DE2852530A1 - Photoelemente-schaltung - Google Patents

Photoelemente-schaltung

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DE2852530A1 DE19782852530 DE2852530A DE2852530A1 DE 2852530 A1 DE2852530 A1 DE 2852530A1 DE 19782852530 DE19782852530 DE 19782852530 DE 2852530 A DE2852530 A DE 2852530A DE 2852530 A1 DE2852530 A1 DE 2852530A1
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Description

285253t*
DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 23. November 1978
' Photoelemente-Schaltung
Die Erfindung betrifft eine Photoelemente-Schaltung, insbesondere für inkrementale oder absolute digitale Lageraeßsysteme, bei der an jedem der beiden Eingänge eines ersten Differenzverstärkers ein Photoelement angeschlossen ist, denen jeweils ein Widerstand parallel geschaltet ist.
Eine derartige Photoelemente-Schaltung wird beispielsweise bei inkrementalen oder absoluten digitalen Längenoder Winkelmeßsystemen verwendet, bei denen diese Photoelemente den durch die Teilungen eines Maßstabes und einer Abtastplatte modulierten Lichtstrom in elektrische Signale umwandeln, die der Ermittlung und digitalen Anzeige von Weginfprmationen dienen.
Aus der Siemens-Druckschrift "Technische Mitteilungen: Halbleiter: Neue fotoelektrische Bauelemente in Anwendungsschaltungen", Best.-Nr. B 114/1062/47120 ist auf S. 11 und ein Weg-Spannungswandler bekannt, bei dem an jedem der beiden Eingänge eines rückgekoppelten Differenzverstärkers ein Photoelement angeschlossen ist, denen jeweils ein Widerstand parallel geschaltet ist. Diese Anordnung eignet sich zwar für eine monolithische Anordnung von Photoelementen, da diese eine gemeinsame Elektrode aufweisen, weist aber einen großen Dunkelstrom wegen der Vorspannung an den Photoelementen auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Photoelemente-Schaltung der oben erwähnten Gattung anzugeben, die einen geringen Dunkelstrom aufweist, eine monolithische Anordnung der Photoelemente erlaubt und zusätzlich für wechselnde Beleuchtungsstärken geeignet ist»
,. . 03002A/03&1
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöste
Weitere Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und wird im folgenden näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 eine Photoelemente-Schaltung nach der
Erfindung und
Figur 2a,b,*c die Spannungsverläufe an den Eingängen
der Differenzverstärker.
Bei der in der Figur gezeigten Photoelemente-Schaltung ist an jedem der beiden Eingänge eines über einen Widerstand 1 mitgekoppelten ersten Differenzverstärkers 2 ein Photoelement 3» ^ angeschlossen, denen jeweils ein Widerstand 5 t 6" parallel geschaltet ist. An den nichtinvertierenden Eingang eines zweiten Differenzverstärkers 7 ist ein weiteres Photoelement 8 angeschlossen, dem ein weiterer Widerstand 9 parallel geschaltet ist. Der Ausgang des zweiten Differenzverstärkers 7 ist dabei einmal über eine Leitung 10 parallel mit den Photoelementen 3»^t8 und zum anderen direkt mit seinem invertierenden Eingang verbunden. Die Widerstände 5,6,9 sind weiterhin über eine Leitung 11 mit einem Potenti-»! verbunden, das z\>rischen den Versorgungsspannungen +U,-U für die Differenzverstärker 2f7 liegt und beispielsweise Null Volt betragen kann.
Während die Photoelemente 3,^ im Gegentakt beleuchtet werden, wird das Photoelement 8 mit Gleichlicht beauf-· schlagt. Die Beleuchtung der einzeln abgleichbaren Photoelemente 3,4,8 erfolgt dabei durch die gleiche Lichtquelle.
030024/0381
Die vorgeschlagene Photoeleraente.TÄnordmmg arbeitet wie folgti
Die durch die Gegentaktbeleuchtung in den Photoelementen 3,k erzeugten Photoströme bewirken an den Widerständen 5,6 Spannungsabfalle U^, U^, die an den Eingängen des Differenzverstärkers 2 anliegen* In Figur 2 a sind der Spannungsverlauf TJ _ als Funktion des Meßweges X am invertierenden Eingang und in Figur 2 b der Spannungsverlauf Ug als Funktion des Meßweges X am nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 2 dargestellt. Diese Spannungen U_, Ug sind um 180° phasenverschoben und gelten für den Fall idealer Photoelemente. Die Triggerschwellenspannung TS bestimmt sich, durch die Gleichheit der Spannungen U,., Ug und ist in den Figuren 2at b durch die horizontalen Geraden TS dargestellt.
Da handelsübliche Photoelemente wegen ihrer unterschiedlichen Leckströme kein ideales Verhalten zeigen, verschieben sich die Spannungsverläufe Uh, Ug gegeneinander und damit auch die Triggerspannung TS. Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch beseitigt, daß der durch die Gleichlichtbeleuchtung im Photoelement 8 erzeugte Photostrom am Widerstand 9 einen Spannungsabfall Uo bewirkt, der am nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 7 und über seinen Ausgang und die Leitung 10 an den Anoden der Photoelemente 3»^»8 anliegt und in Figur 2 c dargestellt ist.
Die Photoströme der Photoelemente 3»^i8 werden nun so abgeglichen, daß die Spannungen Uq an den Anoden der Photoelemente 3,4 gleich den mittleren Spannungen U^, Ug bei der Triggerschwellenspannung TS sind. Dadurch weisen die Photoelemente 3,k vorteilhafterweise sehr geringe Dunkelströme auf. Dieser Abgleich kann in nicht dargestellter Weise dadurch erfolgen, daß die Querschnitte der auf die
■- 6 -
0300 24/03 8 1
Photoelemente 3ι^>8 fallenden Lichtstrahlen durch geeignete Mittel variiert werden oder daß variable Widerstände 5»6,9 vorgesehen werden.
Weiterhin weist die vorgeschlagene Schaltungsanordnung; den Vorteil einer großen Bandbreite und einer Kompensation unterschiedlicher Beleuchtungsverhältnisse auf. Zusätzlich ist sie für eine Anordnung der Photoelemente 3,^,8 auf einem monolithischen Substrat geeignet, da die Photoelemente 3,^,8 eine gemeinsame Elektrode aufweisen.
Anstelle des Differenzverstärkers 7 kann auch ein beliebiger Impedanzwandler mit der Verstärkung +1 verwendet werden.
030024/0381

