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Die zur praktischen Bedeutung gelangten Verfahren zur Aufzeichnung
der insbesondere mit höheren Frequenzen ablaufenden zeitlichen Schwankungen physikalischer,
biologischer oder chemischer Größen in Medizin, Forschung und Technik bedienen sich
entweder irgendeines bewegten massigen Organs, um die Strom- oder Spannungsamplitude
durch möglichst proportionale Auswanderung desselben quer zur Laufrichtung eines
bandförmigen Aufzeichnungsträgers in eine Schreibspur umzusetzen, oder bei einer
an sich mechanisch trägheitslosen Aussteuerung muß ein hoher elektrischer Aufwand
getrieben werden, um eine Schreib amplitude proportional zu den ursprünglichen Meßgrößenschwankungen
zu erhalten. Zu den in diesem Sinn mechanischen Verfahren gehören alle jene, bei
welchen ein von einem Meßwerk gesteuerter Schreibzeiger irgendeiner Schreibart oder
ein Tinten-oder Flüssigkeitsstrahl bewegt wird. Bei Lichtschrift muß eine Lichtquelle
oder ein Spiegel gedreht oder ausgelenkt werden. Bei elektrischer Schrift schließlich
ist ein Elektronenstrahl seitlich abzulenken, was zwar praktisch trägheitslos erfolgt,
jedoch beträchtliche Vorsorge für eine betriebssichere Handhabung ungewöhnlich großer,
in der Schwachstromtechnik sonst unüblicher elektrischer Beschleunigungsspannungen
verlangt.
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Ein bekannter Vorschlag sah bereits vor, an den Ausgang eines Meßverstärkers
eine Mehrzahl von Elektronenröhren oder Gruppen von Elektronenröhren anzuschließen,
die nebeneinander in festen Längszonen auf einem Aufzeichnungsträger bei Stromdurchgang
Schreibspuren erzeugen können, so daß je nach der Größe der ankommenden Spannungen
oder Ströme eine oder mehrere aufeinanderfolgende Röhren-bzw ;-Röhrengruppen geöffnet
werden. Es handelte sich also dabei nicht um eine diskrete Aufzeichnung der Meßwerte
unter Bildung einer linienförmigen Schreibspur. Außerdem muß es als Nachteil betrachtet
werden, daß sich dabei mit der Größe der aufzuzeichnenden Spannungen oder Ströme
auch der als Arbeitswiderstand wirkende Gesamtwert des Widerstandes der ge ; offneten,
parallelliegenden Röhren oder Röhrengruppen änderte, was zumindest eine starke Ungleichförmigkeit
des Farbkontrastes zur Folge hatte.
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Mit dem grundsätzlich gleichen Ergebnis arbeitet eine andere bekannte
Registriervorrichtung. Dabei bringt ein Signalgeber die nebeneinanderliegenden Elektroden
eines Schreibkammes mit einer Batterie in Verbindung, so lange der von einem Meßwerk
festgestellte Wert der zu registrierenden, zeitlich veränderlichen Größe einen für
die betreffende Elektrode festgelegten Amplitudenwert überschreitet.
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Bei einer anderen Gruppe von vorbekannten Registriergeräten, die
mit einem Kamm nebeneinanderliegender Schreibelektroden oder Schreib elemente arbeiten,
werden die einzelnen Elemente entweder durch einen an einem im Takt der Meßgrößenschwankungen
sich drehenden Spiegel abgelenkten Lichtstrahl aktiviert oder durch einen im Takt
der Meßgrößenschwankungen ausgelenkten Kathodenstrahl einer Kathodenstrahlröhre,
oder durch einen mechanischen Verteiler, wobei gewisse zeitliche Verzerrungen in
Kauf genommen werden müssen. In allen diesen Fällen sind also nach wie vor jene
Mängel vorhanden, deren Beseitigung als Aufgabe der vorliegenden Erfindung zugrunde
lag.
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Des weiteren bedürfen in diesem Zusammenhang
die bekannten Verfahren
zur elektrographischen Schnellschrift einer Würdigung. Bei diesen geht es zwar nicht
um die schnelle Aufzeichnung kontinuierlich auftretender Amplitudenschwankungen
einer Meßgröße; aufgabenmäßig wird aber ein ähnliches Ziel verfolgt, nämlich die
Bewegung materieller Teile bei der Registrierung zu vermeiden. Indessen bedient
man sich bei diesen Schreibtechniken anderer Mittel, und zwar einer Ferritkernmatrix
für die einzelnen Rasterpunkte des aufzuzeichnenden ein- oder zweidimensionalen
Symbols. In der einen Dimension werden die einzelnen Ferritkerne räumlich nebeneinander
gleichzeitig abgefragt, in der anderen Dimension aber zeitlich nacheinander. Es
werden nur zwei Zustände, nämlich Aus und Ein aufgezeichnet. Damit können aber Schwankungen
einer Meßgröße nicht amplitudengetreu und kontinuierlich registriert werden, und
man bedient sich nicht solcher Diskriminatoren, die so lange einen Schreibimpuls
abgeben, wie der augenblickliche Wert der aufzuzeichnenden Meßgröße innerhalb eines
bestimmten, ihnen zugeordneten Amplitudenintervalls liegt. Der bei den älteren Techniken
benutzte Code-Umsetzer ist nicht mit dem mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen
Diskriminatorensatz vergleichbar.
