DE3619497A1 - Empfaengeranordnung mit einem fototransistor - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Empfängeranordnung mit einem Fototransi­ stor nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der Firmendruckschrift "Das Opto-Kochbuch", 1. Auflage 1975, der Firma Texas Instruments, Deutschland ist bereits eine derartige Emp­ fängeranordnung bekannt. Der Empfänger weist einen Fototransistor zum Empfang optischer Signale auf. Eine einfallende Lichtstrahlung auf die Basisregion des Fototransistors führt zu einer vermehrten Bildung von Ladungsträgern im Transistor, so daß bei angelegter Kol­ lektor-Emitter-Spannung an den Fototransistor ein zur einfallenden Lichtstärke proportionaler Strom fließt. Der Fototransistor weist außerdem einen elektrischen Basisanschluß auf, der für eine Arbeits­ punkteinstellung des Fototransistors dient. In die Kollektorleitung des Fototransistors ist weiterhin ein durch einen Transistor ver­ stärktes Hochpaßfilter geschaltet. Die Kollektor-Emitter-Strecke dieses Transistors wirkt daher wie ein frequenzabhängiger Kollektor­ widerstand, der eine Erhöhung der Signalverstärkung der Empfängeran­ ordnung für höherfrequente optische Signale bewirkt. Niederfrequente optische Störsignale, die etwa durch ein Hintergrundlicht verursacht sein können, werden damit durch diese Empfängeranordnung geringer verstärkt.

Nachteilig an dieser Empfängeranordnung ist, daß die Arbeitspunkt­ einstellung des Fototransistors stark von den mit Exemplarstreuungen behafteten Transistordaten und der Temperatur abhängt. Da weiterhin der Kollektor des Fototransistors mit dem Emitter des Regeltransi­ stors in der Kollektorzuleitung verbunden ist, ist die Empfängeran­ ordnung relativ umständlich monolithisch zu integrieren. Des weite­ ren benötigt sie drei Versorgungsspannungsanschlüsse. Eine mögliche Gewinnung der mittleren Versorgungsspannung durch Spannungsteilung aus den beiden anderen Versorgungsspannungen ist ungünstig, weil dies zu einer hohen Stromaufnahme der Empfängeranordnung führt.

Eine andere optische Empfängeranordnung ist aus der Druckschrift "Optoelektronik", Schmidt/Feustel, 1975, Seite 197 bekannt. Sie hat den Vorteil, daß durch einen Basiswiderstand am Fototransistor eine höhere Grenzfrequenz erreicht wird.

Optische Empfängeranordnungen haben den bekannten Vorteil, daß sie berührungslos, von den physikalischen Umgebungsbedingungen nahezu unbeeinflußt, verschleiß- und nahezu wartungsfrei arbeiten. Sie fin­ den vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Beispielsweise als einfache Positionsdetektoren in der Automatisierungstechnik, als optische Drehzahlsensoren, bei Lichtschranken beispielsweise an den Türen öf­ fentlicher Verkehrsmittel usw. Ein besonders interessantes Anwen­ dungsgebiet ergibt sich beim Infrarot-Radar. Es wird insbesondere als Abstandswarnradar für Kraftfahrzeuge eingesetzt, für die es eine Hilfe in schwierigen Einparksituationen darstellt. Es ist auch als Bodenradar zur Geschwindigkeitsmessung von Kraftfahrzeugen geeignet, um die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit festzustellen. Das ist besonders nützlich bei landwirtschaftlichen Zugmaschinen und bei Kraftfahrzeugen, die mit Antiblockier- oder Antischlupfregelsystemen ausgerüstet sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Emp­ fängereinrichtung mit einem Fototransistor zu finden, die besonders einfach ist und auf Hintergrundlicht besonders wenig reagiert.

