DE3321503C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine stromgesteuerte Stromquelle mit einem einzigen Operationsverstärker.

Mit stromgesteuerten Stromquellen dieser Art sollen Ströme, die beispielsweise von einem fotoelektrischen Wandlerelement aus der Beaufschlagung mit Licht erzeugt werden, derart verstärkt werden, daß sie ohne Schwierigkeit zu Steuer-, Anzeige und/oder An­ triebszwecken weiter verarbeitet sind.

Dazu sind z. B. aus der DE-OS 30 03 275 (Fig. 2a) und der DE-OS 31 37 725 (Fig. 2) Verstärkerschaltungen bekannt, bei denen im Rückkopplungszweig des in der Schaltung enthaltenen Operationsver­ stärkers Logarithmierdioden oder als Dioden geschaltete Transistoren liegen, die den Eingangsstrom komprimieren.

Aus der DE-OS 32 30 543 (Fig. 4) ist eine Verstärkerschaltung einer Reflexfotometrie-Einrichtung bekannt, bei der die Anode und die Kathode eines Wandlerelements mit dem nichtinvertierenden bzw. invertierenden Eingang eines Verstärkers verbunden sind. Der nichtinvertierende Eingang ist mit dem Kollektor eines NPN-Tran­ sistors verbunden, dessen Kollektor mit der Basis in Verbindung steht, um als Diode zu wirken, die eine logarithmische Kompression liefert. Der NPN-Transistor ist mit seinem Emitter geerdet, und der invertierende Eingang des Verstärkers ist mit dem Ausgang des­ selben verbunden. Letzterer ist mit zwei weiteren NPN-Transistoren verbunden, die eine Stromspiegelschaltung bilden und eine loga­ rithmische Expansion auf das zweifache des vom Wandlerelement ge­ lieferten Stroms ermöglichen.

Nach der diesen bekannten Einrichtungen gemäßen Umwandlung des Fo­ tostroms in eine logarithmische Spannung, können letzterer weitere beispielsweise der Filmempfindlichkeit entsprechende Spannungen hinzuaddiert werden. Bei der Delogarithmierung dieser Spannung entsteht dann ein größerer Strom.

Wie aber zum Beispiel in der DE-OS 30 03 275 beschrieben ist, muß die addierte Spannung einen bestimmten, eng mit dem Temperaturgang der Logarithmierung und der Delogarithmierung verknüpften Tempera­ turgang haben. Eine solche Verknüpfung bedeutet aber großen Auf­ wand an Halbleitern, Verstärkern und Potentiometern, um die Span­ nungen addieren zu können.

Aus einem solchen Aufwand ergibt sich aber indirekt eine Ver­ schlechterung des Frequenzganges. Außerdem ist es mitunter er­ wünscht, einen festen, nicht veränderbaren Stromverstärkungsfaktor vorzugeben.

Aus U. Tietze, CH. Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik, 5. Aufl. Springer Verlag Berlin-Heidelberg-New York, 1980, S. 240-241, S. 244-246 und S. 254 sind Schaltungen mit einem Operations­ verstärker bekannt, die eine stromgesteuerte Spannungsquelle be­ ziehungsweise eine spannungsgesteuerte Stromquelle für geerdete Verbraucher darstellen. Es wird vorgeschlagen, diese beiden Schaltungen hintereinander zu schalten, um eine stromgesteuerte Strom­ quelle zu erhalten. Das hat aber den doppelten Bauteilaufwand und erhöhte Störungen zur Folge. Eine angegebene stromgesteuerte Stromquelle mit einem einzigen Operationsverstärker wirkt als Stromspiegel, der Verbraucher muß erdfrei sein. Auch in der ge­ nannten Veröffentlichung wird es als Nachteil bezeichnet, wenn der Verbraucher nicht einseitig an ein festes Potential angeschlossen werden darf. Eine Vielzahl von Folgeschaltungen ist dann nicht möglich.

Aus der DD-Z radio fernsehen elektronik 27 (1978) H. 10, S. 626-627 ist eine weitere stromgesteuerte Stromquelle mit einem einzigen Operationsverstärker bekannt. Dabei ist die Stromquelle für den Eingangsstrom an den invertierenden Eingang geschaltet. Der invertierende Eingang ist über zwei Impedanzen mit Masse verbunden und der nicht invertierende Eingang ist direkt mit Masse verbun­ den. Der Verbraucher ist zwischen den Ausgang des Operationsver­ stärkers und den Verknüpfungsunkt der beiden Impedanzen geschaltet. Auch diese Schaltung ist daher nur für massefreie Verbraucher geeignet.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine stromge­ steuerte Stromquelle anzugeben, die sich durch einfachen Aufbau und die Möglichkeit zum Anschluß auf Masse bezogener Verbraucher auszeichnet.

