DE3605488C2 - Detektorvorverstärker - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verstärkerschal­ tungen und Signalüberwachungsnetzwerke im allgemeinen und insbesondere auf einen Vorverstärker für einen Detektor des Quecksilber-Cadmium-Tellur/Tellurid (NCT)-Types oder des lichtempfindlichen Types.

Aus der JP-A-57-170354 (korrespondierend US-PS 4,567,446) ist eine lichtempfindliche Einrichtung bekannt mit einem Fotodetektor, welcher ein Stromsignal auf der Grundlage eines empfangenen optischen Signals erzeugt. Das Ausgangs­ signal des Fotodetektors wird über einen koppelnden Konden­ sator einem Vorverstärker zugeführt, von welchem es über eine variable Dämpfungsschaltung an die Hauptverstärker­ schaltung übertragen wird. Der Vorverstärker wirkt als ein Stromverstärker zum Verstärken des Ausgangsstromsignals des Fotodetektors. Der variable Dämpfungsschaltkreis dämpft das Ausgangsstromsignal des Vorverstärkers. Der Hauptverstärker verstärkt das Ausgangsstromsignal des variablen Dämpfungs­ schaltkreises und erzeugt eine verstärkte Spannung als Aus­ gangssignal.

Aus der US-PS 3,879,138 ist eine elektrische Einrichtung zum Messen einer geringen Lichtmenge bekannt. Ein fotoempfindli­ ches Element wird mit einer konstanten Spannung an seinem Eingang versorgt und erzeugt in Abhängigkeit von der empfan­ genen Lichtmenge ein Ausgangsstromsignal, welches dem Basis­ anschluß eines Verstärkertransistors zugeführt wird. Der Emitter des Verstärkertransistors ist mit einer empfindli­ chen Meßschaltung verbunden, die abstimmbare Widerstände und ein Drehspulinstrument aufweist. Damit ist es möglich, selbst geringe Lichtmengen sicher und genau zu messen.

Aus der US-PS 3,638,050 ist eine Vorverstärkerschaltung be­ kannt zur Verwendung mit einem fotoempfindlichen Element, welches eine Leitfähigkeit besitzt, die linear mit der ein­ fallenden Lichtmenge ansteigt. Das lichtempfindliche Element ist seriell mit einer vorwärtsgeschalteten Diode verbunden, wodurch diese ein Ausgangssignal erzeugt, das abhängig von der einfallenden Lichtmenge jedoch unabhängig von der Leit­ fähigkeitskennlinie des lichtempfindlichen Elements ist. Vorzugsweise ist die vorwärtsgeschaltete Diode in Form eines Transistors realisiert, dessen Kollektor und Basisanschluß miteinander verbunden sind. Das Ausgangssignal der Diode wird an den Basisanschluß eines Verstärkungstransistors an­ gelegt. Der Kollektoranschluß des Verstärkungstransistors ist mit dem Ausgangsanschluß der Schaltung und mit mehreren, in Serie geschalteten vorwärtsgesteuerten Dioden verbunden, die in Form von Transistoren ausgebildet sind, deren Kollek­ tor und Basisanschlüsse miteinander verbunden sind.

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 oder das einfallende Licht verur­ sacht wird, anstatt die Veränderung der Leitfähigkeit durch den MCT-Detektor zu überwachen. Diese Technik hat im allge­ meinen zu Messungen geführt, denen ein nicht lineares Aus­ gangsverhalten anhaftet.

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.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verstärkerschaltung anzugeben, die eine genaue Messung des einfallenden Lichts ermöglicht. Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung mit den Merkmalen der Patentan­ sprüche 1, 7 und 11 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand zahlreicher Unteransprüche.

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

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines bevorzugten Ausführungs­ beispiels des Vorverstärkers gemäß der vor­ liegenden Erfindung; und

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

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm des bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels des Vorverstärkers 10 gemäß der vor­ liegenden Erfindung, der über einen Quecksilber-Cadmium- Tellurid (MCT)-Detektor oder lichtempfindlichen Detektor 11 angeschlossen ist. Der Schaltungsaufbau des Vorver­ 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 charakteristika eines (MCT)-Detektors 11 im wesent­ lichen durch eine Äquivalenzschaltung oder Ersatz­ schaltung mit folgenden Merkmalen dargestellt werden können: einem festen Leitwert G₀, durch den der Dunkel­ strom bzw. der statische Strom des Detektors fließt; einem zweiten Leitwert G in Parallelschaltung zum Leit­ wert G₀, dessen Leitfähigkeit sich proportional zur Be­ lichtung oder zum einfallenden Licht ändert; und einem festen Streu-Reihenwiderstand R_d. Bei einem derartigen Verständnis der Charakteristika des (MCT)-Detektors 11 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 fällt.

