DE3411303A1

DE3411303A1 - Schaltung mit photoelektronischem koppler oder optokoppler

Info

Publication number: DE3411303A1
Application number: DE19843411303
Authority: DE
Inventors: Katsumi Shimonoseki Yamaguchi Nagano
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-03-31
Filing date: 1984-03-27
Publication date: 1984-10-11
Also published as: DE3448087C2; DE3411303C2; US4652764A

Description

European Patent Attorneys
Zugelassene Vertreter vor dem Europaischen Patentamt

Dr phil G HenKei. München Dipi.-Ing. J. Pfenning. Berlin
Dr rer nat L Feiler München Dip!-Ing W Hänzel. München Dipl -Phys K H. Meinig. Berlin Dr Ing. A Butenschon, Berlin

Mohlstraße 37
D-8000 München 80

Tel.: 089/982085-87 Telex 0529802 hnkl d Telegramme, ellipsoid

EIW-58P1271-2

27. März 1984/wa

TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA,
Kawasaki, Japan

Schaltung mit photoelektronischem
Koppler oder Optokoppler

■?.

Schaltung mit photoelektronischein Koppler oder Optokoppler

Die Erfindung betrifft eine Schaltung mit photoelektronischem Koppler oder Optokoppler.

Eine Schaltung mit einer Kombination aus einem Strom/-Licht-Wandlerelement und einem Licht/Strom-Wandlerelement wird allgemein als photoelektronischer Koppler oder Optokoppler bezeichnet. Ein Äquivalentschaltbild eines solchen Kopplers ist in Fig. 1A oder Fig. 1B dargestellt. Bei der Äquivalentschaltung nach Fig. 1A wird ein Eingangsstrom IF durch eine lichtemittierende Diode oder Leuchtdiode LD in ein entsprechendes Lichtsignal umgewandelt, das von einer Photodiode PD abgenommen und wieder in ein Stromsignal umgesetzt wird.

Das umgesetzte Stromsignal wird dann durch einen Transistor QA verstärkt. Ein von der Kollektor-Emitter* strecke abgegebener Ausgangsstrom Ic wird als Ausgangsstrom des Optokopplers benutzt. In der Äquivalentschaltung nach Fig. 1B wird ein Eingangsstrom IF durch eine Leuchtdiode LD in ein entsprechendes Lichtsignal umgewandelt, das von einem Phototransistor QP abgenommen wird. Ein Ausgangsstrom Ic der Optokopplerschaltung ist von der Kollektor/Emitterstrecke des Transistors QP abnehmbar. In diesem Fall bestimmt sich der Ausgangsstrom Ic nach folgender Gleichung:

-g-

- y

ic = κ(—)ⁿ (D

¹¹

- Darin bedeuten: K = Proportionalitätsfaktor, I ' = Eingangsstrom (Bezugseingangsstrom), wenn der Proportionalitätsfaktor K gemessen wird, und η = Gefalle oder Steilheit der Kennlinie I„ - Ic, wenn diese logarithmisch ausgedrückt wird.

Die Kennlinien I - Ic von drei im Handel erhältlichen photoelektrischen Kopplern oder Optokopplern sind in den Fig. 2A bis 2C dargestellt. Dabei sind auf der Abszisse ein Eingangsstrom I_ und auf der Oridnate

ein Ausgangsstrom Ic aufgetragen. Wie aus den Kenn-15

linien hervorgeht, ist der Index η nicht über den gesamten Bereich des Eingangsstroms I„ konstant; er beträgt etwa 2 im Bereich eines kleinen Stroms (I < 5 mA) und etwa 1 im Bereich eines großen Stroms (I„ > 10 mA).

Dies zeigt an, daß das Stromübernahmeverhältnis nicht-

linear ist. Ein nicht-lineares Stromübernahmeverhältnis ist aber problematisch, wenn die Optokopplerschaltung z.B. in eine lineare Schaltung als Stromquellenoder -Versorgungsschaltung zur Lieferung eines Ausgangsstroms, der genau einer Eingangsspannung ent-

spricht, einbezogen wird.

Es ist eine Stromquellenschaltung bekannt, die so ausgelegt ist, daß ihr Ausgangsstrom der Eingangsspannung proportional ist. Dabei hängt die Polarität des Ausgangsstroms in bezug auf diejenige der Eingangsspannung von der Art der als Ausgangsstufe verwendeten Stromspiegelschaltung ab. Dies setzt voraus, daß sich die Polarität des Ausgangsstroms ausschließlich durch die

Art der Stromspiegelschaltung bestimmt, wodurch die 35

A-

Schaltungsauslegung stark eingeschränkt wird.

Weiterhin ist eine mit dem genannten Optokoppler versehene Spannung/Strom-Wandlerschaltung einer solchen Auslegung bekannt/ daß sie einen einer Eingangsspannung entsprechenden Strom liefert. Aufgrund der Verwendung eines nicht-linearen Optokopplers kann diese Wandlerschaltung keinen Ausgangsstrom liefern, welcher der Eingangsspannung genau proportional ist. Bei dieser Wandlerschaltung hängt die Polarität des Ausgangsstroms ebenfalls von der Stromspiegelschaltung der Ausgangsstufe ab. Hierdurch wird, wie bei der Stromquellenschaltung, der Entwurfs- oder Konstruktionsfreiheitsgrad der Schaltung eingeschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Stromquellenschaltung, bei der eine lineare Beziehung zwischen dem Eingangsstrom und dem Ausgangsstrom besteht, die einen einfachen Aufbau besitzt und bei weleher die Polarität des Ausgangsstroms frei wählbar ist.

Die Erfindung bezweckt auch die Schaffung einer Spannung/Strom-Wandlerschaltung, bei der eine lineare Beziehung zwischen der Eingangsspannung und dem Ausgangsstrom besteht, die einen einfachen Aufbau besitzt und bei welcher die Polarität des Ausgangsstroms frei wählbar ist.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Stromquellenschaltung^ die gekennzeichnet ist durch eine Eingangsstromquelle, durch einen Steuer-Optokoppler mit einem Elektro/Photo- bzw. Strom/Licht-Wandlerkreis und einem photoelektrischen bzw. Licht/Strom-Wandlerkreis, durch einen Ausgangs-Optokoppler mit einem Strom/Licht-

