DE3728616A1 - Control circuit for setting predetermined resistance values and resistance value ratios in photoresistors (photoconductors, photoconductive cells) - Google Patents

Abstract

The invention serves to set photoresistance values exactly. The resistance value is determined either by external circuit elements of the control circuit or by an electrical reference variable. As a result, it is possible to simulate by means of photoresistors a potentiometer which works in a potential-free manner and whose total resistance value is determined by a reference resistance of the same magnitude and whose part resistance ratio is determined by a reference voltage independently of the total resistance value. The photoresistance value is set by means of a filament lamp. The control is made possible by matching the controlled system. The matching is performed by a delogarithmising and inverting of the controlled system, as well as the displacement of the filament lamp voltage by a residual value, so that the light emission of the filament lamp cannot drop below a minimum.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Im Bereich der Elektrotechnik ist es erwünscht Fotowiderstände so anzusteuern, daß ein ohmscher Widerstand mittels einer Referenzspannung exakt eingestellt werden kann. Insbesondere gilt es ein Potentiometer mit Fotowiderständen nachzubilden, dessen Gesamtwiderstandswert durch äußere Beschaltung der Regelschaltung bestimmt wird und dessen Teilwiderstandsverhältnis durch eine Referenzspannung gesteuert wird.In the field of electrical engineering, photo resistors are desirable to be controlled so that an ohmic resistance by means of a reference voltage can be set exactly. In particular there is a potentiometer with photo resistors reproduce its total resistance value by external wiring the control circuit is determined and its partial resistance ratio controlled by a reference voltage becomes.

Die Beeinflussung von Fotowiderständen über variable Lichtquellen ist bekannt.Influencing photo resistors via variable light sources is known.

Ebenfalls bekannt ist jeweils ein Paar von Fotowiderständen mit einer Lichtquelle anzusteuern, wobei ein Fotowiderstand als Referenzwiderstand dient und der andere der anzusteuernde ist. Am Referenzwiderstand wird der Ist-Wert, z. B. als Spannung, rückgekoppelt und mit dem Soll-Wert, z. B. einer Referenzspannung, verglichen (Gruppe HO3 G 3/04, P 23 56 992).A pair of photo resistors is also known in each case to be controlled with a light source, whereby a photo resistor serves as a reference resistor and the other one to be controlled is. The actual value at the reference resistor e.g. B. as voltage, fed back and with the target value, for. B. a reference voltage, compared (group HO3 G 3/04, P 23 56 992).

Desgleichen sind verschiedene Regler-Typen zur Lösung von Regelaufgaben bekannt. P-, PI-, PID-Regler seien hier erwähnt. Bekannt sind Regelungen nichtlinearer Regelstrecken mit statischer und dynamischer Nichtlinearität. Hier werden u. a. Linearisierungen der Regelstrecken vorgenommen. (Halbleiterschaltungstechnik, Tietze Schenk, Springer Verlag, Kapitel 26, Elektronische Regler, S. 804). Similarly, there are different types of controllers to solve Regular tasks known. P, PI, PID controllers are mentioned here. Regulations of non-linear controlled systems are known with static and dynamic non-linearity. Be here u. a. Linearizations of the controlled systems made. (Semiconductor circuit technology, Tietze Schenk, Springer Verlag, Chapter 26, Electronic Regulators, p. 804).  

Bestehende Schaltungen zur Nachbildung eines Potentiometers berücksichtigen nur Teilwiderstandsverhältnisse, jedoch nicht exakte Gesamt- und Teilwiderstandswerte. Sie sind deshalb nur bedingt einsetzbar.Existing circuits for simulating a potentiometer only consider partial resistance ratios, however not exact total and partial resistance values. That is why you are can only be used to a limited extent.

Ebenso wird die starke Temperaturabhängigkeit bei geringer Beleuchtungsstärke der Fotowiderstände, sowie deren Einstellzeit, die mehrere Sekunden betragen kann, nicht berücksichtigt.Likewise, the strong temperature dependence becomes less Illuminance of the photo resistors and their response time, which can be several seconds, is not taken into account.

Auf die Ausgestaltung des Regelkreises und die äußerst schwer zu unterdrückende Schwingungsneigung, die sich unter anderem aus den oben genannten Gründen ergibt, wird nur spärlich eingegangen.On the design of the control loop and the extreme difficult to suppress tendency to vibrate, which is under otherwise for the reasons stated above will only received sparingly.

Damit sind bereits bestehende Ausführungen auf einen sehr kleinen Arbeitsbereich beschränkt und Schaltungsdimensionierungen können oft ausschließlich auf experimenteller Basis erfolgen.This means that existing versions are very limited workspace and circuit dimensions can often only be experimental Base.

Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe den Widerstandswert eines Fotowiderstandes exakt zu regeln. Der Widerstandswert soll entweder durch externe Beschaltung der Regelschaltung oder durch eine elektrische Referenzgröße bestimmt werden. Im Spezialfall soll ein potentialfrei arbeitendes Potentiometer nachgebildet werden, dessen Gesamtwiderstandswert durch äußere Beschaltung der Regelelektronik eingestellt wird und dessen Teilwiderstandsverhältnis unabhängig vom Gesamtwiderstand durch eine Referenzspannung bestimmt wird.The invention sets itself the task of the resistance value To regulate the photo resistance exactly. The resistance value should either by external wiring of the control circuit or be determined by an electrical reference quantity. In the special case, a potential-free potentiometer should be used are reproduced, the total resistance value of external wiring of the control electronics is set and whose partial resistance ratio is independent of the total resistance is determined by a reference voltage.

Um variable Einstellgrößen an elektronischen Geräten ferngesteuert einzustellen, werden häufig veränderliche Gleichspannungen als Referenzwerte eingesetzt. Vorteilhafter Weise werden dabei an bereits bestehenden Geräten mechanische Potentiometer durch elektronische nachgebildet und ersetzt.To control variable setting variables on electronic devices are often variable DC voltages used as reference values. More advantageous Ways become mechanical on existing devices Potentiometer simulated and replaced by electronic.

Häufig sind die Einstellgrößen Amplitude und Klangfarbe eines NF-Signals. Dafür eignen sich Fotowiderstände besonders in bezug auf Aussteuerfähigkeit, Klirrfaktor, Linearität und Eigenrauschen. Auch die hohe Verlustleistung, die einige Fotoelemente verkraften, machen sie für ein weites Anwendungsspektrum brauchbar.The setting variables are often amplitude and timbre an LF signal. Photo resistors are particularly suitable for this in terms of modulation capability, distortion factor, linearity  and self-noise. Even the high power dissipation cope with some photo elements, make them for a far Range of applications usable.

Andererseits sind Potentialtrennungen sehr effektiv zu verwirklichen, da zu steuernde Fotoelemente galvanisch völlig von der Regelschaltung getrennt sind.On the other hand, potential separations can be realized very effectively, because the photo elements to be controlled are completely galvanically are separated from the control circuit.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der exakten Einstellung des vorgegebenen Widerstandswertes in einem sehr breiten Wertebereich von ca. 50 Ohm bis 1 MOhm. Die erfindungsgemäße Regelschaltung ermöglicht eine Regelung in diesem Bereich ohne Regelschwingungen.Advantageous effects of the invention result from the exact setting of the given resistance value in a very wide range of values from approx. 50 Ohm to 1 MOhm. The control circuit according to the invention enables control in this area without control vibrations.

Ebenso berücksichtigt werden starke Temperaturabhängigkeit und längere Einstellzeiten des Fotowiderstandes bei kleinen Beleuchtungsstärken.Strong temperature dependence is also taken into account and longer response times of the photo resistor for small ones Illuminance.

Im Spezialfall kann ein Potentiometer nachgebildet werden, dessen Gesamtwiderstand durch externe Beschaltung der Regelelektronik bestimmt wird und dessen Teilwiderstandsverhältnis durch eine Referenzspannung eingestellt wird, unabhängig vom Gesamtwiderstand. Damit wird eine Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall gewährleistet, ohne daß wesentliche Elemente der Regelschaltung verändert werden müssen.In special cases, a potentiometer can be simulated, its total resistance through external wiring of the control electronics is determined and its partial resistance ratio is set by a reference voltage, independently of total resistance. This is an adaptation to the guarantees the respective application without essential Elements of the control circuit must be changed.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und den Zeichnungen.Further advantages and features of the invention result from the following description of exemplary embodiments in Connection with the claims and the drawings.

Es zeigtIt shows

Abb. 1 Regelstrecke und Ansteuerung einer Fotowiderstandsanordnung 100, Fig. 1 controlled system and control of a photoresistor arrangement 100 ,

Abb. 2 Gesamtregelschaltung mit Fotowiderstandsanordnung 100, Fig. 2 overall control circuit with photoresistor arrangement 100 ,

Abb. 3 Meßanordnung mit Fotowiderstand 302 und Glühlampe 301, Fig. 3 measuring arrangement with photo resistor 302 and incandescent lamp 301 ,

Abb. 4 Kennliniendiagramm der Meßanordnung in Abb. 3, Fig. 4 characteristic diagram of the measuring arrangement in Fig. 3,

Abb. 5 Regelstreckenanpassung, Fig. 5 Adjustment of the controlled system,

Abb. 6 Kennliniendiagramm der Regelstreckenanpassung in Abb. 5, Fig. 6 Characteristic diagram of the controlled system adaptation in Fig. 5,

Abb. 7 Diagramm der Gesamtübertragungskennlinie der Regelstrecke, Fig. 7 Diagram of the total transmission characteristic of the controlled system,

Abb. 8 Diagramm der differentiellen Steigung des Fotowiderstandswertes in bezug zur Eingangsspannung der Regelstrecke, Fig. 8 Diagram of the differential slope of the photoresistor value in relation to the input voltage of the controlled system,

Abb. 9 Diagramm der differentiellen Steigung des Fotowiderstandswertes in bezug zum aktuellen Widerstandswert. Fig. 9 Diagram of the differential slope of the photoresistor value in relation to the current resistance value.

