DE3505983C2 - - Google Patents
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- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur elektro
nischen Erzeugung einer Widerstandseinstellung entsprechend
einem vorgegebenen Spannungswert an einem lichtabhängigen
Widerstand, dessen Widerstandswert durch eine gesteuerte
Lichtquelle steuerbar ist.
Einstellungen von elektrischen variablen Größen werden in
der Regel mit variablen Widerständen vorgenommen. Insbeson
dere bei komplexen Einstellungen einer Mehrzahl von variablen
Widerständen besteht häufig der Wunsch, eine einmal vorge
nommene Einstellung der variablen Widerstände auch dann so
fort wieder reproduzieren zu können, wenn zwischenzeitlich
andere Einstellungen vorgenommen werden mußten. Es ist be
kannt, die zwischen einem Abgriff und einem Anschluß des va
riable Widerstands abfallende Spannung als Signalwert für
die Größe des Widerstands, also die Widerstandseinstellung,
in digitaler Form zu speichern. Hierzu wird die analoge Span
nung über einen Analog-Digital-Wandler in ein digitales, in
handelsüblichen Digitalspeichern abspeicherbares Signal ge
wandelt. Die Rückwandlung des gespeicherten Signals in ein
analoges Signal erfolgt üblicherweise über einen Digital-
Analog-Wandler, an dessen Ausgang ein analoger Spannungs
wert steht. Dieser Spannungswert kann auf einen Eingang ei
nes spannungsgesteuerten Verstärkers gegeben werden, der ei
ne auf ihn geleitete Spannung in Abhängigkeit von dem Span
nungswert am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers verstärkt
und eine der Widerstandseinstellung entsprechende Beeinflus
sung vornimmt.
Derartige spannungsgesteuerte Verstärker werden beispiels
weise in dem Mischpult TS 24 der Soundcraft Electronics Ltd.,
London, verwendet. Darüber hinaus ist in der DE-AS 24 03 756
ein mit einem Feldeffekttransistor aufgebauter spannungsab
hängiger Verstärker beschrieben.
Die Verwendung von spannungsgesteuerten Verstärkern ist nicht
nur sehr aufwendig und teuer, sondern führt, insbesondere bei
der Hintereinanderschaltung einer Mehrzahl derartiger Ver
stärker, zu einem, beispielsweise bei Audio-Anlagen, nicht
mehr tolerierbaren Rauschen, zu einer Einschränkung der Dy
namik der verarbeiteten Signale sowie zu Verzerrungen auf
grund von Nichtlinearitäten.
Für komplexe Anlagen mit einer Vielzahl von Einstellreglern,
wie beispielsweise einem 28-kanaligen Mischpult, ist daher
die Abspeicherung von momentanen Widerstandswerten praktisch
nicht möglich.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Schaltungsanordnung be
steht darin, daß eine Veränderung der Widerstandseinstellung
während einer hochfrequenten Abfrage mit Hilfe eines Mikro
prozessors am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers eine trep
penförmige Veränderung der Ausgangsspannung verursacht, die
aufgrund der enthaltenen Oberwellenanteile bei Audio-Anlagen
zu störenden Geräuschen führt, wenn nicht besondere aufwendi
ge Maßnahmen ergriffen werden.
In der DE-OS 18 00 123 ist die Anwendung von lichtabhängigen
Widerständen beschrieben, deren Wert durch den Steuerstrom
durch eine Lichtquelle regelbar ist. Hiermit lassen sich qua
litative Widerstandsveränderungen durchführen, eine genaue
Reproduktion von Widerstandswerten ist jedoch nicht möglich.