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Mit dem Wesen der vorliegenden Erfindung ist schließlich auch ein
anderes bekanntes Registrierverfahren nicht vergleichbar. Dabei geht es um die diskontinuierliche
Registrierung elektrischer Signalspannungen. Es wird nur so weit ein Registrierimpuls
geliefert, als ein bestimmter, fest eingestellter Schwellwert überschritten wird
und amplitudenmäßig Gleichheit mit einer periodischen Hilfsspannung besteht.
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Dann spricht ein zugeordnetes Schreibelement einer Reihe nebeneinanderliegender
Schreibelemente an.
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Offensichtlich müssen dann aber zeitliche Phasenverschiebungen für
die aufgezeichneten Amplitudenwerte in Kauf genommen werden. Das Verfahren ist für
eine phasen-und amplitudengetreue Registrierung schnell ablaufender Vorgänge nicht
geeignet.
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Die Erkenntnis der Tatsache, daß vor allem für die Zwecke der Registrierung
hochfrequenter Vorgänge in der Größenordnung von 100 bis 1000 Hz die Trägheitsbehaftung
der Schreibverfahren oder die Notwendigkeit der Handhabung hoher Spannungen sehr
störende und nachteilige Begleiterscheinungen der Registrierung sind, führte zur
Aufgabenstellung, ein Schreibverfahren bzw. eine Schreibvorrichtung zu finden, welche
diese Unvollkommenheiten vermeidet, um die gefahrlose trägheitslose Aufzeichnung
auch hochfrequenter Vorgänge zu gestatten.
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Zu diesem Zweck sollte dieses Schreibwerk imstande sein, ankommende
elektrische Strom- oder Spannungsschwankungen, in welche der einfacheren Handhabung
halber üblicherweise die Meßgrößenschwankungen gegebenenfalls nach Verstärkung umgesetzt
werden, in zur Übertragung auf den Aufzeichnungsträger geeignete nicht mechanische
Zustandsänderungen eines unbewegten Organs quer zur Laufrichtung des Aufzeichnungsträgers
umzuwandeln, ohne daß Schwierigkeiten der Hochspannungstechnik auftreten oder trägheitsbehaftete
Mittel bewegt werden müssen.
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Gemäß dem Erfindungsgedanken wird diese Aufgabe in der Weise gelöst,
daß bei einer Vorrichtung zur Amplituden-Registrierung insbesondere schnell ablaufender,
in elektrische Strom- oder Spannungsschwankungen übersetzbarer Vorgänge auf einem
bandförmigen,
durch ein Schreibwerk hindurchgeführten, auf elektrischen Strom ansprechenden Aufzeichnungsträger
mit einem schreibenden Organ, das von einem quer oder senkrecht zur Laufrichtung
des Aufzeichnungsträgers sich erstreckenden Raster aus einer Mehrzahl dicht nebeneinanderliegender,
feststehender Schreibelektroden gebildet wird, erfindungsgemäß jedem Schreibelement
ein bestimmter Diskriminator aus einem Satz nicht mechanischer und damit trägheitsfrei
arbeitender Diskriminatoren zugeordnet ist und jeder einzelne Diskriminator nur
für ein bestimmtes ihm zugeordnetes schmales Amplituden-Wertintervall der aufzuzeichnenden
Größe sein zugehöriges Schreibelement betätigt, indem die Diskriminatoren in der
Reihenfolge der aufeinanderfolgenden Amplituden-Wertintervalle parallelliegende
Stromzweige bilden, von welchen jeder in Serienschaltung wenigstens zwei steuerbare
oder selbstregelnde nichtlineare elektrische Widerstände, wie Elektronenröhren,
Transistoren oder Dioden, enthält, von welchen der eine nichtlineare Widerstand
bei ansteigendem Wert der aufzuzeichnenden Größe an der Untergrenze des dem betreffenden
Diskriminator zugeordneten Wertintervalls seinen zugeordneten Diskriminator für
den Stromdurchgang öffnet und somit sein Schreibelement in Tätigkeit setzt, während
der andere nichtlineare Widerstand des Stromzweiges den Stromdurchgang an der oberen
Grenze des dem betreffenden Diskriminator zugeordneten Wertintervalls unterbricht
und somit bei Überschreiten des Grenzwertes das Schreibelement außer Betrieb setzt.
