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Kodierungseinrichtung mit einer Kathodenstrahlröhre
Die Erfindung betrifft eine Kodierungseinrichtung, mit der eine beliebig gestaltete kontinuierliche Signalfunktion in eine entsprechende, z. B. einem Dualsystem, angepasste Stromimpulsfolge umgesetzt werden kann.
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dierröhre) mit einem in geeigneter Weise perforierten Schirm (Rastermaske), den ein Elektronenstrahl ab- tastet, wobei er je nach der erzeugten Ablenkung (Auslenkung) durch das zu kodierende Signal, z. B. in vertikaler Richtung, jeweils eine der durch die vertikale Teilung untereinander angeordneten Stufen (Ra- sterzeilen) überstreicht oder trifft. Je nachdem, welche Zweierpotenzen in einer solchen waagrecht, also zeilenweise angeordneten Stufe belegt sind, die somit zusammen den eigentlichen Stufenwert bzw.
Zahlenwert ergeben, sind entsprechende Aussparungen (Löcher) vorgesehen, durch die der Elektronenstrahl hindurch auf den dahinter angeordneten Auffänger (Kollektor) gelangt. Für die Ablenkung (Auslenkung) des Elektronenstrahls werden dabei immer nur bestimmte Momentanwerte der Signalkurve mit gegenseitig konstantem Abstand, die also in gleichen zeitlichen Abständen nacheinander auftreten, als Steuerspannung benutzt. Während eines solchen Zeitabschnitts, der sogenannten Kodierungszeit, wird der Elektronenstrahl in seiner vertikalen Ablenkung also nicht geändert, sondern erst zu Beginn des folgenden Zeitabschnitts erfährt der Strahl sprunghaft entsprechend dem gerade vorherrschenden Momentanwert der Signalkurve eine andere neue Ablenkung (Auslenkung).
Wenn dabei der Elektronenstrahl derart als Flachstrahl ausgebildet ist, dass er jeweils eine Stufe (Rasterzeile) auf ihrer ganzen Länge gleichzeitig trifft und hinter dem Schirm eine der Stellenzahl des Kodes entsprechende Anzahl voneinander getrennter Auffanger vorgesehen ist, entsteht gleichzeitig eine Gruppe von Impulsen nach Art einer örtlichen Auflösung. Überstreicht dagegen der Elektronenstrahl kontinuierlich die jeweilige Stufe (Rasterzeile) nach Art des Zeilenschreibens, wie z. B. bei einer Fernseh-Bildröhre, so entsteht auf einem dahinter angeordneten gemeinsamen Auffänger die betreffende Gruppe von Impulsen nacheinander, d. h. es handelt sich dabei um eine zeitliche Auflösung.
Da die Impulse jedoch in zeitlicher Folge benötigt werden. müssen sie bei örtlicher Auflösung ausserdem noch in eine Zeitfolge umgewandelt werden, was aber in einfacher Weise über Verzögerungsglieder erfolgen kann. Im Gegensatz zu Röhren mit zeitlicher Auflösung sind solche Röhren für örtlich aufgelöste Impulsgruppen in ihrem Aufbau wesentlich einfacher ; so z. B. fällt das kontinuierliche Abtasten längs der einzelnen Rasterzeilen mittels eines Drehfeldes fort.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Kodierungseinrichtung mit einer Kodierröhre mit örtlicher Auflösung zur Umwandlung einer Signalfunktion in eine Impulsfolge zu schaffen, die unter anderem möglichst geringe Abbildungsfehler verursacht, eine kleine Eingangskapazität besitzt und ausserdem nur kleine Betriebsspannungen benötigt.
