DE2852530B2 - Photoelemente-Schaltung - Google Patents

Photoelemente-Schaltung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Photoelemente-Schaitung, insbesondere für inkrementale oder absolute digitale Lagemeßsysteme, bei der an jeden der beiden Eingänge eines ersten Differenzverstärkers eine Reihenschaltung eines Photoelements und eines Widerstands mit ihrem gemeinsamen Anschlußpunkt angeschaltet ist.
Eine derartige Photoelemente-Schaitung wird beispielsweise bei inkremantalen oder absoluten digitalen Längen- oder 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 Weginformationen dienen.
Aus der Siemens-Druckschrift »Technische Mitteilungen: Halbleiter: Neue fotoelektrische Bauelemente in Anwendungsschaltungen«, Best-Nr. B 114/1062/47 120 ist au! S. U und 12 ein Weg-Spannungswandler bekannt, bei dem an jeden der beiden Eingänge eines rückgekoppelten Differenzverstärkers eine Reihenschaltung eines Photoelements und eines Widerstands mit ihrem gemeinsamen Anschlußpunkt angeschaltet 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 Photoeiemente-Schaltung der oben erwähnten Gattung anzugeben, die einen geringen Dui kelstrom aufweist, eine monolithische Anordnung der Photoelemente erlaubt und zusätzlich für wechselnde Beleuchtungsstärken geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher
ίο erläutert Es zeigt
Fig. 1 eine Photoeiemente-Schaltung nach der Erfindung und
F i g. 2a, b, c die Spannungsverläufe an den Eingängen der Differenzverstärker.
is 3ei der in der F i g. 1 gezeigten Photoeiemente-Schaltung ist an jeden der beiden Eingänge eines über einen Widerstand 1 mitgekoppelten ersten Differenzverstärkers 2 eine Reihenschaltung eines Photoeleme«its 3, 4 und eines Widerstands 5, 6 mit ihrem gemeinsamen Anschlußpunkt angeschaltet An den nichtinvertierenden Eingang eines zweiten Differenzverstärker» 7 ist eine Reihenschaltung eines weiteren Photoelements 8 und eines weiteren Widerstands 9 mit ihrem gemeinsamen Anschlußpunkt angeschaltet Der Ausgang des zweiten Differenzverstärkers 7 ist dabei einmal über eine Leitung 10 mit den Photoelementen 3,4,8 und zum anderen direkt mit seinem invertierenden Eingang verbunden. Die Widerstände 5,6,9 sind weiterhin über eine Leitung 11 mit einem Potential verbunden, das
jo zwischen den Versorgungsspannungen +U, —U für die Differenzverstärker 2, 7 liegt und beispielsweise Null Volt betragen kann.
Während die Photoelemente 3, 4 im Gegentakt beleuchtet werden, wird das Photoelement 8 mit Gleichlicht beaufschlagt Die Beleuchtung der einzeln abgleichbaren Photoelemente 3,4,8 erfolgt dabei durch die gleiche Lichtquelle.
Die vorgeschlagene Photoelemente-Anordnung arbeitet wie folgt:
Die durch die Gegentaktbeleuchtung in den Photoelementen 3.4 erzeugten Photoströme bewirken an den Widerständen 5, 6 Spannungsabfälle U% U6, die an den Eingängen des Differenzverstärkers 2 anliegen. In F i g. 2a sind der Spannungsverlauf Us als Funktion des Meßweges X am inver:;crenden Eingang und in F i g. 2b der Spannungsverlauf Ut als Funktion des Meßweges X am nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 2 dargestellt Diese Spannungen Us, Ut sind um 180° phasenverschoben und gelten für den Fall idealer
Photoelemente. Die Triggerschwellenspannung TS
bestimmt sich durch die Gleichheit der Spannungen Us,
Ut, und ist in den Fig.2a, b durch die horizontalen Geraden TSdargestellt. Da handelsübliche Photoelemente wegen ihrer
unterschiedlichen Leckströme kein ideales Verhalten zeigen, verschieben sich die Spannungsverläufe Us, Ut gegeneinander und damit auch die Triggerspannung 75. Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch beseitigt, daß der durch die Gleichlichtbeleuchtung im Photoelement 8 erzeugte Photostrom am Widerstand 9 einen Spannungsabfall U% bewirkt, der am nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 7 und über seinen Ausgang und die Leitung 10 an den Anoden der Photoelemente 3, 4, 8 anliegt und in F i g. 2c dargestellt
*5 ist.
Die Photoströme der Photoelemente 3, 4, 8 werden nun so abgeglichen, daß die Spannungen U> an den Anoden der Photoelemente 3, 4 gleich den mittleren
Spannungen Us, Ik bei der Triggersebwellenspannung TS sind. Dadurch weisen die Photoelemente 3, 4 vorteilhafterweise sehr geringe Dunkelströme auf. Dieser Abgleich kann in nicht dargestellter Weise dadurch erfolgen, daß die Querschnitte der auf die Photoelemente 3, 4, 8 fallenden Lichtstrahlen durch geeignete Mittel variiert werden oder daß variable Widerstände 5,6,9 vorgesehen werden.
Weiterhin wefcl die vorgeschlagene Schaltungsanordnung den Vorteil einer großen Bandbreite und einer Kompensation unterschiedlicher Beleuchtungsverhältnisse auf. Zusätzlich ist sie für eine Anordnung der Photoelemente 3, 4, 8 auf einem monolithischen Substrat geeignet, da die Photoelemente 3, 4, 8 eine gemeinsame Elektrode aufweisen.
Anstelle des Differenzverstärkers 7 kann auch ein beliebiger Impedanzwandler mit der Verstärkung +1 verwendet werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Photoelemente-Schaitung, insbesondere für inkremental oder absolute digitale Lagemeßsysteme, bei der an jeden der beiden Eingänge eines ersten Differenzverstärkers eine Reihenschaltung eines Photoelements und eines Widerstands mit ihrem gemeinsamen Anschlußpunkt angeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein rückgekoppelter zweiter Differenzverstärker (7) vorgesehen ist, an dessen nichtinvertierenden Eingang eine Reihenschaltung eines Photoelements (8) und eines Widerstands (9) mit ihrem gemeinsamen Anschlußpunkt angeschaltet ist, und daß die an den Eingängen des ersten Differenzverstärkers (2) angeschlossenen Photoelemente (3,4) und das Photoelement (8) mit dem Ausgang des zweiten Differenzverstärkers (7) verbunden sind.
2. Photoelemente-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Photoelemente (3, 4) im Gegentakt beleuchtet werden und daß das Photoelement (8) mit Gleichlicht beaufschlagt wird.
3. Photoelemente-Schaitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Photoelemente (3, 4,8) von der gleichen Lichtquelle beleuchtet werden.
4. Photoelemente-Schaitung 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.
5. Photoelemente-Schaitung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Photoelemente (3,4,8) einzeln abf'eichbar sind.
DE2852530A 1978-12-05 1978-12-05 Photoelemente-Schaltung Expired DE2852530C3 (de)

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DE2852530B2 true DE2852530B2 (de) 1980-10-02
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DE (1) DE2852530C3 (de)
FR (1) FR2443764A1 (de)
GB (1) GB2036961B (de)
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GB2036961B (en) 1983-06-29
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