Die lichtabhängigen Widerstände weisen eine nichtlineare
Kennlinie auf, also eine nichtlineare Abhängigkeit des Wi
derstandswertes von dem Steuerstrom durch die Leuchtdiode.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsan
ordnung der eingangs erwähnten Art zu erstellen, die weder
das durch die Widerstandseinstellung zu beeinflussende Sig
nal merkbar verzerrt noch eine Verschlechterung bezüglich
des Signal-Rausch-Verhältnisses oder bezüglich der Dynamik
mit sich bringt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein
zwei Eingänge aufweisender Regelkreis vorgesehen ist, dessen
Eingangssignale im eingeregelten Zustand einander entsprechen,
wovon ein Eingangssignal durch den vorgegebenen Spannungs
wert und das zweite Eingangssignal durch den Abgriff eines
aus einem Festwiderstand und einem lichtabhängigen Wider
stand gebildeten Spannungsteilers gebildet ist, daß das Aus
gangssignal des Regelkreises eine zu dem lichtabhängigen Wi
derstand gehörende und mit ihm ein Leuchtdioden-Widerstand-
Paar bildende Leuchtdiode steuert und daß das Ausgangssignal
des Regelkreises die Leuchtdiode eines weiteren Leuchtdioden-
Widerstand-Paares steuert, dessen Widerstand somit entspre
chend dem vorgegebenen Spannungswert eingestellt ist.
Die Erfindung beruht auf der Verwendung von handelsüblichen
Leuchtdioden-Widerstand-Paaren, die auch als LDR (light
dependent resistors) bezeichnet werden. Der Wert des Wider
stands ist abhängig von der Stromstärke, die durch die
Leuchtdiode fließt. Da die Kopplung zwischen Leuchtdiode
und dem Widerstand über das von der Leuchtdiode ausgesandte
Licht erfolgt, sind Leuchtdiode und Widerstand galvanisch
voneinander getrennt. Erfindungsgemäß wird nun ein Wider
stand eines derartigen Leuchtdioden-Widerstand-Paares mit
einem Festwiderstand zu einem Spannungsteiler kombiniert,
dessen Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen mit
einem Eingang eines Regelkreises verbunden ist. An den ande
ren Eingang gelangt das Signal mit dem vorgegebenen Spannungs
wert, also im allgemeinen das Ausgangssignal eines Digital-
Analog-Wandlers. Der vorzugsweise mit einem Operationsver
stärker aufgebaute Regelkreis stellt das Licht der Leucht
diode so ein, daß der von der Leuchtdiode abhängige Wider
stand eine Größe annimmt, die das Signal an dem zweiten Ein
gang des Operationsverstärkers gleich dem vorgegebenen Span
nungswert werden läßt. Die Größe des von der Leuchtdiode ge
steuerten Widerstands ist also unmittelbar ein Abbild der
Größe des Spannungswerts. Erfindungsgemäß ist ein zweites
Leuchtdioden-Widerstand-Paar vorgesehen, dessen Leuchtdiode
mit dem Steuerstrom für die Leuchtdiode des ersten Leucht
dioden-Widerstand-Paares angesteuert wird. Der zu dem zwei
ten Leuchtdioden-Widerstand-Paar gehörende Widerstand nimmt
somit die gleiche Größe wie der im Regelkreis befindliche
Widerstand des ersten Leuchtdioden-Widerstand-Paares an und
ist darüber hinaus vom Regelkreis vollständig galvanisch ge
trennt. Für die Signalverarbeitung mit der gewünschten Wi
derstandseinstellung wird daher lediglich der Ohmsche Wi
derstand des zweiten Leuchtdioden-Widerstand-Paares benutzt.
Der Ohmsche Widerstand kann als rein passives Schaltelement
weder Verzerrungen noch ein merkliches Rauschen verursachen.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Leuchtdioden-Wider
stand-Paaren besteht darin, daß die Anpassung des Wider
standswertes an einen Steuerstrom mit einer gewissen Trägheit
geschieht, die eine Integrationswirkung ausübt. Die bei der
dynamischen Veränderung der Widerstandseinstellung auftreten
de Treppenspannung am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers
wird dadurch zu einer stetigen Kurve verschliffen. Durch
Oberwellen entstehende störende Geräusche können somit ver
mieden werden.