Erreicht wird dies bei einer Kodierungseinrichtung, insbesondere für Puls-Kode-Modulation, mit einer Kathodenstrahlröhre als Kodierröhre, bei der ein Elektronenflachstrahl (Elektronenbandstrahl) der Kodierröhre durch einen Ablenkkondensator je nach Grösse des angelegten Signalspannungswertes (Momentanwertes) abgelenkt von einer perforierten Schirmelektrode (Rastermaske), eine der in Zeilen angeordneten Kode-Stufen längs ihrer gesamten Ausdehnung derart trifft, dass der Elektronenstrahl ar* den Aussparungen
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(Löchern) auf die dahinter jeweils getrennt angeordneten Auffänger gelangt, so dass gleichzeitig örtlich aufgeteilte Impulsgruppen entstehen, nach der Erfindung dadurch, dass von der bekannten Massnahme,
dass ein durch den Schlitz einer Platte eines Ablenkplattenkondensators unter 450 eingeschossener Elek- tronenstrahl durch das bremsend wirkende Querfeld auf etwa parabolischen Bahnen auf diese Platte fokus- siert abgelenkt wird, Gebrauch gemacht wird und dass der Ablenkkondensator derart als Zylinderkondensa- tor mit längserstreckten koaxialen Zylinderelektroden ausgebildet ist, dass der Innenzylinder als Schirm (Raster)
den einzelnen Stufen entsprechend perforiert in sich geschlossene Rasterzeilen und im Abstand davon entsprechend einen Ringschlitz für den Eintritt des Elektronenstrahls aufweist und dass in dessem In- nern im Abstand von der Zylinderwandung als Auffänger voneinander isoliert symmetrisch verteilte Dräh- te entsprechend der Stellenzahl des Kodes gespannt sind und am andern Ende im Innern des Innenzylin- ders ausserhalb des Kondensatorraums sich das Elektronenstrahlerzeugungssystem befindet, von dem aus der
Elektronenflachstrahl durch den Ringschlitz des Innenzylinders unter dem Fokussierwinkel in den Ablenkkondensatorraum eingeschossen wird und auf in Axialebenen verlaufenden Bahnen nach Zwiebelschalen- art auf jeweils eine der Rasterzeilen des perforierten Innenzylinders fokussiert abgelenkt wird.
Die Erfindung geht von einer bekannten Massnahme aus, die für Fernsehwiedergabe- oder Fernseh - aufnahmesysteme, aber auch für Schaltvorrichtungen, Bedeutung hat. Schiesst man bei der bekannten An- ordnung in einen Plattenkondensator durch den Schlitz der einen Platte z. B. einen Flachstrahl-mit einem kleinen Öffnungswinkel - unter 450 in bezug auf die betreffende Platte ein und legt an die Plätten eine Spannung, welche ein elektrisches Gegenfeld bewirkt, so erhält man eine parabelförmige Bahnkurve, derart, dass am Auftreffort der Elektronen auf der gleichen Kondensatorplatte eine Strichfokussierung, entsprechend der Form des Eintrittsschlitzes, des Strahls entsteht. Der Strahl wird also beim Durchsetzen des Kondensatorraums ständig abgelenkt und fokussiert.
Variiert man die Einschussgeschwindigkeit der Elektronen oder aber die Grösse des durch die angelegte Spannung erzeugten Gegenfeldes, so bleibt die Fokussierung vollständig erhalten, nur dass der Auftreffort sich ändert. Man kann also in Abhängigkeit des Verhältnisses von Gegenspannung (Ablenkspannung) zur Einschussspannung verschiedene Schussweiten des Flachstrahls erzielen. An Stelle von ebenen Kondensatorelektroden werden bei der bekannten Anordnung für besondere Zwecke auch gewölbte, insbesondere solche zylinderförmig gebogenen Elektroden, meist unterschiedlicher Grösse benutzt, die mit ihren konkaven Flächen einander zugewandt. sind.
Der Erfindung liegt der nachfolgende Gedanke zugrunde. Im Falle einer Kodierröhre hat man auf Grund der bekannten Massnahme die Möglichkeit, jeweils eine bestimmte von den vielen Rasterzeilen auf einem, z. B. zu der einen Kondensatorelektrode parallel angeordneten oder auf der Kondensatorelektrode selber angeordneten Schirm (Maske) mit dem Elektronenstrahl zu treffen. Dabei gelangt der Elektronenstrahl, infolge der Perforierung des Schirmes, durch die vorhandenen jeweiligen Aussparungen (Löcher) gleichzeitig auf dahinter angeordnete voneinander getrennte Auffänger, deren Anzahl der Stellenzahl des jeweils verwendeten Kodes entspricht. Wird, wie im vorliegenden Fall, z. B. ein achtstelliger Kode angewendet, so sind jeweils acht getrennte Auffänger erforderlich.
