DE1514030A1

DE1514030A1 - Verfahren und Anordnung zur Helligkeitsregelung einer Kathodenstrahlroehre

Info

Publication number: DE1514030A1
Application number: DE19651514030
Authority: DE
Inventors: Thorpe Robert Allen; Nicholas Lazarchick
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1964-07-16
Filing date: 1965-07-10
Publication date: 1969-08-21
Also published as: CH422983A; US3403291A; DE1514030B2; SE306375B; BE667033A; NL6509064A; NL145067B; DE1514030C3; GB1090065A

Description

Neue Anmeldungsunterlagen

15HÜ30

Böblingen, 12, August 1968 biu-sr

Anmelderin: International Business Machines

Corporation« Armonk, N. Y. 10 504

Amtliches Aktenzeichen; P 15 14 030,4 (J 28 554 VIUc/21g) Aktenz. der Anmelderin: Docket 17 209

Verfahren und Anordnung zur Helligkeitsregelung einer Kathodenstrahlröhre.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Helligkeitsregelung der Leuchtfleokepür auf dem Sonirm einer Kathodenstrahlröhre,

Bei Anzeigevorrichtungen mit Kathodenstrahlröhren ist eine konstante Helligkeit der angezeigten Informationen insbesondere dann notwendig, wenn starke Unterschiede in der Aufzeiohnpngsgeschwindigkelt duroh die Leuohtfleckspur vorliegen und photographische Aufnahmen des Schirmbildes gemacht werden sollen. Für die Regelung auf konstante Anzeigeintensität gibt es zwei Möglichkeiten: Das Konstantzelt- und das Konstantintensitütesystem. Die Konstantzeitsysteme arbeiten mit veränderlicher

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Intensität« die Konstantintensitätssysteme mit veränderlicher Zelt* Bei einer Anzeigevorrichtung mit einer Kathodenstrahlröhre, die mit einer Steuervorrichtung, z.B. einem Datenverarbeitungssystem» verbunden ist, hat das Konstantzeltsystem gewisse Vorteile· Da ein solches System imstande ist« dl· genaue Zeit anzugeben« die nutig ist, um einen Vektor oder einen Strich auf dem Leuchtschirm zu erzeugen, ganz gleich wie lang tr 1st« kann die Steuervorrichtung synchron mit einem Taktgeber arbeiten und dadurch Zeitsteuerungs·* Probleme ausschalten« die einem System mit konstanter Intensität und veränderlicher Zeit anhaften· Bei einem Konstantzeltsystem können die Endpunkte der anzuzeigenden Vektoren in digitaler Form in einem Speicher gespeichert und unter Steuerung der Datenverarbeitungsanlage zu bestimmten Zeitpunkten ausgelesen werden, um. eine Vektoranzeige zu erzeugen. Die BewegungsgtschwindtgkeIt des Leuohtfleoks in einem feststehenden Zeitintervall 1st direkt proportional der in diesem Zeitintervall zurückgelegten Streok··

In einem KonstantzeItanzeigesystem der oben beschriebenen Art 1st' die Amplitude des als Steuersignal bezeichneten Eingangssignale der Länge oder Geschwindigkeit des Vektors proportional. Wenn angenommen wird, daß die Strahlintensität dem StrahlBtrom direkt proportional 1st, muß der Strahlstrom als Funktion der Geschwindigkeit gesteuert werden, damit die Helligkeit der Linienzüge des Schirmbildes kon-

Q stant bleibt. In den bekannten Kathodenstrahlröhrenanzeigevorriohtun-

oo gen ist jedoch das Verhältnis zwischen Strahlgeschwindigkeit und

ω ■"· ■■'"." . ■■-■"■■-""■

•c- -intensität nichtlinear. Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung«

° ein Verfahren und eine Anordnung zur Helligkeitsregelung anzugeben,

ο in dem die Strahlintensität der Strahlgeschwindigkeit direkt propor-. tional ist, d.h. in dem der Strahlstrom dem die Strahlgesohwindig·