Wandlerkreis und einem Licht/Strom-Wandlerkreis, durch einen Stromsteuerkreis zur Steuerung oder Regelung des in den Strom/Licht-Wandlerkreis des (betreffenden) Optokopplers fließenden Stroms in der Weise, daß der in den Licht/Strom-Wandlerkreis des Steuer-Optokopplers fließende Strom einem vorbestimmten Verhältnis des Eingangsstroms von der Eingangsstromquelle gleich ist oder wird, und durch einen Schaltkreis zur Verbindung der beiden Optokoppler in der Weise, daß ein Strom, der dem über den Strom/Licht-Wandlerkreis des Steuer-Optokopplers fließenden Strom proportional ist, dem Strom/-Licht-Wandlerkreis des Ausgangs- Optokopplers zugeführt wird, sowie dadurch, daß ein dem Eingangsstrom proportionaler Schaltungs-Ausgangsstrom am Licht/Strom-Wandlerkreis abnehmbar ist.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Spannung/Strom-Wandlerschaltung, die gekennzeichnet ist durch einen Spannung/Strom-Wandlerteil mit einem für Spannung/Strom-Umwandlung vorgesehenen Transistor, der am Emitter mit einem Widerstand zur Lieferung eines einer Eingangsspannung proportionalen Stroms verbunden ist, wobei der Wandlerteil einen der Eingangsspannung proportionalen Strom liefert, durch einen Elektro/Photo- oder Strom/-Licht-Wandlerkreis zur Umwandlung des durch den Widerstand im Spannung/Strom-Wandlerteil gelieferten Stroms in ein optisches Signal und durch einen photoelektrischen oder Licht/Strom-Wandlerkreis zur Umwandlung des optischen Signals in ein Stromsignal und zum Ausgeben eines dem in den Widerstand fließenden Strom proportionalen Ausgangsstroms.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

-δ-Ι Fig. 1Α und 1B Äquivalentschaltbilder bisheriger photoelektronischer oder Optokopplerschaltungen,

Fig. 2A bis 2C graphische Darstellungen der Eingangs/-Ausgangsstrom-Kennlinien der Optokoppler,

Fig. 3 ein Schaltbild einer Stromquellenschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 ein Schaltbild einer Versuchsschaltungsanordnung für die Schaltung nach Fig. 3,

Fig. 5 eine graphische Darstellung einer Eingangs/-Ausgangs-Kennlinie und einer entsprechenden Idealkennlinie, unter Verwendung der anhand

der Versuchsschaltung gewonnenen Daten bestimmt ,

Fig. 6 bis 9 Schaltbilder von Stromquellenschaltungen gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung,

Fig. 10 ein Schaltbild einer Spannung/Strom-Wandlerschaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 11 ein Schaltbild eines Teils der Schaltung nach Fig. 10,

Fig. 12 und 13 Schaltbilder von Abwandlungen der Schaltung nach Fig. 11 in der Weise, daß ein Ausgangsstrom abnehmbar ist.

Fig, 14 ein Schaltbild einer vereinfachten Ausführungsform der Schaltung nach Fig. 10,

Fig. 15 und 16 Schaltbilder von Abwandlungen der Span-

nung/Strom-Wandlerschaltung nach Fig. 10 in

der Weise, daß sie eine Impulswandlerfunktion besitzt,

Fig. 17 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform einer Spannung/Strom-Wandlerschaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 18 ein Schaltbild einer Versuchsschaltungsanordnung für die Schaltung nach Fig. 17,

Fig. 19 eine graphische Darstellung einer Eingangs/-

Ausgangsstrom-Kennlinie für die Versuchsschaltung nach Fig. 18 und

Fig. 20 ein Schaltbild einer Spannung/Strom-Wandlerschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden.

1.1. Aufbau einer Stromquellenschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromquellenschaltung ist ein NPN-Transistor QC zur Stromsteuerung am Kollektor mit einer positiven Stromquelle +VC verbunden. Ein steuernder photoelektronischer Koppler oder Optokoppler PCC besteht aus einer Leuchtdiode LDC als Elektro/Photo- oder Strom/Licht-Wandlerelement, einer Photodiode PDC als lichtelektrisches oder Licht/Strom-Wandlerelement und einem NPN-Transistor QAC zur Stromverstärkung. Ein Ausgangs-Optokoppler (photo coupler) PCO besteht aus einer

•η-

-τι Leuchtdiode LDO/ einer Photodiode PDO und einem NPN-Transistor QAO für Stromverstärkung. Die Anode der Leuchtdiode LDC ist über einen Widerstand RC zur Verhinderung eines Uberstroms mit dem Emitter eines NPN-Transistors QC verbunden, während ihre Kathode über die Leuchtdiode LDO mit einer negativen Stromquelle verbunden ist. Die Leuchtdiode LDO liegt mit der Anode an der Kathode der Leuchtdiode LDC und mit der Kathode am Potential -VE. Ein Eingangsstromquellenkreis CSin zur Lieferung eines konstanten Stroms Iin ist zwischen das Potential +VC und die Basis des Transistors QC geschaltet. Der NPN^-Transistor QAC im Steuer-Optokoppler PCC ist zwischen die Basis des NPN-Transistors QC und -VE geschaltet. Der Kollektor des NPN-Transistors QAC ist an den Ausgang des Eingangsstromquellenkreises CSin angeschlossen, während sein Emitter an (dem Potential) -VE liegt. Mit der Basis des NPN-Transistors QAC ist die Anode der Photodiode PDC verbunden, deren Kathode an +VC liegt. Die Kollektor/Emitterstrecke des Transistors QAD des Ausgangs-Photokopplers PCO liefert einen Kollektorstrom IC2 oder einen Ausgangsstrom lout. Die Basis des Transistors QAD ist über die Photodiode PDO an +VC angeschlossen. Die Anode der Photodiode PDO ist mit der Basis des Transistors QAD bzw. QAC verbunden, dessen Kollektor an +VC liegt.

1.2. Arbeitsweise

Die Stromquellenschaltung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau arbeitet wie folgt: Es sei angenommen, daß ein Strom vom Eingangsstromquellenkreis CSin zur Basis des Transistors QC fließt und dieser damit durchschaltet. Bei durchgeschaltetem NPN-Transistor QC fließen über den Widerstand RC Ströme IF1 und IF2 zu

■0

den Leuchtdioden LDC bzw. LDO, so daß diese entsprechend den Strömen IF1 bzw. IF2 Licht emittieren. Die Photodiode PDC spricht auf das Lichtsignal von der Leuchtdiode LDC an und leitet. Infolgedessen schaltet der NPN-Transistor QAC durch, wobei der Strom Id über die Kollektor/Emitterstrecke des NPN-Transistors QAC fließt. Die Photodiode PDC des Ausgangs-Optokopplers PCO nimmt ein Lichtsignal von der Leuchtdiode LDO ab und leitet. Danach schaltet der Transistor QAD durch, wobei ein Strom Ic2 in die KollektorrEmitterstrecke des Transistors QAD fließt. Aufgrund dieses Betriebs der Stromquellenschaltung nach Fig. 3 kann der Strom Ic2 als Schaltungsausgangsstrom Iout abgenommen werden.

Bei der beschriebenen Stromquellenschaltung bilden der Eingangsstromquellenkreis CSin, der NPN-Transistor QC und der Steuer-Optokoppler PCC eine Steuerschaltungsanordnung zur Bestimmung der Größe des Stroms. In dieser Steuerschaltungsanordnung wirkt eine aus dem NPN-Transistor QC und dem Steuer-Optokoppler PCC gebildete Rückkopplungsschleife in der Weise, daß der Kollektorstrom Id des NPN-Transistors QAC des Steuer-Optokopplers PCC dem Eingangsstrom Iin vom Eingangsstromquellenkreis CSin gleich wird. Der zum Ausgangs-Optokoppler PCO fließende Strom IF2 ist gleich dem Strom IF1 Die Charakteristika bzw. Kennlinien der Optokoppler PCC und PCO sind daher einander gleich, während der Kollektorstrom Ic2 des NPN-Transistors QAO des Ausgangs-Optokopplers PCO, d.h. der Schaltungsausgangsstrom Iout, dem Eingangsstrom Iin vom Eingangsstromquellenkreis CSin gleich ist.

