DE2922952C2

DE2922952C2 - Anordnung zur Steuerung der Lichtemission einer Leuchtdiode

Info

Publication number: DE2922952C2
Application number: DE19792922952
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl.-Ing. Dr. 8135 Soecking Seinecke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-06-06
Filing date: 1979-06-06
Publication date: 1982-10-21
Also published as: DE2922952A1

Description

,,a) der Vorverzerrer einen ersten, zweiten und dritten Stromiibernahmeschalter aus je zwei emittergekoppeken Transistoren (T4 bis 79) mit Konstantstromeinspeisung enthält, daß

b) jeweils die Basis des einen Transistors (T5, 77, 79) an einem festen Potential (VR) liegt und die Basis des jeweils anderen Transistors (T4, 76, T 8) den Steuereingang bildet, daß

c) die Kollektoren der mit einem festen Potential (VR) beaufschlagten Transistoren (75, 77, 79) mit einem gemeinsamen Arbeitswiderstand (R) und m -m Eingang des Verstärkers verbunden sinu.uaß

d) der erste, zweite und dritte Stromübernahmeschalter entsprechend durch ein erstes, zweites bzw. drittes Steuersignal (S 1,52,53) gesteuert werden, welche Steuersignale (Si, 52, 53) in folgender Weise aus dem Eingangssteuersignal (5£?erzeugtsind:

dl) das erste Steuersignal (51) durch ein UND-Verknüpfungsglied (U) aus dem Eingangssteuersignal (SE) und einem durch Inversion aus dem Eingangssteuersignal (SE) abgeleiteten Signal (SE*), wobei in Abhängigkeit von der gewünschten Länge der Zusatzimpulse das Eingangssteuersignal (SE) mit Hilfe eines Laufzeitgliedes (DEL)zusätzlkh verzögert werden kann,

d2) das zweite Steuersignal (S 2) durch ein ODER-Verknüpfungsglied (O) aus dem Eingangssteuersignal (SE) und einem durch Inversion aus dem Eingangssteuersignal

(SE) abgeleiteten Signa! (Sl?), wobei in Abhängigkeit von der gewünschten Länge der Zusatzimpulse das Eingangssteuersignal (SE) mit Hilfe eines Laufzeitgliedes (DEL)zusalz\\ch verzögert werden kann,
d3) das dritte Steuersignal (S3) durch ein der Signalverzögerung dienendes Schaltglied (VG)m\t einer der Signallaufzeit des UND- bzw. ODER-Verknüpfungsglieds (U bzw, ungleichen Signallaufzeit.

Ein zweistufiger Verstärker zur Steuerung der Lichtemission einer Leuchtdiode ist durch die Literaturstelle Int. J. Electronics 1973, V₀I. 35. No. 0 S. 751 -754 bekannt. In Serie zu der Leuchtdiode, die im Emitterkreis eines als Emitterfolger betriebenen Endsiufentransistors angeordnet ist, liegt ein kapazitiv überbrückter Widerstand. Die kapazitive Überbrückung verursacht bei jeder Änderung des Verstärkereingangssignals eine vorübergehende Überhöhung der entsprechenden Änderung des Diodenstroms, die mit einer vergleichsweise steilen Flanke beginnt und nr.ch einer Entladekurve ausklingt. Dieses absichtlich erzeugte Überschwingen bei Änderungen des Diodenstroms wirkt der Trägheit der Leuchtdiode entgegen, so daß die maximal zulässige Datenrate ohne Überlastung der Leuchtdioden erheblich erhöht wird.

Einen dreistufigen Verstärker, bei dem ein kapazitiv überbrückter Widerstand zur Ankopplung der Endstufe an die Vorstufen dient, zeigt die Fig. 1 der Zeichnung. Das Koppelglied erzeugt bei Änderungen des Eingangs- , signals gleichfalls Zusatzimpulse der oben beschriebenen Art, so daß auch hier die erreichbare Datenrate ; ansteigt.

