DD223316A1 - Kurzschlussfester optoelektronischer schwellwertschalter mit standardisiertem ausgangspegel - Google Patents

Abstract

DIE ERFINDUNG BEINHALTET EINEN KURZSCHLUSSFESTEN OPTOELEKTRONISCHEN SCHWELLWERTSCHALTER MIT STANDARDISIERTEM OPTISCHEN AUSGANGSPEGEL. DIE ERFINDUNG IST DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS EINE LICHTEMITTERDIODE (V 1) UND EIN FOTOTRANSISTOR (V 3) OPTISCH GEKOPPELT SIND. INNERHALB DER OPTISCHEN STRECKE KANN SICH EIN LICHTSCHWAECHENDES MEDIUM (1) BEFINDEN. DIE TRANSISTOREN (V 3) UND (V 2) SIND ALS DARLINGTONSTUFE GESCHALTET UND AM KOLLEKTOR DES TRANSISTORS (V 2), DESSEN EMITTER MIT DEM BEZUGSPOTENTIAL VERBUNDEN IST, IST DAS DISKRETE AUSGANGSSIGNAL (+U TIEF A) ABGREIFBAR. DER EMITTER IST UEBER DEN BEGRENZUNGSWIDERSTAND (R 2) MIT DER KATODE DER LICHTEMITTERDIODE (V 1) VERBUNDEN UND DORT AN DEN VORWIDERSTAND (R 1) ANGESCHLOSSEN, DESSEN ZWEITER ANSCHLUSS MIT DEM BEZUGSPOTENTIAL VERBUNDEN IST. DIE ANODE DER LICHTEMITTERDIODE (V 1) IST AN DIE BETRIEBSSPANNUNG (+U TIEF B) ANGESCHLOSSEN.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Schwellwertschalter zur Umwandlung eines analogen optischen Signales in ein diskretes eiektrisches Signal mit standardisiertem logischem Signalpegei, dessen Ausgang kurzschlußfest ist. ,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

. Es ist bekannt, Lichtschranken bzw. optische Schalter zur Abtastung von Informationen zu verwenden, bei denen dem Strahlungsempfänger ein bekannter Schwellwertschalter nachgeordnet ist, um eine gewünschte Flankensteilheit zu erreichen. Die Zuordnung eines Schwellwertschalters zu.einem Strahlungsempfänger stellt einen beträchtlichen schaltungstechnischen Aufwand dar, der nicht vertretbar ist. . .

Außerdem besteht der Nachteil, daß konstruktive Bedingungen es häufig nicht ermöglichen, den notwendigen Schwellwertschalter unmittelbar dem Strahlungsempfänger zuzuordnen. Eine solche direkte Zuordnung ist besonders-unter dem Gesichtspunkt wünschenswert, wenn die Einstreuung von Störsignalen vermieden werden soll. In der DE-OS 2318835 wird eine Lichtschranke vorgeschlagen, die die genannten Nachteile insofern beseitigen soli, indem optischer Sender und optischer Strahlungsempfänger in Reihe geschaltet sind, Durch diese Reihenschaltung wird ein " .· Mitkopplungseffekt erzielt, der der Anordnung den Charakter eines Schweliwertschalters verleiht. Damit kann besonders eine Flankenverbesserung erzielt werden. Die dazu vorgeschlagenen Ausführungsbeispiele weisen jedoch erhebliche Mängel auf, die sich einerseits für einen robusten Industrieeinsatz nachteilig auswirken können, und andererseits sowohl ungünstige Voraussetzungen für eine einwandfreie störungsfreie Dynamik der Anordnung in sich bergen, als auch teilweise zusätzliche Schaltungsmaßnahmen in Form einer Kompensationsspannung benötigen, wenn das Ausgangssignal einen standardisierten Pegel darstellen soll.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung bezweckt, mit einfachen schaltungstechnischen Mitteln eine Anordnung für einen optoelektronischen Schwellwertschalter zu finden, dessen Ausgangssignal kurzschlußfest ist und einen standardisierten logischen Signalpegel darstellen kann, wobei die bekannten Nachteile beseitigt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen schaltungstechnischen Mitteln einen optoelektronischen Schwellwertschalter zu schaffen, dessen Ausgangssignal kurzschlußfest ist und ohne zusätzliche Schaltungsmaßnahmen einen standardisierten logischen Signalpegel darsteilen kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Lichtemitterdiode optisch mit der Basis eines Fototransistors gekoppelt ist und sich innerhalb der optischen Strecke ein lichtschwächendes Medium befinden kann, wobei die Anode der Lichtemitterdiode an die positive Betriebsspannung der Anordnung angeschlossen ist und die Katode einerseits durch einen Vorwiderstand, der auch nichtlinear sein kann, mit dem Bezugspotentiai der Anordnung und andererseits durch einen Begrenzungswiderstand mit dem Kollektor eines npn-Transistors verbunden ist, wobei am Kollektor eines npn-Transistors das diskrete Ausgangssignal verfügbar ist und der Emitter des npn-Transistors mit dem ßezugspotential verbunden ist, wobei die Basis des npn-Transistors direkt oder über einen Widerstand mit dem Emitter des Fototransistors und der Emitter des Fototransistors über einen Widerstand am Bezugspotential angeschlossen und der Kollektor des Fototransistors direkt oder über einen weiteren Widerstand mit der positiven Betriebsspannung verbunden ist. '