Die in den betreffenden Bereichen der Stromquellenschaltung fließenden Ströme sind nachstehend qualitativ

241 1303

beschrieben. Die in den Optokopplern PCC und PCO fließen den Ströme Id bzw. Ic2 lassen sich wie folgt ausdrücken

- viι Fl % nl

IC2 =

Darin bedeuten: K1 und K2 = Proportionalitätsfaktoren und n1 und n2 = Indizes. Wie vorstehend angegeben gilt I_p1 = Ι-ρ,ρ· Gleichung (3) läßt sich daher zu folgender Gleichung (4) umordnen:

τ , n2

Ic2 = K2(i£i)-nT

Kl ... (4)

Wenn die Basis (Basisstrom) des NPN-Transistors QC vernachlässigbar ist, gelten die folgenden Beziehungen:

Iin = Id
Iout = Ic2.

Gleichung (4) läßt sich umschreiben zu:

n_2

Iout = K2(—)nl ... (5)

Kl
25

Wenn die Charakteristika oder Kennlinien der Optokoppler PCC und PCO einander gleich sind, gilt

n2/n1 = 1 und K1 = K2.

Der Ausgangsstrom Iout und der Eingangsstrom Iin sind daher einander gleich/ und sie lassen sich wie folgt ausdrücken:

Iout = Iin ... (6)

Im folgenden sei ein Fehler der Eingangs/Ausgangs-Kennlinie, durch Gleichung (5) vorgegeben, betrachtet. Das Indexverhältnis (index ratio) n2/n1 ist folgendes:

n2/n1 = 1 + (n2-n1)/n1 « 1 + Δη Darin bedeutet:

Δη = (n2-n1)/n1 « 1.

Unter Heranziehung dieses Indexverhältnisses n2/n1 läßt sich der Ausgangsstrom lout annähe mathematisch wie folgt ausdrücken:

sich der Ausgangsstrom lout annähernd bestimmen und

lout »

■ (_Αηϋϋ)_(1+Δη)

- K2 e _κ1

_ _κ7 Jn . „χ η

- Κ2 e _κ1 e _κ1

νο , Ιίη. ₌ Μϋη . β^^ΓνΓ"^Δη Kl ^Κ1

Wenn der Index £ η - η in obiger Gleichung folgendem entspricht:

. _Iin . , .

I η · Δη < 1

Kl

so gilt die folgende Beziehung:

_enÄn ₌ , ₊ AnO_nIiH + Ι(_Δη£η1ΐ

s 1 + inin^ ... (8)

Kl

Durch Einsetzen von Gleichung (8) in Gleichung (7) ergibt sich der Ausgangsstrom Iout zu:

lout ss — Ιϊ^ί£ ι

(1Δη*η) ,_Q*

κι κι ... ty;

In obiger Gleichung entspricht der Proportionalitätsfaktor

H₉-I ₊ ~ l + Ak, ■ Kl Kl

worin Ak wie folgt bestimmt ist:

4k -

K1
Hieraus ergibt sich sodann

louts; (1+Ak) (1+Δη£Γ>ϋ£)Ιίη _{#># (10})

ein übertragungs- oder Übernahmeverhältnis Γ des Stroms ist folgendes:

λη) ί

Kl

» 1 + ΔΐίΔηλη^^ ... (11)

Kl

Die obige Gleichung (11) lehrt, daß sich bei kleiner werdendem Eingangsstrom Iin ein Fehler des Stromübernahmeverhältnisses Γ von der Größe 1 in negativer Richtung vergrößert. Genauer gesagt: in Gleichung (1) bzw. (11) sei angenommen, daß Ak = Δη = 0,1 und K1 = 1 gelten. Unter dieser Voraussetzung betragen die Fehler /F

-1 -2 der Stromübernahmeverhältnisse Γ für Iin =10 A, 10 A

10~³A und 10"*⁴A jeweils -2,3%, -4,6%, -6,9% bzw. -9,2%. Der Fehler des Ausgangsstroms Iout ist infolgedessen um

•Al·

-m-

so größer, je kleiner der Eingangsstrom Iin ist.

1.3. Versuchsschaltung
5

Es wurde eine Versuchsschaltung zur experimentellen Bestätigung der Charakteristika bzw. Kennlinien der Stromquellenschaltung gemäß Fig. 3 entwickelt. Bei der Versuchsschaltung gemäß Fig. 4 ist der NPN-Transistor QC vom Typ 2SC372, die Optokoppler PCC und PCO sind vom Typ TLP5O4A/ und der Widerstandswert des Widerstands RC beträgt 50 Ohm. Eine erste Stromquelle FCC von 10 V wurde zwischen die Punkte +VC und +VE geschaltet. Eine zweite Stromquelle VCC2 von 10 V wurde zusammen mit einem Amperemeter AM zwischen Kollektor und Emitter eines Phototransistors QPO geschaltet. Bei dieser Versuchsschaltung wird ein Phototransistor QPC anstelle der Kombination aus der Photodiode PDC und dem Transistor QAC im Steuer-Optokoppler PCC verwendet. Der Phototransistor QPO übernimmt die Funktion der Kombination aus der Photodiode PDO und dem NPN-Transistor QAO beim Ausgangs-Optokoppler PCO. Eine Eingangs/Ausgangsstrom-Kennlinie dieser Schaltung bei einer Änderung des Eingangsstroms Iin von 0,1 rtiA auf 50 mA ist in Fig. 5 in ausgezogener Linie dargestellt. Die ideale Eingangs/Ausgangsstrom-Kennlinie für eines der Stromübernahmeverhältnisse T ist in gestrichelter Linie eingezeichnet. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, entspricht die Kennlinie der Schaltung gemäß Fig. 4 ungefähr der idealen Kennlinie, wobei in einem Bereich von 0,1 mA bis 50 mA praktisch Linearität erzielt wird. Die Kennlinie gemäß Fig. 5 belegt die Gültigkeit von Gleichung (11), die angibt, daß der Fehler des Ausgangsstroms lout um so größer ist, je kleiner der Eingangsstrom Iin ist.

— ι η — .

Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die Primärseiten eines Paars von Optokopplern PCC und PCO in Reihe geschaltet, so daß die Eingangs- und Ausgangsströme in 1:1-Entsprechung (Beziehung 1:1) zueinander vorliegen. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt ist.

