DE2814850C2 - Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Leuchtdiode - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich aiii em? Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Leuchtdiode gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und kann zur optischen Anzeige mit Leuchtdioden, beispielsweise Leuchtmelder, und zur potentialgetrennten Übertragung digitaler Signale mit Optokopplern verwendet werden.

Eine solche Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Leuchtdiode ist aus der DE-OS 25 03 855 bekannt.

Dort wird eine Schaltung für eine als Anzeigeeinheit t5 dienende Leuchtdiodenkette beschrieben, bei der jeder der im Kreis eines auf konstanten Wert geregelten Stromes in Serie liegenden Leuchtdiode je ein zur Ansteuerung dieser zugeordneten Leuchtdiode dienender Schalttransistor parallel geschaltet ist. Die Schalttransistoren sind dabei, je nachdem, ob die Diode leuchten soll oder nicht, gesperrt oder durchgesteuert. .Nachteilig dabei ist, daß neben der Signalspannung zur Ansteuerung der Transistoren eine zusätzliche Betriebsspannung zur Versorgung der Leuchtdioden notwendig ist.

Leuchtdioden und Optokoppler (bestehend aus Leuchtdiode und Lichiempianger) haben in nachteiliger Weise große Exemplarstreuungen, bedingt durch Toleranzen bei Herstellung, Alterung und Temperatureinfluß. Hieraus ergeben sich sehr unterschiedliche Mindestströme für die Leuchtdiode zum sicheren Übertragen eines Signalzustandes. Diejenige Eiingangsspannung, ab der eine Signalübertragung stattfindet, ist dadurch von Leuchtdiode zu Leuchtdiode bzw. von Koppler zu Koppler sehr verschieden. Es ergibt sich ein großer Signalspannungsbereich, in dem ungewiß ist, ob eine Übertragung stattfindet oder nicht. Dies vermin

dert den statischen Störspannungsabstand.

Optokoppler besitzen im allgemeinen kein eindeutiges Schaltverhalten, sondern weisen in ihrer Übertragungskennlinie einen großen linearen Bereich auf.

Bei langsamem Ansteigen der Signaispannung, d. h. bei flacher Anstiegstianke, nimmt auch die Helligkeit der Leuchtdiode langsam zu. Der Lichtempfänger durchläuft dabei einen aktiven Bereich. Bereits geringe Oberwelligkeit der Signaispannung erzeugt daher eine Schwingneigung, die dann zusätzlich von der nachgeschalteten Auswerteanordnung unterdrückt verden muß. Dies ist besonders bei gleichgerichteter Wechselsignalspannung, d. h. pulsierender Gleichspannung, von nachteiliger Wirkung.

Der Erfindung liejt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Leuchtdiode der eingangs genannten Art anzugeben, die aucn bei fehlender äußerer Steuerspannung je nach der Größe der anliegenden Eingangsspannung einen definierten Betriebszustand für die in ihr entrw'tene Leuchtdiode hat, wir dies z. B. für eine digitale Informationsaussendung erwünscht ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Die mit der Erfindung verbundenen Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Schaltung einen gleichbleibenden Eingangswiderstand aufweist, der unabhängig von der Eingangs-Signalspannung ist Die Verlustleistung ist minimal, cta der gesamte Signalstrom der Leuchtdiode zur Verfugung steht.

Exemplarstreuungen von Leuchtdioden und Optokopplern bleiben ohne Einfluß, da die Leuchtdiode in definierter Weise zu und abgeschaltet wird. Durch den Einsatz eines Transistors als spannungsgesteuerter Schafter lassen sich die Schaltschwellen sehr genau einstellen.

