DE3605488A1

DE3605488A1 - Detektorvorverstaerker

Info

Publication number: DE3605488A1
Application number: DE19863605488
Authority: DE
Inventors: Robert A. Bethel Conn. Hoult; Robert P. Newtown Conn. Ragusa
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1985-02-21
Filing date: 1986-02-20
Publication date: 1986-08-21
Anticipated expiration: 2006-02-21
Also published as: GB2171512B; US4682022A; JPS61193508A; JPH0783220B2; GB8601999D0; DE3605488C2; GB2171512A

Description

Detektorvorverstärker Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verstärkerschaltungen und Signalüberwachungsnetzwerke im allgemeinen und insbesondere auf einen Vorverstärker für einen Detektor des Quecksilber-Cadmium-Tellur/Tellurid

(MCT)-Types oder des lichtempfindlichen Types. 10

Verschiedene Typen von Vorverstärkerschaltungen für die Verwendung mit MCT-Detektoren wurden bereits vorgeschlagen.

Allerdings halten bekannte MCT-Detektorvorverstärker

einen festen Strom durch den MCT-Detektor aufrecht und messen die Spannung, die über den MCT-Detektor erzeugt wird. Daher wird letztlich typischerweise die Widerstandsänderung überwacht, die durch die Beleuchtung 20

oder das einfallende Licht verursacht wird, anstatt die Veränderung der Leitfähigkeit durch den MCT-Detektor zu überwachen. Diese Technik hat im allgemeinen zu Messungen geführt, denen ein nicht lineares

Ausgangsverhalten anhaftet.
25

Somit haben die oben beschriebenen Vorverstärker nach dem Stand der Technik erhebliche Nachteile beim Einhalten ihrer Betriebsbedingungen des Aufrechterhaltens eines festen Stromes durch den Lichtdetektor während der Messung der über diesen erzeugten Spannung.

¹J. Die vorliegende Erfindung schlägt einen neuen Lösungsweg ein und betrifft Schaltungsmerkmale, die derart

miteinander kombiniert sind, daß im wesentlichen eine 35

Lösung der Schwierigkeiten und Probleme erreicht wird und die im allgemeinen ungenaue Messung vermeidet, die

beim Stand der Technik aufgetreten ist und hingenommen wurde.

Beispielsweise bedient sich die vorliegende Erfindung im völligen Gegensatz zum Stand der Technik einer Vorverstärkerschaltungsanordnung oder eines Netzwerkes zum Aufrechterhalten einer im wesentlichen festen Spannung über den MCT-Detektor beim Messen oder Erfassen eines Stromes aufgrund des sich verändernden Lichteinfalles.

Allgemein ausgedrückt ist erfindungsgemäß ein Vorverstärker insbesondere zur Verwendung mit einem MCT-Detektor vorgesehen, der folgende Merkmale aufweist:

Eine Einrichtung zum Erzeugen eines auswählbaren Dunkelstromes oder statischen Stromes und eines dynamischen Stromes, der sich allgemein in Abhängigkeit zu Änderungen des einfallenden Lichtes auf den MCT-Detektor

ändert, um einen veränderlichen Strom zu erzeugen, 2Ü

auf dem ein Ausgangssignal basiert oder aufgrund dessen ein Ausgangssignal bestimmt wird, das Veränderungen des einfallenden Lichtes anzeigt; und

eine positive Rückkopplungseinrichtung zum Erzeugen 25

eines Spannungs-ZStrom-Signales zum im wesentlichen Beseitigen oder Ausräumen der Widerstandseffekte, die durch den Streuwiderstand des MCT-Detektors auf das Ausgangssignal einwirken.

Darüberhinaus ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen neuen Vorverstärker anzugeben.

Ferner -ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen

neuen und verbesserten Vorverstärker für Quecksilber-35

Cadmium-Te 1-1-ur id -Detektor en anzugeben..

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Vorverstärker zu schaffen, der im wesentlichen eine konstante oder feste Spannung über einen MCT-

Detektor aufrechterhält,
ο

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung eines Vorverstärkers, der den Strom durch einen MCT-Detektor im wesentlichen proportional zu dem einfallenden Licht auf den MCT-Detektor verändert.

Sin weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung eines Vorverstärkers, der im wesentlichen eine feste Spannung aufrechterhält, während sich der

Strom durch den MCT-Detektor bei Änderung des einfallen-15

den Lichtes ändert.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung eines Vorverstärkers, der von einer positiven Rückkopplung Gebrauch macht, um durch einen NuIl-20

versatz (Offset) ungewünschte Signalkomponenteninformationen zu beseitigen oder auszuräumen.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in

der Schaffung eines Vorverstärkers mit verbesserter 25

Linearität.

