verschiedenen Empfindlichkeitsstufen zu einer entsprechenden Anzahl von Yvertstufen des Gleichstroms
oder der EIiK vorgesehen ist, die das photoempfindliche Element
(12, 22, 32, 42, 52, 62) abgibt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Urnsclialteinrichtung eine
Diode (25) und einen Widerstand (26) aufweist, die zwischen dem photoempfindlichen Element (22) und dem Ausgang des Verstärkers
(28) in Reihe geschaltet sind, wobei die Diode (25) derart angeordnet ist, daß sie bei ausreichend starker Bestrahlung
des photoempfindlichen Elements (22) leitend ist, und der Widerstand (26) relativ zu dem Signal den Rückkopplung
s-Verbindungswid er st and (2?) des Verstärkers (28) über- -■
brückt, so daß dessen Verstärkung niedriger ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet , daß der Verstärker einen Transistor (38)
mit einem Kollektorwiderstand (39) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch g e k e η η ζ
ei chnet , daß der Verstärker einen Transistor (48) aufweist, dessen Kollektorwiderstand aus zwei in Reihe geschalteten
Widerständen (46, 49) besteht, wobei einer bei
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leitender Diode (45) relativ zu dem Signal parallel zu dem Rückkopplungs-Verbindungswiderstand (47) geschaltet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das photoempfindliche Element
einen Photospannungsdetektor (52) aufweist und zwischen diesem und dem Verstärker (58) ein weiterer '.Viderstend (53)
in Reihe geschaltet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge ken η zeichne t , daß die Umschalteinrichtung
(13) mehrere Dioden (65a, 65b, 65c) zum Verbinden verschiedener V.'iderstandsketten bei verschiedenen Vierten des Detektorgleichstroms
aufweist, wobei die '.viderstandsketteii relativ zu
dem Signal parallel zu dem Sückkopplungs-Verbindungsv/iderstand
(67) des Verstärkers (68) geschaltet sind, und die umschaltung zwischen mehreren verschiedenen Empfindlichkeitsstufen durchführbar ist.
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