Ein Gegenstand der Erfindung ist daher eine stromgesteuerte Strom­ quelle mit einem einzigen Operationsverstärker mit den kennzeich­ nenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine stromgesteuerte Stromquelle mit einem einzigen Operationsverstärker mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens so­ wie der Schaltungsanordnung zu dessen Durchführung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In der Zeichnung ist die Erfindung in Ausführungsbeispielen sche­ matisch dargestellt und im nachfolgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen stromgesteuerten Stromquelle,

Fig. 2 eine stromgesteuerte Stromquelle bei Verwendung von Dioden als Impedanzen,

Fig. 3 ein Beispiel für die Verwendung von Transistoren und Kondensatoren als Impedanzen,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Stromquelle, bei der der Steuerstrom von einer externen massefreien Strom­ quelle eingespeist wird,

Fig. 5 eine über den Offset-Abgleich veränderbare strom­ gesteuerte Stromquelle,

Fig. 6 ein Strom-Spannungsdiagramm,

Fig. 7 eine Temperaturabgleichschaltung zur Schaltung nach Fig. 5,

Fig. 8 eine Variante der erfindungsgemäßen stromgesteuerten Stromquelle,

Fig. 9-13 Anwendungsbeispiele für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung,

Fig. 14-16 Beispiele für die Serienschaltung von zwei er­ findungsgemäßen stromgesteuerten Stromquellen,

Fig. 17 ein Zeitdiagramm der Spannungsänderung an einem bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung verwendeten Operationsverstärker,

Fig. 18 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen stromgesteuerten Stromquelle mit einer Folgeschal­ tung.

In Fig. 1 sind mit 1 ein Operationsverstärker, mit 2 sein inver­ tierender, mit 3 sein nichtinvertierender Eingang und mit 4 sein Ausgang bezeichnet. Den Betriebsstrom erhält der Operationsver­ stärker 1 von einer Spannungsquelle 5.

Der nichtinvertierende Eingang 3 ist über den Punkt 8, einen er­ sten Widerstand 10, den Verknüpfungspunkt 16 und einen zweiten Widerstand 12 mit dem Ausgang 4 massefrei verbunden.

Der Ausgang 4 ist über den Punkt 15 unmittelbar mit dem invertierenden Eingang 2 verbunden.

Der Verknüpfungspunkt 16 dient als Ausgang der Schaltungsanord­ nung, er ist über die Last 14 mit Masse verbunden.

Als Eingangsstromquelle ist ein fotoelektrisches Wandlerelement 6 über einen Punkt 8 mit dem nichtinvertierenden Eingang 3 des Ope­ rationsverstärkers 1 verbunden.

Da der invertierende Eingang 2 des Operationsverstärkers 1 mit dem anderen Anschluß 15 des fotoelektrischen Wandlerelements 6 und mit dem Ausgang 4 des Verstärkers verbunden ist, wird das fotoelek­ trische Wandlerelement 6 im Kurzschluß betrieben. Dadurch steht am Ausgang 4 des Operationsverstärkers 1 virtuell (praktisch) das gleiche Potential wie am Punkt 8 zur Verfügung. Da die beiden Wi­ derstände 10 und 12 an den Verknüpfungspunkt 16 angeschlossen sind, liegt an beiden also (virtuell) die gleiche Spannung.

Durch den Widerstand 10 (Wert R₁) fließt aber der Strom I₁ der Stromquelle 6, also liegt nach dem Ohmschen Gesetz die Spannung U₀=I₁·R₁ an. Durch den Widerstand 12 (Wert R₂) fließt dann der Strom I₂=U₀/R₂=I₁·R₁/R₂. Verknüpfungspunkt 16 fließt über die Last 14 als Ausgangsstrom I _A die Summe I₁+I₂:

Durch geeignete Wahl des Widerstandsverhältnisses der Widerstände 10 und 12 kann die gewünschte Stromverstärkung erreicht werden.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 sind als Impedanzen statt ohmscher Widerstände 10 bzw. 12 Dioden 17 bzw. 18 bis 24 geschaltet. Daraus ergibt sich für den verstärkten Strom I _A

wobei m=der Anzahl der Dioden anstelle des Widerstandes 10 (R₁), über die der Eingangsstrom fließt, und n=der Anzahl der Dioden anstelle des Widerstandes 12 (R₂) sind.