Demgemäß liegt das Grundkonzept der vorliegenden Erfin­ dung in der Schaffung eines Vorverstärkers wie bei­ spielsweise des Vorverstärkers 10, durch den ein dyna­ mischer Strom I_d, der durch den Detektor 11 fließt, sich in Abhängigkeit von Änderungen der Beleuchtung oder Be­ lichtung ändert, während eine Signalkomponente zum im wesentlichen Beseitigen der das Signal beeinträchti­ genden Effekte des Streuwiderstandes R_d auf die über­ wachte Signalinformation eingeführt wird.

Zum Erleichtern des Verständnisses sei zunächst ange­ nommen, daß ein Dunkelzustand vorliegt, d. h. ein Zustand einer geringen oder nicht vorhandenen Be­ lichtung des Detektors 11. In dem Dunkelzustand des Detektors 11 wird die statische Stromquelle 12 der­ art eingestellt, daß sie einen statischen Strom I_s1 dem Detektor 11 zuführt.

Die statische Stromquelle 12 kann einen üblichen Aufbau haben, bei dem beispielsweise eine (nicht dargestellte) Schaltdraht-Auswahlvorrichtung zum Einstellen des sta­ tischen Stromes I_s1 innerhalb des empfohlenen Bereiches für den speziellen, verwendeten Detektor 11 vorgesehen ist.

Der Vorverstärker 10 wird eingestellt oder voreinge­ stellt, wie nachfolgend näher erläutert wird, um einen zweiten statischen Strom I_s2 zu erzeugen, welcher einen Vorstrom für den Vorverstärker 10 aufweist.

Die statischen Ströme I_s1 und I_s2 bilden eine Spannung über den Detektor 11. Dieser Spannungswert wird im we­ sentlichen konstant während des Betriebes des Vorver­ stärkers 10 gehalten, wie nachfolgend näher erläutert wird.

Es sei angemerkt, 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 Ver­ minderung der momentanen Spannung führt.

Wie oben erwähnt wurde, macht der Verstärker 10 gemäß der vorliegenden Erfindung von einer neuen Vorgehens­ weise des im wesentlichen Konstanthaltens der Spannung über den Detektor 11 Gebrauch, während der hierfür be­ nötigte Strom erfaßt und überwacht wird.

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 spannungsverstärker mit Rückkopplungseingang 16, einen Summations-(Operations-)Verstärker 17, eine Frequenz­ kompensationsschaltung 18, einen Pegelschieber 19, ei­ nen Stromtreiber 20 und ein Rückkopplungs-(Widerstands-) Element 21.

Während des Betriebes wird ein Signal über die Leitung 25 zum Summationsverstärker 17 geführt, wenn ein (momen­ taner) Spannungsabfall an dem Verbindungspunkt 24 durch den Signalpegeldetektor 16 erfaßt wird. Das Ausgangs­ signal des Summationsverstärkers 17 ist über ein Frequenzkompensationsnetzwerk oder eine Schaltung 18 mit dem Eingang des Pegelschiebers 19 verbunden. Der Pe­ gelschieber 19 spricht auf dieses Signal an und veran­ laßt den Stromtreiber 20, über das Rückkopplungsgerät 21 einen dynamischen Strom I_d auf einen derartigen Pegel einzustellen, daß die Spannung über den Detektor 11 im wesentlichen fest oder konstant gehalten wird. Auf diese Art wird der dynamische Strom I_d durch das Rückkopplungs­ gerät 21 und den Detektor 11 proportional zur Änderung der Leitfähigkeit über den Detektor 11 zugeführt.

Wenn während des Betriebes ein (momentaner) Spannungsab­ fall an dem Verbindungspunkt 24 durch den Signalpegel­ detektor 16 erfaßt oder detektiert wird, wird ein Signal über die Leitung 25 zum Summationsverstärker 17 zugeführt. Das Ausgangssignal des Summationsverstärkers 17 wird einem Frequenzkompensationsnetzwerk oder einer Schaltung 18 am Eingang des Pegelschiebers 19 zugeführt. Der Pegelschieber 19 reagiert auf dieses Signal und veranlaßt den Stromtrei­ ber 20 dazu, über das Rückkopplungsgerät 21 einen Pegel des dynamischen Stromes I_d zu erzeugen, um die Spannung 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 11 zugeführt.

