DE2426443A1

DE2426443A1 - Temperature compensated logarithmic circuit - is for barrier layer photocells and has operational amplifier and potential divider

Info

Publication number: DE2426443A1
Application number: DE19742426443
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Holle
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1974-05-31
Filing date: 1974-05-31
Publication date: 1975-12-11
Also published as: JPS5132578U; JPS5716098Y2

Abstract

The circuit is made up of an operational amplifier (OP), two thermally coupled bipolar transistors (T1, T2) connected at the base and a potential divider (R1, R2) containing a thermistor (R2). One transistor is connected up as a diode and receives a current which is equal to or a little greater than the maximum photo-electric current to be measured. The other transistor lies on its emitter side on the potential divider which is connected to the output of the operational amplifier and to the fixed potential of the voltage source. The collector of the second transistor lies on the inverting input of the operational amplifier.

Description

Temperaturkompensierte Logarithmierschaltung für Sperrschicht-Fotoelemente Es ist bekannt, ein Sperrsonicht-Fotoelement über dic Eingangsk-lemmen eines Operationsverstärkers zu legen und eine Gegenkopplung mittels einer Diode oder eines Transistors zwischen den invertierenden Eingang und den Ausgang des Operationsverstärkers zu legen, so daß das Sperrschicnt-Fotoelement im Kurzschluß betrieben wird und am Ausgang des Operationsverstärkers eine Spannung abgenommen werden kann, die dem Logarithmus des Fotostromes und damit der Beleuchtungsstärke entspricht. Die Logarithmierung durch das XIalbleiterbauelement ist jedoch außerordentlich temperaturabhängig. Temperature compensated log circuit for junction photo elements It is known to use a blocking light photo element via the input terminals of an operational amplifier to put and a negative feedback by means of a diode or a transistor between to put the inverting input and the output of the operational amplifier, so that the Sperrschicnt photo element is operated in short circuit and at the output of the Operational amplifier a voltage can be picked up that corresponds to the logarithm of the photocurrent and thus the illuminance. The logarithm due to the semiconductor component, however, it is extremely temperature-dependent.

Deshalb müssen Maßnahmen zur Temperaturkompensation getroffen werden.Therefore measures for temperature compensation have to be taken.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine solche temperaturkompensierte Schaltung anzugeben. Damit die Schaltung vielseitig, z.B. auch in kleinen Geräten, z.B. in den Belichtungsmesserschaltungen von fotografischen Kameras, verwendbar ist, muß die Schaltung folgende Bedingungen erfüllen: Die Schaltung darf nur einen Operationsverstärker verwenden, der von einer kleinen Batterie mit etwa 4 V Spannung betrieben erden kann. Dem Operationsverstärker müssen bei sehr kleinen Fotoströmen zwei Sourcefolger aus zwei Junction FET's vorgeschaltet sein, und die Ausgangsspannung soll mit niedriger Impedanz zur Verfügung stehen.The present invention is therefore based on the object of a specify such a temperature-compensated circuit. So that the circuit is versatile, e.g. also in small devices, e.g. in the light meter circuits of photographic Cameras, is usable, the circuit must meet the following conditions: The circuit may only use an op amp powered by a small battery can be operated with a voltage of around 4 V. The op amp must be very small photo currents two source followers from two junction FETs must be connected upstream, and the output voltage should be available with low impedance.

Diese Aufgabe ist durch eine Schaltung gelöst, welone aus einem Operationsverstärker, zwei thermisch gekoppelten, basisseitig verbundenon bipolaren Transistoren und einem einen Thermistor beinhaltenden Spannungsteiler aufgebaut ist, wobei der eine Transistor als Diode geschaltet ist und einen Strom zugeführt bekommt, der gleich oder etwas größer als der größte zu messende Fotostrom ist, während der andere Transistor emitterseitig an dem Spannungsteiler liegt, der einerseits mit dem Ausgang des Operationsverstärkers und andererseits mit dem Festpotential der Spannungsquelle verbunden ist, und daß der Kollektor des zweiten Transistors an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers liegt.This task is solved by a circuit that welone off one Operational amplifier, two thermally coupled, base-side connected bipolar Transistors and a thermistor including a voltage divider built is, wherein the one transistor is connected as a diode and a current is supplied which is equal to or slightly larger than the largest photocurrent to be measured, while the other transistor on the emitter side is connected to the voltage divider, on the one hand with the output of the operational amplifier and on the other hand with the fixed potential the voltage source is connected, and that the collector of the second transistor is at the inverting input of the operational amplifier.