Wiederum ein Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung eines Vorverstärkers für einen Lichtdetek-

tor, dessen Ausgangsspannung linear von dem Pegel des 30

einfallenden Lichts abhängt, und der ein relativ niedriges Rauschen erzeugt.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in

der Schaffung eines Vorverstärkers, der im wesentlichen 35

Änderungen in der Leitfähigkeit in einem Detektor bei Änderung des auf diesen einfallenden Lichtes erfaßt.

χ 'HO-

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Vorverstärkers gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 2 ein Schaltungsdiagraram des in Fig. 1 gezeigten Vorverstärkers.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile.

Fi^. 1 zeigt ein Blockdiagramm des bevorzugten Ausführungsbeispiels des Vorverstärkers 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, der über einen Quecksilber-Cadmium-Tellurid (MCT)-Detektor oder lichtempfindlichen Detektor

11 angeschlossen ist. Der Schaltungsaufbau des Vorver-20

stärkers 10 basiert im wesentlichen auf der vermuteten bzw. entdeckten Äquivalenzschaltung für den Detektor 11, die innerhalb des Blockes 11 dargestellt ist.

Die Anmelder haben herausgefunden, daß die Betriebs-25

charakteristika eines (MCT)-Detektors 11 im wesentlichen durch eine Äquivalenzschaltung oder Ersatzschaltung mit folgenden Merkmalen dargestellt werden können: einem festen Leitwert G , durch den der Dunkel-

strom bzw. der statische Strom des Detektors fließt; 30

einem zweiten Leitwert G in Parallelschaltung zum Leitwert G , dessen Leitfähigkeit sich proportional zur Be-

0
lichtung oder zum einfallenden Lieht ändert; und einem

festen Streu-Reihenwiderstand R . Bei einem derartigen

Verständnis der Charakteristika des (MCT)-Detektors 11 35

hat man herausgefunden, daß bei Vorverstärkern nach dem Stand der Technik sich eine im wesentlichen nicht

lineare Ausgangsgröße ergibt, da diese Vorverstärker nach dem Stand der Technik üblicherweise einen festen Strom durch den (MCT)-Detektor aufrechterhalten, während

die Spannung gemessen wird, die über diesen Detektor ab-5

fällt.

Demgemäß liegt das Grundkonzept der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines Vorverstärkers wie beispielsweise des Vorverstärkers 10, durch den ein dynamischer Strom I , der durch den Detektor 11 fließt, sich

in Abhängigkeit von Änderungen der Beleuchtung oder Belichtung ändert, während eine Signalkomponente zum im wesentlichen Beseitigen der das Signal beeinträchtigenden Effekte des Streuwiderstandes R auf die überd

wachte Signalinformation eingeführt wird.

Zum Erleichtern des Verständnisses sei zunächst angenommen, daß ein Dunkelzustand vorliegt, d. h. ein

Zustand einer geringen oder nicht vorhandenen Be-20

lichtung des Detektors 11. In dem Dunkelzustand dee Detektors 11 wird die statische Stromquelle 12 derart eingestellt, daß sie einen statischen Strom I

si dem Detektor 11 zuführt.

Die statische Stromquelle 12 kann einen üblichen Aufbau haben, bei dem beispielsweise eine (nicht dargestellte) Schaltdraht-Auswahlvorrichtung zum Einstellen dee statischen Stromes I innerhalb des empfohlenen Bereiches

si

für den speziellen, verwendeten Detektor 11 vorgesehen 30

ist.

Der Vorverstärker 10 wird eingestellt oder voreingestellt, wie nachfolgend näher erläutert wird, um einen zweiten statischen Strom I zu erzeugen, welcher einen s2

Vorstrom für den Vorverstärker 10 aufweist.

./ja.

Die statischen Ströme I und I bilden eine Spannung

si s2

über den Detektor 11. Dieser Spannungswert wird im wesentlichen konstant während de3 Betreibes des Vorverstärkers 10 gehalten, wie nachfolgend näher erläutert 5

wird.

Es sei angenerkt, daß bei einem Dunkelzustand der Detektor 11 einen (statischen) Widerstandswert über die Klemmen 13 und 14 aufweist. Allerdings nimmt bei Lichteinfall auf den Detektor 11 dessen Leitfähigkeit zu, d. h. der wirksame Widerstand über die Klemmen 13 und 14 wird vermindert, was zu einer Tendenz der Verminderung der momentanen Spannung führt.