2. Zweite Ausführungsform der Stromquellenschaltung

Fig. 6 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform einer Stromquellenschaltung gemäß der Erfindung. Dabei sind die Leuchtdioden LDC und LDO im Steuer-Optokoppler PCC bzw. im Ausgangs-Optokoppler PCO parallel zwischen den Emitter des NPN-Transistors QC und (das Potential) +VE geschaltet. Die Leuchtdiode LDC und die Leuchtdiode LDO sind über Widerstände RC1 bzw. RC2 zur Verhinderung eines ÜberStroms an den Emitter des NPN-Transistors QC angeschlossen. Der restliche Schaltungsaufbau entspricht i-^m wesentlichen demjenigen bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und braucht daher nicht im einzelnen erläutert zu werden. Wenn bei dieser Schaltung die Vorwärts- bzw. DurchlaßSpannungsabfälle VF1 und VF2 der Leuchtdioden LDC bzw. LDO einander gleich sind, gilt:

^i *1 ... (12)

¹FI ^R2

In Gleichung (12) stehen R 1 und R 2 für die Widerstands 30

werte der Widerstände RC1 bzw. RC2. Wenn beide Widerstandswerte gleich groß sind, gilt

RC1 = RC2 ... (13)

Hieraus ergibt sich

'it-

I_F1 = I_F2 ... (14)

Hierdurch wird aufgezeigt, daß die zweite Ausführungsform auf dieselbe Weise arbeitet wie die erste Ausführungsform. Wenn die Schaltung gemäß Fig. 6 unter der Voraussetzung arbeitet, daß in Gleichungen (2) und (3) n1 = n2 = 1 gilt, läßt sich das Verhältnis des Eingangsstroms Iin und des Ausgangsstroms Iout nach dem Stromverhältnis Ip₂Zl₁ gemäß Gleichung (12), d.h. dem Widerstandsverhältnis RC1/RC2, bestimmen.

3. Dritte Ausführungsform der Stromquellenschaltung

Fig. 7 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromquellenschaltung mit drei oder mehr photoelektronischen Kopplern bzw. Optokopplern PCC, PCO1,..., PCOm, wobei Leuchtdioden LDC, LCO1, ..., LDOm in Reihe in die Eingangsseite eingeschaltet sind und mehrere Ausgangsströme erzeugt werden. Der Optokoppler PCC dient als Steuer-Optokoppler, während die restlichen Optokoppler Ausgangs-Optokoppler darstellen. Die Ausgangsstrecken dieser Ausgangs-Optokoppler, d.h. die Kollektor/Emitterstrecken der NPN-Transistoren QA01, ..·, QAOm, sind voneinander unabhängig und liefern Ausgangsströme Iout1, ..., Ioutm.

Bei diesem Ausführungsbeispiel bestimmt sich der Ausgangsstrom Iouti (i = 1, ..., m) der Ausgangs-Optokoppler PC01, ..., PCOm zu:

Iouti =-Ki(—)nl ··· (15)

Kl

Diese Gleichung zeigt, daß jeder Ausgangsstrom durch das

:^: - '3 4 1 1 3 O

-+fr-Parameterverhältnis von (K1 , η1) und (Ki, ni) bestimmt wird.

4. Vierte Ausführungsform der Stromquellenschaltung

Fig. 8 veranschaulicht eine vierte Ausführungsform einer Stromquellenschaltung gemäß der Erfindung. Dabei kann ein gewünschtes Stromübernahmeverhältnis realisiert werden. Bei der dargestellten Ausführungsform sind j Optokoppler/ PCC1, ..., PCCj im Eingangsstromquellenkreis CSin vorgesehen, während sich 1 Optokoppler PCO1, ..., PCOl in bzw. an der AusgangsSeite befinden. Leuchtdioden LDC1 - LDCj und LD01 - LDOl in den Ausgangsseiten der Optokoppler PCC1 - PCCj und PC01 - PCOl sind (jeweils) miteinander in Reihe geschaltet. Die Ausgänge der Steuer-Optokoppler PCC1 - PCCj, d.h. die Kollektor-Emitterstrecken der Transistoren QAC1 - QACj, sind in Parallelschaltung zwischen der Basis des NPN-Transistors QC und (dem Potential) -VE angeordnet. Die Ausgänge der Ausgangs-Optokoppler PC01 - PCOl, d.h. die Kollektor Emitterstrecken der Transistoren QA01 - QAOl, sind zueinander parallelgeschaltet. Der Ausgangsstrom Iout wird von diesen Parallelverbindungsstrecken abgenommen.

Wie erwähnt, sind die Eingänge der Steuer- und der Ausgangs-Optokoppler in Reihe geschaltet. Infolgedessen sind die Ausgangsströme Ic dieser Optokoppler einander gleich. Die Verhältnisse des Ausgangsstroms Ic zum Eingangsstrom Iin und zum Ausgangsstrom Iout bestimmen sich durch:

Iin = jlc ... (16)

Iout = lic ... (17) .

Das Stromübernahmeverhältnis Γ bestimmt sich durch:

r - ^Iout = 1

Iin j ... (18)

Gleichung (18) lehrt, daß das Stromübernahmeverhältnis Γ durch das Verhältnis der Zahl j der Steuer-Optokoppler und der Zahl 1 der Ausgangs-Optokoppler bestimmt wird. Infolgedessen kann ein gewünschtes Stromübernahme verhältnis auf eine gewünschte Größe eingestellt werden.

5. Fünfte Ausführungsform der Stromquellenschaltung

Die in Fig. 9 dargestellte fünfte Ausführungsform der Stromquellenschaltung kennzeichnet sich durch die Anordnung eines Operationsverstärkers OP, der an der Ausgangsklemme mit der Basis des Stromsteuer-Transistors QC verbunden ist. Der Operationsverstärker OP ist an der invertierenden Eingangsklemme (-) an Masse gelegt, und an der nicht-invertierenden Eingangsklemme (+) mit dem Eingangsstromquellenkreis CSin verbunden. Eine Kombi nation aus der Photodiode PDC und dem NPN-Transistor QAC sowie eine Kombination aus der Photodiode PDO und dem Transistor QAD sind jeweils durch Phototransistoren QPC und QPO ersetzt.

Diese Anordnung arbeitet in der Weise, daß das Potential an der nicht-invertierenden Eingangsklemme (+) des Operationsverstärkers OP so eingestellt wird, daß es sich dem Massepotential annähert. Wenn für den Eingangsstromquellenkreis CSin ein Widerstand mit einem Widerstandswert RS verwendet wird, bestimmt sich die Stromgröße bzw. der Stromwert Iin des Eingangsstromquellenkreises CSin einfach durch das Verhältnis VC/Rx. Hier-

durch wird aufgezeigt, daß die Steuerung des Schaltungsbetriebs einfach ist.