Es sei angemerkt, daß das oben beschriebene Servo-Schleifen- Netzwerk 16 und 21 bei einer daraufhin auftretenden Ab­ senkung der Belichtung des Detektors 11 eine Verminderung des dynamischen Stromes I_d bewirkt, der über das Rück­ 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 bewirkt der Streuwiderstand R_d einen erheblichen, uner­ wünschten Spannungsabfall, der dann, wenn er unkompen­ siert bliebe, eine lineare Meßausgangsgröße verhindern würde.

Die Wirkung des Streuwiderstandes wird im wesentlichen durch Einführen eines gleich großen, jedoch negativen Widerstandswertes in das Vorverstärkerschaltungsnetz­ werk 10 beseitigt. Der negative Widerstand wird erzeugt, indem die Spannung über den Detektor 11 proportional zur Änderung des Stromes I_d um einen Faktor ansteigt, der dem Widerstandswerk R_d entspricht. Ein positives Rückkopplungs­ netzwerk 15 wird verwendet, um den wirksamen bzw. nachge­ ahmten negativen Widerstandseffekt zu erzeugen. Da der Wert des Streuwiderstandes R_d nicht direkt gemessen werden kann, wird die positive Rückkopplung beispielsweise eines Potentiometers empirisch angepaßt, um die beste Lineari­ tät zu erreichen, die beurteilt wird aufgrund des vor­ liegenden Energiepegels der Signalwellenzahl unterhalb der Absperrgrenze des Detektors 11, die im wesentlichen bei oder ungefähr bei Null liegen sollte.

Ein Temperaturkompensationsnetzwerk, das beispielsweise eine Temperaturkompensationsbezugsgröße 22 und eine ein­ stellbare Spannungsbezugsgröße 23 enthält, kann vorgesehen sein, um eine Korrektur der Servo-Schleifen-Netzwerksbe­ triebsweise insbesondere des Signalspannungsverstärkers 16 bezüglich der Veränderung der Temperaturzustände zu schaffen.

Der dynamische Strom I_d wird an dem Verbindungspunkt 26 durch einen Verstärker 27 mit veränderlicher Verstärkung über einen Hochpaßfilter 28 erfaßt. Der Verstärker 27 mit veränderlicher Verstärkung erzeugt seinerseits ein Aus­ gangssignal an der Klemme 29, das im wesentlichen eine lineare Darstellung der Leitfähigkeit durch den Detektor 11 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 des 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 Ende eines Fühler-/Rückkopplungsgerätes 21 und mittels eines Drahtes 30 an die Signalspannungsverstärker-Wechsel­ stromverstärkungssteuereinheit oder den Signalpegeldetektor 16 angeschlossen.

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

Die Feldeffekttransistoren Q1 und Q2 sind Transistoren 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 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. Während des Betriebes erzeugen die Feldeffekttransistoren Q1 und Q2 eine Spannungsverstärkung der Gate G-Source S-Spannung durch Einprägen eines Stromes durch den Wider­ stand R2.

Die Widerstände R5 und R6 haben einen gemeinsamen Ver­ bindungspunkt 32, der seinerseits an die einstellbare positive Rückkopplungsschaltung 15 angeschlossen ist. Die Widerstände R5 und R6 sind Stromteilerwiderstände, die eine Aufteilung des positiven Rückkopplungsstromes auf die Feldeffekttransistoren Q1 und Q2 sowie auf ihre Source-Widerstände R10 und R11 bewirken.

Die Kondensatoren C10 und C12 sind polarisierte Konden­ satoren, die hintereinander zwischen dem Verbindungspunkt 33 der Widerstände R10 und R14 und dem Massepotential lie­ gen, um eine wechselstrommäßige Erdung des Verbindungs­ punktes 33 zu bewirken.

Der Widerstand R14 liegt zwischen dem Verbindungspunkt 33 und einer -12-Volt-Versorgungsspannung 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 Feld­ effekttransistors Q2 mittels der Widerstände R11, R15 und der Kondensatoren C11, C13 mit einem Vorstrom ver­ sorgt, 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 punkt 31 und mit seinem anderen Ende an den Widerstand R1 angeschlossen. Der Widerstand R2 arbeitet im wesent­ lichen als Drain-Widerstand oder Last-Widerstand zum Erzeugen einer proportionalen Spannung zu dem Wechsel­ strom, der durch die Feldeffekttransistoren Q1 und Q2 fließt. Diese Spannung wird über den Draht 34 zum-nicht­ invertierenden (+)-Eingang des Summationsverstärkers U2 geführt.