Die gestellte Aufgabe kann erfindungsgemäß auch so gelöst sein, daß die Lichtemitterdiode mit ihrer Katode an der negativen Betriebsspannung angeschlossen ist und die Anode einerseits über einen Vorwiderstand mit dem Bezugspotential und andererseits über einen weiteren Begrenzungswiderstand mit dem Kollektor eines pnp-Transistors verbunden ist, wobei am Kollektor dieses pnp-Transistors das diskrete Ausgangssignal verfügbar und der Emitter des pnp-Transistors am

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Bezugspotential angeschlossen ist. Die Basis des pnp-Transistors ist direkt oder über einen Widerstand mit dem Kollektor des

Fototransistors verbunden.

Der Kollektor des Fototransistors kann über einen Widerstand am Bezugspotential angeschlossen sein und der Emitter des Fototransistors ist entweder direkt oder über einen weiteren Widerstand mit der negativen Betriebsspannung verbunden. Bei den erfindungsgemäßen Lösungen können die Widerstände auch durch Widerstandskombinationen ersetzt sein.

Mit diesen Lösungen wird die Aufgabenstellung erfüllt. _u__ _:

Aüsführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an 2 Ausführungsbeispielen erläutert werden. ' .

In der Zeichnung zeigen: ~ '

Figur i: Kur2schlußfester optoelektronischer Schwellwertschalter für positives diskretes Ausgangssignal, ' - . '

Figur 2: Kurzschlußfester optoelektronischer Schwellwertschalter für negatives diskretes Ausgangssignal. .

In Figur.1 ist die Lichtemitterdiode V1 mit der Anode an der positiven Betriebsspannung +U₈ angeschlossen. Die Katode der Lichtemitterdiode V1 ist mit dem Vorwiderstand RT und dem Begrenzungswiderstand R2.verbunden. Der Vorwiderstand R1 ist am Bezugspotential und der Begrenzungswiderstand R2 am Kollektor des npn-Transistors V2 angeschlossen. Am Kollektor des npn-Transistors V2 ist das diskrete Ausgangssignal +U_A abgreifbar. Der npn-Transistor V2 ist mit seinem Emitter am Bezugspotential angeschlossen und die Basis des npn-Transistors V2 ist entweder direkt oder über den Widerstand R 3mit dem Emitterdes Fototransistors V 3 verbunden. Vom Emitter des Fototransistors V3 führt ein Widerstand R 5 zum Bezugspotential. Der Kollektor des Fototransistors V3 ist entweder direkt oder über einen Widerstand R4 an der Betriebsspannung .+U₈ angeschlossen. Zwischen der Lichtemitterdiode V1 und der Basis des Fototransistors V3 befindet sich das Strahlungsschwächende Medium 1. Im so dargestellten Zustand ist die optische Strahlung zwischen der Lichtemitterdiode V1 und dem Fototransistor V3 unterbrochen. Der Fototransistor V3 sperrt und der npn-Transistor V2 sperrt ebenfalls. Dabei besitzt das diskrete Ausgangssignal + U_A am Kollektor von npn-Transistor V2 „High"-Pote'ntial, das kurzschlußfest abgegriffen werden kann. Das diskrete Ausgangssignal +U_Akann den Standardbedingungen durch die Wahl der Betriebsspannung +U₈ angepaßt werden. In diesem Zustand wird der erforderliche Strom für die Lichtemitterdiode V1 durch den Vorwiderstand RT festgelegt. Wird nun das Strahlungsschwächende Medium'1 langsam zwischen Lichtemitterdiode V1 und Fototransistor V3 .antfernt/bjs,die Strahlung der Li.chtennitjerdjode Y1 auf die Basis d.es Fototransistors V3 irifftr so beginnt der Fototransistor V3 in den leitenden Zustand überzugehen. Gleichzeitig wird damit der npn-Transistor V2 angesteuert, wobei die Widerstände R3 bzw. R 5 entscheidend für die Stromauf nähme der. Basis des npn-Transistors V 2 sind. Dadurch wird die Empfindlichkeit der Anordnung.festgelegt. Durch die Ansteuerung des npn-Transistors V2 beginnt dieser ebenfalls in den leitenden Zustand überzugehen und der Stromfiuß durch die Lichtemitterdiode V1 nimmt über den Begrenzungswiderstand R2 zu, so daß der Übergang vom gesperrten in den leitenden Zustand des npn-Transistors V2 schlagartig zunimmt, daß die Strahlung der .Lichtemitterdiode Vt ebenfalls durch die Mitkopplung über den Begrenzungswiderstand R2 zunimmt Nach diesem Vorgang nimmt dann der Kollektor des npn-Transistors.V 2 nahezu 8ezugspotential an, womit gesichert ist, daß das diskrete Ausgangssignal 4-U_A einen standardisierten „Low"-Pegel annimmt.