Abb. 1 zeigt zwei Paare von Fotowiderständen 125, 129 und 126, 130, die optisch getrennt durch jeweils eine Glühlampe 127, 128 angesteuert werden. Die Fotowiderstände 125, 129 und 126, 130 sind optisch gekoppelt. Sie müssen so selektiert sein, daß sie sich bei gleicher Lichtstärke gleich verhalten. Diese Fotowiderstandsanordnung 100 stellt eine Einheit dar, die durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung angesteuert wird. Fig. 1 shows two pairs of photo resistors 125, 129 and 126, 130, which are controlled optically separated by a light bulb 127, 128 each. The photo resistors 125, 129 and 126 , 130 are optically coupled. They must be selected so that they behave the same way at the same light intensity. This photoresistor arrangement 100 represents a unit which is controlled by the circuit arrangement according to the invention.

Abb. 3 zeigt eine Meßanordnung zur Bestimmung des Kennliniendiagramms der Regelstrecke. Im Ausführungsbeispiel wurde eine 6 Volt Glühlampe 301 gewählt, die den Fotowiderstand 302 beeinflußt. Der quasi-stationäre Widerstandswert wird mit einem Ohmmeter 303 gemessen. U _{e 2} ist die Spannung die an die Glühlampe 301 angelegt wird. Fig. 3 shows a measuring arrangement for determining the characteristic diagram of the controlled system. In the exemplary embodiment, a 6 volt incandescent lamp 301 was chosen, which influences the photo resistor 302 . The quasi-stationary resistance value is measured with an ohmmeter 303 . U _{e 2} is the voltage that is applied to the incandescent lamp 301 .

Bei schwachen Beleuchtungsstärken unter 1 Lux kann die Einstellzeit des Fotowiderstandes mehrere Sekunden betragen. Die Glühlampe benötigt zusätzlich auch eine Einstellzeit. Bei den Messungen wird die optische Vorgeschichte des Fotowiderstandes 302 vernachlässigt, die sich auf den stationären Wert auswirkt.At low illuminance levels below 1 lux, the response time of the photo resistor can be several seconds. The incandescent lamp also requires a response time. In the measurements, the optical history of the photo resistor 302 , which affects the stationary value, is neglected.

Abb. 4 zeigt den qualitativen Zusammenhang zwischen der Eingangsspannung U _{e 2} und dem Wert des Fotowiderstandes 302 aus Abb. 3. Der Widerstandswert R ist logarithmisch in Ohm dargestellt. Fig. 4 shows the qualitative relationship between the input voltage U _{e 2} and the value of the photo resistor 302 from Fig. 3. The resistance value R is logarithmically shown in ohms.

Deutlich zu erkennen ist der stärker als logarithmisch ansteigende Verlauf der Widerstandskennlinie. Bei Werten von U _{e 2} kleiner als 0,5 Volt ist kein eindeutiger Zusammenhang mit dem Widerstandswert darstellbar. Die Wirkung der Glühlampe 301 setzt über 0,5 Volt mit einer großen Steilheit der Kennlinie ein. Zusammen mit längeren Einstellzeiten im oberen Bereich der Kennlinie bringen diese Faktoren Probleme für die Widerstandsregelung, die durch eine Anpassung der Regelstrecke für den Regler größtenteils behoben werden.The course of the resistance characteristic curve, which increases more than logarithmically, can be clearly seen. With values of U _{e 2} less than 0.5 volts, there is no clear correlation with the resistance value. The effect of incandescent lamp 301 sets in over 0.5 volts with a steep slope of the characteristic. Together with longer response times in the upper area of the characteristic curve, these factors create problems for resistance control, which are largely eliminated by adapting the controlled system for the controller.

Abb. 1 zeigt die zwei angepaßten Regelstrecken mit den Operationsverstärkern 107, 112 und 118, 123, den Treibertransistoren 113, 124, sowie den übrigen Bauteilen, 103, 104, 105, 106, 108, 109, 110, 111 und 114, 115, 116, 117, 119, 120, 121, 122. Fig. 1 shows the two adapted controlled systems with the operational amplifiers 107, 112 and 118, 123, the driver transistors 113, 124 , and the other components, 103, 104, 105, 106, 108, 109, 110, 111 and 114, 115, 116, 117, 119, 120, 121, 122 .

