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Schaltungsanordnung zur Speisung von
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Lumineszenzdioden Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung
zur Speisung von Lumineszenzdioden, wobei eine GaAs-Lumineszenzdiode im Kollektorkreis
eines Transistors angeordnet ist, in dessen Emitterkreis ein Justierwiderstand liegt,
und wobei an der Basis ein Spannungsteiler vorgesehen ist, der parallel zum Emitterzweig
des Transistors eine Diodenanordnung und parallel zum Kollektorzweig einen Querwiderstand
aufweist.
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Eine derartige Schaltungsanordnung ist bekannt und als Konstantstromschaltung
für die Versorgung von Lumineszenzdioden gebräuchlich (Siemens-Schaltbeispiele,
Ausgabe 1975/76, Seite in9). Durch die Dioden des Basis-Spannungsteilers entsteht
an der Basis des Transistors eine von der Versorgungsspannung weitgehend unabhängige,
nahezu konstante Spannung. Mit dem Potentiometer im Emftterkreis kann der Konstantstrom
des Transistors,
der durch die Lumineszenzdiode fließt, eingestellt
werden. Ublicherweise ist diese Schaltung mit einem relativ niedrigen Querwiderstand
so ausgelegt, daß der Strom über die Diodenanordnung um ein Vielfaches größer ist
als der Basisstrom. Die Dioden des Spannungsteilers werden dabei im steilen Kennlinienbereich
betrieben, wodurch Schwankungen der Versorgungsspannung sich nur wenig auf die Basisspannung
auswirken können. Die Lumineszenzdiode wird mit eingeprägtem Strom betrieben.
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Allerdings ist diese Konstantstromschaltung in der Ublichen Dimensionierung
merklich temperaturempfindlich, so daß bei verschiedenen Umgebungstemperaturen unerwünschte
Helligkeitsschwankungen an der Lumineszenzdiode auftreten. Wird der Diodenstrom
wesentlich größer gewählt als der Basisstrom, nimmt der LED-Strom mit steigender
Temperatur zu. Somit nimmt die Lichtausbeute der Lumineszenzdiode zu, was im Hinblick
auf eventuelle Nachfolgeschaltungen, z . B0 Fotoverstärker, sehr unerwünscht ist.
In diesen Fällen erhebt sich die Forderung, daß der Lichtstrom bei steigender Temperatur
konstant bleiben oder sogar abnehmen soll.
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Es wurde zwar bereits vorgeschlagen, den Temperaturgang der Schaltung
beispielsweise durch den Einsatz temperaturabhängiger Widerstände, von Regelverstärkern
oder Differenzschaltungen zu kompensieren und den Lichtstrom konstant zu halten.
Alle diese Möglichkeiten erfordern Jedoch einen erheblichen schaltungstechnischen
Aufwand.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Schaltungsanordnung der eingangs
erwähnten Art ohne zusätzlichen Bauteileaufwand eine Temperaturkompensation derart
zu schaffen, daß temperaturbedingte Helligkeitsschwankungen der Lumineszenzdiode
weitgehend vermieden werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Basiswiderstand
so groß gewählt ist, daß der über die Diodenanordnung des Spannungsteilers fließende
Strom in der gleichen Größenordnung wie der Basisstrom des Transistors liegt.
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Durch die erfindungsgemäße Wahl des Basiswiderstandes teilt sich der
durch ihn fließende Strom in zwei etwa gleich große Teile auf. Dieser Strom ist
eingeprägt und ändert sich bei Temperaturwechsel wenig, wohl aber die Verteilung
der Teilströme über die Basis des Transistors und über die Diodenanordnung. Die
Dioden werden auf diese Weise im stark gekrümmten Kennlinienbereich, also im Bereich
veränderlicher Steilheit,betrieben. Dadurch nimmt der differentielle Widerstand
der Diodenanordnung bei steigender Temperatur stärker ab als der ohnehin höhere
Transistor-Eingangswiderstand, der durch die Gegenkopplung über den Emitterwiderstand
(Potentiometer) weitgehend konstant gehalten wird. Daraus resultiert ein Abnehmen
der Basisvorspannung mit steigender Temperatur und gleichzeitig eine Verringerung
des Kollektorstroms bzw. der LED-Lichtstroms.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der
Zeichnung näher beschrieben.