Diese Schaltung ist in der Zeichnung dargestellt und nachstehend beschrieben.This circuit is shown in the drawing and described below.

Zwischen dem Plus-Potential 1 und dem Minus-Potential 2 ist ein Operationsverstärker OP angeordnet, zwischen dessen Eingängen ein Sperrschicht-Fotoelement PE liegt. Dieses Element ist auf der einen Seite mit dem Kollektor eines Transistors T2 verbunden, dessen Basis mit der Basis eines weiteren Transistors T1 gekoppelt ist. Beide Transistoren sind thermisch gekoppelt. Der Transistor T1 liegt in Serienschaltung mit einem Widerstand zwischen den Potentialen 1 und 2 und besitzt eine leitende Verbindung zwischen seinem Kollektor und seiner Basis.Between the plus potential 1 and the minus potential 2 is an operational amplifier OP arranged, between whose inputs a barrier layer photo element PE is located. This element is connected on one side to the collector of a transistor T2, whose base is coupled to the base of a further transistor T1. Both transistors are thermally coupled. The transistor T1 is connected in series with a resistor between the potentials 1 and 2 and has a conductive connection between his Collector and its base.

Zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers OP und dem Plus-Potential 1 liegt ein Spannungsteiler, bestehend aus einem Widerstand R1 und einem Thermistor R2. An diesem Spannungsteiler liegt der Emitter des Transistors T2.Between the output of the operational amplifier OP and the positive potential 1 is a voltage divider, consisting of a resistor R1 and a thermistor R2. The emitter of transistor T2 is connected to this voltage divider.

Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist wie folgt: Das beleuchtete Sperrschicht-Fotoelement PE zieht einen Strom vom Kollektor des Transistors T2. Da die Basis des Transistors T2 durch den Transistor T1 (Diode) auf einem festen Potential gehalten wird, muß sich eine Spannung von UBE T1 - UBE T2 über dem Emitterwiderstand R1 einstellen.This circuit works as follows: That Illuminated junction photo element PE draws a current from the collector of the transistor T2. Since the base of the transistor T2 through the transistor T1 (diode) on a fixed Potential is held, a voltage of UBE T1 - UBE T2 must be across the emitter resistor Set R1.

Da der Emitterwiderstand ein Teil des Spannungsteilers R2, R1 ist, der zwischen der Versorgungsspannung und dem Ausgang des Operationsverstärkers OP liegt, stellt sich der Ausgang des Operationsverstärkers auf ein entsprechendes Potential ein. bei einer größeren Beleuchtung wird ein größerer Strom vom Transistor T2 gezogen. Dies bedingt eine größere Spannung UBE T2 und damit eine kleinere Spannung über dem Emitterwiderstand R1. Somit wird die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers entsprechend ansteigen, um diese Bedingungen zu erfüllen.Since the emitter resistor is part of the voltage divider R2, R1, between the supply voltage and the output of the operational amplifier OP the output of the operational amplifier is set to a corresponding one Potential a. with greater lighting, a greater current is drawn from the transistor T2 pulled. This requires a higher voltage UBE T2 and thus a lower voltage across the emitter resistor R1. Thus, the output voltage of the operational amplifier increase accordingly to meet these conditions.

Durch das Verhältnis des Spannungsteilers 22 R1 läßt sich die Spannungsänderung je Lichtwert wählen. Bei sehr großer Beleuchtung muß die Spannung über dem Emitterwiderstand R1 gegen 0 Volt gehen.The voltage change can be determined by the ratio of the voltage divider 22 R1 choose for each light value. With very large lighting, the voltage must be across the emitter resistor R1 go towards 0 volts.

