NO127165B - - Google Patents

Description

Elektronisk chopper-krets.

Denne oppfinnelse vedrører en elektronisk chopper-krets

for bruk i et system for faks imile overføring med en avsøknings-anordning som avsøker et dokument med en lysstråle, omfattende en fotodetektor for mottak av informasjonsmodulert lys fra dokumentet og' utvikling av et elektrisk signal i overensstemmelse med dette; en differensial-f orsterker som påtrykkes det elektriske signal samt en vekse lstrøraski.lde koblet til dif ferensial-f orsterkeren for styring av denne.

Por å utnytte den informasjonsmodulerte lysstråle- som reflekteres fra dokumentet mer effektivt har kjente faksimilesys-temer benyttet hva som kalles mekaniske choppere. Eri slik mekanisk chopper er en roterende skive med åpninger plassert selek-tivt rundt skivens omkrets, slik at den avbryter lysstrålen som stråler ut fra dokumentet på en forutbestemt ordnet måte.. lyset som faller inn på fotocellen blir således fordelte lyspulser som følgelig blir omdannet til tilsvarende elektriske pulser. De ut-gående elektriske signaler blir da proporsjonale med det ■ informasjonsmodulerte lys som faller inn på fotocellen, men er nå i elektrisk puls-form som kan lettere utnyttes av en etterfølgende sifreringsanordning eller modulator, vanligvis kalt. "modem" :

(MOdulator DEModulator).

Slike kjente mekaniske choppere er imidlertid beheftet med den ulempe at spesielle drivanordninger og mekaniske forbindelser er nødvendig for å bevege den mekaniske chopper riktig i strålingsbanen. Når en åpning løper inn i lysstrålen, strømmer en økende mengde lys gjennom inntil hele åpningen ligger i strålingsbanen,

og deretter begynner lysmengden å avta inntil åpningen har be-veget seg ut av strålingsbanen. Fotocellen mottar derfor ikke skarpe avbrytelser av lysstrålen, men varierende grader av lys-intensitet som tillates å slippe gjennom de vandrende åpninger. Utgangssignalet fra fotocellen er følgelig ikke en rekke skarpt avbrutte elektriske signaler, men varierende elektriske signaler i overensstemmelse med den varierende størrelse på den inngående lysstråle.

Mekaniske choppere er derfor blitt byttet ut med elektroniske choppere. Slike elektroniske choppere kan gjøre dannelsen av infor-mas j onspulsene mer nøyaktig ved at det inf ormas j onsmof.ulerte lys tillates å falle kontinuerlig inn på fotocellen, mens det elektriske utgangssignal modifiseres nøyaktigere ved elektroniske an-ordninger. En slik chopper-forsterker er beskrevet i "G-eneral Engineering Memo No. 10" utgitt av National Semiconductor Corporation i Danbury, Connecticut.

Som angitt er det kjent å benytte differensialforsterkere for signalbehandling, som styres av en vekselstrøraskilde.. Selv om slike differensialforsterkere er kjent, har de ikke tidligere latt seg anvende på tilfredsstillende måte ved utformingen av chopper-kretsen for bruk ved faksimileoverføring.

Oppfinnelsen har således til oppgave å frembringe en elek- . tronisk chopper-krets av den art som er beskrevet innledningsvis, som virker tilfredsstillende selv under ugunstige driftsforhold, for eksempel ved avsøking av et dokument,med mørkt tonet bakgrunn.

Hvordan dette kan oppnås er angitt i.den karakteriserende del av patentkrav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av underkravene 2 til 5.

