DE1615062C3

DE1615062C3 - Fotoelektronische Schaltung

Info

Publication number: DE1615062C3
Application number: DE19661615062
Authority: DE
Inventors: Guenther Dipl.-Ing. 2209 Sushoern Weber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-10-14
Filing date: 1966-10-14
Publication date: 1975-03-13
Also published as: DE1615062A1; DE1615062B2

Description

Die Erfindung betrifft eine fotoelektronische Schaltung zur Erzeugung eines elektrischen Steuersignals, mit einem aus einem Steuerfotohalbleiter und aus einem Kompensationsfotohalbleiter bestehenden Spannungsteiler, bei der der Steuerfotohalbleiter durch einfallendes Licht beeinflußbar und der Kompensationsfotohalbleiter ständig abgedunkelt ist und bei der das Steuersignal am Abgriff des Spannungsteilers ansteht.

Bei bekannten fotoelektronischen Schaltungen der eingangs beschriebenen Art (vgl. »ELEKTRONIK« 1956, Nr. 7, Seite 188 bis 190 und deutsche Auslegeschrift 1213 070) müssen der Steuerfotohalbleiter und der Kompensationsfotohalbleiter möglichst genau gleich sein, d. h. gleiche Dunkelströme und gleiche Kennlinien aufweisen, und es muß dafür Sorge getragen werden, daß der Steuerfotohalbleiter und der Kompensationsfotohalbleiter stets die gleiche Temperatur haben. Dann und nur dann ist sichergestellt, daß die starke Temperaturabhängigkeit des Dunkelstromes von Fotohalbleitern kompensiert wird.

Fotoelektronische Schaltungen der eingangs beschriebenen Art werden insbesondere in der Eisenhüttenindustrie, z. B. bei Walzstraßen, eingesetzt. Wegen der in diesen Betrieben auftretenden großen Temperaturschwankungen ist hier die Temperaturabhängigkeit des Dunkelstromes besonders gravierend; der Dunkelstrom ändert sich in dem in Frage kommenden Temperaturbereich um 1 bis 2 Zehnerpotenzen. Gerade bei solchen, aber auch bei anderen Anwendungsfällen, befriedigt das mit den bekannten fotoelektronischen Schaltungen erreichbare Ergebnis nicht, weil die für die Kompensation erforderliche Bedingung - Steuerfotohalbleiter und Kompensationsfotohalbleiter stets auf gleicher Temperatur - nicht eingehalten werden kann. Das unbefriedigende Ergebnis bei den bekannten fototelektronischen Schaltungen wird weiter unten noch an Hand einer grafischen Darstellung näher erläutert.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene fotoelektronische Schaltung so auszugestalten und weiterzubilden, daß unterschiedliche Temperaturen des Steuerfotohalbleiters einerseits und des Kompensationsfotohalbleiters andererseits -

ίο in einem Bereich, der normalerweise nicht vermeidbar ist - das zu erzeugende elektrische Steuersigral praktische/nicht-beeinflussen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer fotoelektronischen Schaltung der eingangs genannten Art der Dunkelstrom des Steuerfotohalbleiters kleiner ist als der des Kompensationsfotohalbleiters und der Fotostrom des Steuerfotohalbleiters größer ist als der Dunkelstrom des Kompensationsfotohalbleiters.

Als Steucrfotohalbleiter und als Kompensationsfotohalbleiter empfehlen sich Germanium-Fotodioden oder Bleisulfid-Fotodioden.

Zur Verstärkung des Steuersignals kann dieses dem Eingang eines Schaltverstärkeis zugeführt werden, der ausgangsseitig mit der Zündelektroden-Kathoden-Strecke eines Thyristors verbunden ist.

Im folgenden wird die fotoelektronsiche Schaltung nach der Erfindung an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert; es zeigt Fig. 1 das Schaltbild einer fotoelektronischen Schaltung,

Fig. 2 eine grafische Darstellung zur Erläuterung des Standes der Technik, und

Fig. 3 eine grafische Darstellung zur Erläuterung des mit der neuen Schaltung erreichten Vorteils.

Die in Fig. 1 dargestellte fotoelektronische Schaltung 1 dient zur Erzeugung eines elektrischen Steuersignals U_s bzw. eines davon abgeleiteten Schaltsignals und weist zunächst einen Spannungsteiler 2 aus einem Steuerfotohalbleiter 3 und aus einem Kompensationsfotohalbleiter 4 auf. Während der Steuerfotohalbleiter 3 durch einfallendes Licht beeinflußbar ist, ist der Kompensationsfotohalbleiter 4 ständig abgedunkelt. Am Abgriffs des Spannungsteilers 2, d.h.

an der Verbindung zwischen dem Steuerfotohalbleiter 3 und dem Kompensationsfotohalbleiter 4, steht das Steuersignal U_s an.