Wie oben erwähnt wurde, macht der Verstärker 10 gemäß der vorliegenden Erfindung von einer neuen Vorgehensweise des im wesentlichen Konstanthaltens der Spannung über den Detektor 11 Gebrauch, während der hierfür t>e-

nötigte Strom erfaßt und überwacht wird. 20

Die Spannung über den Detektor 11 wird im wesentlichen durch die Wirkung eines Servo-Schleifen-Netzwerkes 16 bis 21 konstant gehalten. Das Servo-Schleifen-Netzwerk

16 bis 21 hat einen Signalpegeldetektor oder Signal-25

spannungsverstärker mit Rückkopplungseingang 16, einen Summations-(Operations-)Verstärker 17, eine Frequenzkompensationsschaltung 18, einen Pegelschieber 19, einen Stromtreiber 20 und ein Rückkopplungs-(Widerstands-)

Element 21.
30

Während des Betriebes wird ein Signal über die Leitung 25 zum Summationsverstärker 17 geführt, wenn ein (momentaner) Spannungsabfall an dem Verbindungspunkt 24 durch

den Signalpegeldetektor 16 erfaßt wird. Das Ausgangs-35

signal des Summationsverstärkers 17 ist über ein Frequenzkompensationsnetzwerk oder eine Schaltung 18

η.

mit dem Eingang des Pegelschiebers 19 verbunden. Der Pegelschieber 19 spricht auf dieses Signal an und veranlaßt den Stromtreiber 20, über das Rückkopplungsgerät einen dynamischen Strom I auf einen derartigen Pegel d

einzustellen, daß die Spannung über den Detektor 11 im wesentlichen fest oder konstant gehalten wird. Auf diese Art wird der dynamische Strom I durch das Rückkopplungs-

d
gerät 21 und den Detektor 11 proportional zur Änderung

der Leitfähigkeit über den Detektor 11 zugeführt.

Wenn während des Betriebes ein (momentaner) Spannungsabfall an dem Verbindungspunkt 24 durch den Signalpegeldetektor 16 erfaßt oder detektiert wird, wird ein Signal

über die Leitung 25 zun Summationsverstärker 17 zugeführt. 15

Das Ausgangssignal des Summationsverstärkers 17 wird einem

Frequenzkompensationsnetzwerk oder einer Schaltung 18 ara Eingang des Pegelschiebers 19 zugeführt. Der Pegelschieber 19 reagiert auf dieses Signal und veranlaßt den Stromtreiber 20 dazu, über das Rückkopplungsgerät 21 einen Pegel 20

des dynamischen Stromes I zu erzeugen, um die Spannung

d
über den Detektor 11 im wesentlichen fest oder konstant

zu halten. Auf diese Weise wird der dynamische Strom I

d durch das Rückkopplungsgerät 21 und den Detektor 11

proportional zur Leitfähigkeitsänderung über den Detektor 25

11 zugeführt.

Es sei angemerkt, daß das obenbeschriebene Servo-Schleifen-Netzwerk 16 und 21 bei einer daraufhin auftretenden Absenkung der Belichtung des Detektors 11 eine Verminderung 30

des dynamischen Stromes I bewirkt, der über das Rück-

d
kopplungsgerät 21 dem Detektor 11 zugeführt wird, wobei dies wiederum auf proportionale Weise geschieht, um den im wesentlichen vorbestimmten Dunkelspannungspegel über

den Detektor 11 aufrechtzuerhalten. Unglücklicherweise 35

bewirkt der Streuwiderstand R einen erheblichen, uner-

d
wünschten Spannungsabfall, der dann, wenn er unkompen-

siert bliebe, eine lineare Heßausgangsgröße verhindern würde.

Die Wirkung des Streuwiderstandes wird im wesentlichen 5

durch Einführen eines gleich großen, jedoch negativen Widerstandswertes in das Vorverstärkerschaltungsnetzwerk 10 beseitigt. Der negative Widerstand wird erzeugt, indem die Spannung über den Detektor 11 proportional zur Änderung des Stromes I um einen Faktor ansteigt, der dem Widerstandswert R entspricht. Ein positives Rückkopplungs-

netzwerk 15 wird verwendet, un den wirksamen bzw. nachgeahmten negativen Widerstandseffekt zu erzeugen. Da der Wert des Streuwiderstandes R nicht direkt gemessen werden

kann, wird die positive Rückkopplung beispielsweise eines 15

Potentiometers empirisch angepaßt, um die beste Linearität zu erreichen, die beurteilt wird aufgrund des vorliegenden Energiepegels der Signalwellenzahl unterhalb der Absperrgrenze des Detektors 11, die im wesentlichen

bei oder ungefähr bei Null liegen sollte. 20

Ein Temperaturkompensationsnetzwerk, das beispielsweise eine Temperaturkompen3ationsbezugsgröße 22 und eine einstellbare Spannungsbezugsgröße 23 enthält, kann vorgesehen

sein, um eine Korrektur der Servo-Schleifen-Netzwerksbe-25

triebsweise insbesondere des Signalspannungsverstärkers 16 bezüglich der Veränderung der Temperaturzustände zu schaffen.