Dif ferensialf orsterkeren kan. altså . være en forsterker hvis forsterkningsgrad styres av en fe 1teffekt-transistor som drives i den lineære del av kurven for kollektorstrømmen i forhold til kollektoremitterspenningen. I den lineære del av denne kurve drives transistoren følgelig som en variabel motstand. Ved en anvendelse for faksimileutstyr sbyres felteffekt-transistoren av en styrespenning som utvikles som reaksjon på det bakgrunnsnivå som påvises på et dokument. Det. vil si at når en faksimile-avsøker avsøker over et hvitt dokument med sort be trykning, kan forsterkningsforholdet til differensialforsterkeren senkes for etterfølgende kretsbehandling. Når det imidlertid avsøkes gjennom en farget del av dokumentet eller deler av et dokument hvor bakgrunnen er mørkere enn resten av dokumentet» innstilles forster-kerens forsterkningsgrad tilsvarende for å påvise den informasjon som kan være trykket på dette fargete område istedenfor å påvise bakgrunnsforandringen som virkelig informasjon. Utgangssignalet fra disse kretser er nå de choppete elektriske signaler som er modulert i overensstemmelse med informasjonen som påvises på dokumentet. Dette signal kan deretter føres gjennom et buffertrinn for å gi riktig kilde impedans for etterfølgende kretser.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet nærmere under

henvisning til de medfølgende tegninger, hvori:

Fig. 1 er et blokkdiagram av et faksimilesystem som er ut-formet ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser representative bølgeformer som understøtter

forståelsen av oppfinnelsen.

Fig. 3 viser et skjematisk diagram for en utførelsesform

av oppfinnelsen.

Det henvises nå til fig. 1, hvor det er vist et blokkdiagram for -det system som er gjengitt i fig. 3. En optisk avsøker-enhet 10 av enhver egnet utførelse avsøker et dokument eller liknende 14 på kjent måte. En lysstråle 12 reflekteres fra dokumentet mot en fotocelle 16. Fotocellen 16 utvikler signaler i overensstemmelse med den mottatte informas.jonsmodulerte lysstråle. Utgangen fra fotocellen 16 er koblet til en differens ia1-forsterker 22. Forbundet over inngangene til dif ferons ialfor-sterkeren 22 er en elektronisk pulsgenerator 18. Avhengig av et inngående tidssignal kobler pulsgeneratoren 18 de to inngangene til dif ferens ialf orsterke ren 2? vekselvis til og fra hverandre. Når inngangene til differensialforsterkeren 22 er koblet sammen, forsterkes det ikke noe signal i forsterkeren, som i virkeligheten er utkoblet. Når pulsgeneratoren er utkoblet av tidssignalet, fjernes imidlertid forbindelsen mellom inngangene til differensialforsterkeren 22,og det elektriske utgangssignal fra fotocellen 16 forsterkes således av differensialforsterkeren 22. Utgangssignalet blir derfor et forsterket signal som omfatter elektriske pulser i direkte forhold til det likestrømssignal som utvikles av fotocellen 1b, hvilket i sin tur står i direkte forhold til informasjonen som påvises på dokumentet' 14.

En toppverdi-detektor 20 i fig. 1 påviser det maksimalsig-nal som opptrer på utgangen av en buffer-forsterker 24 og forsterkes og demoduleres av en krets 26 over et forutbestemt tids-intervall fra det signal som utvikles av fotoceller 16. Dersom dokumentets 14 bakgrunn .er helt hvit, vil -signalet som utvikles av fotocellen 16 være på et maksimum. Dersom et dokument med mørkere bakgrunn påvises, vil imidlertid maks imalsignalet til en slik bakgrunn,som påvises av fotocellen 16,ikke lenger ligge på dette maksimum. I dette tilfelle må derfor forsterkningsgraden til differensialforsterkeren 22 økes for å skjelne tilfredsstillende mellom bakgrunnen og den virkelige informasjon som påvises på dokumentet 14. Eor å ta et eksempel antas det at en spenning på +7 volt er et signal for helt sort, mens null volt angir helt hvitt, med forskjellige sjatteringer av grått ' imellom, og når en mørkere bakgrunn da påvises, vil toppsignalet istedenfor å være null. volt befinne seg et sted mellom' null og +7 volt. Når toppsignalet, som ifølge definisjonen for dette eksempel er null volt, vil toppverdi-detektoren 20 påvise bare slike mediansig-naler som ligger mellom null og +7 volt som bakgrunnsspenning. Dersom det maksimale spenningsnivå for bakgrunnen for eksempel er to volt, vil derfor toppverdi-detektoren utvikle en styrespenning som tilføres differensialforsterkeren 22 for å øke dens for-sterkningsf orhold , slik at virkningen av en slik mørkere bakgrunn fjernes. I dette tilfelle vil altså, når det. gjelder differensialf orsterkeren 22, bakgrunnen bli betraktet som hvit for å skjelne den virkelige informasjon som påvises på dokumentet 14.-Det signal som utvikles nå av differensialforsterkeren 22 til-føres buffer-forsterkeren 24 for impedanstilpasning og forsterk-