Schaltet man die Auffänger über entsprechende Verzögerungsglieder zusammen auf eine Leitung, dann laufen die auf den einzelnen Auffängern gleichzeitig entstandenen Impulse auf dieser Leitung in zeitlicher Folge. Ändert man nun nacheinander, z. B. entsprechend einer Vorspannung, die vorhandene Gegenspannung am Ablenkkondensator oder die Spannung, welche die Einschussgeschwindigkeit der Elektronen in den Kondensator bestimmt, mit kurzzeitig festgehaltenen Spannungswerten durch Überlagerung der Vorspannung, wie man sie bei der Abtastung einer Signalfunktion z. B. erhält, so entstehen in der Kodierröhre nacheinander Impulsgruppen, welche dann in der beschriebenen Weise noch zeitlich aufgelöst werden, so dass man einen Puls-Kode erhält, mit dem man einen Sender modulieren kann.
Bei Verwendung der Kondensatorformen der bekannten Anordnung, besonders des Plattenkondensators, kann man jeweils nur den mittleren Bereich des Flachstrahles verwenden, wegen der in den seitlichen Bereichen des Flachstrahles durch seine Begrenzung und infolge von Raumladungseffekten auftretenden Abbildungsfehler. Ebenso müsste dem Gegenfeld-Plattenkondensator eine grosse seitliche Ausdehnung gegeben werden, damit die Randverzerrungen des Gegenfeldes nicht den Ablenkvorgang ttören.
Deshalb wird nach der Erfindung der Plattenkondensator zu einem Zylinderkondensator gebogen und' die Elektronen unter dem sich für diese Anordnung ergebenden Fokussierwinkel in bezug auf die Achse des Zylinderkondensators eingeschossen. Der Einschusswinkel für optimale Fokussierbedingung beim Zylinderkondensator hängt in erster Linie vom Verhältnis der Radien ra/r i ab. Der Fokussierwinkel ist > 450, u. zw. um so grösser, je grösser ra/ri ist. Bei extremem Verhältnis ra/ri, z. B. > 10, wird der Fokussierwinkel unerwünschterweise von der"Schussweite"abhängig.
Beim Grenzübergang zum Plattenkondensator erhält man für den Fokussierwinkel wieder 450. Es ent-
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steht dann unter dem Einfluss des Gegenfeldes eine Fokussierung und Ablenkung des Strahles auf Bahnen nach Art von Zwiebelschalen. Die Rasterzeilen sind jeweils entsprechend in Form von Kreisringen bzw. sehr schmalen Zylindermänteln etwa in sich geschlossen ausgebildet.
An Hand der Zeichnungen, welche rein schematisch gehalten sind, sollen nähere Einzelheiten der
Erfindung erläutert werden. So ist in Fig. 1 rein schematisch Wirkungsweise, Aufbau und Funktion einer solchen Einrichtung mit einer Kodierröhre mit einem Zylinderkondensator wiedergegeben. Die Fig. 2 - 5 veranschaulichen einige Abwandlungsmöglichkeiten eines nach Zylinderkondensatorart ausgebildeten Ab- lenksystems einer Kodierröhre, während in Fig. 6 das Prinzipschaltbild der beschriebenen Kodierungsein- richtung wiedergegeben ist.
In Fig. 1 ist rein schematisch ohne besondere Darstellung des betreffenden Endladungsgefässes der Auf- bau der beschriebenen Kodierröhre wiedergegeben, bei dem das Ablenksystem aus einem Zylinderkon- densator 1, 2 besteht. Innerhalb des Innenzylinders 1 des Kondensators, etwa an seinem einen Ende, be- findet sich das Strahlerzeugungssystem mit der Kathode 9 und dem Wehneltzylinder 10.
In einem ge- wissen Abstand von der Emissiol1sfläche der Kathode befindet sich im Innenzylinder ein Ringschlitz 3 als
Eintrittsöffnung für den von der Kathode, etwa nach Art eines Kegels, austretenden bereits durch den
Wehneltzylinder fokussierten Elektronenstrahl, der unter Einhaltung des Fokussierwinkels im Ablenkraum durch das vorhandene Gegenfeld und überlagerte Feld, infolge der angelegten Signalspannung, auf Bah- nen etwa nach Art von Zwiebelschalen angelenkt wird und dabei fokussiert, entsprechend einem schma- len Zylindermantel, auf den sich gegen das andere Ende des Innenzylinders erstreckenden perforierten
Schirm 4 gelangt.