Der dynamische Strom I wird an dem Verbindungspunkt d

durch einen Verstärker 27 mit veränderlicher Verstärkung über einen Hochpaßfilter 28 erfaßt. Der Verstärker 27 mit veränderlicher Verstärkung erzeugt seinerseits ein Ausgangssignal an der Klemme 29, das im wesentlichen eine

lineare Darstellung der Leitfähigkeit durch den Detektor 35

ist und somit die einfallenden Lichtpegel darstellt.

Da die Schaltungsdetails und Komponenten einschließlich des Detektors 11, der statischen Stromquelleneinheit 12, des Hochpaßfilters 28 und des Verstärkers 27 mit veränderlicher Spannungsverstärkung den üblichen Aufbau haben können, ist keine weitergehende Erklärung dieser Komponenten nötig, um einen unerwünschten Umfang zu vermeiden.

Mit spezieller Bezugnahme auf Fig. 2 werden nachfolgend Schaltungsdetails der Vorverstärkers 10 erörtert.

Zunächst werden die Komponenten und Schaltungsfunktionen des Servo-Schleifen-Netzwerks 16 bis 21 erörtert. Wie oben bereits erwähnt wurde, ist der Verbindungspunkt 24 an den

Detektor 11, die statische Stromquelleneinheit 12, ein 15

Ende eines Fühler-/Rückkopplungsgerätes 21 und mittels eines Drahtes 30 an die Signalspannungsverstärker-Wechselstromverstärkungssteuereinheit oder den Signalpegeldetektor 16 angeschlossen.

Der Draht 30 verbindet die Gatter G der Feldeffekttransistoren (FET) Q1 und Q2 und den nicht invertierenden (+) Eingang des Operationsverstärkers U1.

Die Feldeffekttransistoren Q1 und Q2 sind Transistoren 25

vom N-Kanal-Typ, die in Parallelschaltung mit gemeinsamer Source liegen, wobei die Gehäuse gegen Masse aus Gründen der Verminderung des Rauschens geschaltet sind. Die Drain-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren Q1 und Q2 sind an den

Verbindungspunkt 31 sowie an den nicht invertierenden Ein-30

gang (+) des Operationsverstärkers U2 angeschlossen. Der Source-Anschluß S des Feldeffekttransistors Q1 ist mit dem Verbindungspunkt der Widerstände R5 und R10 verbunden. Der Source-Anschluß S des Feldeffekttransistors Q2 ist mit dem

Verbindungspunkt der Widerstände R6 und R11 verbunden. 35

Während des Betriebes erzeugen die Feldeffekttransistoren Q1 und Q2 eine Spannungsverstärkung der Gate G-Source

./ίέ.

S-Spannung durch Einprägen eines Stromes durch den Widerstand R2.

Die Widerstände R5 und R6 haben einen gemeinsamen Ver-5

dingungspunkt 32, der seinerseits an die einstellbare positive Rückkopplungsschaltung 15 angeschlossen ist. Die Widerstände R5 und R6 sind Stromteilerwiderstände, die eine Aufteilung des positiven Rückkopplungsstrones

auf die Feldeffekttransistoren Q1 und Q2 sowie auf ihre Source-Widerstände R10 und R11 bewirken.

Die Kondensatoren C10 und C12 sind polarisierte Kondensatoren, die hintereinander zwischen den Verbindungspunkt

33 der Widerstände R10 und RHI und dem Massepotential lie-15

gen, um eine wechselstrommäßige Erdung des Verbindungspunktes 33 zu bewirken.

Der Widerstand R14 liegt zwischen den Verbindungspunkt und einer -12-Volt-Versorgung3spannung zum Einstellen des Vorstromes durch den Source-Anschluß S zum Drain-Anschluß D des Feldeffekttransistors Q1.

Auf ähnliche Weise wird der Source-Anschluß S des Feldeffekttransistors Q2 mittels der Widerstände RII, R15 25

und der Kondensatoren C11, C13 mit einem Vorstrom versorgt, wobei diese Bauteile ähnlich arbeiten wie die Widerstände R10, R14 und die Kondensatoren C10, C12.