Sinnvollerweise sind hier die Dioden Bestandteil eines monoli­ thischen Arrays (z. B. RCA, CA 3039). Dadurch verhalten sich alle Dioden in Bezug auf Temperatur- oder Stromänderung gleich, d. h. diese Änderungen ergeben keinen Fehler bezüglich des Stromverstär­ kungsfaktor.

Durch die Einführung der Dioden ergibt sich der Vorteil, daß sich Eingangs- und verstärkter Ausgangsstrom in einem sehr weiten Be­ reich ändern können, z. B. über 7 Zehnerpotenzen, da die Spannung an den Dioden sich nur logarithmisch ändert, also nur im Bereich von einigen 100 mV liegt.

Fig. 3 zeigt, daß zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens der Schaltungsanordnung parallel zu den Impedanzen 17 und 18 bis 24 der in der Fig. 2 beschriebenen Schaltungsanordnung Kondensatoren 25, 26 parallel geschaltet sein können. Die Wechselstromleitwerte der Kondensatoren 25, 26 verhalten sich hierbei proportional der Diodenzahl.

Anstelle von Dioden können auch die als Dioden geschaltete Transi­ storen 36-39 verwendet werden, die bevorzugt monolithisch gekop­ pelt sind. Es ist denkbar, daß auch unterschiedlich große, mono­ lithisch gekoppelte Transistoren eingesetzt werden können.

Die Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der stromgesteuerten Stromquelle, bei der die Eingangs-Stromquelle nicht zwischen den beiden Ein­ gängen 2 und 3 des Operationsverstärkers 53 kurzgeschlossen ist, sondern eine beliebige Stromquelle mit dem Strom I₁ an den nicht­ invertierenden Eingang 3 angeschlossen ist.

Der zu verstärkende Strom I₁ wird in diesem Schaltungsbeispiel von einem fotoelektrischen Wandlerelement 52 erzeugt. Es wäre aber auch denkbar, daß dieser Strom von einer anderen Stromquelle ge­ liefert wird. Zur Verstärkung des Stroms I₁ liegt dieser am nicht­ invertierenden Eingang 3 eines Operationsverstärkers 53, dessen Ausgang auf seinen invertierenden Eingang 2 rückgekoppelt ist.

Wie bei der Fig. 2 ist der Eingang der Schaltungsanordnung an dem nichtinvertierenden Eingang 3 des Operationsverstärkers 53 über eine Diode 56, den Verbindungspunkt 61 und die weiteren Dioden 58 bis 60 mit dem Ausgang 4 des Operationsverstärkers 53 verbunden. Der Ausgangsstrom fließt vom Verbindungspunkt 61 über eine Last nach Masse.

Die Stromverstärkung ergibt sich in gleicher Weise wie bei den Beispielen der Fig. 1 bis 3.

Die Schaltungsanordnung der Fig. 5 ist in ihrem Aufbau derjenigen der Fig. 1 ähnlich. Sie unterscheidet sich aber durch ein zum Offset- Abgleich an den Operationsverstärker 1 geschaltetes Potentio­ meter 62. Auch mit diesem kann die Stromverstärkung verändert werden. Bezeichnet man die an den Eingängen 2, 3 des Operationsver­ stärkers 1 liegende Offset-Spannung mit V _os , so gilt

In dieser Formel ist

I _A = der AusgangsstromI₁= der Eingangsstrom V _os = die Offset-Spannung des Operationsverstärkers R₁= Widerstand 10 und R₂= Widerstand 12.

Zum Abgleich einer Stromverstärkung kann eine Spannung in Reihe mit dem Widerstand 10 oder 12 eingeführt werden.

Wendet man eine Offset-Spannung in Verbindung mit einem Dioden- Array-Netzwerk an, so kann man mit einer Spannung von wenigen Mil­ livolt leicht eine Stromverstärkungsänderung von 2 oder mehr er­ reichen. Ein Fig. 6 ist eine Diodenkennlinie im "halblogarithmi­ schen" Maßstab dargestellt. Wird, wie gesagt, der Widerstand 10 durch eine Diode dargestellt, so stellt sich z. B. bei 8 µA eine Spannung von 604 mV ein. Nimmt man anstelle von Widerstand 12 z. B. drei parallel geschaltete Dioden und ist die Offset-Spannung=0, so ergibt sich ein Ausgangsstrom I _A =32 µA.