Dieses sogenannte Beleuchten der Schlitzblende 3 durch Abbiegen der von der zum
Zylinder frontalen Emissionsfläche der Kathode austretenden Elektronen, nach Art eines geöffneten Kegels, wird unter anderem durch eine Umlenkelektrode 11 erreicht, die, z. B. als Kegelmantel ausgebildet, derart im Bereich des Schlitzes angeordnet ist, dass sie etwa den Querschnitt des inneren Zylinders ausfüllt und mit ihrer Spitze zentral auf die Emissionsfläche der Kathode zeigt. Je nach dem Potential dieser Elektrode werden die Elektronen fokussiert auf den Schlitz oder zum Zwecke einer Tastung des
Strahls auf die Zylinderwandung gelenkt. Durch diese Massnahme wird der Schlitz wie eine Elektronenquelle im Verhältnis 1 : 1 auf dem perforierten Schirm 4, etwa nach Parabolkurvenart, abgebildet.
Die Perforierung des Schirmes besteht aus in sich geschlossenen parallel zum Eintrittsschlitz angeordneten Rasterzeilen, die die jeweiligen Stufenwerte darstellen. Hinter diesem perforierten Schirm, d. h. innerhalb des inneren Zylinders, sind entsprechend dem achtstelligen Kode acht Drähte 6 in Abstand von der Wandung symmetrisch verteilt als getrennte Auffänger angeordnet. Auf diese gelangen Elektronen jeweils nur in dem Fall, dass vor ihnen eine Aussparung des Schirmes vorhanden ist. Gegeneinander sind die einzelnen Auffänger durch einzelne radial angeordnete Bleche 12, die zu einem gemeinsamen Gebilde zentral vereinigt sind, abgeschirmt, wie dies durch die perspektivische Darstellung hinter dem Durchbruch des Schirmes angedeutet ist. Mit Rücksicht darauf, dass ein achtstelliger Kode 256 Zahlen (Werte) umfasst, ist die Teilung des Schirmes in Rasterzeilen sehr fein gehalten.
Ihre Teilung, d. h. vertikale Aufteilung in Rasterzeilen, ist, wie eine genauere Durchrechnung ergibt, nicht streng linear.
Der Zylinderkondensator der beschriebenen Kodierröhre sowie die dabei angewendete Art des Elektroneneinschusses können auf mannigfaltige Weise abgewandelt werden. So erhält man durch besondere Formgebung der Elektroden z. B. eine Streckung der Rasterteilung und damit eine Vergrösserung der Rastermaske, so dass man für die Elektronenoptik des Aus- und Ablenkvorganges weniger strenge Forderungen zu erfüllen hat. Ausserdem ergeben sich je nach der abgewandelten Form und Anordnung des Zylinderkondensators unterschiedliche funktionelle Zusammenhänge zwischen Steuerspannung (Auslenkspannung) und dem Auftreffpunkt des Elektronenstrahls. Man kann durch derartige Abwandlungen einrichten, dass der Raster an solchen Stellen, wo z. B. die Abbildungsfehler des Strahls am grössten sind, besonders gedehnt ist.
Man kann anderseits auch eine Linearisierung des Zusammenhanges zwischen Steuerspannung und Auslenkung erreichen.
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Elektronenflachstrahl auf der weiteren Seite des Kegelstumpfes eintritt. In Fig. 3 ist das Ablenksystem in gleicher Weise abgewandelt, jedoch mit dem Unterschied, dass von der kegelstumpfförmigen Aussenelektrode 2 der engere Teil dem Elektroneneintritt zugeordnet ist. Durch diese Massnahme wird in besonders vorteilhafter Weise eine Streckung des Schirmes und damit eine Verbreiterung der Rasterzeilen erzielt.
In Fig. 4 ist ein Ablenksystem, z. B. in Form eines Zylinderkondensators, dargestellt, bei dem in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung abweichend von den vorher beschriebenen Systemen, die eine
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glatte Elektrode, d. h. diejenige ohne Eintrittsschlitz und perforierten Schirm, quer zur Längsrichtung in zwei Teile unterteilt ist.
Beide Teilelektroden 2, 2'sind im dargestellten Beispiel etwa gleich lang, können aber mit besonderem Vorteil derart unterschiedlich lang ausgebildet werden, dass die kathodennahe Teilelektrode wesentlich kürzer ist. Ausserfür den dargestellten Fall ist diese Massnahme sowohl für ebene Systeme als auch bei solchen Anordnungen sinnvoll, bei denen die sogenannte glatte äussere Elektrode konisch oder entspre- chend gekrümmt gestaltet ist.