Fig. 10 veranschaulicht eine Spannung/Strom-Wandlerschaltung, in welche eine Schaltung mit Optokopplern gemäß der Erfindung einbezogen ist. Ein Eingangskreis aus einem Operationsverstärker OPin ist an der nichtinvertierenden Eingangsklemme (+) mit der Eingangsspannung Vin über die Schaltungseingangsklemme IN ver- bunden. Die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers OPin ist mit der Basis eines Strom/Spannung-Wandler-NPN-Transistörs QT in Emitterfolgerschaltung angeschlossen, bei dem der Emitter über einen Widerstand RT für Spannung/Strom-Umwandlung an Masse liegt. Der Emitter des Transistors QT ist auch an die invertierende Eingangsklemme (-) des Operationsverstärkers OPin angeschlossen. Der Kollektor des Transistors QT ist mit (dem Potential) +VC über eine Leuchtdiode LDO im Ausgangs-Optokoppler PCO verbunden. Die Leuchtdiode LDO ist an der Anode mit +VC und an der Kathode mit dem Kollektor des Transistors QT verbunden. Die Licht/Strom-Wandlerschaltung des Ausgangs-Optokopplers PCO umfaßt eine Photodiode PDO und einen NPN-Transistor QAO zur Stromverstärkung. Die Kathode der Photodiode PDO liegt an +VC, und ihre Anode ist mit der Basis des NPN-Transistors QAO verbunden. Zur Vereinfachung der Darstellung ist der Emitter des NPN-Transistors QAO an die Klemme 12 angeschlossen. Sein Kollektor ist mit der Ausgangsklemme OUT verbunden. Der Ausgangsstrom Iout fließt zur Kollektor-Emitterstrecke des NPN-Transistors QAO. Tatsächlich ist jedoch der Emitter des NPN-Transistors QAO z.B. an Masse gelegt, während sein Kollektor über eine entsprechende Last mit einer entsprechenden oder zweckmäßigen Stromquelle verbunden ist. über diese Last fließt der Ausgangsstrom Iout zur Kollektor -

. - : : : : ■' ΰ 4 I I O U ο

■IM-·

Emitterstrecke des NPN-Transistors QAO.

Bei der obigen Schaltungsanordnung ist der Emitter des Transistors QT mit der invertierenden Eingangsklemme (-) des Operationsverstärkers OPin verbunden. Das Emitterpotential entspricht daher praktisch der Eingangsspannung Vin. Außerdem ist die Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers OPin sehr groß. Infolgedessen fließt ein äußerst kleiner oder vernachlässigbarer Strom zur Schaltungseingangsklemme IN. Der Emitterstrom des Transistors QT ist dem über den Widerstand RT fließenden Strom IRT gleich. Infolgedessen entspricht der Kollektorstrom Id des Transistors QT:

Ic1 = !^(Vin+Vos) . ... (19)

Darin bedeuten: RT = Widerstandswert des Widerstands RT, α = Basisschaltung-Stromverstärkungsfaktor und Vos = Verschiebespannung des Operationsverstärkers OPin. Im Idealfall gelten für die Schaltung gemäß Fig. 1Oa= 1 , Vos = 0, und der Kollektorstrom Id entspricht:

Id = Vin/R_T . . . (20) .

Der Kollektorstrom Id ist der Eingangsspannung Vin proportional.

Bei Betrachtung nur des Ausgangs-Optokopplers PCO in der Schaltung gemäß Fig. 10 bestimmt sich der Kollektorstrom des NPN-Transistors QAO durch:

Ic2 = K(JL_)ⁿ ... (21)

¹FO

In obiger Gleichung bedeuten: I_ = Eingangsstrom zur

Leuchtdiode LDO als Strom/Licht-Wandlerelement, K = Proportionalitätsfaktor und I = Eingangsstrom (Bezugseingangsstrom) zur Leuchtdiode LDO, wenn der Faktor K gemessen ist oder wird; der Index η gibt die Neigung bzw. das Gefälle der Kennlinie I - Icp bei Auftragung derselben in einer logarithmischen Graphik an. Da die Schaltung gemäß Fig. 11 eine ideale Schaltung ist, gilt η = 1 und K/I_po = 1. Hieraus ergibt sich:

Ic2 = I_F ... (22)

Hierdurch wird aufgezeigt, daß ein Kollektorstrom Ic2, der dem zur Leuchtdiode LDO fließenden Eingangsstrom I„ gleich ist, an der Ausgangsklemme OUT des Ausgangs-Optokopplers PCO erscheint. In diesem Fall ergibt sich der Ausgangsstrom Iout bei der Schaltung gemäß Fig.10 zu:

lout = Ic2 = ^- . .. (23)

Diese Gleichung belegt, daß ein der Ausgangsspannung Vin proportionaler Ausgangsstrom Iout an der Ausgangsklemme OUT erscheint.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 10 ist die photoelektrische oder Licht/Strom-Wandlerschaltung (photo/electric converting circuit) als Ausgangssystem von der Elektrophoto- oder Strom/Licht-Wandlerschaltung als Eingangssystem elektrisch getrennt. Dieses Merkmal erlaubt die Einstellung des Potentials des Ausgangsstroms auf eine beliebige gewünschte Größe.

Die Schaltungen gemäß Fig. 12 und 13 entsprechen den Optokopplern gemäß Fig. 10 und 11, die so abgewandelt sind, daß sie tatsächlich den Ausgangsstrom Iout (Ic2)

O *+ I I 0 U J

liefern. Gemäß Fig. 12 ist der Kollektor des Transistors QAD über einen Lastwiderstand RL mit dem Potential +VC verbunden/ während sein Emitter an Masse liegt. Bei der Schaltung gemäß Fig. 13 liegt der Kollektor des Tranig sistors QAD an Masse, während sein Emitter über den Lastwiderstand RL mit (dem Potential) -VE verbunden ist.

Bei der Schaltung nach Fig. 12 fließt der Ausgangsstrom Iout von +VC zu Masse. Bei der Schaltung nach Fig.13 ist der Strom von Masse zu -VE gerichtet. Bei den Schaltungen nach Fig. 12 und 13 besitzen die Ausgangsströme Iout einander entgegengesetzte Polarität.

Fig. 14 veranschaulicht eine Abwandlung der Spannung/-Strom-Wandlerschaltung gemäß Fig. 10. Dabei ist der in der Schaltung nach Fig. 10 verwendete Operationsverstärker OPin zur Vereinfachung des Schaltungsaufbaus weggelassen. Die Eingangsspannung Vin wird an die Basis des Transistors QT angelegt. Bei dieser Schaltung beträgt das Emitterpotential des Transistors QT für Spannung/Strom-Umwandlung Vin - VBE, mit VBE = Spannung zwischen Basis und Emitter des Transistors QT. Der Kollektorstrom Id des Transistors QT entspricht somit:

Id =§-( Vin-VBE) ... (24)

Wenn die Spannung VBE wesentlich kleiner ist als die Eingangsspannung Vin, und wenn der Basisschaltung-Stromverstärkungsfaktor α = 1 oder ungefähr 1 ist, läßt sich Gleichung (24) umschreiben zu:

Die obige Gleichung (25) entspricht der Gleichung (20).

Von allen Spannung/Strom-Wandlerschaltungen gemäß der Erfindung besitzt diese Schaltung den einfachsten Aufbau. Der mit der Basis des Transistors QT verbundene Eingangskreis läßt sich je nach seinem Anwendungszweck flexibel bzw. vielseitig auslegen. Beispielsweise kann er ein Operationsverstärker wie bei der Ausführungsform nach Fig. 10 sein. Wahlweise kann der Operationsverstärker weggelassen und die Eingangsspannung Vin, wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 14, an die Basis des Transistors QT angelegt werden.

Fig. 15 ist eine Abwandlung der Wandlerschaltung gemäß Fig. 14. Diese Abwandlung besitzt eine Impedanzwandlerfunktion. In dieser Schaltungsanordnung ist der Emitter des NPN-Transistors QAO mit Masse verbunden/ während sein Kollektor (der Schaltungsausgang OUT bei der Schaltung nach Fig. 14) an die Basis des Transistors QT (d.h. die Schaltungseingangsklemme IN) angeschlossen ist.