Stellt man jedoch einen Offset von z. B. 5 mV ein, so liegt an den drei parallel geschalteten Dioden statt 604 mV nun 609 mV an. In­ folge dessen fließt durch jede der Dioden statt 8 µA nun 9,7 µA. Daraus ergibt sich dann ein Ausgangsstrom I _A′ = 8 µA + 3×9,7 µA = 37 µA.

Wenn die Offset-Spannung temperaturabhängig ist, ergibt sich wegen der Temperaturabhängigkeit der Diodenkennlinie in diesem Fall eine Temperaturabhängigkeit der Stromverstärkung. Ist dies unerwünscht, so kann für die Offset-Spannung eine kompensierende Temperaturab­ hängigkeit eingeführt werden, wie dies in Fig. 7 durch Zuschaltung eines temperaturkompensierenden Widerstandes 63 zum Potentiometer 62 gezeigt ist.

Eine weitere Variante der Verstärkerschaltung ist in Fig. 8 dar­ gestellt. Auch hier wird als Eingangsstromquelle ein fotoelektri­ sches Wandlerelement 6 im Kurzschluß betrieben. Dazu liegen seine Anschlüsse 8 bzw. 15 am invertierenden bzw nichtinvertierenden Eingang 2 bzw. 3 des Operationsverstärkers 1. Im Rückführungszweig des Operationsverstärkers 1 liegt als Impedanz eine logarithmie­ rende Diode 64. Virtuell an der gleichen Spannung wie die Diode 64 liegen als Impedanzen die Dioden 65 bis 68, so daß am Ausgang 16 der Gesamtschaltung ein Strom fließt, der 4× größer als der vom fotoelektrischen Wandlerelement 6 abgegebene Strom ist (es gilt die Gleichung wie bei Fig. 1).

Wie bekannt wird bei einer Kamera mit Belichtungsmessung durch das Objektiv am Film mittels eines Reflektors reflektiertes Licht auf ein fotoelektrisches Wandlerelement 6 geleitet. Dieses setzt die empfangene Lichtmenge in einen proportionalen Strom um. Einem sol­ chen Wandlerelement 6 kann eine den Fig. 1-5 und 8 gemäße Schaltungsanordnung 73 in der in Fig. 9 gezeigten Weise nachge­ schaltet sein. Sie verstärkt den vom fotoelektrischen Wandlerele­ ment 6 ausgegebenen Strom I₁ und leitet diesen zu einem Kondensator 74, wo er aufintegriert wird. Die nunmehr am Kondensator 74 anstehende Spannung kann am Punkt U _int zur weiteren Verarbeitung abgenommen werden. Ein Feldeffekttransistor 75 gibt den Kondensa­ tor 74 für die Integration frei.

Anders beim Beispiel nach Fig. 10. Hier nimmt die dem fotoelektri­ schen Wandlerelement 6 nachgeschaltete Schaltungsanordnung 73 den vom fotoelektrischen Wandlerelement 6 erzeugten Strom auf, ver­ stärkt ihn und leitet den Ausgangsstrom zur Logarithmierung zu einem am Ausgang 16 der Schaltungsanordnung 73 liegenden Transistor 79. Nach der Logarithmierung kann die Spannung am Punkt U _log zur Weiterverarbeitung abgenommen werden.

Eine weitere Ausführung ist in Fig. 11 gezeigt. Hier wird eine z. B. aus der DE-OS 28 22 035 (Fig. 1) bekannte Kamerabelichtungsmeß­ schaltung 80, bei der gewöhnlich in einem Punkt 5 ein fotoelektri­ sches Wandlerelement 6 unmittelbar angeschlossen ist, dadurch ver­ bessert, daß hier die Stromverstärkerschaltung 73 zwischen das fo­ toelektrische Wandlerelement 6 und die bekannte Kameraelektronik geschaltet wird. Als Ergänzung zu Schaltungsanordnung 73 und Kamera­ elektronik 80 dient eine Zusatzschaltungsanordnung 81, die aus einem am Ausgang 16 der Schaltungsanordnung 73 liegenden Feldef­ fekttransistor 82, dessen Source-Spannung regelden Widerständen 83, 84 mit Transistor 85 und einem die Filmempfindlichkeit einge­ benden Potentiometer 86 besteht. Mit einer solchermaßen ausgestat­ teten Belichtungsmeßeinrichtung kann auch ein niedriger Leucht­ dichtebereich erfaßt werden. Bringt man dabei die Stromverstärker­ schaltung 73 und das fotoelektrische Wandlerelement 6 räumlich dicht zueinander, so wird man wesentlich unabhängiger von Störein­ flüssen, wie z. B. Luftfeuchte oder elektrischen Störungen.

