DE2618109C3 - Photometrische Schaltung mit einem Meßgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine photometrische Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 24 45 083 ist eine photometrische Schaltung mit einem Meßgerät bekannt, das zur Anzeige von APEX-Werten dient. Zum Ausgleich von Nichtlinearitäten der Anzeige ist an die Kollektor-Emitter-Strecke eines ersten Transistors ein zweiter Transistor mit seiner Basis-Emitter-Strecke angeschlossen, mit dessen Kollektor das Meßgerät verbunden ist. Bei dieser bekannten Schaltung lassen sich keine Meßgeräte mit hohem Innenwiderstand verwenden, die aber hinsichtlich ihrer Belastbarkeit günstiger sind.

Es ist ferner eine photometrische Schaltung bekannt, wie sie in den Fig. 1 und 2 der vorliegenden Anmeldung dargestellt ist. Mit dieser Schaltung kann der Strom durch das Meßgerät nicht unabhängig von dessen Innenwiderstand erhöht werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine photometrische Schaltung anzugeben, bei der der Strom durch das Meßgerät unabhängig von dessen Innenwiderstand erhöht werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch den Hauptanspruch gelöst.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 2.

Die Belastbarkeit eines Meßgerätes ist größer, wenn sein Innenwiderstand hoch ist. Bei den Pufferschaltungen, die bei Belichtungsmessern eingesetzt werden, ist jedoch die inkrementelle Änderung bzw. die Zunahme des Meßgerätestroms großes Delta i[tief]M pro Stufe von T[tief]V umgekehrt abhängig von dem Innenwiderstand des Meßgerätes. Wird also ein Meßgerät aufgrund seiner hohen Belastbarkeit ausgewählt, so hat es einen hohen Innenwiderstand, der wiederum zu einem kleinen Wert für großes Delta i[tief]M führt. Ein kleiner Wert für großes Delta i[tief]M bedeutet, daß die stufenweisen Änderungen von T[tief]V nicht leicht an der Skala des Meßgerätes abgelesen werden können. Wenn als Alternative hierzu das Meßgerät so ausgewählt wird, daß sich für jede Stufe von T[tief]V eine große Stromänderung ergibt, so ist das Meßgerät nur schwach belastbar, und es besteht die Gefahr von Defekten.

Die erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß die Pufferschaltung das Meßgerät in der Weise mit der photometrischen Schaltung verbindet, daß die inkrementelle Änderung bzw. der Zuwachs des Meßgerätestroms großes Delta i[tief]M pro Änderungsstufe von T[tief]V unabhängig von dem Innenwiderstand des Meßgerätes ist. Deshalb kann ein Meßgerät mit hoher Belastbarkeit eingesetzt werden, ohne daß hierdurch der Wert für großes Delta i[tief]M zu klein wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltdiagramm einer herkömmlichen Schaltung,

Fig. 2 eine Schaltung des Blockes 1 in Fig. 1 und

Fig. 3 eine Schaltung zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 ist eine photometrische Schaltung mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Eine mit dieser Schaltung im Prinzip übereinstimmende Schaltung ist bekannt aus der DE-PS 18 09 900. In Fig. 2 ist die Schaltung 1 nach Fig. 1 ausführlicher dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 2 ist ein zur Einstellung der Empfindlichkeit des Belichtungsmessers dienender variabler Widerstand versehen, während das Bezugszeichen 3 ein Meßgerät bezeichnet, das mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers 4 mit Spannungsfolgeraufbau verbunden ist. Der Eingang des Operationsverstärkers 4 ist an einen als Diode geschalteten Transistor 6 angeschlossen, der durch einen Konstantstrom durch eine Konstantstromanordnung 5 von einer Energiequelle V[tief]CC erregt wird.