Der Widerstand R2 ist mit einem Ende an den Verbindungs· 30

punkt 31 und mit seinem anderen Ende an den Widerstand

R1 angeschlossen. Der Widerstand R2 arbeitet im wesentlichen als Drain-Widerstand oder Last-Widerstand zum Erzeugen einer proportionalen Spannung zu dem Wechselstrom, der durch die Feldeffekttransistoren Q1 und Q2 35

fließt. Diese Spannung wird über den Draht 3k zum nichtinvertierenden (+)-Eingang des Summationsverstärkers U2

r ■

geführt.

Der Widerstand R1 und der Kondensator C3 arbeiten im

wesentlichen als Tiefpaßfilter zum Ausfiltern von 5

Wechselstromrauschen aus der positiven Spannungsversorgung

Der Kondensator C4 arbeitet sowohl als By-Pass-Wechselstromfilter als auch als Lastregeleinrichtung.

Der Suramationsverstärker 17 (Fig. 1) enthält im wesentlichen einen Operationsverstärker U2, dessen nichtinvertierender (+)-Eingang über den Draht 3^ an den

Verbindungspunkt 31 angeschlossen ist. Sein inver-15

tierender (-)-Eingang ist an eine Bezugsquelle angeschlossen, die beispielsweise eine Temperaturkonpensationsbezugseinheit 22 sein kann, die nachfolgend detaillierter beschrieben wird.

Die Kondensatoren C5 und C9 arbeiten im wesentlichen als By-Pass-Elemente zum Ausfiltern von unerwünschtem Viechseistromrauschen gegen Masse.

Das Frequenzkompensationsnetzwerk bzw. die Einheit 25

besteht im wesentlichen aus einer Pol-Null-Kompensationsschaltung mit den Widerständen R3 und R12 und dem Kondensator C16. Die Komponentenwerte sind derart ausgewählt, daß der Pol bei ungefähr 30 KHertz liegt und das

die Nullstelle bei ungefähr 300 KHertz liegt. Das Frequenz-30

kompensationsnetzwerk 18 wird verwendet, um das Servo-Schleifen-Netzwerk 16 bis 21 stabil zu halten. Der Ausgang des Summationsverstärkers Ü2 ist an den Eingang bzw. ein Ende des Widerstandes R3 des Frequenzkotnpen-

sationsnetzwerkes 18 angeschlossen, wobei dessen Aus-35

gang über den Verbindungspunkt 35 und den Draht·36 an den Eingang des Pegelschiebers 4 angeschlossen ist.

Der Pegelschieber 19 enthält einen Feldeffekttransistor Qk₁ dessen Gatter über den Draht 36 an den Verbindungspunkt des Frequenzkondensators 18 angeschlossen ist, dessen

Drain-Anschluß D an die -12-Volt-Versorgungsspannung an-5

geschlossen ist und dessen Source-Anschluß S an den Stromtreiber 20 angeschlossen ist. Der Pegelschieber 19 bewirkt im wesentlichen eine Vergrößerung des Spannungsbereiches des Summationsverstärkers U2.

Der Stromtreiber 20 enthält eine Transistorschaltung des Emitter-Folger-Types, bei der der Kollektor mit der -12-Volt-Versorgungsspannung und der Emitter mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt 26 zwischen dem Fühler-/

Rückkopplungs-Widerstand R16 und den Poteniometer R17 15

verbunden ist, wobei eine Basis mit dem Source-Anschluß

des Feldeffekttransistors 17 verbunden ist. Der Stromtreiber 20 arbeitet im wesentlichen als Stromverstärker zum Verbessern des Ausgangssignals des Summationsverstärkers U2.
20

Das Fühler-/Rückkopplungs-Gerät 21 enthält einen Widerstand R16, der in Reihenschaltung zwischen den Verbindungspunkten 2k und 37 liegt. Die Grundfunktion des

Rückkopplungswiderstandes R16 liegt in der Kopplung 25

des statischen Stromes I und des dynamischen Stromes

s2
I über den Verbindungspunkt 25 zum Detektor 11 für die

d
Erzeugung eines Spannungssignals am Verbindungspunkt 2k,

das den Gate-Anschlüssen G der Feldeffekttransistoren Q1

und Q2 über die Leitung 30 zugeführt wird, wobei ein Aus-30

gangssignal an dem Verbindungspunkt 37 erzeugt wird, das über die Leitung 38 dem Hochpaßfilter 28 zugeführt wird.