Es ist denkbar, daß man für die Blitzlichtmessung, wie sie bei­ spielsweise nach Fig. 9 durchführbar ist, sowie für die normale Belichtungsmessung nach Fig. 10 separat je ein fotoelektrisches Wandlerelement 6 und eine Stromverstärkerschaltungsanordnung 73 vorsieht.

Es ist jedoch auch möglich, das fotoelelektrische Wandlerelement 6 zusammen sowohl zur Blitzbelichtungsmessung als auch zur normalen Belichtungsmessung zu verwenden. Dann jedoch muß hinter der Stromverstärkerschaltung eine Umschaltung von der einen auf die andere Messung durchgeführt werden. Ein Beispiel dafür zeigt Fig. 12, bei welcher in den Ausgang 16 der Stromverstärkerschaltungsan­ ordnung 73 ein Schalter 87 mit den Schaltstellungen a und b gelegt ist. In Stellung a wird der vom fotoelektrischen Wandlerelement 6 erzeugte und von der Verstärkerschaltung 73 verstärkte Strom (wie in Fig. 10 bereits beschrieben) vom Transistor 79 logarithmiert. Zur Weiterverarbeitung kann er am Punkt U _log abgenommen werden. Steht der Schalter 87 dagegen in Stellung b, so fließt der aus dem Blitz abgeleitete und verstärkte Strom (wie bereits in Fig. 9 be­ schrieben) zum Kondensator 74 und wird dort aufintegriert. Nach Freigabe des Kondesators 74 durch den Feldeffekttransistor 75 kann dann am Punkt U _int eine der Blitzhelligkeit proportionale Spannung abgegriffen werden. Es kann aber auch vorteilhaft sein, für Blitz- und normale Belichtungsmessung unterschiedliche foto­ elektrische Wandlerelemente 6 a, 6 b zu verwenden, wie dies in Fig. 13 dargestellt ist. Diese Wandlerelemente können dann in bekannter Weise durch einen Transistor 88 oder durch eine Abdeckklappe 89 zur Wirkung gebracht werden.

Es kann von Vorteil sein, den beiden fotoelektrischen Wandlerele­ menten 6 die oben beschriebene Stromverstärkerschaltungsanordnung 73 nachzuschalten und den darin verstärkten Strom in einer am Aus­ gang 16 der Verstärkerschaltung 73 liegenden Rechenschaltung 90 zu logarithmieren und mit einer der Filmempfindlichkeit analogen Spannung zu verrechnen. Zur Erfüllung dieser Aufgabe ist in Fig. 13 schematisch eine Rechenschaltung 90 mit einem Transistor 91 in Di­ odenschaltung, eine auf diese folgende Summierstufe 92, ein sich dieser anschließender weiterer Logarithmiertransistor 94 sowie ein an den Emitter des Transitors 93 geschalteter Operationsverstärker 94 gezeigt. In Rückführzweigen 95, 96 des Operationsverstärkers 94 liegen je ein Kondensator 97 bzw. 98 mit Schaltern 99 bzw. 100, mit welchen eine unterschiedliche Integrationszeit für die Bildung der Verschlußzeit oder der Blitzdauer geschaltet werden kann. Der Ausgang U _K der Schaltung wirkt dann in bekannter Weise auf den Verschlußabschlagmagneten der Kamera oder auf den Ab­ schaltkontakt des Blitzgerätes.

Soll die Filmempfindlichkeit beim Verstärkungsfaktor der Stromver­ stärkeranordnung mitberücksichtigt werden, so kann eine Schal­ tungsanordnung gewählt werden, wie sie in einer ersten Variante in der Fig. 14 gezeigt ist. Hierbei entspricht ein Operationsverstärker 101, ein fotoelektrisches Wandlerelement 102, sowie Dioden 103 und 104 der Stromverstärkerschaltungsanordnung 73 aus Fig. 9 (vgl. auch Fig. 2). Am Ausgang 16 dieser Schaltung folgt jedoch eine weitere Stromverstärkerschaltungsanordnung entsprechend Fig. 4 mit einem Operationsverstärker 105 und Dioden 106 bis 109.