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Das erfindungsgemäße neue Schreibverfahren vermeidet alle Trägheitseffekte,
die durch mechanisch bewegte Teile von Schreibwerken bedingt sind. Es benötigt auch
weder elektrische Hochspannung noch den zu deren betriebssicheren Handhabung erforderlichen
technischen Aufwand. Es ist in weiten Grenzen an die aufzuzeichnenden Strom- oder
Spannungsamplitudenbereiche anzupassen und gibt den Anstoß zur Entwicklung von steuerbaren
oder selbstregelnden Organen mit stufenweiser tunnelartiger Durchlässigkeitscharakteristik,
um die beschriebene wertmäßige Diskriminatorwirkung zu erzielen. Seine Vorzüge für
die Registrierung, insbesondere schnell ablaufender Vorgänge, die in elektrische
Strom- oder Spannungsschwankungen umsetzbar sind, liegen auf der Hand. Um das Wesen
der Erfindung und die mit ihr gegenüber bekannten Schreibverfahren erzielten Vorteile
näher erläutern zu können, werden folgende Figuren herangezogen: Fig. 1 zeigt schematisch
den Aufbau des erfindungsgemäßen Schreibwerkes; Fig. 2 und 3 zeigen verschiedene
Möglichkeiten für die Diskriminatoren mit Tunnelcharakteristik unter Verwendung
von steuerbaren nichtlinearen elektrischen Widerständen, wie Röhren oder Transistoren;
Fig. 4 und 5 zeigen zwei Möglichkeiten für die Bildung der Diskriminatoren mit Tunnelcharakteristik
aus selbstregelnden spannungsabhängigen Widerständen; F i g. 6 a und 6 b zeigen
schematisch einen geeigneten Aufbau eines Schreibkamms für elektrolytische Schrift
in Ansicht von vorn und im Querschnitt.
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Zum Verständnis des Erfindungsgedankens sind in F i g. 1 nur die
wichtigsten Organe eines erfindungsgemäßen Registriergerätes dargestellt. Ein bandför-
miger
Aufzeichnungsträger 6 wird mittels eines durch den Motoroc angetriebenen Antriebsrollenpaares
6 b durch die Schreibstelle gefördert. Diese wird im gezeigten, zur Kantenschreibung
geeigneten Ausführungsbeispiel von einer schlanken Umlenkrolle als Schreibunterlage
bestimmt, über die der Aufzeichnungsträger gezogen wird, wobei er sich von einer
Vorratsrolle 6 a abwickelt. Die zu registrierenden elektrischen Spannungen werden
von einem Aufnehmer 1 empfangen und in den meisten Fällen einem Zwischenverstärker
2 zugeleitet, der an seinem Ausgang3 Signale, d. h. Ströme bzw.
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Spannungen einer aufzeichnungsfähigen Stärke für das Schreibwerk liefert.
Um die Schreibspur durch Spannungs- oder Stromeinwirkungen auf dem Aufzeichnungsträger
zu erzeugen, umfaßt das erfindungsgemäße Schreibwerk z. B. neben der Speisespannungsquelle
4 für den Verstärker 2 eine z.B. von der Schreibunterlage 5 dargestellte Gegenelektrode
für den Aufzeichnungsträger 6, des weiteren einen Satz von einzelnen, den Stromdurchgang
steuernden bzw. selbstregelnden Diskriminatoren mit Tunnelcharakteristik 7 a, 7
b... und einen aus vielen einzelnen, nebeneinanderliegenden, durch isolierende Schichten
getrennten, kleinen Schreibelektroden 9 a zusammengesetzten Schreibkamm 9. Die Schreibunterlage
5 ist elektrisch an den einen Ausgang 3 des Verstärkers und damit an den einen Pol
der Speisespannungsquelle 4 gelegt, während der andere Pol der Speisespannungsquelle
4 über die Leitung 8 mit den parallel im Stromkreis liegenden Diskriminatoren 7
a, 7b verbunden ist.
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Nach dem Erfindungsgedanken sollen die einzelnen Diskriminatoren
7 a, 7b... so ausgebildet sein, daß sie entweder durch Selbstregelung oder durch
Steuerung nur für ein bestimmtes, möglichst schmales Intervall um einen bestimmten
Spannungs- bzw.
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Stromwert geöffnet werden, also tunnelartige Stromspannungscharakteristik
haben und als Weichen für den Strumdurchgang je nach der augenblicklichen Stärke
der Signale wirken, die am Ausgang 3 des Verstärkers 2 zur Verfügung gestellt werden.
Diese Wertintervalle sollen möglichst lückenlos den gesamten aufzeichnungsfähigen
Spannungs- oder Strombereich überdecken, wobei eine schmale gegenseitige Überlappung
der Intervalle unter Umständen zugelassen ist und sich sogar fördernd für die Schriftgüte
auswirken kann.