Die Ansteuerung zur Erzeugung eines Konstantstromes durch die Fotowiderstände 125, 126 besteht aus dem OPV 107 und dem externen Referenzwiderstand 101, der über Anschluß 4 eine stabilisierte Konstantspannung erhält. Nach dem Prinzip der verschwindenden Eingangsgrößen an Operationsverstärkern geht die differentielle Eingangsspannung an OPV 107 gegen Null. Damit fließt ein Strom I _R abhängig von Referenzwiderstand 101 gegen den virtuellen Nullpunkt. Die Größe des Stromes I _F ist gleich der des Stromes I _R · I _F ist der Strom durch die Fotowiderstände 125, 126. Ist die Summe der Fotowiderstandswerte gleich dem Wert des Referenzwiderstandes 101 erzeugt OPV 107 eine Ausgangsspannung, die der negativen Spannung an Anschluß 4 entspricht, im Ausführungsbeispiel 2,5 Volt.The control for generating a constant current through the photo resistors 125, 126 consists of the OPV 107 and the external reference resistor 101 , which receives a stabilized constant voltage via connection 4 . The differential input voltage at OPV 107 approaches zero according to the principle of vanishing input variables at operational amplifiers. A current I _R thus flows against the virtual zero point as a function of reference resistor 101 . The magnitude of the current I _F is equal to that of the current I _R · I _F is the current through the photoresistors 125, 126 . If the sum of the photoresistor values is equal to the value of the reference resistor 101 , OPV 107 generates an output voltage which corresponds to the negative voltage at connection 4 , in the exemplary embodiment 2.5 volts.

Abb. 5 zeigt eine Schaltung zur Anpassung der Regelstrecke für den Regler. Die Kennlinie aus Abb. 4 wird als erstes delogarithmiert. Die logarithmische bzw. exponentielle Kennlinie der Dioden 503, 506 im Durchlaßbereich wird dazu verwendet. Fig. 5 shows a circuit for adapting the controlled system for the controller. The characteristic curve from Fig. 4 is first delogarithmic. The logarithmic or exponential characteristic of the diodes 503, 506 in the pass band is used for this.

Eine positive Eingangsspannung U _{e 1} liegt über Widerstand 502 am virtuellen Nullpunkt des OPV 504. Nach dem Prinzip der verschwindenden Eingangsgrößen ist der Strom über die Diode 503 I _D gleich I _{e 1}. Die große Anfangsverstärkung für kleine Eingangsspannungen U _{e 1} an OPV 504 flacht für größere Werte gemäß der Diodenkennlinie ab. Dasselbe gilt für OPV 507 mit den Bauelementen 505, 506 bei umgekehrter Polarität. Die Dioden 503, 506 sind vorzugsweise Siliziumdioden. Bei U _{e 1} gleich null ist die Ausgangsspannung U _a des OPV 507 gleich null und es fließt kein Strom über Widerstand 508 zum virtuellen Nullpunkt an OPV 511.A positive input voltage U _{e 1} is connected via resistor 502 at the virtual zero point of the OPV 504 . According to the principle of vanishing input quantities, the current through the diode 503 I _{D is} equal to I _{e 1} . The large initial gain for small input voltages U _{e 1} at OPV 504 flattens out for larger values according to the diode characteristic. The same applies to OPV 507 with components 505, 506 with reversed polarity. Diodes 503, 506 are preferably silicon diodes. When U _{e 1} is zero, the output voltage U _a of OPV 507 is zero and no current flows through resistor 508 to the virtual zero point at OPV 511 .

Nach dem Prinzip der verschwindenden Eingangsgrößen erzeugt die negative Spannung V _ST einen Strom durch die Widerstände 509, 510, der einen Spannungsabfall an Widerstand 510 bewirkt. Dieser Spannungsabfall hat die Größe der maximalen Glühlampenspannung U _{a 1max} . Falls Treibertransistoren für die Ansteuerung der Glühlampen verwendet werden, wird darauf eine Basis-Emitter-Spannung addiert.According to the principle of the vanishing input variables, the negative voltage V _ST generates a current through the resistors 509, 510 , which causes a voltage drop across resistor 510 . This voltage drop has the size of the maximum incandescent lamp voltage U _{a 1 max} . If driver transistors are used to control the incandescent lamps, a base-emitter voltage is added to them.