Der Dunkelstrom des Steuerfotohalbleiters 3 ist kleiner als der des Kompensationsfotohalbleiters 4 und der Fotostrom des Steuerfotohalbleiters 3 ist größer als der Dunkelstrom des Kompensationsfotohalbleiters 4. Als Steuerfotohalbleiter 3 und als Kompensationsfotohalbleiter 4 sind Germanium-Fotodioden eingesetzt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Steuersignal U_s auf den Eingang eines Schaltverstärkers 6 geschaltet und dem Ausgang des Schaltverstärkers 6 ist die Zündelektroden-Kathoden-Strecke 7 eines Thyristors 8 nachgeschaltet. Der Thyristor 8 wird also von dem Steuersignal U_x angesteuert, und zwar über den Schaltverstärker 6, der im Ausführungsbeispiel aus drei Transistoren 9, 10, 11 und aus drei Widerständen 12, 13, 14 besteht. Der Thyristor 8 ist an die Gleichstromseite eine? Gieichrichterbrückenschaltuiig 15 angeschlossen, während die Reihenschaltung 16 aus der Wechselstromseite der Gleichrichterbrükkenschaltung 15 und aus einem Verbraucher 17 an eine Spannungsquelle 18 angeschlossen ist. Schließ-

lieh ist an die Gleichstromseite der Gleichrichterbrükkenschaltung 15 die Reihenschaltung 19 aus einem Hilfswiderstand 20 und einer Zenerdiode 21 angeschlossen und der Spannungsteiler 2 aus dem Steuerfotohalbleiter 3 und aus dem Kompensationsfotohalbleiter 4 sowie der Schaltverstärker 6 sind der Zenerdiode 21 parallel geschaltet.

Während, wie im Stand der Technik, der Steuerfotohalbleiter 3 und der Kompensationsfotohalbleiter 4 möglichst genau gleich, so bekäme man die in F i g. 2 dargestellten Kennlinien für das Steuersignal U₃ über der Beleuchtungsstärke B, und zwar den Kurvenverlauf a, wenn der Steuerfotohalbleiter 3 die gleiche Temperatur hat wie der Kompensationsfotohalbleiter 4, den Kurvenverlauf b, wenn der Steuerfotohalbleiter 3 wärmer ist als der Kompensationsfotohalbleiter 4, und den Kurvenverlauf c, wenn der Steuerfotohalbleiter 3 kälter ist als der Kompensationsfotohalbleiter 4. Man entnimmt der F i g. 2, daß einer bestimmten Beleuchtungsstärke B₁ bzw. B₂ ganz unterschiedliche Steuersignale U_s>i bzw. U_s>2 zugeordnet sind, je nachdem ob der Kurvenverlauf a, der Kurvenverlauf b oder der Kurvenverlauf c maßgebend ist.

Im Gegensatz zu der den Stand der Technik betreffenden grafischen Darstellung nach F i g. 2 gilt für die erfindungsgemäße fotoelektronische Schaltung 1 die grafische Darstellung nach Fig. 3, die zeigt, daß unterschiedliche Temperaturen des Steuerfotohalbleiters 3 einerseits und des Kompensationsfotohalbleiters 4 andererseits - in einem Bereich, der normalerweise nicht vermeidbar ist - das zu erzeugende elektrische Steuersignal U₃ praktisch, d.h. von der Auswertbarkeit her gesehen, nicht beeinflussen. Das ergibt sich aus folgender Überlegung:

Im Dunkelzustand des Steuerfotohalbleiters 3 wird die Größe des über den Spannungsteiler 2 fließenden Stromes durch den Dunkelstrom des Steuerfotohalbleiters 3 bestimmt. Folglich ist der Spannungsabfall am Steuerfotohalbleiter 3 größer als der Spannungsabfall am Kompensationsfotohalbleiter 4. Wird nun der Steuerfotohalbleiter 3 belichtet, so daß der Fotostrom des Steuerfotohalbleiters 3 größer wird als der Dunkelstrom des Kompensationsfotohalbleiters 4, so kehren sich die Verhältnisse um, d. h. die Größe des durch den Spannungsteiler 2 fließenden Stromes wird durch den Dunkelstrom des Kompensationsfotohalbleiters 4 bestimmt. Folglich wird der Spannungsabfall am Steuerfotohalbleiter 3 kleiner als der Spannungsabfall am Kompensationsfotohalbleiter 4.

Im Ergebnis erhält man bei der fotoelektronischen Schaltung nach F i g. 1 bei der Beleuchtungsstärke B₂ ein ausreichend definiertes Steuersignal U₅, während dieses Steuersignal U₃ bei der Beleuchtungsstärke B_x noch nicht entsteht.

Die beschriebene fotoelektronische Schaltung führt zu einem fotoelektronischen, kontaktlosen Schaltgerät, das nur zwei Zuleitungen benötigt, nämlich die beiden zur Stromversorgung führenden Leitungen, wobei die eine dieser Leitungen den vom Thyristor geschalteten Verbraucher enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fotoelektronische Schaltung zur Erzeugung eines elektrischen Steuersignals, mit einem aus einem Steuerfotohalbleiter und aus einem Kompensationsfotohalbleiter bestehenden Spannungsteiler, bei der der Steuerfotohalbleiter durch einfallendes Licht beeinflußbar und der Kompensationsfotohalbleiter ständig abgedunkelt ist und bei der das Steuersignal am Abgriff des Spannungsteilers ansteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Dunkelstrom des ■Steuerfotohalbleiters (3) kleiner ist als der des Kompensationsfotohalbleiters (4) und der Fotostrom des Steuerfotohalbleiters (3) größer ist als der Dunkelstrom des Kompensationsfotohalbleiters (4).

2. Fotoelektronische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerfotohalbleiter (3) und als Kompensationsfotohalbleiter (4) Germanium-Fotodioden oder Bleisulfid-Fotodioden eingesetzt sind.

3. Fotoelektronische Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal in einem Schaltverstärker (6) verstärkt wird, der ausgangsseitig mit der Zündelektroden-Kathoden-Strecke (7) eines Thyristors (8) verbunden ist.