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Um dementsprechend auch eine scharfe, zu den Eingangswerten getreue
Schreibspur zu erreichen, müssen die einzelnen Schreibelemente 9 a, 9b... 9 n des
Kammes 9 dicht aufeinanderfolgen, wobei jedoch noch zwischen ihnen dünne isolierende
Schichten 9' notwendig sind, die jeden leitenden Kontakt zwischen nebeneinanderliegenden
Schreibelektroden verhindern. Die Schreibelektroden können aus Metalldrähten oder
dergleichen dünnen federnden Elementen gebildet werden, die zumeist einen guten,
wenn auch weichen mechanischen Kontakt mit der zu beschriftenden Seite des Aufzeichnungsträgers
haben sollen.
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Diese Forderung ist ohne weiteres zu erfüllen, wenn lediglich die
Schreibelektroden 9 a, 9b... und die isolierenden Zwischenlagen in Schichtbauweise
gefertigt sind. Die eigentlichen Diskriminatoren mit selektiver bzw. singulärer
Durchlässigkeitscharakteristik 7, 7 b, 7 c usw. können an anderen geeigneten, auch
getrennten Stellen des Gerätes zugänglich untergebracht
sein und
werden lediglich, wie die F i g. 6 und 6 a zeigen, durch elektrische Leitungen 91
a, 91b mit den einzelnen Elementen des Schreibkammes 9 verbunden. Nötigenfalls lassen
sich störende gegenseitige kapazitive Beeinflussungen der untereinander geschichteten
Schreibelektroden weitgehend unterdrücken, indem sie winkelmassig über einen Kreissektor
versetzt hintereinander angeordnet werden und sich nur mit ihrer Spitze längs einer
Achse decken, welche die Kante des Schreibkammes bildet, an den der Aufzeichnungsträger
vorbeigeführt wird.
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Zur Erzeugung der eigentlichen Schrift kann man sich entweder des
an sich bekannten elektrischen bzw. elektrolytischen Verfahrens bedienen, indem
der Aufzeichnungsträger 6 mit geeigneten, bei Stromdurchgang elektrolytisch oder
thermisch empfindlichen, sich verfärbenden Salzen oder Lösungen, z. B. aus Jodkalium,
präpariert bzw. imprägniert wird, oder man kann auch bekannte elektro-photographische
Verfahren anwenden, indem der Aufzeichnungsträger mit einer geeigneten Beschichtung,
z. B. aus Selen oder Zinkoxyd, als Dielektrikum zwischen zwei Belägen hindurchgeführt
wird, von welchen der eine Belag von der Gegenelektrode 5, der andere von den einzelnen
Schreibelementen 9 a, 9b usw. gebildet wird. Es werden dann auf einem ungeladenen
Aufzeichnungsträger entsprechend der auftretenden Spannungs- oder Stromschwankungen
Ladungen erzeugt bzw. von einem oberflächlich statisch aufgeladenen Aufzeichnungsträger
Ladungen abgeleitet, so daß sich durch Bestäuben der Oberfläche mit bekannten pulverisierten,
ladungstragenden Farbstoffen und nachfolgender Fixierung, je nach Ladungsdichte,
sichtbare Kontraste bzw. Schreibspuren bilden. Zur Erzeugung der Schreibspur kann
man sich so mannigfacher bekannter kontrasterzeugender Verfahren bedienen.
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Das Neuartige an der Erfindung ist indessen die eindimensionale kammartige
Anordnung eines Satzes von vielen einzelnen, feststehenden, schreibfähigen Elementen
9 a quer über die Breite des Aufzeichnungsbandes und die Kombination mit einer nicht
mechanischen, trägheitslosen Weichenstellung für die aufzuzeichnenden Impulse oder
Signale je nach ihrer Größe mittels geeigneter elektrischer Diskriminatoren.
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Die einzelnen Schreibelemente 9 a, 9b des Schreibkammes 9 setzen die
von den vorgeschalteten steuernden Organen oder Diskriminatoren 7 a, 7b... gelieferten
Signale in eine Schreibspur um. Bei einer rein elektrischen Wirkungsweise können
letztere entweder aus fremdgesteuerten nichtlinearen Widerständen bestehen oder
aus spannungsabhängigen, d. h. selbstregelnden Widerständen.
