DE3505983C2 - - Google Patents

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.