Claims (2)

  1. DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH« 23. November 1978
    Patentansprüche
    1») Photoelemente-Schaltung, insbesondere für inkrementale oder absolute digitale Lagemeßsysteme, bei der an jedem der beiden Eingänge eines ersten Differenzverstärkers ein Photoelement angeschlossen ist, denen jeweils ©in Widerstand parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein rückgekoppelter zweiter Differenzverstärker (7) vorgesehen ist, an dessen nichtinvertierenden Eingang ein Photoelement (8) angeschlossen ist, dem ein Widerstand (9) parallel geschaltet ist, und daß die an den Eingängen des ersten Differenzverstärker.·=! (2) angeschlossenen Photoelemente (3,4) und das Photoelement (8) parallel mit dem Ausgang des zweiten Differenzverstärkers (7) verbunden ■ sind.
  2. 2.) Photoelemente-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Photoelemente (3»*0 im Gegentakt beleuchtet werden und daß das Photoelement (8) mit Gleichlicht beaufschlagt wird.
    3·) Photoelemente-Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Photoelemente (3»^»8) von der gleichen Lichtquelle beleuchtet werden.
    A.) Photoelemente-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Differenzverstärker (2) über einen Widerstand (1) mit seinem nichtinvertierenden Eingang und der zweite Differenzverstärker (7) direkt mit seinem invertierenden Eingang rückgekoppelt sind.
    ORiGlNAL INSPECTED
    03002A/0381
    5·) Photoelemente-Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Photoeleraente (3»^,ß) einzeln abgleichbar sind»
    030024/0 3 81
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AT380953B (de) 1986-08-11
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