Die Anordnung,nach Figur 2 besitzt einen ähnlichen Aufbau wie nach Figur 1. Statt.des npn-Transistors V2 ist ein pnp-Transistor V4 eingesetzt, dessen Basis über den Widerstand R 6 oder direkt mit dem Kollektor des Fototransistors V3 verbunden ist. Der Emitter des Fototransistors V3 ist an negative Betriebsspannung. -U₃ angeschlossen. Die Lichtemitterdiode V1 ist mit der Katode an die Betriebsspannung -O₈ angeschlossen. Die Anodeliegt am Vorderwiderstand R1 und am BegrenzUngswidsrstand R2. . . ...... ;.: .. ,,'..·,:;. . :' , .. , ; ;. · \_:;,..·.. .;' :.. ... . -, ; . . . ·,

Auf die Widerstände R7 und R8 wurde verzichtet. Das funktionell Verhalten der Anordnung ist prinzipiell mit der Anordnung nach Figur 1 erläüterbar. Das diskrete Ausgangssignal —U_A nimmt jedoch bei gesperrter Lichtzufuhr durch das s.trahlungsschwächende Medium'T ' .

„Low—Potential mit — U_A = -Us und bei freier Lichtzufuhr „High"-Potential mit -U_A = 0 ' an. . ...''. . · - '

Diese Anordnung ist für die Ansteuerung einer negativen Logik verwendbar. ,

Claims (6)

1. Erfindungsansprüche: *

   1. Kurzschlußfester optoelektronischer Schwellwertschalter mit standardisiertem logischen Ausgangspegel, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtemitterdiode (V1) und ein Fototransistor (V3) optisch gekoppelt sind und sich innerhalb der ptischen Strecke ein lichtschwächendes Medium (1) befinden kann, daß die Transistoren {V3) und (V2) als Darlingtonstufe geschaltet sind und am Kollektor des Transistors (V2), dessen Emitter mit dem Bezugspotential verbunden ist, das diskrete Ausgangssignal ( + U_A) abgreifbar ist, der über den Begrenzungswiderstand (R2) mit der Katode der Lichtemitterdiode (V 1) verbunden und dort an den Vorwiderstand (R 1) angeschlossen ist, dessen zweiter Anschluß mit dem Bezugspoteritial verbunden ist und die Anode der Lichtemitterdiode (V1) an die Betriebsspannung ( + U₈) angeschlossen ist. · '
2. 2. Optoelektronischer Schwellwertschalter nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß Figur 2 das diskrete Ausganggsignal (-Ua) negativ und der Transistor (V4) vom pnp-Typ ist, daß der Emitter des Fototransistors (V3) und die Katode der Lichtemitterdiode (V 1) an die Betriebsspannung (-U₈) angeschlossen sind und deren Anode mit dem Vorwiderstand (R 1) und dem Begrenzungswiderstand (R2) verbunden ist.
3. 3. Optoelektronischer Schwellwertschalter nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß Figur 1. zwischen Kollektor des Fototransistors (V3) und Betriebsspannung (+U_B) der Widerstand (R4) und/oder zwischen dem Emitter des Fototransistors (V3) und Bezugspotential der Widerstand (R 5) und/oder zwischen Emitter von Fototransistor (V3) und 8asis des npn-Transistors (V2) der Widerstand (R3) geschaltet ist. . .
4. 4. Optoelektronischer Schwellwertschalter nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß Figur 2 zwischen Emitter des Fototransistors (VSl.und Betriebsspannung (-U₈) der Widerstand (R8) und/oder zwischen Kollektor des Fototransistors· (V3) und Bezugspotential der Widerstand (R 7) und/oder zwischen Kollektor von Fototransistor (V3) und Basis des Transistors (V4) der Widerstand (R 6) geschaltet ist.
5. 5. Optoelektronischer Schwellwertschalter nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (R3), (R4), .(R 5) bzw. (R6), (R7), (R8) eine Widerstandskombination bilden.
6. 6. Optoelektronischer Schwellwertschalter nach Punkt .1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand (R 1) nichtlinear ist. ' . '

   Hierzu 1 Seite Zeichnungen .' '