ning til de tilkoble te kretser.

I fig. 2 er det vist representative kurver som har betyd-ning for driften av kretsen i fig. 1 og 3. Fig 2a viser tidssignalene som er de inngangssignaler som påtrykkes pulsgeneratoren 18. Tidssignalene er vist symmetrisk x forhold til null-aksen, men disse signaler er bare valgt som eksempler, idet ethvert variabelt tidssignal kan anvendes for å gi utgangssignalet den ønskete pulshastighst. Fig. 2b viser formen av signalet 30 som utvikles av fotocellen 16. Avhengig av intensiteten til lysstrålen som moduleres av informasjonen på dokumentet 14, vil ut-gangss Lgnalet fra fotocellen 16 være en varierende bølge med den form som er vist ved 30, for eksempel et likestrømssignal med varierende amplityde. Overlagret på dette signal er pulsene 32 som utvikles av pulsgeneratoren 18 og differensialforsterker som angitt i forbindelse med fig. 1. Amplitydene til signalene 30 og 32 er vist med samme størrelse, men ved virkelig drift av kretsen i fig. 1 vil signalene 32 ha større amplityde på grunn av for-sterkningen i dif ferensialf orsterkeren 22 og buffer-f orsterkeren 24. I tillegg skal det bemerkes at den forholdsvise amplityde til signalene i fig. 2a og 2b har ingen mening, idet størrelsene er valgt ut fra grafiske hensyn.

Fig. 3 viser det virkelige koblingsskjerna for en utførelses-form av oppfinnelsen slik den er gjengitt i fig. 1. Ved sammen-likning med fig. 1 vil man se at fotocellen 16 er fotocellen V1 i fig. 3, pulsgeneratoren 18 er dobbeltemitter-transistoren Q7, dif ferens ialf orsterkeren 22 omfatter transistorene Q3 og. Q4 med tilhørende motstander og kondensatorer og buffer-f orsterkeren 24 omfatter transistorene Q1 og Q2.

Kretsen er i virksomhet når det informasjonsmodulerte lys mottas av fotocellen V1 og tidssignalet mottas på basis til dobbeltemitter-transistoren Q7. Ved vekselvis innkobling og utkob-ling av transistoren Q7, blir banen over transistorens emittere vekselvis koblet henholdsvis inn og ut. Transistorens Q7 emittere er koblet til inngangene til differensialforsterkeren over kondensatorer C8 og 09. I et tilfelle hvor transistorens Q7 emittere danner en direkte forbindelse over inngangen til differensialforsterkeren, vil denne befinne seg på jordpotensial og være ute., av stand til å forsterke inngående signaler. Når transistoren Q7. er koblet ut, kan imidlertid differensialforsterkeren forsterke signalene som tilføres den, og fotocellen V1 vil derved over-føre sitt utgangssignal til den ene inngangen på differensialforsterkeren. På grunn av det faktum at inngangene til differensialf orsterkeren i denne tilstand ikke lenger er koblet sammen, virker differensialforsterkeren og forsterker det tilførte signal. Når signalet fra fotocellen V1 påtrykkes differensialforsterkeren ved slutten av ursignalet, blir utgangssignalet fra dif ferens ialf orsterkeren et- forsterket signal i pulsform 1 direkte forhold til intensiteten i det lys som faller inn på fotocellen V1 .