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In der einzigen Figur ist eine im Grundaufbau bekannte Konstantstromschaltung
dargestellt. Sie enthält im wesentlichen einen Transistor T, in dessen Kollektorzweig
eine GaAs-Lumineszenzdiode LED angeordnet ist.
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Im Emitterzweig liegt ein Justierwiderstand zur Einstellung des LED-Lichtstroms.
An der Basis des Transistors T ist ein Spannungsteiler vorgesehen, wobei der Querwiderstand
R parallel zum Kollektorzweig des
Transistors T und die beiden Dioden
Dl und D2 parallel zum Emitterzweig liegen. Zweckmäßigerweise werden ein Silizium-Transistor
T und Silizium-Dioden Dl und D2 verwendet. Für die Diodenanordnung könnten auch
Zenerdioden mit einer Zenerspannung bis etwa 5 V eingesetzt werden.
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Während bei der dargestellten Konstantstromschaltung üblicherweise
der Querwiderstand R so klein gewählt wird, daß der Diodenstrom 1D um ein Vielfaches
größer ist als der Basisstrom IBg wird bei der erfindungsgemäßen Schaltung der Querwiderstand
R so groß gewählt, daß der. Basisstrom 13 und der Diodenstrom 1D in der gleichen
Größenordnung liegen. Der Strom 1R ist eingeprägt und ändert sich bei Temperaturwechsel
nur wenig9 wohl aber die Verteilung der Teilströme 13 und ID. Die Dioden D1 und
D2 werden im stark gekrümmten Kennlinien teil betrieben. Damit nimmt der differentielle
Wider stand der beiden Dioden mit steigender Temperatur stärker ab als der Transistor-Eingangswiderstand;
gleich zeitig nimmt die Basis-Vorspannung und damit der Kol lektorstrom ILED abO
Bei richtiger Bemessung des Quer widerstandes R nimmt der Kollektorstrom bzwO der
LED Lichtstrom ILED genauso stark ab wie die Lichtausbeute der Lumineszenzdiode
LED zunimmt und umgekehrt.
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Ein Zahlenbeispiel soll die Anwendung der Erfindung verdeutlichen.
In einer üblichen Anwendungsform ist beispielsweise die Betriebsspannung UB = +5
V, der gewünschte Kollektorstrom ILED soll 15 mA betrageno Als Stromverstärkung
im Transistor T wird ß # 200 angenommen.
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Dann gilt für den Basisstrom IB = ILED = 150 mA = 75 µA.
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ß 200
Da der Diodenstrom 1D in der gleichen Größenordnung
sein soll, gilt für den Strom 1R IR = 75 µA + 75 µA = 150 µA.
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Der Spannungsabfall an den Dioden beträgt 2 . 0,7 V = 1,4 V, so daß
am Widerstand R eine Spannung von 3,6 V anliegt.
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Daraus berechnet sich ein Widerstandswert R = 24 k Q 150 * ~ Setzt
man also für den Basiswiderstand R einen Widerstand von 24 kSLoder einen naheliegenden
Reihenwert ein, so ergibt sich eine weitgehende Temperaturkompensation des LED-Lichtstroms.
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Mit der erfindungsgemäßen Dimensionierung des Querwiderstandes läßt
sich somit über einen bei normalen Einsatzfällen in Betracht kommenden Temperaturbereich
der LED-Lichtstrom weitgehend temperature un abhängig halten. Dabei ist keinerlei
zusätzlicher Schaltungsaufwand erforderlich, sondern lediglich eine neue Dimensionierung
des Querwiderstandes. Möglicherweise wird die Schaltung in diesem Fall Schwankungen
der Betriebsspannung nicht mehr in so hohem Maße ausgleichen können wie bei der
herkömmlichen Dimensionierung des Querwiderstandes, doch fällt dies beim Betrieb
an einer stabilisierten Betriebsspannung nicht ins Gewicht. Für viele Anwendungsfälle
dagegen besitzt die damit erreichte Temperaturkompensation eine erheblich größere
Bedeutung.
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3 Patentansprüche 1 Figur