Wie oben erwähnt wurde, wird eine positive Rückkopplung

verwendet, um einen negativen Widerstandseffekt durch 35

Einführen eines (wechselstromgekoppelten) Rückkopplungsstroms zu den in einer Betriebsart mit gemeinsamen Gate

betriebenen Feldeffekttransistoren Q1 und Q2 zu schaffen. Im wesentlichen enthält die positive Rückkopplungseinheit 15 ein Trimmerpotentiometer R17, das zwischen Masse und

dem Verbindungspunkt 26 geschaltet ist, wobei der Ab-5

griff 39 über die Kondensatoren C17 und C18 am Verbindungspunkt 32 liegt. Die Kondensatoren C17 und C18 filtern den Gleichstromanteil aus dem Rückkopplungsweg der Feldeffekttransistoren Q1 und Q2 heraus. Die Einstellung des Triamerpotentiometers R17 ist von Detektor zu Detektor verschieden und hängt geringfügig von dem Lichtpegel ab, für den der Detektor einzustellen ist. Demgemäß kann das Trimmerpotentiometer empirisch eingestellt werden, um eine optimale Linearität bei den bestimmten Betriebsverhältnissen zu erreichen. 15

Die einstellbare Bezugsspannungseinheit oder Schaltung enthält ein Trimmerpotentiometer R9, einen Widerstand R13 und einen Kondensator C15. Das Trimmerpotentiometer R9 und

der Widerstand RI3 sind in Reihenschaltung zwischen Masse 20

und der -12-Volt-Versorgungsklemme HO geschaltet. Der Kondensator C5 liegt zwischen der Klemme HO und Masse und arbeitet als By-Pass-Kondensator zum Entkoppeln der Klemme HO von einem Wechselstrorarauschen. Das Trimmerpotentiometer

R9 in Verbindung mit dem Widerstand R13 bewirkt eine Ein-25

stellung der Vorspannung, die über den Widerstand R8 zum invertierenden (-)-Eingang des Operationsverstärkers U1 gekoppelt ist. Der Widerstand R13 ist ein Bereichswiderstand, mit dem Trimmerpotentiometer R9 in den geeigneten

oder erwünschten Betriebsspannungsbereich gebracht wird. 30

Wenn der Widerstand RI3 eingestellt ist, wird ein zusätzlicher dynamischer Vorstrom I zu dem abgedunkelten

d Detektor zugeführt, der im wesentlichen im Bereich von

einigen Milliampere liegt.

Die Temperaturkompensationsbezugsschaltung 22 hat einen Operationsverstärker U1, Widerstände R6, R7 und R8, Kon-

densatoren C6, C7, C8 und CH und eine Diode CR1. Die Widerstände R4 und RS stellen den Verstärkungsgrad des Operationsverstärkers Ü1 ein. Die Hauptfunktion des Kondensators C6 liegt in der Stabilisierung des Operationsver-5

stärkers U1. Jedoch dient dieser in Verbindung mit dem Widerstand R4 auch als Tiefpaßfilter zum Koppeln tiefer Frequenzen von dem invertierenden (-)-Eingang zum Ausgang des Operationsverstärkers U1 und zum Blockieren von Hochfrequenzen oberhalb von 300 Hertz. Die Kondensatoren C7 und C8 sind Entkopplungs- oder By-Pass-Kondensatoren zum Verhindern von Viechseistromrauschen in der +12-VoIt- und -12-Volt-Versor2ungsspannuns. Der Widerstand R7 und der Kondensator C14 sind in Reihe zwischen

dem Aus^an^ des Operationsverstärkers Ü1 und Masse ge-15

schaltet und arbeiten als Tiefpaßfilter mit einer Grenzfrequenz von 1 Hertz. Die Diode CR1 liegt zwischen Masse (P) und dem gemeinsamen Verbindungspunkt des Widerstands R7 mit dem Kondensator CI¹I. Die Diode R1 trennt den

Operationsverstärker U1 von dem entpolarisierenden Kon-20

densator C14. Das Bezugsspannungsausgangssignal der Bezugsspannungsschaltung 23 ist über den Widerstand R8 an den invertierenden (-)-Eingang des Operationsverstärkers U1 geschaltet, der die Detektorspannung am

Verbindungspunkt 24 über den Draht 30 und den nicht-25

invertierenden (+)-Eingang des Operationsverstärkers

U1 direkt mit der voreingestellten Bezugsspannung bei Frequenzen von im wesentlichen unter 1 Hertz vergleicht. Daher wird die Wirkung von jeglicher langsamer Temperaturdrift in den Feldeffekttransistoren Q1 und Q2 im we-30

sentlichen beseitigt oder zu Null gemacht.