På grunn av det faktum at tidssignalet som påtrykkes transistorens Q7 basis er et brått stigende og avfallende signal vil transistorens Q7 indre kapasitet effektivt derivere kantene til tidssignalet og danne transienter på transistorens Q7 ut-gangsemittere. Begge utgangsuignalene fra transistorens Q7 emittere tilføres imidlertid til begge innganger til differensialforsterkeren,og fordi de transiente signaler er nesten ens på grunn av kondensatorene 011 og 012 og den innstillbare kondensator 02, vil begge innganger til dif ferensialf orsterkeren mot-ta det samme signal. Differensialforsterkeren forsterker forskjellen mellom disse signaler, hvilket gir signalløs utgang.

R14 er en innstillbar motstand som er anbrakt, slik at den ut-jevner forsterkningsgraden til transistorene Q3- og Q4 i differensialf orsterkeren. På samme måte som for kondensatoren 02 skjer innstillingen av motstanden R14 vanligvis bare en gang,-nemlig når kretskomponentene sammenføyes første gang, når kretsen bygges. Motstanden R13 påtrykker en spenning på +18 volt på differensialforsterkeren, mens motstanden R1 påtrykker en spenning på -18 volt også på differensialforsterkeren og resten av kretsen. Motstander R6, R7 og R12 er indre motstander i differensialf orsterkeren, mens kondensatorer 01, 06, 07 og 010 er de normale kondensatorer for driften av denne spesielle differensialf orsterker og dens funksjon.

En fotocelle V2 er innskutt i kretsen for temperaturkom-pensering. Intet lys, hverken modulert eller umodulert, faller noensinne inn på fotocellen V2. Dens innføyning.i kretsen tillater kompenseringen av forskjellen i karakteristikkene for fotocellen ¥1 ved temperaturforandring. Dersom fotocellen V2

ikke befant seg i kretsen, ville enhver forandring i fotocel-lens V1 karakteristikker bli forsterket av differensialforsterkeren 22 siden denne forsterker forskjellen mellom signalstørrel-

sene på dens to innganger.: Således vil, dersom fotocellene V1 og V2 har samsvarende karakteristikker, enhver forandring i disse,

på grunn av temperaturforandring følgelig-opptre på hegge -inn- • ganger til d:'.f ferens ialf orsterkeren,. og kretsen vil følgelig bli upåvirket av. temperaturforandringen.

Utgangssignalet fra dif ferensialf orsterkeren ligger over

en motstand R2. Over motstanden R2 ligger i virkeligheten en motstand R8 , og denne paralle 1 Lkobling bestemmer, dif ferensial-forsterkerens utgangs impedans. Over.motstanden R8 ligger en feltef fekt-transistor Q5 med kolle kt or-, emitter- og basLselek-troder. Transistoren Q5 drives i en lineær del av transistorens kurve for forholdet mellom kollektorstrømmen og kollektpr-emitterspenningen. Transistoren Q5 styres av styrespenningen,

som, hvilket er vist i fig. 3, tilføres transistorens Q5 basis over en koblingstransistor Q6. Motstander R10 og R11 og en kondensator 05 er belastningskomponenter for driften av transisto-

ren Q6. Når dokumentet som blir avsøkt inneholder mørkere områ-

der enn resten av dokumentet eller har mørkere bakgrunn over hele dokumentet, påtrykkes styrespenningen som utvikles av toppverdi-detektoren 20 i fig. 1 på transistorens Q6 emitter. Der-

som styrespenningen for eksempel varierer mellom null og +6 volt på transistorens Q6 emitter, vil spenningen som opptrer på transistorens kollektor variere mellom null og -6 volt. Denne spenning vil påtrykket basis til transistoren Q5 forandre strøm-føringen. til emitterkollektor-forbindelaen til transistoren Q5. lineært. Dens lineære driftsforhold ved .lavere spenninger gjør at felte f fekt-trans is.tore n virker som en elektronisk styrt variabel motstand. Denne variable motstand i parallell med motstanden R8 tillater styring av utgangsimpedansen til differensialforsterkeren som omfatter trans istore ne Q3 og Q4, hvilket styrer differensialforsterkerens forsterkningsgrad. Når et dokument med mørk bakgrunn eller med mørke bakgrunns områder avsøkes, styres således, dif ferensialf orsterkerens f orsterkningsgrad som så-dan, slik.at det blir mulig å påvise all informasjon på dokumentet..