Ist U _{e 1} maximal, im Anwendungsbeispiel 2,5 Volt, wird der Widerstand 508 so dimensioniert, daß die Ausgangsspannung an OPV 511 0,5 Volt ist, eventuell plus einer Basis-Emitter- Spannung des Treibertransistors.If U _{e 1 is} maximum, in the application example 2.5 volts, resistor 508 is dimensioned such that the output voltage at OPV 511 is 0.5 volts, possibly plus a base-emitter voltage of the driver transistor.

Am virtuellen Nullpunkt des OPV 511, also dem invertierenden Eingang, subtrahieren sich die Ströme durch die Widerstände 508 und 509, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Das Ergebnis der Schaltung in Abb. 5 ist die Kennlinie U _{a 1} zu U _{e 1} in Abb. 6. Man erkennt die Beugung der Kennlinie zwischen U _{e 1min} und U _{e 1max} bei 0 und 2,5 Volt.At the virtual zero point of the OPV 511 , i.e. the inverting input, the currents are subtracted through the resistors 508 and 509 without influencing each other. The result of the circuit in Fig. 5 is the characteristic U _{a 1} to U _{e 1} in Fig. 6. You can see the diffraction of the characteristic between U _{e 1 min} and U _{e 1 max} at 0 and 2.5 volts.

Die Gesamtregelstrecke wird durch die negative Steigung der Kennlinie invertiert und kleinere Spannungen als 0,5 Volt für U _{a 1} werden nicht erzeugt. Für U _{e 1} gleich null wird jetzt der minimale Widerstandswert von ca. 50 Ohm eingestellt. Bei der maximalen Eingangsspannung U _{e 1} von 2,5 Volt iteriert U _{a 1} gegen 0,5 Volt und stellt einen Wert von ca. 1 MOhm ein. Dies gilt für die Schaltung in Abb. 5, deren Ausgangsspannung U _{a 1} mit U _{e 2}, der Eingangsspannung der Meßschaltung in Abb. 3, gekoppelt ist. Der kritische Bereich für U _{e 2} kleiner 0,5 Volt ist damit eliminiert.The total controlled system is inverted by the negative slope of the characteristic curve and voltages smaller than 0.5 volts for U _{a 1} are not generated. The minimum resistance value of approx. 50 ohms is now set for U _{e 1} equal to zero. At the maximum input voltage U _{e 1} of 2.5 volts, U _{a 1} iterates against 0.5 volts and sets a value of approx. 1 MOhm. This applies to the circuit in Fig. 5, whose output voltage U _{a 1} is coupled to U _{e 2} , the input voltage of the measuring circuit in Fig. 3. The critical range for U _{e 2} less than 0.5 volts is thus eliminated.

Abb. 7 zeigt die neue quasi-stationäre Kennlinie der Regelstrecke. Zum Vergleich ist ein linearer Verlauf gestrichelt dargestellt. Die Kennlinie ist also nicht linear. Sie besitzt eine Streckung der Regelkennlinie für kleine Fotowiderstandswerte. Dies ist nötig für den allgemeinen Einsatz der erfindungsgemäßen Gesamtschaltung. Fig. 7 shows the new quasi-stationary characteristic of the controlled system. A linear curve is shown in dashed lines for comparison. The characteristic curve is therefore not linear. It has an extension of the control characteristic for small photo resistance values. This is necessary for the general use of the overall circuit according to the invention.

Abb. 1 zeigt für jedes Fotoelementepaar eine abgewandelte Form der Anpassungsschaltung in Abb. 5. Dabei entsprechen OPV 112, 123 dem OPV 511. Parallel zu den Widerständen 111, 122, die dem Widerstand 510 entsprechen, ist zum Schutz der Glühlampe 127, 128 eine Zenerdiode 110, 121 geschaltet. Damit werden Überspannungen vermieden. Fig. 1 shows a modified form of the matching circuit in Fig. 5 for each pair of photo elements . OPV 112, 123 correspond to OPV 511 . A Zener diode 110, 121 is connected in parallel with the resistors 111, 122 , which correspond to the resistor 510 , to protect the incandescent lamp 127, 128 . This prevents overvoltages.

Die Widerstände 108, 119, ensprechend dem Widerstand 509, sind an minus V _ST angeschlossen. Widerstände 109, 120 entsprechen Widerstand 508.Resistors 108, 119, corresponding to resistor 509, are connected to minus V _ST . Resistors 109, 120 correspond to resistor 508 .

Die OPV 107, 118 mit der Beschaltung 105, 106 und 116, 117 entsprechen OPV 507 mit 505, 506.The OPV 107, 118 with the wiring 105, 106 and 116, 117 correspond to OPV 507 with 505, 506 .

Vereinfacht wurde die erste Stufe zur Delogarithmierung.The first stage for delogarithmization has been simplified.