Bei einer Vorverzerrung des Diodenstroms in der geschilderten Weise wird es jedoch mit wachsender Datenrate immer schwieriger, einerseits eine optimale Strom-Zeit-Fläche der über die eingeschwungenen Werte in positiver und negativer Richtung hinausgehenden Stromspitzen zu erzeugen und andererseits die bei einer unregelmäßigen Impulsfolge infolge nicht rechtzeitigen Abklingens der Stromspitzen auftretenden Schwankungen des Sirommittelwertes zu verhindern. Die Schwankungen machen sich auch in der Lichtemission der Leuchtdiode bemerkbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Steuerung der Lichtemission einer Leuchtdiode anzugeben, mit deren Hilfe eine den jeweils vorliegenden Bedürfnissen anzupassende Vorverzerrung des Diodenstroms auch bei hohen Datenraten erreichbar ist. Gemäß der Erfindung wird diese ; Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert Es zeigt darin

F i g. 1 den schon erwähnten dreistufigen Verstärker zur Ansteuerung einer Leuchtdiode,

F i g. 2 den zeitlichen Verlauf des Eingangssignals für den Verstärker nach F i g. 1 und der Lichtemission der Leuchtdiode,

F i g. 3 ein Netzwerk zur Ableitung des Verstärkereingangssignals aus dem Eingangssteuersignal,

Fig.4 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Funktion des Netzwerks nach F i g. 3,

Fig.5 eine Schaltungsvariante im Eingangsteil des Netzwerks nach F i g. 3.

In Fig. 1 ist ein durch das Eingangssigna! SV (Verstärkereingangssignal) gesteuerter Verstärker zum Betrieb einer Leuchtdiode dargestellt, dessen Aufbau sich von dem einer bereits früher vorgeschlagenen nicht offengelegten Treiberschaltung (P 2918 300.4) nur durch die Einfügung einer Zwischenstufe in Emitterfolgerschal lung zwischen deren Eingangsstufe und deren Endstufe unterscheidet. Die Leuchtdiode LED liegt im Kollektorkreis des Transistors 71 der Endstufe. Eine nicht dargestellte Spannungsquelle mit den Anschlußpunkten VO und Vi liefert die Betriebsspannung, die durch eine Kapazität Ci hochfrequenzmäßig kurzge-

schlossen wird. Der Transistor 71 wird durch den Basissirom im gesteuert.

Der Basissirom /«> wird von der bereits erwähnten Zwischenstufe mit dem Transistor 72 in Emi'terfoljerschaltung geliefert. Die Basis des Transistors TX ist mit dem Emitter des Transistors Tl über einen Widerstand R 1 mit einigen 100 Ohm verbunden. Der Fmitterwiderstand R 2 für den Transistor Tl liegt an einer Spannungsquelle Vl. Die Basis des Transistors Rl ist über einen weiteren Vorwiderstand R'i mit dem Emitter eines Transistors TZ der Eingangsstufe verbunden. D^- Emiiterwiderstand R 4 für den Transistor 73 liegt ebenfalls an der Spannungsquelle Vl. Das Verstärkereingangssignal SV wird über eine Kapazität C2 auf die Basis fies Eingangstransistors 73 übertragen, ι ϊ Die Basis ist über einen Widerstand R 5 an den Abgriff eines Potentiometerwiderstandes R 6 angeschlossen, mit de>s'-.i Hilfe die Ruhearbeitspunkte der Transistoren einstellbar sind.

Der Widerstand R 1 vor der Basis des Transistors 71 /■ist durch die Serienschaltung aus einer Kapazität CZ ^und einem Widerstand R 7 überbrückt. Die Verwendung "-"einer Kapazität an dieser Stelle ist an sich bekannt und " dient zur Kompensation der Wirkung der Kollektor-Basis-Kapazität des nachfolgenden Transistors, die sich in ' einer Verlangsamung der Änderungen des Kollektorstroms äußert Der mit der Kapazität CZ in Serie geschaltete Widerstand R 7 dämpft die Schwingneigung « der Verstärkerschaltung erheblich.