Durch die Erfindung ist es erstmalig möglich, die Reproduk
tion einer Widerstandseinstellung an einem galvanisch von der
Regelschaltung getrennten Ohmschen Widerstand vorzunehmen.
Da die Trägheit des Leuchtdioden-Widerstand-Paares zu
Schwingvorgängen im Regelkreis führen könnte, ist es vorteil
haft, wenn der Regelkreis ein Integrationsglied enthält, des
sen Zeitkonstante der Trägheit des Leuchtdioden-Widerstand-
Paares entspricht.
Der Widerstandsverlauf von Leuchtdioden-Widerstand-Paaren
in Abhängigkeit von dem Steuerstrom ist in der Kurvenform
ausreichend identisch, kann aber parallel verschoben sein.
Um den gleichen Widerstandswert für den Widerstand im Regel
kreis und den Widerstand an den Ausgangsklemmen der Schal
tungsanordnung zu erzielen, kann ein Symmetrierungswider
stand vorgesehen sein, auf dessen Abgriff der Steuerstrom
für die Leuchtdioden gelangt. Damit ist die möglicherweise
erforderliche relative Parallelverschiebung der Kennlinien
der Widerstände durchführbar.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Steuerstrom
für die zweite Leuchtdiode über einen einstellbaren Linear
verstärker einstellbar sein, wodurch ebenfalls die Parallel
verschiebung möglich ist.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung erlangt eine be
sonders hohe Bedeutung als Teil einer Audio-Anlage mit einer
Vielzahl von variablen Widerständen regelnden Einstellreg
lern, einer Speicherstufe für die über die Widerstände momen
tan abfallenden Spannungswerte und einer Stufe zur Reproduk
tion der den eingestellten Widerständen entsprechenden Wider
standswerte. Erfindungsgemäß wird bei einer derartigen Audio-
Anlage die über den Widerständen abfallende Spannung mit
tels eines Mikroprozessors abgefolgt und in digitaler Form
abgespeichert und die Reproduktion durch den Mikroprozessor
gesteuert und erfolgt über einen Digital-Analog-Wandler,
an den ein zwei Eingänge aufweisender Regelkreis angeschlos
sen ist, dessen Eingangssignale sich im eingeregelten Zustand
einander entsprechen, wovon ein Eingangssignal durch den
vorgegebenen Spannungswert und das zweite Eingangssignal
durch den Abgriff eines aus einem Festwiderstand und einem
lichtabhängigen Widerstand gebildeten Spannungsteilers ge
bildet ist, wobei das Ausgangssignal des Regelkreises eine
zu dem lichtabhängigen Widerstand gehörende und mit ihm ein
Leuchtdioden-Widerstand-Paar bildende Leuchtdiode steuert
und das Ausgangssignal des Regelkreises die Leuchtdiode ei
nes weiteren Leuchtdioden-Widerstand-Paares steuert, dessen
Widerstand somit entsprechend dem vorgegebenen Spannungs
wert eingestellt ist.
Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Es zeigt
Fig. 1 - eine Audio-Anlage mit einem Potentiometer,
dessen Einstellwert elektronisch reproduziert
wird;
Fig. 2 - eine zweite Ausführungsform der Schaltung ge
mäß Fig. 1.
Fig. 1 zeigt ein Potentiometer P, dessen beide Enden an
den beiden Polen einer Referenzspannung + ref und Masse liegt.
Somit ergibt sich ein Einstellwert des Potentiometers P als
am Abgriff des Potentiometers abnehmbare Analogspannung.
Diese wird über einen Analog-Digital-Wandler 1 in ein digi
tales Signal umgewandelt, das mit Hilfe eines Mikroprozes
sors 2 abgefragt und abgespeichert wird.