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F i g. 2 zeigt schematisch eine Anordnung gemäß dem erstgenannten
Prinzip, wobei der tÇberschaubarkeit halber von dem Diskriminatorensatz nur drei
nebeneinanderliegende Diskriminatoren dargestellt sind. Als nichtlineare, steuerungsfähige
Widerstände können Röhren 71 a, 71b... 72 a, 72b... oder äquivalente Elemente, also
insbesondere Transistoren dienen. Jeder den Stromdurchgang selektiv steuernde Diskriminator
besteht z. B. aus zwei gemeinsam mit Anoden-, Kathoden- und Zwischenwiderständen
74 a, 73 a und 75 a in Serie geschalteten Elektronenröhren 71 a und 72 a, deren
innere Widerstände ihrerseits von einer für alle Diskriminatoren gemeinsame Phasenumkehrstufe
14 gesteuert werden. Die Phasen-
umkehrstufe liegt am Ausgang 3 des Meßverstärkers
2. Die Potentiale am Kathodenwiderstand 14 a und am Anodenwiderstand 14b ändern
sich gegenphasig, so daß bei geeigneter Bemessung der parallelen, in einem von der
Spannungsquelle4a gespeisten Hilfsstromkreis liegenden Steuer- oder Diskriminatorzweige
7 a, 7b... und bei Erreichen eines am Kathodenwiderstand 75 a abgreifbaren Spannungswertes,
der Stromdurchgang von der Röhre 72 a geöffnet wird und bei einem möglichst dicht
darauffolgenden Wert der Stromdurchgang von der Röhre 71 a in Abhängigkeit von dem
zum Kathodenpotential gegensinnig sich ändernden Potential an der Anode wieder geschlossen
wird. Mit Hilfe der Kathodenwiderstände 75 a, 75b... geeigneter Größe, die in dieser
Reihenfolge wachsende Widerstandswerte haben, und der Anodenwiderstände 74 a, 74b...,
die in dieser Reihenfolge sich im gleichen Sinne ändern, lassen sich die aufeinanderfolgenden
parallelen Steuerzweige für aufeinanderfolgende, verschiedene, schmale Wertintervalle
von Strom oder Spannung öffnen. Um die Arbeitswiderstände der einzelnen Steuerzweige
oder besser die an den Schreibelementen zur Wirkung kommenden Leistungen möglichst
untereinander gleich zu halten und um die Diskriminatorwirkung zu unterstützen,
können auch noch Zwischenwiderstände 73 a, 73b... vorgesehen sein, die in dieser
Reihenfolge kleiner werden.
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Die Anodenzweige der jeweils letzten Röhre in einem Diskriminatorzweig
sind mit den im Schreibkamm eingebauten Schreib elektroden 9 a,9b... verbunden.
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Bei Verwendung von Transistoren anstatt von Röhren lassen sich ähnliche
Verhältnisse erzielen.
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Jeder Diskriminator oder Steuerzweig öffnet sich also nur innerhalb
des ihm zugeordneten schmalen Wertintervalls der ankommenden Spannungen oder Ströme,
in welchem die beiden in Serie liegenden nichtlinearen Widerstände niederohmig sind
und sich ihre Durchlässigkeitsbereiche überschrteiden, wodurch sich die gewünschte
Selektivität oder Singularität der Durchlässigkeit eines jeden Steuerzweiges ergibt.
Derartige Kombinationen können mit Röhren oder Transistoren und schließlich mit
anderen nichtlinearen Widerständen aufgebaut werden.
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Bei der Ausführung des Erfindungsgedankens gemäß dem Prinzip der
F i g. 2 kommt die Diskriminatorenwirkung durch Staffelung der Widerstandswerte
der Kathoden- und/oder Anoden- und/oder Zwischenwiderstände (75 a, 75 b bzw. 74
a, 74b... bzw.
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73 a, 73b...) zustande. Dasselbe leistet aber auch - wie die Schaltskizze
F i g. 3 veranschaulicht - die Ausbildung des Kathoden- und des Anodenwiderstandes-
(14 a/1, 14.12... und 14 ball, 14 bs2...) der steuernden röhren- oder transistorbestückten
Phasenumkehrstufe 14 (Röhre 140), die als Spannungsteiler mit je so viel Teilwiderständen
wie Diskriminatorenzweige (107a, 107b...) vorhanden sind. Die Zwischenabgriffe sind
der Reihe nach mit den Steuerelektroden der Röhren oder Transistoren der Diskriminatorzweige
107 a, 107b... in solcher Reihenfolge verbunden, daß die unteren Röhren der einzelnen
Zweige der Reihe nach, wegen der kleiner werdenden negativen Gittervorspannung,
geöffnet, die oberen Röhren aber geschlossen werden und jeweils die beiden Röhren
eines Diskriminatorzweiges in einem schmalen Intervall gleichzeitig geöffnet sind
und somit die zugehörige Schreibelektrode stromführend ist. Ein gemeinsamer Kathodenwiderstand
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für die unteren Röhren, gegebenenfalls auch ein gemeinsamer Anodenwiderstand für
die oberen Röhren, erlaubt in Verbindung mit den Spannungsteilern im Anoden- und
Kathodenzweig der Phasenumkehrstufe die günstigste Dimensionierung und die Wahl
richtiger Spannungsverhältnisse im Sinne der Erfindung. Selbstverständlich ist es
zweckmäßig, Möglichkeiten zum nachträglichen Einregulieren der Widerstandswerte
vorzusehen, wie symbolisch angedeutet ist. Schließlich kann man die Einstellverhältnisse
auch noch mittels Zwischenwiderständen 173 a, 173b... verbessern.