Der Widerstand R1 und der Kondensator C3 arbeiten im wesentlichen als Tiefpaßfilter zum Ausfiltern von Wechselstromrauschen aus der positiven Spannungsver­ sorgung.

Der Kondensator C4 arbeitet sowohl als Bypass-Wechsel­ stromfilter als auch als Lastregeleinrichtung.

Der Summationsverstärker 17 (Fig. 1) enthält im wesent­ lichen einen Operationsverstärker U2, dessen nicht­ invertierender (+)-Eingang über den Draht 34 an den Verbindungspunkt 31 angeschlossen ist. Sein inver­ tierender (-)-Eingang ist an eine Bezugsquelle an­ geschlossen, die beispielsweise eine Temperatur­ kompensationsbezugseinheit 22 sein kann, die nach­ folgend detaillierter beschrieben wird.

Die Kondensatoren C5 und C9 arbeiten im wesentlichen als Bypass-Elemente zum Ausfiltern von unerwünschtem Wechselstromrauschen gegen Masse.

Das Frequenzkompensationsnetzwerk bzw. die Einheit 18 besteht im wesentlichen aus einer Pol-Null-Kompensations­ schaltung mit den Widerständen R3 und R12 und dem Kon­ densator C16. Die Komponentenwerte sind derart ausge­ wählt, daß der Pol bei ungefähr 30 kHz liegt und daß die Nullstelle bei ungefähr 300 kHz liegt. Das Frequenz­ kompensationsnetzwerk 18 wird verwendet, um das Servo- Schleifen-Netzwerk 16 bis 21 stabil zu halten. Der Aus­ gang des Summationsverstärkers U2 ist an den Eingang bzw. ein Ende des Widerstandes R3 des Frequenzkompen­ sationsnetzwerkes 18 angeschlossen, wobei dessen Aus­ gang über den Verbindungspunkt 35 und den Draht 36 an den Eingang des Pegelschiebers 19 angeschlossen ist.

Der Pegelschieber 19 enthält einen Feldeffekttransistor Q4, dessen Gatter über den Draht 36 an den Verbindungspunkt 35 des Frequenzkondensators 18 angeschlossen ist, dessen Drain-Anschluß D an die -12-Volt-Versorgungsspannung an­ geschlossen ist und dessen Source-Anschluß S an den Strom­ treiber 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 dem Poteniometer R17 verbunden ist, wobei eine Basis mit dem Source-Anschluß des Feldeffekttransistors Q4 verbunden ist. Der Strom­ treiber 20 arbeitet im wesentlichen als Stromverstärker zum Verbessern des Ausgangssignals des Summationsver­ stärkers U2.

Das Fühler-/Rückkopplungs-Gerät 21 enthält einen Wider­ stand R16, der in Reihenschaltung zwischen den Verbin­ dungspunkten 24 und 37 liegt. Die Grundfunktion des Rückkopplungswiderstandes R16 liegt in der Kopplung des statischen Stromes I_s2 und des dynamischen Stromes I_d über den Verbindungspunkt 25 zum Detektor 11 für die Erzeugung eines Spannungssignals am Verbindungspunkt 24, das den Gate-Anschlüssen G der Feldeffekttransistoren Q1 und Q2 über die Leitung 30 zugeführt wird, wobei ein Aus­ 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 Einführen eines (wechselstromgekoppelten) Rückkopplungs­ stroms 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 griff 39 über die Kondensatoren C17 und C18 am Verbin­ dungspunkt 32 liegt. Die Kondensatoren C17 und C18 filtern den Gleichstromanteil aus dem Rückkopplungsweg der Feldeffekttransistoren Q1 und Q2 heraus. Die Ein­ stellung des Trimmerpotentiometers 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 einge­ stellt werden, um eine optimale Linearität bei den be­ stimmten Betriebsverhältnissen zu erreichen.