Soll die abgespeicherte Potentiometereinstellung reprodu
ziert werden, liest der Mikroprozessor 2 das digitale Signal
aus dem Speicher aus und leitet es auf einen Digital-Analog-
Wandler 3, an dessen Ausgang somit eine analoge Spannung
U DAC ansteht. Diese Spannung gelangt auf den nicht invertie
renden Eingang eines Operationsverstärkers 4, dessen inver
tierender Eingang mit dem Verbindungspunkt eines aus einem
Festwiderstand 5 und einem lichtabhängigen Widerstand 6 ge
bildeten Spannungsteiles 5, 6 angeschlossen ist. Der Span
nungsteiler 5, 6 ist zwischen die Klemmen der Referenzspan
nung + ref geschaltet. Der Ausgang des Operationsverstärkers
4 ist über einen Integrationskondensator C mit dem invertie
renden Eingang verbunden.
Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 4 gelangt über
einen als Emitterfolger geschalteten Transistor 7 und einen
an den Emitter des Transistors 7 angeschlossenen Serienwi
derstand 8 auf den Abgriff eines Symmetrierwiderstands 9.
An die beiden Anschlüsse des Symmetrierwiderstands 9 sind
Leuchtdioden 10, 11 angeschlossen, deren Katoden an Masse
liegen. Die Leuchtdiode 10 bildet mit dem lichtabhängigen
Widerstand 6 ein Leuchtdioden-Widerstand-Paar 12, während
die Leuchtdiode 11 mit einem weiteren lichtabhängigen Wider
stand 13 ein Leuchtdioden-Widerstand-Paar 14 bildet.
Die Wirkungsweise der dargestellten Schaltung beruht darauf,
daß die Leuchtdiode 10 den zugehörigen lichtabhängigen Wi
derstand 6 so steuert, daß die Spannungen an den beiden Ein
gängen des Operationsverstärkers 4 gleich groß sind. Da die
Leuchtdiode 11 des Leuchtdioden-Widerstand-Paares 14 mit
dem gleichen, durch den Emitterfolger 7 fließenden Strom an
gesteuert wird, stellt sich der Widerstand 13 dieses Leucht
dioden-Widerstand-Paares 14 auf den gleichen Wert ein wie
der Widerstand 6 des ersten Leuchtdioden-Widerstand-Paares
12. Eventuelle Parallelverschiebungen der Strom-Widerstands-
Kennlinie der beiden Leuchtdioden-Widerstand-Paare 12 und 14
relativ zueinander können durch einen Abgleich an dem Sy
metrierwiderstand 9 ausgeglichen werden. Der Integrations
kondensator C stellt die Regelkonstante des Regelkreises
auf die Trägheit der Anpassung der Widerstände 6, 13 auf die
durch die zugehörigen Leuchtdioden 10, 11 fließenden Ströme
ein und verhindert somit das Auftreten von Schwingungen im
Regelkreis.
Anstelle des Symmetrierwiderstands 9 kann die relative An
passung der beiden Widerstände 6, 13 aufeinander auch durch
einen linearen Verstärker erfolgen. Diese Ausführungsform
ist in Fig. 2 dargestellt, in der die Bauteile, die mit
den Bauteilen in Fig. 1 identisch sind, die gleichen Be
zugsziffern tragen. Der Ausgang des Operationsverstärkers 4
ist hierbei mit der Serienschaltung eines einstellbaren Wi
derstands 15 und eines Festwiderstands 16 verbunden, dessen
anderes Ende mit dem invertierenden Eingang eines Operations
verstärkers 7 verbunden ist. Der nicht invertierende Ein
gang des Operationsverstärkers 17 liegt über einen Festwi
derstand 18 an Masse. Der Ausgang des Operationsverstärkers
17 ist zur Linearisierung der Verstärkerkennlinie über einen
Festwiderstand 19 auf den invertierenden Eingang gegengekop
pelt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 17 ist weiterhin
mit der Katode der Leuchtdiode 11 des zweiten Leuchtdioden-
Widerstand-Paares 14 verbunden, deren Anode an Masse liegt.
Die Leuchtdiode 11 steuert in der gleichen Weise wie in Fig.
1 den Widerstand 13.