Am Ausgang 61 dieser weiteren Verstärkerschaltung liegt ein Kon­ densator 110, dessen Aufladung dann erfolgt, wenn ein Schalter 111 bei Beginn des Blitzes geöffnet wird.

Bei dieser weiteren Stromverstärkerschaltungsanordnung ist in die Verbindung vom Ausgang des Operationsverstärker 105 über die Di­ oden 107 bis 109 zum Verbindungspunkt 61 ein Schalter 112 gelegt, der in Stellungen a, b und c gebracht werden kann. Befindet sich der Schalter 112 in Stellung a, so fließt der Ausgangsstrom der Gesamtschaltung, der Ladestrom für den Kondensator 110 vom Ausgang 16 der ersten Stromverstärkerstufe nur über die Diode 106 und die Stromverstärkung ist dann insgesamt nur die Verstärkung der ersten Stufe, nämlich hier 2×1=2. Dabei sind die Dioden 103, 104 und 106 leitend. In Stellung b des Schalters 112 ist die Verstärkung 2×2=4 und es sind die Dioden 103, 104, 106 und 107 leitend. Es ist also auch die zweite Stufe aktiv. Die Schalterstellung c er­ bringt durch das Leitendwerden der Dioden 103, 104, 106 und 108 bis 109 eine Verstärkung von insgesamt 2×3=6.

Bei der in Fig. 15 dargestellten Schaltungsvarianten entspricht die Eingangsstufe im Prinzip der in Fig. 8 beschriebenen Schaltungsan­ ordnung. Im Rückführungszweig des Operationsverstärkers 119 liegt eine Diode 112. In der Verbindung vom Ausgang des Operationsver­ stärkers 119 zum Ausgang 16 der Verstärkerstufe liegen die Dioden 114 bis 118. Als Eingangsstromquelle ist zwischen die Eingänge des Operationsverstärkers 119 ein fotoelektrisches Wandlerelement 120 geschaltet.

Am Ausgang 16 dieser Verstärkerstufe folgt wiederum eine zweite Stufe entsprechend Fig. 4 mit einem Operationsverstärker 123 und Dioden 122 und 124 bis 130. Am Ausgang 61 ist als Last ein Inte­ grationskondensator 121 vorgesehen.

Eine solche Schaltungsanordnung ist besonders bei kleinen Versor­ gungsspannungen für die Aufladung eines Kondensators 121 vorteil­ haft, da zwischen dem Eingang des Operationsverstärkers 119 und dem Ausgang 61 bzw. dem Kondensator 121 nämlich nur eine Dioden­ strecke liegt, die über eine Diode 122 führt.

Mit Schaltern 134, 135 sind die Dioden 114 bis 118 in unterschied­ lichen Kombinationen zu- bzw. abschaltbar. Dadurch verändert sich die Verstärkung im Verhältnis 4 : 5 : 6, was näherungsweise einer Variation der Filmempfindlichkeit in 1°DIN-Schritten entspricht.

Mit Schaltern 131 bis 133 sind die Dioden 124 bis 130 in unter­ schiedlicher Kombination zu- bzw. abschaltbar. Damit wird die Ver­ stärkung im Verhältnis 1 : 2 : 4 : 8 verändert, was der Veränderung der Filmempfindlichkeit in 3°DIN-Schritten entspricht.

Beim in Fig. 16 gezeigten Schaltungsbeispiel entspricht eine Ein­ gangsverstärkerschaltung 137 dem in Fig. 1 bis 3 dargestellten Stromverstärker. In ihr wird der Strom um den Faktor 5 verstärkt. In einer zweiten Verstärkerstufe 138 entsprechend Fig. 4, die aus einem Operationsverstärker 139, einer Parallelschaltung aus verän­ derbarem Widerstand 140 und veränderbarem Kondensator 141 als er­ ste Impedanz sowie aus einem Festwiderstand 142 mit parallel ge­ schaltetem Kondensator 143 als zweite Impedanz besteht und die mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 139 an den Ausgang der Eingangsverstärkerschaltung 137 gelegt ist, hängt die Stromverstärkung von dem Verhältnis zwischen den Wider­ ständen 140 und 142 ab. Der am Ausgang 61 der Gesamtschaltung an­ stehende Strom kann einen Kondensator 144 aufladen, wenn dieser mittels eines Schalters 145 freigegeben wird.