Als Vorteile ergehen sich ferner große Störspannungsabstände und ein nur kleiner Bereich, in dem der Signalzustand Undefiniert ist. Auch bei Oberwelligkeit der Signalspannung liegen eindeutige Signalzustände vor, d. h. es tritt kein Schwingen *uf. Bei Anlegen pulsierender Gleichspannung wird von der Leuchtdiode ein eindeutiges Signal übertragen. Die Schaltung kommt in vorteilhafter Weise mit wenigen Bauelementen aus. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

In der Zeichnung ist eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Leuchtdiode dargestellt. Die Signalspannung liegt zwischen zwei Eingangsklemmen 9 und 10 an. Zwischen den Klemmen 9 und 10 sind ein Referenz-Widerstand 11 und in Reihe hierzu eine Referenz-Zenerdiode 12 angeordnet, wobei die Zenerdiode 12anodenseitigan Klemme 10. kathodenseitig am Widerstand 11 liegt.

Eine Leuchtdiode 13 ist über ihren anodenseitigen Anschluß über weitere nachfolgend erwähnte Bauteile mit der Klemme 9 über ihren kathodenseitigen Anschluß mit einem Vor- und Meßwiderstand 14 verbunden. Der Widerstand 14 liegt mit seinem weiteren Anschluß an Eingangsklemme 10.

Der Leuchtdiode 13 kann zur potentialgetrennten Übertragung digitaler Signale ein Lichtempfänger 16, hier ein Phototransistor, zugeordnet sein. Dem Lichtempfänger 16 ist dann eine nicht dargestellte Signalaüfbereitungsanordnung nachgeschaltet. Leuchtdiode 13 und zugeordneter Lichtempfänger i6 werden als

10

Optokoppler 17 bezeichnet.

Ein Transistor 18 liegt mit seiner Basis an der Verbindung zwischen Widerstand 11 und Zenerdäode 12. Sein Kollektor ist über eine Zenerdiode 19 mit der Eingangsklemme 9 und direkt mit der Leuchtdiode 13 verbunden, während sein Emitter der Verbindung zwischen Leuchtdiode 13 und Widerstand 14 zugeführt ist. Die Zenerdiode 19 liegt dabei anodenseitig am Transistor 18, kathodenseitig an Klemme 9 und weist eine geringe Durchbruchspaimung auf.

Der Transis.or 18 wirkt als sparnungsgesteuerter Schalter, der in Abhängigkeit des Spannungsabfalles am Vor- und Meßwiderstand 14 die Leuchtdiode 13 überbrückt oder frei gibt.

Die Zenerdiode 19 sorgt dabei für e.nen konstanten Strom durch die Referenzelemente It und . ^w. für die Basis des Transistors 18, es wird .»orr!t ge" ^shrleistet, daß auch bei sehr kleinen eingangsseihgv-i ^gnalspannungen zuerst die Leuchtdiode ii d' -^ uon durchgesteuerten Transistor 18 überbrückt ./ά.

Beim Einsatz von Leuc^ dioden 13 mit geringer Durchlaßspannung ist eine Vc~-haltdiode 20 zwischen Kollektoranschluß des Transistors 18 und der Leuchtdiode 13 angeordnet.

Wenn ein großer Eingangs-Signalspannung'bereich gefordert wird und mit dem Auftreten einer negativen Basis-Emitterspannung gerechnet werden muß, wird der Transistor 18 durch eine parallel zur Basis-Emitterstrecke liegende Schutzdiode 21 und einen zwischen Basisanschluß und Zenerdiode 12 angeordneten Schutzwiderstand 22 geschützt

Die an der Referenz-Zenerdiode 12 abfallende Spannung ist mit Ui, die am Vor- und Meßwiderstand 14 entstehende Spannung mit Ui und die am Referenz-Widerstand 11 abfallende Spannung mit Uz gekennzeichnet. Die sich aus U\ und Ui zusammensetzende Spannungssumme entspricht also stets der zwischen den Klemmen 9 und 10 anliegenden Signalspannung.

Wesentliches Kennzeichen der Erfindung ist somit die Einführung des Transistors 18 als spannungsgesteuerter Schalter zur Ansteuerung der Leuchtdiode 13. Der Transistor 18 gibt je nach Höhe der vorliegenden SignaJspannung den Stromweg über die Leuchtdiode 13 frei oder überbrückt ihn. Solange die Spannung Ui kleiner als die Referenzspannung U\ ist, bleibt der Transistor 18 leitend. Die Leuchtdiode 13 äst überbrückt und bleibt stromlos.