In Fig. 5 ist von einem Zylinderkondensator in besonders vorteilhafter Weise von der glatten unterteilten Elektrode die kurze kathodennahe Teilelektrode 2', z. B. als Kegelmantel, etwa entsprechend der Anfangsbahn des Elektronenflachstrahls geformt und ausserdem von der andern langen im dargestellten Fall zylindrischen Teilelektrode 2 derart umgeben, dass sich die kurze Teilelektrode vollkommen innerhalb des langen Zylinders befindet und somit von diesem zusätzlich abgeschirmt wird.
Der besondere Vorteil der beschriebenen Massnahme besteht vor allem darin, dass man den die Auslenkung des Elektronenstrahls bewirkenden Steuervorgang von notwendiger Weise in einem relativ längserstrecken Ablenksystem zu erfolgenden Fokussier- und Ablenkvorgang trennen kann. In der Praxis wird nämlich die Fokussierung und gleichzeitige Ablenkung des Elektronenstrahls auf eine parabolische Bahn, die sogenannte Null- oder Anfangsbahn, etwa entsprechend dem Arbeitspunkt bei einer Verstärkerröhre, durch ein von einer konstanten Vorspannung erzeugtes Gegenfeld bewirkt und durch die gleichzeitig angelegte Signalspannung ein überlagertes zusätzliches Gegenfeld erzeugt, das den Elektronenstrahl von seiner Null- oder Anfangsbahn auslenkt, u. zw. zum Treffen der jeweiligen Rasterzeilen.
Durch die vorher beschriebene Massnahme der Unterteilung der glatten Elektrode, in z. B. eine lange und eine kurze
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auf die kurze Teilelektrode zu geben, ist es möglich, die Kapazität des Eingangssystems wesentlich herabzusetzen und damit Kddierungen bis etwa ins Nanosekundengebiet durchzuführen. Die Unterteilung einer Elektrode des Ablenksystems in der zuletzt beschriebenen Weise ist darüber hinaus dazu geeignet, durch Ausbildung der kurzen Teilelektrode bei z. B. zylinderförmigem Ablenkkondensator in eine Verzö- gerungsleitung mit in azimutaler Richtung wirkender Verzögerung in sehr einfacher Weise eine zeitlich aufgelöste Impulsfolge zu erzielen, wenn unter anderem der Elektronenstrahl hinsichtlich seiner Form entsprechend geändert wird und durch ein Drehfeld eine Umlaufbewegung erfährt.
In Fig. 6 ist die Prinzipschaltung einer beschriebenen Kodierungseinrichtung mit einer Kodierröhre derart wiedergegeben, dass das betreffende Entladungsgefäss nicht besonders dargestellt ist. Von dem als Zylinderkondensator ausgebildeten Ablenksystem l, 2 befindet sich gegenüber dem geerdeten Innenzylinder 1 der äussere Ablenkzylinder 2 infolge der zwischengefügten Spannungsquelle 14 auf einem negativen Potential. Zwischen dem Bezugspunkt und der erwähnten Batterie 14 ist der Signaleingang 5 in Form eines Signalgeber zwischengeschaltet, von dem dem Ablenksystem zur Erzeugung eines überlagerten steuernden Gegenfeldes eine der zu kodierenden Signalfunktion angeglichene treppenförmige Spannungsfolge zugeführt wird.
Innerhalb des Innenzylinders 1 sind Kathode 9, Wehneltzylinder 10 und Umlenkelektrode 11 angeordnet und befinden sich gegenüber dem Bezugspunkt mittels der Spannungsquelle 15 auf einem negativen Potential. Lediglich in der Leitung von der erwähnten Spannungsquelle 15 zur Umlenkelektrode 11 ist ein TastspannungsgeberT eingefügt, durch dessen Rechteckspannungsimpulse die Beleuchtung des Eintrittsspaltes 3 gesteuert wird. Am andern Ende der Innenelektrode befinden sich im Innern die einzelnen Auffänger 6, die über jeweils einen Widerstand R, entsprechend über eine Kapazität C abgeblockt, durch die Spannungsquelle 16 ein erhöhtes Potential gegenüber dem Bezugspotential erhalten.
Die an ihnen auftretenden Impulse werden vor dem Zusammenführen auf eine gemeinsame Leitung über nicht besonders dargestellte Verzögerungsglieder verzögert.
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