Gemäß dem früheren Vorschlag sind die Kapazität d und die Widerstände R\ und R7 so aufeinander abgestimmt, daß sich die vorübergehenden Überhöhungen des Basisstroms Ίβ\ bei jedem Signalwechsel auch noch als vorübergehende Überhöhungen des Kollektorstroms auswirken. Wie schon eingangs erwähnt wurde, dient diese Maßnahme zur Kompensation der Trägheit der Leuchtdiode. Es wurde auch schon darauf hingewiesen, daß es auf diese Weise schwierig ist, die über die jeweils gültigen Werte des Kollektor- bzw. Diodenstroms /Ό im eingeschwungenen Zustand in positiver oder negativer Richtung hinausgehenden Stromspitzen so festzulegen, daß sie auf der einen Seite die optimale Strom-Zeit-Fläche erhalten und auf der anderen Seite am Ende der kürzesten in Betracht zu ziehenden Impulse praktisch völlig abgeklungen sind. J Gemäß der Erfindung werden daher die Kapazität CZ und der Widerstand R 7 so bemessen, daß zwar noch eine deutliche Überhöhung der Änderungen des Basisstroms /ei eintritt, jedoch kein nennenswertes Überschwingen des Diodenstroms h entsteht. Statt so dessen wird das Verstärkereingangssignal SV in geeigneter Weise vorverzerrt.

Die Fig.2 zeigt schematisch (a) das aus einer Datenquelle stammende Eingangssteuersignal SE, (b) das daraus abgeleitete vorverzerrte Verstärkereingangssignal SV und (c) die von der Leuchtdiode LED abgestrahlte optische Leistung Popt- Die tatsächlich vorhandenen zeitlichen Verschiebungen der einzelnen Signalverläufe infolge von unvermeidlichen, aber auch nicht störenden Signallaufzeiten sind in Fig.2 nicht berücksichtigt.

Wie ersichtlich, entsteht bei jedem Wechsel des Eingangssteuersignals SE eine Änderung des Verstärkereingangssignals SV, die den Hub /. zwischen den Dauersignalpegeln Lund /-/wesentlich übersteigt. Nach einer Zeit τ verschwindet die Signalüberhöhung wieder, und das Verstärkereingangssignal SV geht in die dem Eingangssteuersignal SE entsprechenden Dauersignalpegel H bzw. /. über. Die auf die jeweils gültigen Dauersignalpegel H bzw. L sozusagen aufgesetzten Zusatzimpulse sind natürlich so gerichtet, daß sie eine durch einen Wechsel des Eingangssteuersignals SU hervorgerufene Änderung des Verslärkereingangssignalj SV in jedem Fall vorübergehend übe, höhen, je nach der Richtung des Signalwechsels gehen auch sie in die positive oder negative Richtung. Dabei beträgt die Amplitude der Zusatzimpulse in positiver Richtung /?2 · A. Die Faktoren lh und Λ2 können gleich oder verschieden sein.

Wenn der Verstärker nach F i g. 1 eine mindestens annähernd lineart Aussteuerkennlinie besitzt, was vorausgesetzt wird, verläuft der Diodenstrom ip wie das Verstärkereingangssignal SV nach b). Eine leichte Kennlinienkrümmung kann durch eine geeignete Wahl der Faktoren h\ und Λ? ausgeglichen werden.