Utgangssignalet fra differensialforsterkeren som nå opptrer over motstanden R8 og transistoren Q5 påtrykkes på felteffekt-transistoren Q1 ..- Transistoren Q1 er koblet som en emitter- ... følger, og oppviser derfor en høy impedans overfor dif ferensialf .: . forsterkeren, slik at den ikke belaster denne. Utgangssignalet på transistorens Q1 emittere lektrode påtrykkes transistorens Q2 basis, idet denne drives som en emitterfølger og. oppviser derfor'

en utgang med lav impedans for: etterfølgende deler av kretsen. Motstander R3,'R4 og R5 og en motstand'R9 benyttes for tilkob-

ling til strømkildene. En kondensator C4 er en utgangskonden-

sator som benyttes for likestrøms isolering overfor etterfølgende kre tse r.

Oppfinnelsen er foran beskrevet i forbindelse med et faksimilesystem og benyttelsen av en elektronisk pulsgenerator i et slikt. Den kan imidlertid utnyttes i faks imilesys terner som be-nytter enhver kjent optisk eller mekanisk-optisk avsøker, og i ethvert tilsvarende system som utvikler et elektrisk signal. En ytterligere beskrivelse av en dobbeltemittér-transistor av den type som det er henvist til foran, finnes i den nevnte publika-

sjon "General Engineering Memo No. 10" som er blitt distribuert av National Semiconductor Corporation. En fagmann på området vil imidlertid kunne benytte to konvensjonelle bipolare transistorer i stedet.

Claims (5)

1. Elektronisk chopper-krets for bruk i et system for faksi-mile overføring med en avsøkningsanordning som avsøker et dokument med en lysstråle, omfattende en fotodetektor (16) for mottak av informasjonsmodulert lys fra dokumentet og utvikling av et elektrisk -signal i overensstemmelse med dette; en differensialforsterker (22) som påtrykkes det elektriske signal samt en veksel-strømskilde (18) koblet til differensialforsterkeren for styring av denne, karakterisert ved at f otodetektoren er koblet bare til en av differensialforsterkerens innganger og at vekselstrømskilden er en pulsgenerator (18) som er koblet til begge innganger på differensialf orsterkeren slik at denne kobles vekselvis ut og inn, hvorved utgangssignalet fra differensialforsterkeren blir forsterkete pal3ér som står i direkte forhold til det påtrykte elektriske signal, samt en anordning (20) koblet til fotodetektoren for å utvikle en styrespenning som bestemmes av dokumentets bakgrunnsnivå og som påtrykkes differensialfor-sterkereh slik at dennes forsterkningsgrad blir avhengig av dette bakgrunnsnivå.

2. Krets i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den omfatter en annen fotodetektor (V2 ) koblet til dif ferensialf orsterkerens annen inngang for å kompensere for virkningene av temperaturforandringer i den første fotodetektor

3. Krets i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at pulsgeneratoren (18) omfatter en dobbeltemitter-transistor (Q7) som reagerer på et tidssignal med forutbestemt varighet og frekvens.

4. Krets i samsvar med et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at en felteffekt-transistor (Q5) er koblet til dif ferensialf orsterkerens (Q3, Q4) utgang og reagerer på styrespenningen som bestemmes av bakgrunnsnivået slik at differens ialf orsterkerens belastningsimpedans og dermed forsterking styres.

5. Krets i samsvar med et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at anordningen for utvikling av en styrespenning omfatter en toppverdi-detektor (20) som påviser topp-verdien i signalet som utvikles av fotodetektoren og som avgir en styrespenning som er direkte proporsjonal med forskjellen mellom den påviste toppverdi og den største signalamplityde som kan utvikles av fotodetektoren, nemlig det signal som utvikles for helt hvit bakgrunn.