Bei der Dimensionierung der Widerstände 103, 105 und 114, 116 mit Diode 104, 115 muß der letztere Widerstand entsprechend hochohmig dimensioniert sein, um die Schaltung davor möglichst wenig zu beeinflussen.When dimensioning resistors 103, 105 and 114, 116 with diode 104, 115 , the latter resistor must be dimensioned with a correspondingly high impedance in order to influence the circuit beforehand as little as possible.

Die Transistoren 113, 124 sind Leistungstreiber und als Emitterfolger geschaltet.The transistors 113, 124 are power drivers and are connected as emitter followers.

Bis auf die Fotowiderstandsanordnung mit Glühlampen 127, 128, als Black-Box 100 bezeichnet, wird die Schaltung in Abb. 1 als Black-Box 200 zusammengefaßt. Sie taucht in Abb. 2 auf.Except for the photoresistor arrangement with incandescent lamps 127, 128 , referred to as black box 100 , the circuit in FIG. 1 is summarized as black box 200 . It appears in Fig. 2.

Abb. 2 zeigt zwei PI-Regler, OPV 205, 211 zur Ansteuerung je einer Regelstrecke mit einem Fotowiderstandspaar der Anordnung 100. Der Spannungsabfall an Fotowiderstand 126 wird mit Spannungsfolger OPV 206 hochohmig abgegriffen. So kommt es nicht zu einer Beeinflussung Spannungsteilers aus den Fotowiderständen 125, 126. Fig. 2 shows two PI controllers, OPV 205, 211 for controlling one controlled system each with a pair of photoresistors of the arrangement 100 . The voltage drop at photoresistor 126 is tapped with high impedance with voltage follower OPV 206 . In this way there is no influence on the voltage divider from the photo resistors 125, 126 .

Der Spannungsabfall über beide Fotowiderstände 125, 126 kann beeinflussungsfrei über Widerstand 202 abgegriffen werden. OPV 107 garantiert einen niederohmigen Abgriff.The voltage drop across both photoresistors 125, 126 can be tapped via resistor 202 without interference. OPV 107 guarantees a low-resistance tap.

Die Spannung an Klemme 4 und 5 repräsentiert den Sollwert. The voltage at terminals 4 and 5 represents the setpoint.

Der Sollwert für den Gesamtwiderstandswert, die Spannung an Klemme 4, ist konstant und hat im Anwendungsbeispiel eine Spannung von 2,5 Volt. Der Referenzwiderstand 101 bestimmt den Absolutwert.The setpoint for the total resistance value, the voltage at terminal 4 , is constant and has a voltage of 2.5 volts in the application example. The reference resistor 101 determines the absolute value.

Der Sollwert für das Teilwiderstandsverhältnis, die Spannung an Klemme 5, ist variabel und hat einen Wert von 0 bis 2,5 Volt.The setpoint for the partial resistance ratio, the voltage at terminal 5 , is variable and has a value from 0 to 2.5 volts.

Soll- und Ist-Werte werden über Widerstände 201, 202 und 207, 208 in proportionale Ströme verwandelt und voneinander subtrahiert. Die Proportionalverstärkung und der Integralanteil des Reglers wird mit den Widerständen 203, 209 und den Kondensatoren 204, 210 bestimmt.Setpoints and actual values are converted into proportional currents via resistors 201, 202 and 207, 208 and subtracted from one another. The proportional gain and the integral component of the controller are determined using resistors 203, 209 and capacitors 204, 210 .

Zur Dimensionierung des Proportional- und des Integralanteiles werden noch einige Zusammenhänge wie folgt verdeutlicht. Die Regelabweichungen in bezug auf den Proportionalanteil sind abhängig von der differentiellen Schleifenverstärkung g gleich A _p mal A _s, wobei A _p eine konstante Proportionalverstärkung des Reglers ist und A _s die differentielle Steigung der Übertragungskennlinie.For the dimensioning of the proportional and the integral part, some relationships are clarified as follows. The control deviations with regard to the proportional component depend on the differential loop gain g equal to A _p times A _s , where A _{p is} a constant proportional gain of the controller and A _{s is} the differential slope of the transmission characteristic.

Abb. 8 zeigt die von Abb. 7 abgeleitete Kennlinie der Steigung S gleich δ R zu δ U _{e 1}. Fig. 8 shows the characteristic curve derived from Fig. 7 for the slope S equal to δ R to δ U _{e 1} .