Wenn beim Ausgangs-Optokoppler PCO der Schaltung gemäß Fig. 14 in Gleichung (21) η * 1 und K φ 1 gilt, bestimmt sich der Strom Ic2, als Ausgangsstrom lout, der zum Kollektor des NPN-Transistors QAO im Ausgangssystem fließt, durch:

Ic2 = KIp

Wenn der über den Widerstand RT fließende elektrische Strom mit IRT bezeichnet wird und der Basisstrom über den Transistors QT vernachlässigbar ist, bestimmt sich der Strom Ic2 zu:

IC2 = KI_RT

~0k I I JU J

Bei der Schaltung gemäß Fig. 15 beträgt der Emitterstrom IRC des Transistors QT Vin/RT, und der zur Schaltungseingangsklemme IN fließende Strom Iin ist un gefähr gleich dem Kollektorstrom Ic2 des NPN-Tran-Sistors QAO im Ausgangs-Optokoppler PCO. In diesem Fall ergibt sieh:

!in « K_Irt .

Wenn die Ausgangsklemme OUT bei der Schaltung nach Fig. 14 an die Basis des Transistors QT, d.h. die Schaltungseingangsklemme IN, angeschlossen ist, der zur Ausgangsklemme fließende Strom zur Schaltungseingangsklemme IN rückgekoppelt wird und der Emitter des Transistors QT als Ausgangsklemme OUT benutzt wird, beträgt die Eingangsimpedanz Zin der Schaltung nach Fig. 15:

^Ζ1" = ΪΠ⁼ E- ■·· ^(25A)

Wie aus Gleichung (25A) hervorgeht, hängt die Eingangsimpedanz Zin vom Widerstandswert des Widerstands RT und vom Proportionalitätsfaktor K des Ausgangs-Optokopplers PCO ab.

Fig. 16 veranschaulicht eine Abwandlung der Schaltung gemäß Fig. 15, bei welcher ein zusätzlicher Optokoppler vorgesehen ist. Wie dargestellt, sind zwei Leuchtdioden LD01 und LD02 zwischen dem Kollektor des Transistors QT und (dem Potential) +VC angeordnet. Eine photoelektrische bzw. Licht/Strom-Wandlerschaltung aus einer Photodiode PD01 und einem NPN-Transistor QAO1 sowie eine photoelektrische bzw. Licht/Strom-Wandlerschaltung aus einer Photodiode PD02 und einem NPN-Transistor QAO2 sind

parallel zwischen Eingangsklemme und Masse geschaltet. Bei dieser Anordnung wird der Kollektorstrom des Transistors QT über ein Paar Optokoppler rückgekoppelt Diese Schaltung dient als Impedanzwandlerschaltung, bei welcher die Eingangsimpedanz RT/2K und die Ausgangsimpedanz RC betragen.

Bei den Schaltungen gemäß Fig. 10 bis 16 ist die Charakteristik bzw. Kennlinie des Optokopplers im wesentlichen linear und ideal. Tatsächlich, d.h. in der Praxis, ist jedoch die Kennlinie des Optokopplers nicht-linear. Insbesondere beträgt der Index η in Gleichung (2) ungefähr 2 in dem Bereich, in welchem der Eingangsstrom I„ klein, üblicherweise kleiner als 5 mA ist. Der Index η beträgt etwa 1 in dem Bereich, in welchem der Eingangsstrom Ip groß ist und üblicherweise 10 mA beträgt. Die Schaltung gemäß Fig. 17 entspricht der Spannung/Strom-Wandlerschaltung gemäß Fig. 13 mit der Abwandlung, daß sie eine nicht-lineare Kompensierfunktion besitzt. Gemäß Fig. 17 sind zwei Optokoppler gleicher Kennlinien zum Kompensieren der Nicht-Linearität vorgesehen.

Bei der Schaltung gemäß Fig. 17 ist der Kollektor des Transistors QT über den photoelektrischen Wandlerkreis des Stromsteuer-Optokopplers PCC, d.h. ein Schaltkreis aus Photodiode PDC und NPN-Transistor QAC mit (dem Potential) +VC verbunden. Außerdem ist dieser Kollektor an die Basis des NPN-Transistors QC angeschlossen. OQ Der Emitter des Transistors QT liegt über den Widerstand RT an Masse. Die Eingangsspannung Vin wird über die Schaltungseingangsklemme IN an die Basis des Transistors QT angelegt. Der Kollektor des Transistors QC ist mit (dem Potential) -VE verbunden, während sein Emitter über den Widerstand RC, die Leuchtdiode LDO im

O .η· ι ι ο υ ο

Ausgangs-Optokoppler PCO und die Leuchtdiode LDC des Steuer-Optokopplers PCC am Potential +VC liegt. Der Ausgangsstrom Iout wird vom Ausgangstransistor QAO aus der Photodiode PDO und dem Transistors QAO im photoelektrischen Wandlerkreis des Ausgangs-Optokopplers PCO abgenommen.

Bei dieser Schaltung bildet ein den Steuer-Optokoppler PCC und den NPN-Transistor QC enthaltender Schaltungsblock einen nicht-linearen bzw. Nicht-Linearitäts-Kompensierkreis zum Ausgleichen der Nicht-Linearität des Ausgangs-Optokopplers PCO. Dieser, eine Rückkopplungsschleife bildende Kompensierkreis wirkt in der Weise, daß der Ausgangsstrom Iout des Ausgangs-Optokopplers PCO gleich dem über die Kollektor—Emitterstrecke des NPN-Transistors QAC fließenden Strom wird. Es sei angenommen, daß bei den Optokopplern PCO und PCC bei Zufuhr des Bezugsstroms IpQ zu ihren Leuchtdioden LDO und LDC die Proportionalitätsfaktoren und die Indizes K11 bzw. K12 und n11 bzw. n12 sind. Die über die Ausgangstransistoren QAO und QAC der Optokoppler PCO und PCC fließenden Ströme Ic11 und Ic12 sind folgende:

IcIl =

-LFO

... (26) Icl2 =

IFO

In obigen Gleichungen stehen IF11 und IF12 für die in den Strom/Licht-Wandlerelementen LDC bzw. LDO fließenden Ströme. Diese Ströme sind gleich groß und entsprechen damit der Beziehung:

Durch Umordnung der Gleichungen (26) unter dieser Be dingung ergibt sich:

_T„,_o nil
IcIl = KIl (l£l2 j-^

K12 ·♦· (28)

Weiterhin gilt:

Id 2 = Vin/R_T
Ic11 = Iout . . . (29)

Wenn die photoelektronischen bzw. Optokoppler PCO und PCC praktisch gleiche Charakteristika besitzen, d.h. n11 = n12 und K11 = K12, läßt sich Gleichung (28) umschreiben zu:

= Ic12

Der Ausgangsstrom Iout entspricht daher folgender Be ziehung:

Iout = Vin/Rrp ... (30)

Wie aus Gleichung (30) hervorgeht, kann die Schaltung gemäß Fig. 17 unabhängig von den Charakteristika bzw. Kennlinien der Optokoppler PCO und PCC einen Ausgangsstrom Iout liefern, welcher der Eingangsspannung Vin proportional ist.