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Bei der Verwirklichung des Erfindungsgedankens gemäß Fig. 4 sind
die einzelnen, aus nichtlinearen spannungsabhängigen Widerständen zusammengesetzten
Steuerzweige oder Diskriminatoren in den Anodenzweig der Verstärkerstufe eingebaut.
Jeder Steuerzweig kann zwar auch z. B. aus einer einzigen oder mehreren Tunneldioden,
deren Durchlässigkeitsbereich dem aufzuzeichnenden Intervall der Meßspannungen oder
Meßströme angepaßt ist, bestehen.
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Um nicht in den wieder ansteigenden Kurventeil der Stromspannungscharakteristik
der Tunneldioden zu gelangen, können noch passende Strom- oder Spannungsbegrenzer
vorgesehen sein. Anstatt vor einer einzigen Tunneldiode kann jeder Steuerzweig aber
vorteilhafter - wie gezeigt - auch von der Serienschaltung einer in Sperrichtung
liegenden Zenerdiode 77 a 77 b ... und einer Tunneldiode 76, 76b... gebildet werden.
Die parallelliegenden Steuerzweige stellen somit den Arbeitswiderstand im Anodenstromkreis
der Verstärkerendstufe dar und liegen mit der Speisespannungsquelle 4 b in Serie.
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Steigt die Anodenspannung an, dann öffnet sich bei einer bestimmten
Spannung die Zenerdiode des ersten Steuerzweiges. Der an der Tunneldiode76a liegende
Teil der Spannung soll dann eine solche Größe haben, daß die Stromspannungskurve
dieser Diode kurz vor der abfallenden Flanke im Durchlässigkeitsbereich angeschnitten
wird. Sobald daher die Anodenspannung der Verstärkerendstufe eine gewisse Größe
wieder überschreitet, wird der erste Steuerzweig durch die Tunneldiode wieder geschlossen.
Dann soll jedoch der nachfolgende zweite Steuerzweig in ähnlicher Weise nur für
das nachfolgende Spannungs- oder Stromintervall geöffnet werden. Wenn somit die
Anodenspannung der Verstärkerendstufe den gesamten aufzuzeichnenden Bereich einmal
durchläuft, öffnen sich der Reihe nach die einzelnen Steuerzweige in dem ihnen jeweils
zugeordneten Spannungsintervall. Die von ihnen gesteuerten Ströme werden dann den
jeweiligen zugehörigen Schreibelementen des Rasterkammes zugeführt und erzeugen
an den Berührungsstellen des Aufzeichnungsträgers einen Schreibpunkt bzw. die Elemente
der Schreibspur. Aus diesen setzt sich dann die gesamte Schreibspur zusammen. Wenn
sich die einzelnen Durchlässigkeitsintervalle der Steuerzweige etwas überlappen
und der gegenseitige Abstand der einzelnen Schreibelemente sehr gering ist, läßt
sich eine bei normaler Betrachtung zusammenhängend erscheinende Aufzeichnungsspur
erzeugen.
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Für die bis jetzt beschriebenen Schaltungen der Diskriminatorzweige
benötigte man wenigstens zum Teil elektronische Organe mit Stromspannungskennlinien,
die nicht sehr steil verlaufen können. Um daher große Schärfe der jeweiligen öffnungsintervalle
zu erzielen, müßte ein ziemlicher Aufwand getrieben
werden. Ein schaltungsmäßig gemäß
F i g. 5 zusammengesetzter Diskriminatorensatz bringt in dieser und anderer Hinsicht
eine wesentliche Verbesserung.
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Zunächst ist ein wesentliches Kennzeichen, daß jeder Diskriminator
207 a, 207b... zwei in ihrer Sperrichtung hintereinandergeschaltete Zenerdioden
271 a, 271b... und 272 a, 272b... enthält. Die Verbindungspunkte B, B' und B" zwischen
je einem Zenerdiodenpaar sind an die Abgriffe des als Spannungsteiler ausgebildeten
Kathodenwiderstandes 214 einer vorgeschalteten Röhre oder eines vorgeschalteten
Transistor 240 angeschlossen. Diese Spannungsteilerstufe wird durch die Verstärkerendstufe
243, 244 gesteuert und dient im wesentlichen dazu, die an den einzelnen Zenerdioden
271a, 271b..., die zum Schreibkamrn 9 führen und über die Schreibunterlage 5 mit
dem positiven Pol der Speisespannungsquelle 204 bzw. mit Masse verbunden sind, liegende
Spannung gegenphasig zu der Spannung zu ändern, die an den jeweils anderen Zenerdioden
272 a, 27ob ... liegt. Letztere sind über abgestufte Vorwiderstände 275 a, 275b...
und über einen gemeinsamen, von aufzuzeichnenden Signalen gesteuerten Widerstand
in Form einer Röhre 241 oder eines Transistors 241 mit dem negativen Pol der Speisespannungsquelle
204 verbunden. Das Gitter der Röhre 241 oder die Steuerelektrode eines äquivalenten
Transistors liegt über einem Vorwiderstand 246 zur geeigneten Spannungsabstufung
ebenfalls wie das Gitter der Röhre 240 am Kathodenwiderstand 244 der Verstärkerendstufe.