R 1 ist ein Wert des Fotowiderstandes, der durch die Regelung eingestellt ist. Ein Widerstand R 1 erzeugt einen Spannungsabfall U _s, abhängig vom Gesamtwiderstand, der durch Referenzwiderstand 101 festgelegt ist. R _G ist die Bezeichnung für den Gesamtwiderstandswert. Im Ausführungsbeispiel ergibt sich U _s aus R 1 mal 2,5 Volt durch R _G. Diese Spannung entspricht dem Ist-Wert. R 1 is a value of the photo resistance that is set by the control. A resistor R 1 generates a voltage drop U _s , depending on the total resistance, which is determined by reference resistor 101 . R _G is the designation for the total resistance value. In the exemplary embodiment, U _s results from R 1 times 2.5 volts through R _G. This voltage corresponds to the actual value.

Ein vorgegebener Widerstandswert R 1 soll um Δ R 1 geändert werden. Zur Bestimmung der Regelabweichung des Proportionalregelanteiles wird die Schleifenverstärkung g benötigt. Mit einer Spannung U _{e 1} nach Abb. 7 ist R 1 eingestellt. Bei dieser Spannung wird die Steigung S aus Abb. 8 ermittelt. Die differentielle Widerstandsänderung δ R 1 erzeugt einen differentiellen Spannungsabfall δ U _S gleich δ R 1 mal 2,5 Volt durch R _G. Die Verstärkung der Regelstrecke A _s ist δ U _s zu δ U _{e 1}.A predetermined resistance value R 1 is to be changed by Δ R 1 . Loop gain g is required to determine the control deviation of the proportional control component. With a voltage U _{e 1} according to Fig. 7, R 1 is set. At this voltage, the slope S is determined from Fig. 8. The differential change in resistance δ R 1 produces a differential voltage drop δ U _S equal to δ R 1 times 2.5 volts through R _G. The gain of the controlled system A _s is δ U _s to δ U _{e 1} .

Praktischer ist die Kennlinie in Abb. 9, die die Steigung S abhängig vom Widerstandswert R 1 darstellt. Hier fällt ein annähernd linearer Zusammenhang auf. Bei kleinen Werten von R 1 ist die Steilheit S auf den Widerstandswert R 1 bezogen viel größer.The characteristic curve in Fig. 9, which shows the slope S as a function of the resistance value R 1 , is more practical. An almost linear relationship is striking here. With small values of R 1 , the slope S is much greater in relation to the resistance value R 1 .

Beispiel 1example 1

R _G und R 1 ist 1 MOhm. Nach Abb. 9 ist S 1 MOhm pro Volt. A _s ist gleich 2,5 Volt mal S durch R _G gleich 2,5. Die Verstärkung der Regelstrecke A _s wird bei kleineren Werten R 1 niedriger. Bei R 1 gleich 500 KOhm und 100 KOhm ist A _s gleich 1,55 und 0,5. R _G and R 1 is 1 MOhm. According to Fig. 9, S is 1 MOhm per volt. A _s is 2.5 volts times S through R _G is 2.5. The gain of the controlled system A _s becomes lower with smaller values R 1 . When R 1 is 500 KOhm and 100 KOhm, A _s is 1.55 and 0.5.

Beispiel 2Example 2

R _G ist 200 KOhm. Mit R 1 gleich 200 KOhm, 100 KOhm und 50 KOhm ist A _s gleich 4, 2,5 und 1,875. R _G is 200 KOhm. With R 1 equal to 200 KOhm, 100 KOhm and 50 KOhm, A _s is 4, 2.5 and 1.875.

Die Regelabweichung in Beispiel 1 ist bei einer Proportionalverstärkung A _p gleich eins mit A _{s mittel} gleich (1,55 + 2,5)/2, bei einer Widerstandsänderung von R 1 gleich 1 MOhm nach 500 KOhm, gleich 1/ (1 + 2,025), also 33%.The control deviation in Example 1 is for a proportional gain A _p equal to one with A _{s medium} equal (1.55 + 2.5) / 2, with a change in resistance of R 1 equal to 1 MOhm after 500 KOhm, equal to 1 / (1 + 2.025 ), i.e. 33%.

Die Regelabweichung in Beispiel 2 1/(1 + g), bei einer Widerstandsänderung von R 1 gleich 200 KOhm nach 100 KOhm, gleich 1/4,125 macht 24%.The control deviation in Example 2 1 / (1 + g) , with a change in resistance from R 1 equal to 200 KOhm to 100 KOhm, equal to 1 / 4.125 makes 24%.

Der Proportionalanteil dient der schnellen Einstellung des Fotowiderstandswertes, im Gegensatz zum relativ langsamen Integralanteil der Regelung. Dies ist besonders für hohe Werte von R _G über 200 KOhm der Fall.The proportional component is used to quickly set the photoresistor value, in contrast to the relatively slow integral component of the control. This is particularly the case for high values of R _G above 200 KOhm.