Die Strom-Zeit-Fläche der Zusatzimpulse wird durch die Einstellung der Faktorer, h\ und hi und der Zeitspanne r, die in jedem Fall nur einen Bruchteil des kürzesten Abstands zwischen zwei Signalwechseln ausmacht, so festgelegt, daß die Änderungen der von der Leuchtdiode abgestrahlten optischen Leistung möglichst rasch vor sich gehen, aber noch kein wesentliches Überschwingen erkennbar wird

Ein Beispiel für eine Schaltungsanordnung zur Ableitung eines gemäß Fig.2b vorverzerrten Verstärkereingangssignals SV aus dem Eingangssteuersignal SE ist in Fig.3 dargestellt. Die im folgenden als Signalverzerrer bezeichnete Schaltungsanordnung enthält drei aus je zwei emittergekoppelten Transistoren 74 und T5, T6 und 77, 78 und 79 bestehende Stromübernahmeschalter. Die Stromübernahmeschalter werden mit mindestens annähernd konstanten Strömen /Ί, /2 und h gespeist, die in bekannter Weise durch einseitig mit dem Versorgungsspannungsanschluß VEE verbundenen Konstantstromgeneratoren erzeugt werden. An den Basiselektroden jeweils eines Transistors 74. 76 und 78 der Transistorpaare liegen die Steuersignale Sl, S2 bzw. S3. Die Basiselektroden der anderen Transistoren 75, 77 und 79 sind an ein festes Referenzpotential VT? angeschlossen, das dem Mittelwert zwischen dem hohen und dem tiefen Signalpegei der Steuersignale Sl bis S3 entspricht. Die zuletzt genannten Transistoren arbeiten auf einen gemeinsamen Kollektorwid: nd R, an dem auch das Ausgangssignal, d. h. du Verstärkereingangssignal SV abgenommen wird. Die Kollektoren der anderen Transistoren sind direkt an den Versorgungsspannungsanschluß VCCangeschlossen.

Schal· ungsanordnungen der beschriebenen Art sind zur rein logischen Verknüpfung von Binärsignalen bekannt. Die verschieden hohen Spannungsabfälle am gemeinsamen Arbeitswiderstand durch die mögliche Addition von Strömen stört dabei im allgemeinen und wird dann durch zusätzliche Schaltungsmaßnahmen unterdrückt. Im vorliegenden Fall jedoch wird dieser Effekt zur Signalverzerrung ausgenützt, wie noch gezeigt wird.

Die Ableitung der Steuersignale Sl bis S3 für die Stromübernahmeschalter aus dem Eingangssteuersignal SE ist auf verschiedene Weise möglich. Ein hierzu geeignetes Netzwerk ist in F ί g. 3 dargestellt. Es besteht aus einem Laufzeitglied DEL zur Signalverzögerung um die Zeit τ I₁ einem Inverter /, einem UND-Glied t/und einem ODER-Glied O. Ein weiteres Schaltglied VG verändert das an seinem Eingang anliegende Eingangssleuersignal SE nicht. Sein Zweck ist ausschließlich eine

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geringe Verzögerung des Eingangssteuersignals SFzum Laufzeitunterschiede noch nicht, da alle Signalwechsel

Ausgleich der Signallaufzeiten in den beiden Verknüp- ohnehin mit einer endlichen Flankensteilheit vor sich

fungsgliedern U und O. Das Schaltglied VG kann gehen.

ebenfalls ein UND- bzw. ODER-Glied sein, bei dem Es ist nunmehr klar ersichtlich, daß für die Differenz

weitere Eingänge der Verknüpfungsfunktion entspre- 5 A (Fig.2) zwischen den Dauersignalpegeln im Ver-

chend auf ein festes Potential gelegt sind. stärkereingangssignal SVgWt

Die Fig.4 zeigt ein Zeitdiagramm, in dem in den

Zeilen a bis /verschiedene Signalverläufe dargestellt A = h ■ R-sind. Die in den Verknüpfungsgliedern U und O und in

dem zusätzlichen Schaltglied VG tatsächlich entstehen- io Ferner ergeben sich für die Faktoren h\ und fi₂, welche

den Signallaufzeiten sind in F i g. 4 nicht berücksichtigt, die relative Amplitude der auf die Dauersignalpegel