Die in Fig. 2 gezeigte photometrische Schaltung hat den folgenden Aufbau. Der Kollektor eines Transistors 8 ist mit einem photoelektrischen Element 7 verbunden. Eine Rückkopplungsverbindung verläuft von dem Kollektor zu der Basis des Transistors 8 durch eine Pufferschaltung 9, einen variablen Widerstand 10, der in Abhängigkeit von der Empfindlichkeit des Films eingestellt werden kann, einen variablen Widerstand 11, der in Abhängigkeit von der Öffnungsgröße bzw. der Blendenöffnung des Objektivs eingestellt werden kann, und durch einen zur Einstellung bzw. Justierung der Schaltung dienenden variablen Widerstand 12. Die veränderlichen Widerstände 10, 11 und 12 werden durch einen konstanten Strom von einer konstanten Stromquelle 13 gespeist.

Da eine Rückkopplungsverbindung von dem Kollektor des Transistors 8, der einen photoelektrischen Strom i[tief]P von dem in Sperrichtung betriebenen photoelektrischen Element 7 empfängt, zu der Basis dieses Transistors hergestellt wird, hat beim Betrieb die Basis-Emitter-Spannung V[tief]C einen Wert, der von dem photoelektrischen Strom i[tief]P abhängt. Die Beziehung zwischen dem photoelektrischen Strom i[tief]P und dem Wert für die Objekthelligkeit B[tief]V im APEX-System wird durch die folgende Gleichung gegeben:

i[tief]P = i[tief]PO x 2[hoch]BV (1)

dabei ist i[tief]PO der photoelektrische Strom bei B[tief]V = 0.

Die Basis-Emitter-Spannung V[tief]C des Kompressionstransistors 8 kann ausgedrückt werden durch:

V[tief]C = (K x T/q) log (i[tief]PO x 2[hoch]BV/i[tief]O) + V[tief]BEO (2)

dabei bedeuten:

q: elektrische Ladung eines Elektrons,

K: Boltzmann-Konstante,

T: absolute Temperatur,

V[tief]BEO: Basis-Emitter-Spannung des Transistors 8,

i[tief]O: konstanter Kollektorstrom des Transistors 8 im Arbeitspunkt.

Falls es nicht anders angegeben wird, beziehen sich alle Logarithmen auf die Basis e. Die variablen Widerstände 10, 11 und 12 werden so ausgewählt, daß sie Werte R[tief]1, R[tief]2 und R[tief]3 haben, deren Beziehungen zu dem Filmempfindlichkeitswert S[tief]V und dem Blendenwert A[tief]V durch die folgenden Gleichungen (3, 4 und 5) gegeben sind:

R[tief]1 = R[tief]S x S[tief]V (3)

R[tief]2 = R[tief]S x (N - A[tief]V) (4)

R[tief]3 = R[tief]S x M (5)

dabei ist R[tief]S ein Widerstandswert, der einer Stufe von S[tief]V und A[tief]V entspricht, während N und M Konstanten sind.

Der Strom i[tief]S von der Konstantstromquelle 13 wird so eingestellt, daß er durch die folgende Gleichung (6) definiert wird:

i[tief]S = [(K x T)/(q x R[tief]S)] x log 2 (6)

Dadurch können also die Spannungen V[tief]F, V[tief]E und V[tief]D, die an den variablen Widerständen 10, 11 und 12 auftreten, ausgedrückt werden durch:

V[tief]F = (K x T/q) x S[tief]V x log 2 (7)

V[tief]E = (K x T/q) x (N - A[tief]V) x log 2 (8)

V[tief]D = (K x T/q) x M x log 2 (9)

Unter Verwendung dieser Werte kann die Ausgangsspannung V[tief]A der photometrischen Schaltung ausgedrückt werden als:

V[tief]A = V[tief]C + V[tief]F + V[tief]E + V[tief]D

= (K x T/q) (log 2) (B[tief]V + S[tief]V - A[tief]V) + V[tief]BEO

+ (K x T/q) log (i[tief]PO x 2[hoch]N + M/i[tief]O) (10)