Die Charakteristik der Regelstrecke bleibt bei unterschiedlichen Gesamtwiderstandswerten R _G erhalten. Bei kleinen Widerstandswerten R _G steigt die relative Verstärkung der Regelstrecke A _s, was den kleineren Einstellzeiten der Fotowiderstände Rechnung trägt.The characteristic of the controlled system is retained at different total resistance values R _G. With small resistance values R _G , the relative gain of the controlled system A _{s increases} , which takes into account the shorter response times of the photoresistors.

Am einfachsten werden die optimalen Regelanteile experimentell ermittelt, und zwar beim maximalen Gesamtwiderstand R _{G max}. The easiest way to determine the optimal control components is experimentally, namely at the maximum total resistance R _{G max} .

Obwohl in der bevorstehenden Beschreibung nur ein spezielles Ausführungsbeispiel gegeben wurde, ist eine vielseitige Anwendung der Erfindung selbstverständlich, wobei sich der Umfang der Schaltungskomponenten entsprechend ihrem Schaltungscharakter, die Gesamtschaltung im Rahmen des Erfindungsgedankens ändern kann.Although only a special one in the upcoming description Embodiment has been given is a versatile Application of the invention, of course the scope of the circuit components according to their Circuit character, the overall circuit in the context of the inventive concept can change.

Alle vorstehend beschriebenen Merkmale können einzeln oder in beliebiger Reihenfolge erfindungswesentlich sein.All of the features described above can be used individually or be essential to the invention in any order.

Claims (5)

1. Regelschaltung zur Einstellung vorgegebener Widerstandswerte und -wertverhältnisse an Fotowiderständen, insbesondere zur Nachbildung eines potentialfrei arbeitenden Potentiometers, dessen Teilwiderstandsverhältnis mit einer Referenzspannung gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Regelstrecke mittels zweier Dioden 104, 106 bzw. 115, 117 oder 503, 505 delogarithmiert wird,
daß sie mit OPV 112 und der Beschaltung 108, 109, 111 bzw. OPV 123 und Beschaltung 119, 120, 122 oder OPV 511 mit 508, 509, 510 angepaßt wird,
und daß die Einstellung des Gesamtwiderstandswertes über OPV 107 mittels eines Referenzwiderstandes gleicher Größe erfolgt,
sowie die Einstellung der Teilwiderstandsverhältnisse unabhängig vom Gesamtwiderstandswert durch eine variable Referenzspannung zwischen zwei festen Werten.1. Control circuit for setting predetermined resistance values and value relationships on photo resistors, in particular for emulating a potential-free potentiometer, the partial resistance ratio of which is controlled with a reference voltage, characterized in that
that the controlled system is delogarithmized by means of two diodes 104, 106 or 115, 117 or 503, 505 ,
that it is adapted with OPV 112 and the wiring 108, 109, 111 or OPV 123 and wiring 119, 120, 122 or OPV 511 with 508, 509, 510 ,
and that the total resistance value is set via OPV 107 using a reference resistor of the same size,
and the setting of the partial resistance ratios independently of the total resistance value by means of a variable reference voltage between two fixed values. 2. Anpassung der Regelstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß OPV 112, 123 bzw. 511 die Regelstreckenkennlinie invertiert und eine Steuerspannung für Glühlampe 127, 128 bzw. 301 erzeugt.2. Adaptation of the controlled system according to claim 1, characterized in that OPV 112, 123 or 511 inverts the controlled system characteristic and generates a control voltage for incandescent lamp 127, 128 or 301 . 3. Steuerspannung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei maximaler Eingangsspannung gegen eine Restspannung iteriert, die zur Erzeugung einer minimalen Lichtemission der Glühlampe 127, 128 bzw. 301 nötig ist. 3. Control voltage according to claim 2, characterized in that it iterates at maximum input voltage against a residual voltage which is necessary to generate a minimum light emission of the incandescent lamp 127, 128 or 301 . 4. Steuerspannung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei minimaler Eingangsspannung die maximale Glühlampenspannung erreicht.4. Control voltage according to claim 2 and 3, characterized in that the minimum input voltage maximum incandescent lamp voltage reached. 5. Regelschaltung nach vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtschaltung bestehend aus Schaltung 200 inklusive der PI-Regler, realisiert durch OPV 205, 206 mit der zugehörigen Beschaltung 201, 202, 203, 204 bzw. 207, 208, 209, 210 sowie dem Spannungsfolger OPV 206, vorzugsweise als integrierte Schaltung realisiert wird, mit den Anschlüssen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 und den Anschlüssen für die Versorgungsspannung.5. Control circuit according to previous claims, characterized in that the overall circuit consisting of circuit 200 including the PI controller, implemented by OPV 205, 206 with the associated circuitry 201, 202, 203, 204 and 207, 208, 209, 210 and the voltage follower OPV 206 , preferably implemented as an integrated circuit, with the connections 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 and the connections for the supply voltage.