An die Klemmen des Widerstands 13 sind die Teile der Schal
tung anschaltbar, die über den mit dem Potentiometer P ver
bundenen Einstellregler gesteuert werden. Die abgespeicher
te Stellung des Einstellreglers wird durch den Widerstand
13 zuverlässig reproduziert. Das normalerweise durch ein
mit dem Einstellregler verbundenes Potentiometer beeinflußte
elektrische Signal, vorzugsweise Audiosignal, läßt sich in
der gleichen Weise durch den Widerstand 13 beeinflussen, ohne
daß es hierdurch zu einer Vergrößerung des Rauschens, zu ei
ner Verzerrung der Signale oder zu einer Einengung des Dyna
mikbereichs käme, da die Beeinflussung des Signals aus
schließlich über einen von der Regelschaltung galvanisch ge
trennten Ohmschen Widerstand erfolgt.
Claims (10)
1. Schaltungsanordnung zur elektronischen Erzeugung
einer Widerstandseinstellung entsprechend einem vor
gegebenen Spannungswert (U DAC ) an einem lichtabhän
gigen Widerstand (6, 13), dessen Widerstandswert durch
eine gesteuerte Lichtquelle (10, 11) steuerbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
- a) daß ein zwei Eingänge aufweisender Regelkreis (4, 12) vorgesehen ist, dessen Eingangssignale im eingeregel ten Zustand einander entsprechen, wovon ein Eingangs signal durch den vorgegebenen Spannungswert (U DAC ) und das zweite Eingangssignal durch den Abgriff eines aus einem Festwiderstand (5) und einem lichtabhän gigen Widerstand (6) gebildeten Spannungsteilers ge bildet ist,
- b) daß das Ausgangssignal des Regelkreises (4, 12) eine zu dem lichtabhängigen Widerstand (6) gehörende und mit ihm ein Leuchtdioden-Widerstand-Paar bildende Leuchtdiode (10) steuert und
- c) daß das Ausgangssignal des Regelkreises (4, 12) die Leuchtdiode (11) eines weiteren Leuchtdioden-Wider stand-Paares (14) steuert, dessen Widerstand (13) somit entsprechend dem vorgegebenen Spannungswert (U DAC ) eingestellt ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenzeich
net, daß der Regelkreis (4, 12) ein Integrationsglied (C)
enthält, dessen Zeitkonstante der Trägheit des Leuchtdi
oden-Widerstand-Paares (12) entspricht.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Regelkreis durch einen Operations
verstärker (4) gebildet ist, dessen beide Eingänge bzw.
dessen Ausgang die beiden Eingänge bzw. den Ausgang des
Regelkreises bilden.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstrom für die
Leuchtdioden (10, 11) auf den Mittelabgriff eines Symmetrie
rungswiderstands (9) gelangt, an dessen beiden Enden je
weils eine der beiden Leuchtdioden (10, 11) angeschlossen
ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstrom für die zwei
te Leuchtdiode (11) über einen einstellbaren Linearver
stärker (15-19) einstellbar ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, daß der Linearverstärker einen das Eingangssignal
variierenden einstellbaren Widerstand (15) aufweist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
net, daß der Linearverstärker hinter dem einstellbaren
Widerstand (15) durch einen gegengekoppelten Operations
verstärker (17) gebildet ist.
8. Verwendung der Schaltungsanordnung nach einem der An
sprüche 1 bis 7 in einer Audio-Anlage mit einer Viel
zahl von von variablen Widerständen (P) geregelten Einstell
reglern,
einer Speicherstufe (2) für die an den va
riablen Widerständen (P) momentan abfallenden Spannungs
werte und
einer Stufe zur Reproduktion der den einge
stellten variablen Widerständen (P) entsprechenden
Widerstandswerte, wobei die über den variablen Wider
stand jeweils abfallende Spannung mittels eines Mikro
prozessors (2) abgefragt und in digitaler Form abge
speichert wird und die Reproduktion durch den Mikro
prozessor (2) gesteuert und über einen Digital-Analog-
Wandler (3) erfolgt, an dessen Ausgang die Spannung
(U DAC ) steht.
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