Die den Widerständen 140, 142 parallel geschalteten Kondensatoren 141 und 143 haben dabei eine wichtige Funktion. Bekanntlich kann sich die zu verarbeitende Blitzintensität und damit der Eingangs­ strom im Verhältnis von 1 : 100 ändern. Der Kondensator 144 muß jedoch immer die gleiche Ladespannung bis zum Ansprechen eines hier nicht mitgezeigten Komparators haben. Würde man nur die Wi­ derstände 140 und 142 für die Aufladung vorsehen, so müßte sich die Spannung an diesen im Verhältnis 1 : 100 ändern. Soll diese Spannung einerseits deutlich über der Offset-Spannung des Opera­ tionsverstärkers 139 und andererseits unter der Versorgungsspan­ nung liegen, so kommt man zu nur schwerlich realisierbaren Größen für die Versorgungsspannung.

Erfindungsgemäß sollen sich nun die Kondensatoren 141 und 143 in ihrer Größe umgekehrt proportional wie die ihnen zugeordneten Wi­ derstände 140 und 142 verhalten. Weiterhin muß sich der Kondensa­ tor 143 zum Ladekondensator 144 so verhalten, daß zunächst bis zu einem Teil des Blitzverlaufs der Ladestrom für den Kondensator 144 im wesentlichen über den Kondensator 143 fließt. Die Kondensatoren 141 und 143 sind allerdings in dieser Größe durch die Stabilität der Stromverstärkerstufe beschränkt.

Verwendet man anstelle der Widerstände 140 und 142 Dioden-Arrays, so sollen die Kondensatoren dazu dienen, schnelle Stromverände­ rungen sofort (verstärkt) weiterzugeben. Die Größe der Versor­ gungsspannung ist bei Verwendung von Dioden-Arrays weniger kri­ tisch.

Das Diagramm der Fig. 17 zeigt eine möglicherweise auftretende Spannungsänderung (slew-rate) am Ausgang eines in den erfindungs­ gemäßen Schaltungen verwendeten Operationsverstärkers auf. Erst nach der bei der Zeit t₁ erreichten Spannung werden die Dioden in der Verbindung vom Ausgang 4 des Operationsverstärkers 139 zum Aus­ gang 61 der Stromquelle leitend und somit für die Stromverstärkung wirksam. Da die Stromquelle jedoch schon zum Zeitpunkt t₀ richtig arbeiten soll, übernehmen die Kondensatoren bis zu diesem Zeitpunkt die Stromleit-Funktion.

Die Schaltungsanordnung der Fig. 18 besteht zunächst aus einer er­ findungsgemäßen stromgesteuerten Stromquelle entsprechend den Fig. 1 bis 3, wobei als erste Impedanz die Diode 17 mit Parallelkonden­ sator 26 und als zweite Impedanz die Dioden 22 bis 24 mit Konden­ sator 25 geschaltet sind.

In Fig. 18 ist weiterhin gezeigt, daß in den Ausgang 16 der Ver­ stärkerschaltung ein Kondensator 27 gelegt werden kann, welcher vom von der Verstärkerschaltung ausgehenden Strom aufgeladen werden kann. Diese Anordnung kann beispielsweise bei der Blitzlicht­ messung durch das Objektiv in Kameras zur Anwendung kommen. Dabei ist der Kondensator 27 zunächst durch einen Feldeffekttransistor 28 kurzgeschlossen. Mit Beginn des Blitzes wird der Feldeffekt­ transistor 28 durch einen hier nicht mitdargestellten Schalter an eine negative Spannung gelegt, so daß er nichtleitend wird. Damit beginnt die Integration des Stromes am Kondensator 27.

Außerdem ist in Fig. 18 an den Ausgang 16 der Verstärkerschaltung noch eine Folgerschaltung 29 geschaltet, die aus einem Operations­ verstärker 30 mit in seinem Rückkopplungszweig liegender Diode 31 und Kondensator 32 sowie aus Widerständen 33 und 33 a besteht. Die­ se Folgerschaltung 29 sorgt dafür, daß die Spannung des Kondensa­ tors 27 an einem anderen Ausgang 34 niederohmig ist. Die Bauele­ mente 31 bis 33 a haben die Aufgabe, den Ausgang des Operationsver­ stärkers 30 spannungsgemäß höher als Masse zu legen, da er dieses Potential nicht ganz erreichen kann.

Die hier beschriebenen Beispiele beziehen sich auf die Stromver­ stärkung bei Belichtungsmeßeinrichtungen für Fotokameras. Dies be­ deutet aber keine Einschränkung der universellen Brauchbarkeit der erfindungsgemäßen stromgesteuerten Stromquellen.