Die beiden thermisch gekoppelten Transistoren T1, T2 haben die gleichen Eigenschaften, d.h. bei gleicher Temperatur und gleichem Strom eine maximale Spannungsdifferenz UBE von wenigen Millivolt pro Dekade. Dem Transistor T1 wird ein fester Strom eingeprägt, der etwa gleich groß oder etwas größer als der größte zu messende Fotostrom ist.The two thermally coupled transistors T1, T2 are the same Properties, i.e. a maximum voltage difference at the same temperature and the same current UBE of a few millivolts per decade. A fixed current is impressed on the transistor T1, which is about the same size or slightly larger than the largest photocurrent to be measured.

Die Steilheitsänderungen bei den verschiedenen Temperaturen werden durch ein temperaturabhängiges Netzwerk kompensiert. Dieses Netzwerk bestent aus einem Halbleiter mit dazugeschaltetem Widerstand. Dieses Netzwerk stellt den Thermistor R2 dar und bildet mit dem Emitterwiderstand den Spannungsteiler und verändert somit je nach Temperatur die Verstärkung. Dadurch wird die Steilheitsänderung bei den verschiedenen Temperaturen kompensiert.The changes in slope at the different temperatures are compensated by a temperature-dependent network. This network looks great a semiconductor with an added resistor. This network represents the thermistor R2 represents and forms with the emitter resistor the voltage divider and thus changes the gain depending on the temperature. This will change the slope compensated at the different temperatures.

Der Operationsverstärker OP habe an seinem Eingang zwei FETts (bzw. bei einem billigen Operationsverstärker seien zwei FET's als Sourcefolger vorgeschaltet). Bei n-Kanal-FETts müssen wegen der Pinch-Off-Spannungen die Gates zumindest annähernd am Minus-Pol liegen, wenn eine Batterie von nur wenigen Volt ausreichen soll. Um bei der kleinen Batteriespannung eine große Aus steuerung (Ausgangsspannungshub) zu ermöglichen, wird als Logarithmierglied ein pnp-Transistor T2 benutzt, dessen Partner T1 am positiven Batteriepol liegt.The operational amplifier OP has two FETts (resp. in the case of a cheap operational amplifier, two FETs are connected upstream as source followers). In the case of n-channel FETs, the gates must be at least approximately due to the pinch-off voltages on the minus pole if a battery of just a few volts is supposed to be sufficient. Around With the low battery voltage, a large modulation (output voltage swing) to enable a pnp transistor T2 is used as the logarithmic member, whose Partner T1 is on the positive battery pole.

(Es können aber auch p-Kanal-FETts und entsprechend npn-Transistoren benutzt werden, wobei sich die Polaritäten umkehren.) Außer für die Stromeinstellung des Transistors T1 benötigt die Schaltung keine Stabilisierung, da die Kollektorstrecke des Transistors T2 Spannungsänderung aufnimmt. Die Ausgangsspannung ist auf den Plus-Pol der Batterie (bzw. auf den Emitter des Transistors T1) zu beziehen.(However, p-channel FETts and corresponding npn transistors can also be used can be used, reversing the polarities.) Except for the current setting of the transistor T1, the circuit does not need any stabilization because the collector path of the transistor T2 picks up voltage change. The output voltage is on the Refer to the positive pole of the battery (or to the emitter of transistor T1).

Claims

Claim

Temperature compensated log circuit for junction photo elements, characterized in that it consists of an operational amplifier (OP), two thermal coupled, base-side connected bipolar transistors (T1, to T2) and one a thermistor (R2) containing voltage divider (R1, R2) is constructed, wherein to which a transistor (T1) is connected as a diode and is supplied with a current, which is equal to or slightly larger than the largest photocurrent to be measured, during the the other transistor (T2) on the emitter side is connected to the voltage divider (R1, R2) which on the one hand with the output of the operational amplifier (OP) and on the other hand with the Fixed potential of the voltage source is connected, and that the collector of the second Transistor (T2) is connected to the inverting input of the operational amplifier. L. e e r e i t e