Fig. 18 veranschaulicht eine Versuchsschaltung für die Schaltung gemäß Fig. 17. Für die Optokoppler PCO und PCC wurde dabei das Bauelement TLP521-2 verwendet, bei dem ein Optokopplerpaar in einer einzigen Packung eingegossen ist. Der Transistor QT ist vom Typ 2SC372, der

I IJUJ

NPN-Transistor QC ist vom Typ 2SA495, während für den Operationsverstärker OPin als Eingangskreis das Bauelement TA75O4 verwendet wurde. Die Widerstände RT und RC besitzen Werte von 1 Kiloohm bzw. 100 Ohm. Der Aus-Ei gangstransistor QAO des Optokopplers PCO ist über ein Amperemeter AM mit einer zweiten Stromquellenspannung VCC3 verbunden. Die Potentiale +VC und -VE betragen +15 V bzw. -15 V. In der graphischen Darstellung von Fig. 19 gibt die ausgezogene Linie die Eingangs/Ausgangsstrom-Kennlinie für eine Änderung der Eingangsspannung Vin von 0 V auf 10 V an. Die gestrichelte Linie steht für die ideale Kennlinie. Ein maximaler Fehler innerhalb des Meßbereichs beträgt etwa 8% in der Nähe von Vin = 5 V. Dieser Wert zeigt an, daß die Nicht-Linearität des Optokopplers bei der Schaltung gemäß Fig. 17 im wesentlichen korrigiert ist.

Bei der weiteren Spannung/Strom-Wandlerschaltung gemäß Fig. 20 sind zwei Schaltungen der Art gemäß Fig. 17 symmetrisch zusammengeschaltet. In Abhängigkeit von einer Differentialeingangsspannung AVin liefert diese Schaltung Ausgangsströme +i und -i. In den beiden Spannung/Strom-Wandlersystemen bei dieser Schaltung sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, im einen System jedoch mit einem angehängten Indexstrich. Da diese Systeme oder Anordnungen jeweils in genau gleicher Weise arbeiten, braucht nur eines dieser Systeme beschrieben zu werden. Im Sparinung/Strom-Wandlersystem ist ein Operationsverstärker OPin (OPin¹) als Eingangskreis vorgesehen, über eine Schaltungseingangsklemme IN (IN¹) wird eine Spannung Vin (Vin ) an die nicht-invertierende Eingangsklemme (+) des Operationsverstärkers OPin (OPin¹) angelegt. Die invertierende Eingangsklemme (-) des Operationsverstärkers OPin (OPin¹) ist an den Emitter des Transistors QT (QT¹) an-

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geschlossen. Die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers OPin (OPin¹) ist mit der Basis des Transistors QT (QT¹) verbunden. Eine einen Strom I liefernde Konstantstromquelle CS1 (CS1¹) ist zwischen den Emitter des Transistors QT (QT¹) und die negative Versorgungsspannung -VE geschaltet. Eine weitere Konstantstromquelle CS2 (CS2¹) zur Lieferung des Stroms I ist zwischen Transistor QAO (QAO¹) und Potential -VE angeordnet. Ein Widerstand RT für Spannung/Strom-Umwandlung ist zwischen die Emitter der Transistoren QT und QT¹ geschaltet. Ein Optokoppler PCC (PCC¹)/ ein Transistor QC (QC) zur Steuerung oder Regelung des Stroms und ein Widerstand RC (RC) zur Begrenzung des Stroms bilden im Zusammenwirken miteinander einen Schaltkreis

2g zum Kompensieren der Nicht-Linearität des Ausgangs-Optokopplers PCO (PCC). Der Schaltungs-Ausgangsstrom Iout (Iout¹) wird vom Emitter des Transistors QAO (QAC) über die Ausgangsklemme OUT (OUT') abgenommen. Spannungen Vin und Vin werden differentiell an die nicht-

2Q invertierenden Eingangsklemmen der Operationsverstärker OPin bzw. OPin' angelegt. Die Potentiale an den invertierenden Eingangsklemmen (-) der Operationsverstärker OPin und OPin' werden daher jeweils gleich Vin bzw. Vin . Demzufolge fließt ein noch zu beschreibender

2g Strom i in den Widerstand RT für Spannung/Strom-Umwandlung (to convert the voltage/current). Ein Strom (I+i) ((I-i)), mit I = Strom der Konstantstromquelle CS1 (CS1¹), fließt über den Kollektor des Transistors QT (QT¹). Der Strom (I+i) ((I-i)) wird zur Kollektor Emitterstrecke des Transistors QAO (QAO") über den Strom/Licht-Wandlerkreis und dem photoelektrischen bzw. Licht/Strom-Wandlerkreis in den Optokopplern PCC und PCO (PCC und PCO') übertragen. Der Strom (I+i) fließt im Nebenschluß (in a shunting manner) zur Aus-

₃c gangsklemme OUT und zur Seite der Konstantstromquelle

CS2. Der Strom +i wird an der Ausgangsklemme OUT ausgegeben. Auf ähnliche Weise fließt der Strom (I-i) zur Ausgangsklemme OUT¹ und zur Konstantstromquelle CS2'. Der Schaltungs-Ausgangsstrom -i wird an der Ausgangsklömme OUT¹ ausgegeben. Auf diese Weise liefert die Schaltung gemäß Fig. 20 zwei Ströme +i und -i entgegengesetzter Polarität.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, werden mit der Erfindung verschiedene Arten von Schaltungen geschaffen, nämlich eine Stromquellenschaltung, bei welcher Eingangs- und Ausgangsströme proportional aufeinander bezogen sind, eine Stromquellenschaltung zur Lieferung von Strömen unterschiedlicher Polarität, eine Spannung/Strom-Wandlerschaltung, bei welcher

Eingangs- und Ausgangsstrom proportional aufeinander bezogen sind, und eine Spannung/Strom-Wandlerschaltung, bei welcher die Polarität des Ausgangsstroms beliebig gewählt werden kann.
20

Claims

34113U3 PATENTANSPRÜCHE

1. Stromquellenschaltung, gekennzeichnet durch eine Eingangsstromquelle (CSin), durch einen Steuer-Optokoppler (PCC) mit einem Elektro/Photo- bzw. Strom/Licht-Wandlerkreis (LDC1) und einem photoelektrischen bzw. Licht/Strom-Wandlerkreis (PDC, QAC; QPC),
durch einen Ausgangs-Optokoppler (PCO) mit einem Strom/Licht-Wandlerkreis (LDO) und einem Licht/-Strom-Wandlerkreis (PDO, QAO; QPO), durch einen Stromsteuerkreis (QC) zur Steuerung oder Regelung des in den Strom/Licht-Wandlerkreis (LDC, LDO) des (betreffenden) Optokopplers (PCC, PCO) fließenden Stroms in der Weise, daß der in den Licht/Strom-Wandlerkreis (PCC, QAC, QPC) des Steuer-Optokopplers (PCC) fließende Strom einem vorbestimmten Verhältnis des EingangsStroms (Iin) von der Eingangsstromquelle (CSin) gleich ist oder wird, und

durch einen Schaltkreis zur Verbindung der beiden Optokoppler in der Weise, daß ein Strom, der dem über den Strom/Licht-Wandlerkreis (LDC) des Steuer-Optokopplers (PCC) fließenden Strom proportional ist, dem Strom/Licht-Wandlerkreis (LDO) des Ausgangs- Optokopplers (PCO) zugeführt wird, sowie dadurch, daß

ein dem Eingangsstrom (Iin) proportionaler Schaltungs-Ausgangsstrom (Iout) am Licht/Strom-Wandlerkreis (PDO, QAO, QPO) abnehmbar ist.

2. Stromquellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Steuer-Optokoppler (PCC) vorgesehen ist, daß mindestens ein Ausgangs-Optokoppler (PCO) vorgesehen ist, daß der Stromsteuerkreis einen Stromsteuer-Transistor (QC) umfaßt, dessen Kollektor/Emitterstrecke in Reihe mit den Strom/Licht-Wandlerkreisen (LDC, LDO) von Steuer- und Ausgangs-Optokoppler geschaltet ist und dessen Basis an eine Verzweigung zwischen der Eingangsstromquelle (CSin) und dem Licht/Strom-Wandlerkreis (PDC, QAC; QPC) des Steuer-Optokopplers (PCC) geschaltet ist, daß der Emitterstrom des NPN-Transistors (QC) dem Strom/Licht-Wandlerkreis (LDO) des Steuer-Optokopplers (PCC) zuführbar ist und daß der Verbindungsschaltkreis den Strom/Licht-Wandlerkreis (LDO) des Ausgangs-Optokopplers (PCO) mit dem Strom/Licht-Wandlerkreis (LDC) des Steuer-Optokopplers (PCC) in Reihe schaltet.

3. Stromquellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein einziger Steuer-Optokoppler (PCC) und Ausgangs-Optokoppler (PCO) vorgesehen sind, daß der Stromsteuerkreis einen Transistor (QC) umfaßt, dessen Kollektor/Emitterstrecke in Reihe zu den Strom/Licht-Wandlerkreisen (LDC, LDO) von Steuer- und Ausgangs-Optokoppler geschaltet ist und dessen Basis mit einer Verzweigung zwischen der Eingangsstromquelle (CSin) und dem Licht/Strom-Wandlerkreis (PDC, QAC; QPC) des Steuer-Optokopplers (PCC) geschaltet ist, während der Emitterstrom des NPN-Transistors (QC) teilweise in den bzw. zum Strom/Licht-Wandlerkreis (LDC) des Steuer-Optokopplers (PCC) fließt, und daß der Verbindungsschaltkreis den Strom/Licht-Wandlerkreis (LDO) des Ausgangs-Optokopplers (PCO) parallel zum Strom/Licht-

Wandlerkreis (LDC) des Steuer-Optokopplers (PCC) schaltet.

4. Stromquellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuer-Optokoppler (PCC) und der Ausgangs-Optokoppler (PCO) jeweils aus mehreren photoelektronischen Kopplern bzw. Optokopplern (PCC1 - PCCj; PCO1 - PCOl) aufgebaut sind, daß Licht/Strom-Wandlerkreise (QAC1 - QACj) der Steuer-Optokoppler (PCC1 - PCCj) zueinander parallelgeschaltet sind, daß der Stromsteuerkreis aus einem Stromsteuer-Transistor (QC) gebildet ist, dessen Kollektor/Emitterstrecke in Reihe an die Steuer- und Ausgangs-Strom/Licht-Wandlerkreise (LDCl - LDCj; LD01 - LDOl) angeschlossen und dessen Basis mit einer Verzweigung zwischen den verschiedenen .üicht/-Strom-Wandlerkreisen (QAC1 - QACj) und der Eingangsstromquelle (CSin) verbunden ist, daß der Emitterstrom des Transistors (QC) den Strom/Licht-Wandlerkreisen (LDC1 - LDCj) der verschiedenen Optokoppler (PCC1 - PCCj) zuführbar ist, und daß der Verbindungsschaltkreis die Strom/Licht-Wandlerkreise (LDC1 - LDCj) der Steuer-Optokoppler (PCC1 - PCCj) mit den Strom/Licht-Wandlerkreisen (LDO1 - LDOl) der Ausgangs-Optokoppler (PCO1 - PCOl) verbindet.

5. Spannung/Strom-Wandlerschaltung, gekennzeichnet durch einen Spannung/Strom-Wandlerteil mit einem für Spannung/Strom-ümwandlung vorgesehenen Tr ansistor, der am Emitter mit einem Widerstand (RT) zur Lieferung eines einer Eingangsspannung (Vin, Vin , Vin ) proportionalen Stroms verbunden ist, wobei der Wandlerteil einen der Eingangsspannung proportionalen Strom liefert,

durch einen Elektro/Photo- oder Strom/Licht-Wandler-

kreis (LDO) zur Umwandlung des durch den Widerstand (RT) im Spannung/Strom-Wandlerteil gelieferten Stroms in ein optisches Signal und durch einen photoelektrischen oder Licht/Strom-Wandlerkreis (PDO, QAO) zur Umwandlung des optischen Signals in ein Stromsignal und zum Ausgeben eines dem in den Widerstand (RT) fließenden Strom proportionalen Ausgangsstrom (lout).

6- Wandlerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltkreis zum Rückkoppeln des Ausgangsstroms des Licht/Strom-Wandlerkreises (PDO, QAO) zur Eingangsklemme des Spannung/Strom-Wandlerteils vorgesehen ist.

7. Wandlerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom/Licht-Wandlerkreis einen photoelektronischen Koppler oder Optokoppler (PCC) zum Rückkoppeln des AusgangsStroms des Strom/Licht-Wandlerkreises zur Eingangsseite des Strom/Licht-Wandlerkreises, so daß der Ausgangsstrom (lout) und der Strom des Spannung/Strom-Wandlerteils proportional aufeinander bezogen sind, aufweist.

8. Wandlerschaltung nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Spannungen entgegengesetzter Polarität (Vin , Vin") als Eingangsspannung verwendet werden, daß zwei über einen Spannung/Strom-Wandlerwiderstand (RT) miteinander verbundene

QQ Transistoren (QT und QT¹) als Spannung/Strom-Wandlertransistor (QT) vorgesehen sind, daß der die Transistoren (QT, QT¹) enthaltende Spannung/Strom-Wandlerteil erste und zweite Ströme ( (I+i) und (I-i)) liefert, die jeweils verschiedenen Eingangsspannun-

op- gen (Vin , Vin ) proportional sind, und daß der

— 5~

Licht/Strom-Wandlerkreis die Strom/Licht-Umwandlung entsprechend erstem und zweitem Ausgangsstrom ((1+1) und (I-i)) und die Licht/Strom-Umwandlung entsprechend dem Licht-Ausgangssignal vom Strom/Licht-Wandlerkreis durchführt, wobei .die (Wandler-)Kreise jeweils erste bzw. zweite Ströme (+i/ -i) liefern, die einander entgegengesetzte Polarität besitzen und in der Amplitude dem über den Widerstand (RT) fließenden Strom proportional sind. 10