Da (B[tief]V + S[tief]V - A[tief]V) gleich dem Belichtungswert T[tief]V ist, kann die Gleichung (10) umgeformt werden zu:

V[tief]A = (K x T/q) (log 2) T[tief]V

+ (K x T/q) log (i[tief]PO x 2[hoch]N + M/i[tief]O) + V[tief]BEO (11)

Da die in Fig. 2 dargestellte photometrische Schaltung den oben beschriebenen Aufbau hat, kann die in Fig. 1 angedeutete Schaltung auf folgende Weise betrieben werden. Nimmt man an, daß der Strom von der Konstantstromanordnung 5 i[tief]R ist, läßt sich die Basis-Emitter-Spannung V[tief]B des Transistors 6 ausdrücken durch:

V[tief]B = (K x T/q) log i[tief]R/i[tief]O + V[tief]BEO (12)

Diese Basis-Emitter-Spannung V[tief]B des Transistors 6 tritt an dem Ausgang des Operationsverstärkers 4 auf. Die an dem Meßgerät 3 und dem variablen Widerstand 2 erhaltene Spannung V[tief]M läßt sich also berechnen, indem die Gleichung (12) von der Gleichung (11) abgezogen wird, wobei angenommen wird, daß V[tief]BEO für die Transistoren 6 und 8 gleich ist; dann ergibt sich: (13)

Aus der obigen Gleichung ergibt sich also folgendes: Obwohl die Klemmenspannung des Meßgerätes proportional zu V[tief]M ist, ist die Änderung von V[tief]M für eine Stufe des Belichtungszeitwerts T[tief]V im APEX-System gleich (K x T/q) log 2, beträgt also bei 25°C ungefähr 18 mV. Aus diesem Grund beträgt der durch das Meßgerät 3 fließende Strom großes Delta i[tief]M pro 1 Stufe von T[tief]V:

großes Delta i[tief]M = (K x T/q) log 2/(R[tief]4 + R[tief]M) (14)

Hierbei wird angenommen, daß der Widerstandswert des variablen Widerstandes 2 R[tief]4 und der Innenwiderstand des Meßgerätes R[tief]M betragen. Der Wert für großes Delta i[tief]M liegt in der Größenordnung von 10 µA, weil der Innenwiderstand des Meßgerätes ungefähr 1,5 bis 2 K großes Omega beträgt.

Aus Gleichung (14) läßt sich also entnehmen, daß großes Delta i[tief]M abnimmt, wenn R[tief]M erhöht wird; dadurch ergibt sich also eine Begrenzung für die Größe des Innenwiderstandes und eine entsprechende Grenze für die mechanische Festigkeit bzw. Widerstandsfähigkeit des Meßgerätes.

In der Schaltung nach Fig. 3 kann der pro eine Stufe des oben beschriebenen Wertes durch das Meßgerät fließende Strom unabhängig von seinem inneren Widerstand beliebig ausgewählt werden, so daß ein Meßgerät mit jeder beliebigen mechanischen Festigkeit bzw. Stärke in der Kamera eingesetzt werden kann.

Im folgenden wird auf Fig. 3 Bezug genommen. Mit dem Bezugszeichen 1 ist eine photometrische Schaltung mit einem Aufbau versehen, wie er in Fig. 2 dargestellt ist. Der Kollektor eines Transistors 15, dessen Basis mit der photometrischen Schaltung 1 gekoppelt ist, ist mit einer Konstantstromquelle 14 verbunden. Weiterhin ist der Kollektor mit der Basis eines weiteren Transistors 17 verbunden, dessen Kollektor an ein Meßgerät 18, insbesondere einen Belichtungsmesser angeschlossen ist. Auf diese Weise wird eine Rückkopplungsschaltung von dem Kollektor zu dem Emitter des Transistors 15 durch das Meßgerät 18 gebildet. Mit dem Bezugszeichen 16 ist ein variabler Widerstand zur Einstellung der Empfindlichkeit des Meßgerätes 18 bezeichnet.