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Erfindungsgemäß sollen die genannten elektronischen Organe mit ihren
Eigenschaften so bemessen sein, daß bei einer maximalen Amplitude der aufzuzeichnenden
Signale die Gruppe der dargestellten Diskriminatoren stromundurchlässig ist. Bei
einer maximalen Amplitude der am Eingang 201 der Verstärkerendstufe ankommenden
Signalspannungen führt nämlich die Röhre 243 Maximalstrom, und das Potential am
Abgriff des Anodenwiderstandes 244, das den Steuergittern der Röhren 240 und 241
zugeführt wird, hat ein Minimum. Dadurch sind aber die Anodenströme der Röhren 240
und 241 oder äquivalenter steuerbarer Organe ebenfalls sehr klein, und die an ihnen
liegende Spannung ist ein Maximum. Die Dimensionen der Zenerdioden, der Spannungsteiler
und der Vorwiderstände sind nun erfindungsgemäß derart, daß dann zwar die Zenerspannung
der am Schreibkamm 9 unmittelbar angeschlossenen Zenerdioden 271 a, 271b... überschritten
ist, dagegen an den jeweils anderen Zenerdioden der einzelnen Diskriminatorenzweige
eine kleinere Spannung als die Zenerspannung liegt. Dadurch sperren die jeweils
unteren Zenerdioden für alle Zweige den Stromdurchgang. Sinkt nun die Steuerspannung
am Eingang201, dann werden die Röhren 241 und 240 langsam geöffnet, die Potentiale
an den Zwischenpunkten B, B' und B" der Diskriminatoren steigen unter Verkleinerung
der an den Zenerdioden 271 a, 271b... liegenden Spannungswerte, während die Potentiale
an dem gemeinsamen VerbindungspunktA bzw. A' bzw. A" der einzelnen Diskriminatorenzweige
mit dem gesteuerten Widerstand 241 unter Vergrößerung der an den Zenerdioden 272
a, 272b... liegenden Spannungswerte sinken. Durch die abgestufte Ankopplung der
einzelnen Zweige an den Spannungsteiler 214 werden dann der Reihe nach die Zenerdioden
272 a, 272b,
272 c geöffnet und die Zenerdioden 271 a, 271b und
271 c der Reihe nach geschlossen. Durch geeignetere Abstimmung läßt sich erreichen,
daß jeweils in einem bestimmten schmalen Intervall gleichzeitig beide Zenerdioden
271 a, 272 a bzw. 271 b, 272 b... eines einzigen bestimmten Diskriminatorenzweiges
geöffnet sind. Die den einzelnen Diskriminatoren zugeordneten Spannungsintervallen,
für welche sie geöffnet sind, sollen dicht aufeinanderfolgen, wozu der Spannungsteile
214 und die Widerstände 275 a, 275b... geeignet zu bemessen und abzustufen sind.
Als Arbeitswiderstand wirken in jedem Diskriminatorenzweig der Widerstand für den
Stromdurchgang durch den Aufzeichnungsträger 6 zwischen den Elektroden 9 a, 9b...
des Schreibkammes 9 und der Schreibunterlage 5. Die geschilderte tunnelartige Durchlässigkeit
eines Diskriminators mit zwei in Serie liegenden Zenerdioden wird also durch die
Parallelschaltung eines steuerbaren Organs 240 zu dem aus einer Zenerdiode und dem
Arbeitswiderstand bestehenden Teil und der Vorschaltung eines zweiten steuerbaren
Organs 241 vor die andere Zenerdiode erzwungen, indem gleichphasig auftretende Spannungsänderungen
an den steuerbaren Organen 240, 241 in gegenphasige Spannungsänderungen an den Zenerdioden
umgewandelt werden, mit Überschneidung ihrer Durchbruchsbereiche in einem bestimmten,
einstellbaren Intervall.
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Mit Ausnahme dieses Intervalls ist stets eine der Zenerdioden im Aussteuerbereich
geschlossen. Man erkennt, daß unter Usmtänden das in Serie mit den unteren Zenerdioden
liegende steuerbare Organ 241 entbehrlich ist, da es lediglich entscheidend auf
die Potentialverschiebungen an den Verbindungspunkten B, B'... ankommt, welche durch
die Steuerung der Stromdurchlässigkeit des steuerbaren Organs 240 allein bestimmt
werden kann.