Claims (15)

1. Stromgesteuerte Stromquelle mit einem einzigen Operations­ verstärker, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) eine massefreie Verbindung über zwei Impedanzen (10, 12; 56, 58-60) zwischen dem invertierenden Eingang (2) des Operationsverstärkers (1; 53) und dem nicht invertierenden Eingang (3) vorliegt,
• (b) eine unmittelbare Verbindung zwischen dem Ausgang (4) des Operationsverstärkers (1; 53) und dem invertierenden Ein­ gang (2) vorliegt,
• (c) der Verbindungspunkt (16, 61) dieser Impedanzen den Aus­ gang der stromgesteuerten Stromquelle darstellt,
• (d) die Stromquelle (6; 52) für den Eingangsstrom an den nicht invertierenden Eingang (3) des Operationsverstärkers (1; 53) geschaltet ist (Fig. 1, 4).

2. Stromgesteuerte Stromquelle mit einem einzigen Operationsver­ stärker, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) eine massefreie Verbindung über zwei Impedanzen (64, 65-67) zwischen dem invertierenden Eingang (2) des Opera­ tionsverstärkers (1) und dem nicht invertierenden Eingang (3) vorliegt,
• (b) eine unmittelbare Verbindung zwischen dem Ausgang (4) des Operationsverstärkers (1) und dem Verbindungspunkt der beiden Impedanzen (64, 65-67) vorliegt,
• (c) der nicht invertierende Eingang (3) des Operationsver­ stärkers (1) den Ausgang (13) der stromgesteuerten Strom­ quelle darstellt,
• (d) die Stromquelle (6) für den Eingangsstrom an den nicht invertierenden Eingang (3) des Operationsverstärkers (1) geschaltet ist (Fig. 8).

3. Stromgesteuerte Stromquelle nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (6) für den Eingangsstrom zwischen den invertierenden (2) und den nicht invertierenden (3) Eingang des Operationsverstärkers (1) ge­ schaltet ist (Fig. 1, 8).

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Impedanzen eine nichtlineare Widerstandskennlinie aufweist (Fig. 2, 3).

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Impedanzen aus Teilen eines Halb­ leiter-Arrays gebildet sind (Fig. 2, 3).

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Mittel (62) vorgesehen sind, mit welchen ein Offset-Abgleich des Operationsver­ stärkers (1) und damit eine veränderte Verstärkung der Schaltungsan­ ordnung bewirkt wird (Fig. 5).

7. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 5 und 6, da­ durch gekennzeichnet, daß Mittel (63) zur Tem­ peraturstabilisierung vorhanden sind (Fig. 7).

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Erzeuger für den Eingangs­ strom ein fotoelektrisches Wandlerelement (6; 6 a, 6 b; 52; 102; 120) vorgesehen ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Impedanzen aus linearen oder nicht linearen Widerständen (36, 37-39; 140, 142) und dazu parallel geschalteten Kapazitäten (25, 26; 141, 143) gebildet werden und das Verhältnis der Kapazitäten (25, 26; 141, 143) umgekehrt gleich dem Verhältnis der Widerstände (36, 37-39; 140, 142) ist (Fig. 3, 16).

10. Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an ihrem Ausgang als Verbraucher ein Integrationskondensator (74) vorge­ sehen ist (Fig. 9).

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem Integrationskondensator (27) eine an sich bekannte Folgerschaltung (29) nachgeschaltet ist (Fig. 18).

12. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ihre Verwen­ dung bei fotografischen Geräten und/oder deren Hilfsgeräten.

13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Verwendung bei einer fotografischen Kamera mindestens eine der Impedanzen (140, 141; 142, 143) mit Schaltmitteln (140, 141) zur Einstellung der Film­ empfindlichkeit versehen ist (Fig. 16).

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens eine der Impedanzen zwecks Einstellung der Filmempfindlichkeit durch zu- oder abschaltbare Dioden (107-109; 124-130) realisiert ist (Fig. 14, 15).

15. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zwei optisch getrennte fotoelektrische Wand­ lerelemente (6 a, 6 b) sowie Schaltmittel (88, 89) zur wahlweise Ab­ schaltung jeweils eines der fotoelektrischen Wandlerelemente (6 a, 6 b) als Eingangsstromerzeuger aufweist, und daß als Verbraucher umschaltbare Kondensatoren (97, 98) zur Integration für die Be­ lichtungszeitbildung bzw. die Integration der Blitzdauerbildung nachgeschaltet sind (Fig. 13).