Die Schaltung nach Fig. 3 hat folgende Funktionsweise: Da der Transistor 15 mit einer Rückkopplungsschaltung von seinem Kollektor zu seinem Emitter durch den Transistor 17 und das Meßgerät 18 versehen ist, wird die Basis-Emitter-Spannung V[tief]G des Transistors 15 proportional zu dem konstanten Strom i[tief]L von der Konstantstromquelle 14 gemacht. Dies bedeutet also

V[tief]G = (K x T/q) log (i[tief]L/i[tief]O) + V[tief]BEO (15)

Zieht man die Gleichung (15) von der Gleichung (11) ab und nimmt an, daß V[tief]BEO für die Transistoren 8 und 15 gleich ist, so kann die Emitterspannung V[tief]H des Transistors 15 ausgedrückt werden durch

V[tief]H = V[tief]A - V[tief]G = (K x T/q) (log 2) x T[tief]V

+ (K x T/q) log (i[tief]PO x 2[hoch]N + M/i[tief]L) (16)

Steigt die Anzeige in dem Meßgerät von T[tief]V = 0 (1 sek) nach oben an, und nimmt man an, daß der Wert M so eingestellt wird, daß die folgende Bedingung erfüllt ist

2[hoch]N + M = 4 i[tief]L/i[tief]PO (17)

dann gilt:

V[tief]H = (K x T/q) (log 2) (T[tief]V + 2) (18)

Unter der Annahme, daß der Widerstandswert des zur Empfindlichkeitseinstellung dienenden Widerstandes für das Meßgerät 18 R[tief]5 beträgt, so wird der durch das Meßgerät fließende Strom i[tief]M' (19)

Aus der Gleichung (19) ergibt sich, daß die Stromänderung i[tief]M des Meßgerätes 18 pro eine Änderungsstufe des Belichtungszeitwertes ist (20)

die beliebig durch Änderung von R[tief]5 ausgewählt werden kann.

Bei der Schaltung nach Fig. 3 kann der Meßgerätstrom unabhängig von dem Wert des Innenwiderstandes des Meßgerätes erhöht werden. Dadurch ist es möglich, ein Meßgerät mit einem großen Widerstand und einer entsprechenden hohen Belastbarkeit in der Kamera zu verwenden, so daß die auf das Meßgerät zurückzuführenden Fehlerquellen bzw. Mängel verringert werden.

Obwohl die Pufferschaltung in Verbindung mit einem Belichtungsmesser für die Anzeige des Belichtungszeitwertes T[tief]V beschrieben worden ist, kann die Schaltung auch mit einem Meßgerät für die Anzeige der Blendenöffnung oder mit einem Meßgerät für die Anzeige der Objekthelligkeit verwendet werden. Der Unterschied liegt nur darin, daß in den beiden zuletzt erwähnten Fällen die an den Transistor 15 angelegte Spannung den Werten A[tief]V bzw. B[tief]V und nicht dem Wert T[tief]V entsprechen würde, wie es oben im einzelnen beschrieben wurde.

Claims (2)

1. Photometrische Schaltung mit einem Meßgerät zum Anzeigen eines APEX-Wertes, mit einem ersten Transistor, an dessen Basis ein dem APEX-Wert entsprechendes Signal legbar ist und in dessen Kollektorkreis eine Konstantstromquelle vorgesehen ist, und einer einen zweiten Transistor aufweisenden Rückkopplungseinrichtung zwischen Emitter und Kollektor des ersten Transistors, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät (18) im Rückkopplungszweig innerhalb des Emitterkreises des ersten Transistors (15) angeordnet ist und daß zwischen dem Emitter des ersten Transistors (15) und einer Bezugspotentialklemme ein die Empfindlichkeit des Meßgeräts bestimmender variabler Widerstand (16) geschaltet ist.

2. Photometrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (15) ein npn-Transistor und der zweite Transistor (17) ein pnp-Transistor ist.