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Komplementär oder konjugiert wirkende Diskrlmi natoren sind ebenfalls
mit Hilfe von Zenerdioden darstellbar. Es soll dabei im Aussteuerbereich mit Ausnahme
eines bestimmten Intervalls Stromdurchlässigkeit bestehen. Dazu werden zwei im Arbeitsstromkreis
liegende Zweige, die aus je einer Zenerdiode und einem in Serie zu ihr liegenden
steuerbaren Widerstand (Röhre oder Transistor) bestehen, parallel geschaltet und
die steuerbaren Widerstände gegenphasig derart angesteuert, daß ein Zweig mit einer
einsinnigen Änderung des Eingangssignals von dem offenen in den geschlossenen, der
andere Zweig von dem geschlossenen in den offenen Zustand übergeht und in einem
schmalen Signalintervall beide Zweige geschlossen sind. Die steuerbaren Organe können
mehreren Diskriminatoren mit gestaffelter Lage der Sperrintervalle im Aussteuerbereich
gemeinsam sein.
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Durch die beschriebenen Schaltungen kommen die Vorzüge von Zenerdioden,
insbesondere die Steilheit ihrer Stromspannungskennlinie im Durchbruchgebiet voll
zum Tragen und gewährleisten, daß beide Flanken eines Öffnungsintervalls steil und
annähernd symmetrisch sind. Derartige Diskriminatoren mit steilflankiger, tunnelartiger
Durchlässigkeitscharakteristik haben über die Anwendung bei Registriergeräten mit
analoger Werteaufzeichnung hinaus auch noch für andere technische Gebiete große
Bedeutung.
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Insbesondere sind sie für die digital anzeigenden oder aufzeichnenden
Meßgeräte geeignet. Schaltung und Aufbau aus Zenerdioden ist einfach, so daß es
auf-
wandsmäßig vertretbar ist, Diskriminatorensätze mit einer großen Zahl einzelner
Zweige und mit entsprechend eng gestaffelten Durchlässigkeitsintervallen zusammenzustellen.
Die Zenerdioden können entweder von der gleichen Art, d. h. mit gleichen Kenndaten
sein, in welchem Falle vor allem in den unteren Diskriminatorenzweigen noch die
genannten Vorwiderstände 275 a, 275b... notwendig sind. Es können aber auch Zenerdioden
mit gestuften Eigenschaften angewandt werden, so daß unter Umständen die genannten
Vorwiderstände entbehrlich sind.
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Der bisher erreichte Stand der Halbleitertechnik ermöglicht es, eine
Vielzahl, z. B. mehrere hundert, von Steuerzweigen aus verhältnismäßig kleinen Transistoren
bzw. Dioden herzustellen und in kleinem Raum unterzubringen. Gegebenenfalls lassen
sich die Steuerzweige in Mikrobauweise in Verbindung mit gedruckter Schaltung aus
einzelnen Steuerebenen zusammensetzen. Schließlich können sie gegebenenfalls auch
völlig in Schichttechnik, unter Verwendung von isolierenden Zwischenschichten, hergestellt
werden.
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Um keine unterbrochene, sondern eine lückenfreie, stetige Schreibspur
auf dem Aufzeichnungsträger zu erhalten, obwohl eine gegenseitige Isolierung der
einzelnen Schreibelektroden 9 a, 9 b... erforderlich ist, wird vorgeschlagen, den
Schreibkamm gemäß Fig. 6 a und 6b auszubilden. Danach bestehen die Schreibelektroden
9 a, 9b... aus schmalen, gegenseitig isolierten und senkrecht auf der Schreibkante
stehenden metallischen Plättchen, die übereinandergeschichtet sind, jedoch geneigt
zur Schichtrichtung liegen. Trotz der isolierenden Zwischenschichten werden dann
die Schreibspurelemente lückenfrei nebeneinander erzeugt. Um die mögliche gegenseitige
kapazitive Kupplung an den Schreibelektroden klein zu halten, können die Elektroden
abwechselnd von der Oberseite und von der Unterseite des Schreibkamms zu seiner
vorderen Kante geführt sein. Es ist ein Anschluß an gedruckte Leiterbahnen, etwa
an den Lötstellen 91 a, 91b... möglich, von welchen die Leitungen zu den einzelnen
Diskriminatorenzweigen führen. Isolierende Deckschichten 109 können den Schreibkamm
zu einem handlichen Organ ergänzen. Zweckmäßig sind die Elektrodenvorderkanten abgerundet,
damit sich der Kamm an den über die Schreibkantenrolle 5 ablaufenden Aufzeichnungsträger
6 anschmiegt, wie F i g. 6 a im Querschnitt zeigt.