Erhöht sich die Signalspannung und damit ebenfalls die Spannung U2 auf einen Wert, der größer als der Wert der Spannung U\ an der Zenerdiode 12 ist, so wird der Transistor 18 gesperrt. In diesem Augenblick übernimmt die Leuchtdiode 13 den vollen Strom, der durch den Vor- und Meßwiderstand 14 begrenzt wird. Sie sendet Licht an den Lichtempfänger 16 aus, womit eine einwandfreie digitale Kopplung bewerkstelligt werden kann.

Der Transistor 18 wird also gesperrt, sobald die eingangs^eitig anliegende Signalspannung einen spezifischen Schwellwert überschreitet. Bei einem Absinken der Signalspannung ergibt sich ebenfalls ein eindeutiges Schaltverhalten. Der Transistor IS wird leitend, sobald die Signalspannung einen spezifischen Schwellwert unterschreitet, d. h. sobald die Spannung U₂ kleiner als die Spannung U\ wird. Die Leuchtdiode 13 wird somit durch den leitenden Transistor 18 überbrückt und erlöscht.

Die Bemessung des Vor- und Meßwiderstandes 14 geschieht in der Weise, daß bei Zuschalten der Leuchtdiode 13 soviel Strom fließt, um auch beim ungünstigsten Optokoppler bzw. bei der ungünstigsten Leuchtdiode noch ein eindeutiges Signalverha'.ten zu gewährleisten.

Die Schalischwellen werden durch die Referenz-ZenerdieJe 12 bestimmt. Da dieses Bauelement mit geringer Toleranz herstellbar ist, wird eine sehr genaue Berechnung und EinsteS'ung dieser Schaltscnwellen ermöglicht. Die Verlustleistung der Anordnung wird von dem Eigenstrombedarf des Transistors 18, der Verlustleistung des Vor- und Meßwiderstandes 14 sowie der Referenzelemente 11,12 und der kleinen Durchtaßspannung der Leuchtdiode 13 bestimmt.

Zur Verwendung der Schaltung für Wechselspannungssignaie wird ein Gleichrichter vorgeschaltet

Durch Vorschalten von einem oder mehreren Widerständen oder einer anderen Strombegrenzungsschaltung kann der Eingangsspannungsbereich beliebig angepaßt werden.

Die gesamte Schaltungsanordnung bzw. einzelne Teile von ihr können in integrierter Technik ausgeführt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung mit zwei, von einer Eingangsspannung beaufschlagten Eingangsklemmen (9, 10), wobei zwischen der ersten (9) und zweiten (1O) Eingangsklemme eine Zenerdiode (19), eine Leuchtdiode (13,20) und ein Vorwiderstand (14) in Reihe vorgesehen sind und wobei die beiden Anschlüsse der Leuchtdiode (13, 20) mit dem Kollektor- und Emitteranschluß eines Transistors (18) verbunden sind, dessen Basis von einer Steuerspannung beaufschlagt wird,dadurch gekennzeichnet, daß die erste Eingangsklemme (9) zusätzlich über eine Reihenschaltung eines Referenz-Widerstands (11) und einer Referenz-Zenerdiode (12, 22) mit der zweiten Eingangsklemme (10) verbunden ist und daß der gemeinsame Verbindungspunkt von Referenz-Widerstand (11) und Referenz-Zenerdiode (12, 22) mit der Basis des Transistors (18) verbunden ist.

Z Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdiode (13, 20) aus einer Reihenschaltung von einer Vorschaltdiode (20) mit einer leuchtenden Diode(13)bestehL

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß antiparallel zu der Basis-Emitter-Diode des Transistors (18) eine Schutz-Diode (21) liegt und daß die Referenz-Zenerdiode (12, 22) aus einer Reihenschaltung einer Zenerdiode (12) mit einem Schutzwiderstand (22) besteht.