Gelöst wird die Aufgabe durch die erfindungsgemäße Empfängereinrich­ tung mit einem Fototransistor mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Empfängereinrichtung mit einem Fototransistor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vor­ teil, mit lediglich zwei Versorgungsspannungsleitungen betrieben werden zu können. Die Schaltung ist im wesentlichen unabhängig von den Transistordaten und darüber hinaus unempfindlich gegen Tempera­ turschwankungen. Durch ihre Einfachheit ist sie besonders dazu ge­ eignet, monolithisch zusammen mit dem Fototransistor in einer Emp­ fängereinheit integriert zu werden.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Empfän­ geranordnung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der nach­ folgenden Beschreibung näher erläutert.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild des ersten Ausführungsbeispiels und Fig. 2 ein Prinzipschaltbild des ähnlichen zweiten Ausführungsbei­ spiels.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Fototransistor 1 dargestellt, der an seiner Basis durch eine geeignete, nicht näher dargestellte Optik infrarotes Licht im Wellenlängenbereich von 900 nm empfängt. Das Licht setzt sich aus einem niederfrequenten Störanteil und einem höherfrequenten Nutzanteil zusammen. Der Emitter des Fototransistors 1 ist mit einem Emitterwiderstand 2, einem Tiefpaß 3 und einem Hochpaß 4 verbunden. Der Ausgang des Tiefpasses 3 führt auf einen Widerstand 5, der mit der Basis eines Regeltransistors 6 verbunden ist. Der Kollektor des Regeltransistors 6 ist mit einem Widerstand 7 und einem Basiswider­ stand 8, der zur Basis des Fototransistors 1 führt, verbunden. Der Widerstand 7 und der Kollektor des Fototransistors 1 sind an eine Betriebsspannungsklemme 9 angeschlossen. Das vom Fototransistor 1 gebildete Nutzsignal wird über den Hochpaß 4 gefiltert und liegt dementsprechend an einer Signalklemme 10 an. Die Masse der Schaltung wird an die Masseklemme 11 angeschlossen und ist mit dem Widerstand 2 und dem Emitter des Regeltransistors 6 verbunden.

Der Arbeitspunkt des Fototransistors 1 wird über den Basisstrom ein­ gestellt. Dieser setzt sich zusammen aus dem über den Widerstand 7 fließenden Strom, den über die Kollektor-Emitter-Strecke des Regel­ transistors 6 abgeleiteten Stroms und dem in der Basis des Fototran­ sistors 1 gebildeten Fotostrom zusammen. Durch die Stromverstärkung des Fototransistors 1 liegt am Emitterwiderstand 2 eine dement­ sprechend verstärkte Spannung an. Der Gleichanteil dieses Spannungs­ signals führt über den Tiefpaß 3 zu einer Ansteuerung des Regeltran­ sistors 6. Dadurch wird ein Regelkreis mit integralem Verhalten ge­ bildet. Er bewirkt bei hohen Störlichtstärken eine Ableitung von Basisstrom für den Fototransistor 1 über den Regeltransistor 6 und bewirkt damit eine Konstanthaltung des Arbeitsbereichs des Fototran­ sistors und damit der gesamten Empfängeranordnung für das höherfre­ quente Nutzsignal.

Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung entspricht im wesentlichen den Ge­ gebenheiten der Fig. 1. Der einzige Unterschied besteht darin, daß in Fig. 2 ein weiterer Kollektorwiderstand 12 zwischen den Kollek­ tor des Fototransistors 1 und die Betriebsspannungsklemme 9 geschal­ tet ist. Der Hochpaß für Herausfilterung des Nutzsignales ist nun an den Kollektor des Fototransistors 1 angeschlossen. Hierdurch kann bei geeigneter Dimensionierung eine höhere Nutzsignalverstärkung der Empfängeranordnung erreicht werden.

Claims (3)

1. Empfängeranordnung mit einem Fototransistor (1) zur Umwandlung eines optischen Eingangssignals in ein elektrisches Ausgangssignal und mit einem Regeltransistor (6) zur Beeinflussung der Signalver­ stärkung der Empfängeranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor-Emitter-Strecke des Regeltransistors (6) an die Zuleitung zur Basis des Fototransistors (1) angeschlossen ist, und daß der Regeltransistor (6) durch ein vom Fototransistor (1) gebildetes elektrisches Signal über einen Tiefpaß (3) angesteuert wird.

2. Empfängeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal über ein Hochpaßfilter (4) von einem elektrischen Signal des Fototransistors (1) gebildet wird.

3. Empfängeranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kollektor des Regeltransistors (6) an einen Basis-Span­ nungsteiler (7, 8) des Fototransistors (1) angeschlossen ist.