Der Vorverstärker 10, der in Fig. 2 gezeigt ist, hat zufriedenstellende Eigenschaften mit den in Tabelle 1 angegebenen Komponenten, (die entweder empirisch ausgewählt 35

.werden können oder berechnet werden können).

36Ö5488

Tabelle

C3 = 100 Microfarad

_ C4 = C5 =C7=C8=C9=C15=C19=0.1 Microfarad 5

C10 = C11=C12=C13=C14=47 Microfarad

C1	nr\	R1	7	= C18 =	2.2 Microfarad	Ohm	40.2 Ohm
C6		= 1000	Picofarad	Ohm	Ohm
C1	6	= 0.01	Microfarad	K-Ohm	K-Ohm
io ^R1		= R5=R6=100 Ohm	K-Ohm' -	=1.5 K-Ohm
X V/ R2		= 402	= 2 K-Ohm =R17= 1 K-Ohm	Ohm
R3		= 499	= R11 =
R4		= 499	= 49.9
R 7		= 22.1	= 4.99
15 R9		= R15
R1	0	= 200
R1	2
R1	3
4
6

Feldeffekttransistoren Q1, Q2...CM860 (Teledyne Crystalonics)

Feldeffekttransistor Q4 2N5115

Transistor Q3 2N5086

Operationsverstärker U1 0PA27GZ (Burr-Brown)

Operationsverstärker Ü2. OPA37GZ (Burr-Brown)

Es sei angemerkt, daß das obenbeschriebene Ausführungsbeispiel zur Erläuterung der der Anmeldung zugrunde liegenden 30

Prinzipien der Erfindung dient. Veränderte Ausführungsformen können durch Fachleute entwickelt werden, ohne daß diese außerhalb des Schutzbereiches der beiliegenden Ansprüche liegen.

- Le*e Pseite -

Claims

1. Vorverstärker, insbesondere zur Verwendung für einen Detektor, der einen festen elektrischen Widerstandseffekt und einen Leitfähigkeitseffekt, der sich mit der Intensität des einfallenden Lichtes ändert, erzeugt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

eine Einrichtung (10, 12) zum Erzeugen eines im wesentlichen festen Spannungspotentials für den Detektor (11)

sowie eines Stromes, der sich mit einer Veränderung der Detektorleitfähigkeit ändert; und

eine Einrichtung (16 bis 20), die auf den Strom an-5

spricht, um ein Signal zu erzeugen, das die auf den Detektor (11) einfallende Lichtintensität anzeigt.

2. Vorverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,

daß die Einrichtung zum Erzeugen eines festen Spannungspotentials und eines veränderlichen Stromes ein Servo-Schleifennetzwerk (16 bis 21) enthält.

3. Vorverstärker nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine einstellbare positive Rückkopplungsschaltung (15).

4. Vorverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeic h net durch eine Temperaturkompensationsschaltung (22).

5. Vorverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet , daß die

Einrichtung zum Erzeugen einer festen Spannung und eines veränderlichen Stromes eine Signalpegeldetektorschaltung (16) mit einem Signaleingang aufweist, der mit dem Detektor (11) und einem Ausgang (25) verbind-

bar ist, eine Summationsverstärkerschaltung (17) auf-30

weist, deren erster Eingang mit dem Ausgang des Signalpegeldetektors (16) und dessen zweiter Eingang mit einer Bezugsspannungsquelle (22) verbunden ist und der einen Ausgang aufweist, eine Frequenzkompensationsschaltung

18 enthält, die mit dem Ausgang der Summationsver-35

Stärkerschaltung (17) verbunden ist und einen Ausgang aufweist, eine Pegelschieberschaltung (19) enthält,

deren Eingang mit dem Ausgang der Frequenzkompensationsschaltung (18) verbunden ist und die einen Ausgang aufweist, und eine Stromtreiberschaltung (20) enthält, die

mit dem Ausgang der Pegelschieber3chaltung (19) verbun-5

den ist und einen Ausgang aufweist, der mit dem Detektor

(11) verbunden ist.