um die Darstellung übersichtlicher zu gestalten. Damit aufgesetzten Zusatzimpulse bestimmen, die Beziehun-

wird das Steuersignal S3 nach e identisch mit dem gen

Eingangssteuersignal SE nach a. Dagegen wurde Λ, =/,/^ und A₂=/^

angenommen, daß sich die Zeitverzögerung des aus dem 15

Eingangssteuersigna[SZ?gewonnenen verzögerten und Durch eine entsprechende Festlegung der Speiseströinvertierten Signals SE* nach b aus der Verzögerungs- me i\ bis h der Stromübernahmeschalter und der zeit τ 1 im Laufzeitglied DEL· und aus der Signallaufzeit Verzögerüngszeit τ t des Laufzeitgliedes DEL können Δτ im Inverter /zusammensetzt. Das Steuersignal 51 also die Amplitude und die Dauer der Zusatzimpulse nach centsteht dann durch eine UND-Verknüpfung des 20 bestimmt werden. Die Mindestdauer ist dabei durch die Eingangssteuersignals SE mit dem verzögerten inver- Signallaufzeit Δτ im Inverter/vorgegeben,
tierten Signal SE*. In analoger Weise wird, wie aus Ist als Dauer der Zusatzimpulse das Doppelte dieser Fig.3 ohne weiteres ersichtlich ist, durch eine Signallaufzeit ausreichend, was vielfach zutreffen wird, ODER-Verknüpfung das Steuersignal S 2 nach F ig.4d dann kann das Laufzeitglied DEL entfallen, und das gewonnen. Durch eine wechselnde Überlagerung der 25 Steuersignal 53 dient als Eingangssignal für den Ströme /1 bis /3, mit denen die nachfolgenden Inverter /. Diese Möglichkeit ist in F i g. 5 dargestellt.
Stromübernahmeschalter gespeist werden, und der Liste der Bezugszeichen
daraus resultierenden unterschiedlichen Spannungsabfälle am Arbeitswiderstand R entsteht das Verstärker- Ti - 79 Transistor
eingangssignal SVgemäß /in Fig.4. Es entspricht der 30 R Arbeitswiderstand
einfachen Addition der jeweiligen Amplituden der Ri-RS,R7 Widerstand
Steuersignale 5 i bzw. S3.

Tatsächlich verursachen auch die Verknüpfungsglieder U und O Signallaufzeiten, die, wie schon erwähnt

wurde, durch die Signallaufzeit im Schaltglied VG 35 nachgebildet werden müssen, damit die durch die Wechsel des Eingangssteuersignals SE verursachten Änderungen des Verstärkercingangssignals möglichst glatte Übergänge erhalten. Indessen stören sehr kleine

R6	Potentiometerwiderstand
LED	Leuchtdiode
Ci-CS	Kondensator
DEL	Laufzeitgüed
I	Inverter
U	UND-Glied
O	ODER-Glied
VG	Schaltglied

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Steuerung der Lichtemission einer Leuchtdiode entsprechend einem binären Eingangssteuersignal, mit einem mindestens /weistufigen Verstärker, wobei die Leuchtdiode in den Kollektor-Emitterstromkreis eines Transistors der Endstufe eingefügt ist, sowie mit einer Anordnung zur Erzeugung von Zusatzimpulsen, die nach jeder Änderung des Eingangssteuersignals eine vorübergehende Überhöhung der entsprechenden Änderung des Diodenstroms bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verstärkereingang ein Vorverzerrer vorangestellt ist, der aus dem Eingangssteuersignal (SE) ein Verstärkereingangs- is signal (SV) bildet, bei dem jede Signnländerung mit einem nach Amplitude und L änge einstellbaren, den zum Eingangssignal proportionalen Sigralwert über- bzw. unterschreitenden Zusatzimpuls mit ¹'mindestens annähernd rechteckigem Verlauf be-

ι s ginnt.

■ j i£ Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

" 'zeichnet, daß