Die einstellbare Bezugsspannungseinheit oder Schaltung 23 enthält ein Trimmerpotentiometer R9, einen Widerstand R13 und einen Kondensator C15. Das Trimmerpotentiometer R9 und der Widerstand R13 sind in Reihenschaltung zwischen Masse und der -12-Volt-Versorgungsklemme 40 geschaltet. Der Kon­ densator C15 liegt zwischen der Klemme 40 und Masse und arbeitet als Bypass-Kondensator zum Entkoppeln der Klemme 40 von einem Wechselstromrauschen. Das Trimmerpotentiometer R9 in Verbindung mit dem Widerstand R13 bewirkt eine Ein­ stellung der Vorspannung, die über den Widerstand R8 zum invertierenden (-)-Eingang des Operationsverstärkers U1 gekoppelt ist. Der Widerstand R13 ist ein Bereichswider­ stand, mit dem Trimmerpotentiometer R9 in den geeigneten oder erwünschten Betriebsspannungsbereich gebracht wird. Wenn der Widerstand R13 eingestellt ist, wird ein zu­ sätzlicher dynamischer Vorstrom I_d zu dem abgedunkelten Detektor zugeführt, der im wesentlichen im Bereich von einigen Milliampere liegt.

Die Temperaturkompensationsbezugsschaltung 22 hat einen Operationsverstärker U1, Widerstände R4, R7 und R8, Kon­ densatoren C6, C7, C8 und C14 und eine Diode CR1. Die Wi­ derstände R4 und R8 stellen den Verstärkungsgrad des Ope­ rationsverstärkers U1 ein. Die Hauptfunktion des Konden­ sators C6 liegt in der Stabilisierung des Operationsver­ stärkers U1. Jedoch dient dieser in Verbindung mit dem Widerstand R4 auch als Tiefpaßfilter zum Koppeln tiefer Frequenzen von dem invertierenden (-)-Eingang zum Aus­ gang des Operationsverstärkers U1 und zum Blockieren von Hochfrequenzen oberhalb von 300 Hertz. Die Konden­ satoren C7 und C8 sind Entkopplungs- oder Bypass-Konden­ satoren zum Verhindern von Wechselstromrauschen in der +12-Volt- und -12-Volt-Versorgungsspannung. Der Wider­ stand R7 und der Kondensator C14 sind in Reihe zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers U1 und Masse ge­ schaltet und arbeiten als Tiefpaßfilter mit einer Grenz­ frequenz von 1 Hertz. Die Diode CR1 liegt zwischen Masse (P) und dem gemeinsamen Verbindungspunkt des Widerstands R7 mit dem Kondensator C14. Die Diode CR1 trennt den Operationsverstärker U1 von dem entpolarisierenden Kon­ densator C14. Das Bezugsspannungsausgangssignal der Be­ zugsspannungsschaltung 23 ist über den Widerstand R8 an den invertierenden (-)-Eingang des Operationsver­ stärkers U1 geschaltet, der die Detektorspannung am Verbindungspunkt 24 über den Draht 30 und den nicht­ 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 Tempera­ turdrift in den Feldeffekttransistoren Q1 und Q2 im we­ sentlichen beseitigt oder zu Null gemacht.

Der Vorverstärker 10, der in Fig. 2 gezeigt ist, hat zu­ friedenstellende Eigenschaften mit den in Tabelle 1 ange­ gebenen Komponenten (die entweder empirisch ausgewählt werden können oder berechnet werden können).

Tabelle 1

Es sei angemerkt, daß das oben beschriebene Ausführungsbei­ spiel zur Erläuterung der der Anmeldung zugrunde liegenden Prinzipien der Erfindung dient. Veränderte Ausführungsfor­ men können durch Fachleute entwickelt werden, ohne daß diese außerhalb des Schutzbereiches der beiliegenden Ansprüche liegen.

Claims (13)

1. Vorverstärker, insbesondere zur Verwendung für einen Detek­ tor, der einen festen elektrischen Widerstandseffekt und einen Leitfähigkeitseffekt, der sich mit der Intensität des einfal­ lenden Lichtes ändert, erzeugt, mit
einer Einrichtung (10, 12) zum Erzeugen eines im wesentlichen festen Spannungspotentials für den Detektor (11)
sowie eines Stromes, der sich mit einer Veränderung der Detek­ torleitfähigkeit ändert; und
einer Einrichtung (16 bis 20), die auf den Strom anspricht, um ein Signal zu erzeugen, das die auf den Detektor (11) einfal­ lende 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, gekenn­ zeichnet durch eine Temperaturkompensationsschaltung (22).

5. Vorverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen einer festen Spannung und eines veränderlichen Stromes eine Signalpegeldetektorschaltung (16) mit einem Signaleingang auf­ weist, der mit dem Detektor (11) und einem Ausgang (25) ver­ bindbar ist, eine Summationsverstärkerschaltung (17) aufweist, deren erster Eingang mit dem Ausgang des Signalpegeldetektors (16) und dessen zweiter Eingang mit einer Bezugsspannungs­ quelle (22) verbunden ist und der einen Ausgang aufweist, eine Frequenzkompensationsschaltung (18) enthält, die mit dem Ausgang der Summationsverstärkerschaltung (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 Pegelschieberschaltung (19) verbunden 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 Signal­ pegeldetektor (16) und dem Detektor (11) geschaltet ist; und eine Temperaturkompensationsschaltung (22) zum Erzeugen einer Bezugsspannung für die Summationsverstärkerschaltung (17).

7. Vorverstärker, insbesondere zur Verwendung mit einem Detek­ tor, der einen im wesentlichen unveränderlichen Scheinwider­ standseffekt und einen elektrischen Leitfähigkeitseffekt zeigt, der sich proportional zur Veränderung der einfallenden Belichtung ändert, mit
einer Einrichtung (12) zum Erzeugen eines im wesentlichen festen Dunkelstromes für den Detektor (11);
einer Einrichtung (10) zum Erzeugen eines dynamischen Stromes für den Detektor (11); der sich direkt proportional zu einer Änderung der Detektorleitfähigkeit ändert, um ein im wesent­ lichen konstantes Spannungspotential über den Detektor (11) aufrechtzuerhalten;
einer Einrichtung (20) zum Erzeugen eines Stromes zu dem Detektor (11) zum Beseitigen jeglicher Nichtlinearität, die durch den Detektorscheinwiderstand auf den dynamischen Strom bewirkt wird; und
einer Einrichtung (16), die auf den dynamischen Strom an­ spricht, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die einfallen­ de 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 gekennzeich­ net, daß die Einrichtung zum Erzeugen eines dynamischen Stromes ein servo-Schleifennetzwerk (16 bis 22) mit einer po­ sitiven Rückkopplungsschaltung (15) aufweist.

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

11. Schaltung, insbesondere zur Verwendung mit einem Quecksilber-Cadmium-Tellurid-Detektor, mit
einer Signalerfassungs- und Rückkopplungs-Einrichtung (21), die mit dem Detektor (11) verbindbar ist;
einer Signalpegeldetektorschaltung (16), die mit der Signalerfassungs- und Rückkopplungseinrichtung (21) verbunden ist und einen ersten Ausgang aufweist;
einer Summationsverstärkerschaltung (17), die mit dem ersten Ausgang und einer Bezugsspannungsschaltung (22, 23) verbunden ist und einen zweiten Ausgang aufweist;
einer Pol-Nullstellen-Kompensationsschaltung (18), die mit dem zweiten Ausgang verbunden ist und einen dritten Ausgang aufweist;
einer Pegelschieberschaltung (19), die mit dem dritten Ausgang verbunden ist und einen vierten Ausgang auf­ weist;
einer Stromtreiberschaltung (20), die mit dem vierten Ausgang verbunden ist und einen fünften Ausgang auf­ weist, der mit der Signalerfassungs- und Rückkopplungs­ einrichtung (21) verbunden ist; und
einer einstellbaren positiven Rückkopplungsschaltung (15), die mit der Signalerfassungs- und Rückkopplungsschaltung (21) und dem Signalpegeldetektor (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 Feldeffekttransistoren aufweist, die in Parallelschal­ tung mit einer gemeinsamen Source-Betriebsart geschaltet sind;
daß der Summationsverstärker (17) einen Operationsver­ stärker 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-Nullsteilen-Kompensationsschaltung (18) eine Widerstands-Kondensator-Schaltung aufweist;
daß die Pegelschieberschaltung (19) einen Feldeffekt­ transistor aufweist;
daß die Stromtreiberschaltung (20) einen Transistor auf­ weist; und
daß die einstellbare positive Rückkopplungsschaltung (15) ein Trimmerpotentiometer aufweist, dessen Abgriff über einen Kondensator an die Signalpegelerfassungs­ schaltung angeschlossen ist.

13. Schaltung nach Anspruch 11 oder 12, ferner gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
eine mit einem Schaltdraht einstellbare statische Stromquel­ lenschaltung (12), die zwischen einer Spannungs-Strom-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 Spannungsver­ stärkung, die mit dem Ausgang der Hochpaßfilterschaltung (28) verbunden ist.