6. Vorverstärker nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine positive Rückkopplungsschaltung (21), die zwischen dem Signalpegeldetektor (16) und dem Detektor (11) geschaltet ist; und eine Tenperaturkompensationsschaltung (22) zum Erzeugen einer Bezugssparinung für die Summationsverstärker-

schaltung (17).
15

7. Vorverstärker, insbesondere zur Verwendung mit einem Detektor, der einen im wesentlichen unveränderlichen Scheinwiderstandseffekt und einen elektrischen Leitfähigkeitseffekt zeigt, der sich proportional zur Ver-

änderung der einfallenden Belichtung ändert, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

eine Einrichtung (12) zum Erzeugen eines im wesentlichen festen Dunkelstromes für den Detektor (11);

eine Einrichtung (10) zum Erzeugen eines dynamischen Stromes für den Detektor (11), der sich direkt proportional zu einer Änderung der Detektorleitfähigkeit

ändert, um ein im wesentlichen konstantes Spannungs-30

potential über den Detektor (11) aufrechtzuerhalten;

eine Einrichtung (20) zum Erzeugen eines Stromes zu dem Detektor (11) zum Beseitigen jeglicher Nicht-

linearität, die durch den Detektorscheinwiderstand 35

auf den dynamischen Strom bewirkt wird; und

eine Einrichtung (16), die auf den dynamischen Strom anspricht, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die einfallende Belichtung anzeigt.

8. Vorverstärker nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Erzeugen des Dunkelstromes eine mit einem Schaltdraht einstellbare Stromquelle (12) ist.

9. Vorverstärker nach Anspruch 7 oder 8, dadurch

gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Erzeugen eines dynamischen Stromes ein Servo-Schleifenn'etzwerk (16 bis 22) mit einer positiven Rückkopplungsschaltung (15) aufweist. 15

10. Vorverstärker nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Erzeugen eines Stromes zu dem Detektor (11) eine

Stromtreibereinrichtung (20) aufweist, die mit dem 20

Servo-Schleifennetzwerk (16 bis 22) verschaltet ist und auf dieses anspricht.

11. Schaltung, insbesondere zur Verwendung mit einem

Quecksilber-Cadmium-Tellurid-Detektor, g e k e η η 25

zeichnet durch folgende Merkmale:

eine Signalerfassungs- und Rückkopplungs-Einrichtung (21), die mit dem Detektor (11) verbindbar ist;

eine Signalpegeldetektorschaltung (16), die mit der Signalerfassungs- und Rückkopplungseinrichtung (21) verbunden ist und einen ersten Ausgang aufweist;

eine Summationsverstärkerschaltung (17), die mit dem 35

ersten Ausgang und einer Bezugsspannungsschaltung (22,

23) verbunden ist und einen zweiten Ausgang aufweist;

eine Pol-Nullstellen-Kompensationsschaltung (18), die mit dem zweiten Ausgang verbunden ist und einen dritten Ausgang aufweist;

eine Pegelschieberschaltung (19)» die mit dem dritten Ausgang verbunden ist und einen vierten Ausgang aufweist;

eine Stromtreiberschaltung (20), die mit dem vierten 10

Ausgang verbunden ist und einen fünften Ausgang aufweist, der mit der Signalerfassungs- und Rückkopplungseinrichtung (21) verbunden ist; und

eine einstellbare positive Rückkopplungsschaltung (15), 15

die mit der Signalerfassungs- und Rückkopplungsschaltung

(21) und dem Si?nalpegeldetektor (16) verbunden ist.

12. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet ,

daß die Signalerfassungs- und Rückkopplungs-Einrichtung (21) einen Widerstand aufweist;

daß die Signalpegelerfassungsschaltung (16) ein Paar von 25

Feldeffekttransistoren aufweist, die in Parallelschaltung mit einer gemeinsamen Source-Betriebsart geschaltet sind;

daß der Summationsverstärker (17) einen Operationsver-30

starker aufweist, der einen ersten Eingang hat, der mit dem ersten Ausgang verbunden ist, und der einen zweiten Eingang hat, der mit der Bezugsspannungsschaltung (22) verbunden ist;

daß die Pol-Nullstellen-Kompensationsschaltung (18) eine Widerstands-Kondensator-Schaltung aufweist;

daß die Pegelschieberschaltung (19) einen Feldeffekttransistor aufweist;

daß die Stromtreiberschaltung (20) einen Transistor auf-5

weist; und

daß die einstellbare positive Rückkopplungsschaltung

(15) ein Trimmerpotentiometer aufweist, dessen Abgriff

über einen Kondensator an die Signalpegelerfassungsschaltung angeschlossen ist.

13. Schaltung nach Anspruch 11 oder 12, ferner gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

eine mit einem Schaltdraht einstellbare statische Stromquellenschaltung (12), die zwischen einer Spannungs-Stron-Quelle und dem Detektor geschaltet ist;

eine Hochpaßfilterschaltung (28), deren Eingang mit der Signalerfassungs- und Rückkopplungs-Einrichtung verbunden ist; und

__ eine Verstärkerschaltung (27) mit veränderbarer 25

Spannungsverstärkung, die mit dem Ausgang der Hochpaßfilterschaltung (28) verbunden ist.