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keit darstellenden Steuersignal proportion*! let«

Das Verfuhren gemäß der Erfindung ist daduroh gekennzeichnet« daß eine von der Geschwindigkeit der Leuohtfleckspur abhängige Spannung verstärkt dem Steuergitter der KathodenstrahlrUhre zugeführt und ein· RUokkopplungispannung vom Kathodsnwiderstand der KathodenetrAhlrUhre abgeleitet und nach Verstärkung mit der von der Oesohwindigkeit der Leuohtfleokipur Abhängigen Spannung verglichen wird· ■"■■/■

Dit Anordnung «ur Durchführung des Verfahren· gemaB der Erfindung lit gtkennzeichnet dutfoh einen Summierer, an dessen ersten Eingang die von der Qefohwindigkeit der Leuohtfliokepur abhängige Spannung anteiohloiMn und 4i^i^l Au^Ang über «inen «rtten Veritarker mit dem Steuereitter der ItÄfch&Äinfcti-Hlrahr· verbunden und an deiten swtlten Eingang ein RUokk^i>Uuigew -m Kithöfltnwideretand der Kathodenitrahlröhr· über einen iwtitan^Verstärk«? «ngeeohloeien ist· Vorttiihaftenfeiit Ht dir Summierer ein Differentialventorker. Haoh weiteren Merkmalen Air Srfindung ist die Eingang·impedani des ersten Eingang· de· Summierer« dem Vtretärkungefaktor dt· weiten Vtratärker· proportionai,und is besitttn bild· Veretärker einen hohen Veratürkung«faktor«

Das Verfahren und die Anordnung gemIO der Erfindung weisen den großen Vorteil auf, daß der Eaueohpegei der Anzeigeviel niedrigerist und der Frequer.agang d«r Anzeigevorriahtung weaentlioh günetiger liegt ils b«i den bisher bekannten Verfahren und Anordnungen. Besondere

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vorteilhaft ist, daß ein Nachabgleich der Schaltung nach einem Auswechseln der Kathodenstrahlröhre infolge Abweichungen in den Kenndaten nicht mehr erforderlich ist.

Die Erfindung sei nun anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild der Anordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein ausführlicheres Schaltbild der in Fig. 1 in Blockform dargestellten Anordnung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Anzeigeanordnung mit einer Kathodenstrahlröhre;

Fig. 4 verschiedene Spannungsverläufe zur Erläuterung der An-Ordnung gemäß Fig. 3 und

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Leuchtfleckspur in Form verschiedener Vektoren.

Wie aus den Zeichnungen und insbesondere Fig. 1 hervorgeht, wird ein

^ Steuersignal in Form einer Spannung, die die Länge, oder Geschwindig-

u> kelt eines anzuzeigenden Vektors darstellt, von der Leitung 21 aus

*- einem Summierer 25 zugeführt, dessen Ausgang über den mit K₁ bezeich JJjJ neten Verstärker 27 an das Steuergitter 29 der Kathodenstrahlröhre (KStR) 30 angeschlossen ist. Die allgemeinen Merkmale dea Eingangs-

COPY ORIGIN«'

signals werden nachstehend anhand von Pig. 3 Im einzelnen erläutert. Die Kathode 31 der KStR 30 ist über den mit R^ bezeichneten Widerstand 33 s^eerdet. Zwischen dem Verbindungspunkt 35 im Kathodenkreia und dom Summierer 25 befindet sich ein mit K₂ bezeichneter Rück-' kopplungsverstärker 37 mit seiner Ausgangsleitung 39. Die an die Kathode 3I angeschlossene Rückkopplungsschleife tastet die Spannung an der Kathode der KStR ab und vergleicht sie mit dem Steuersignal auf der Leitung'.21, das dem Summierer 25 zugeführt wird. Mittels dieser Schaltungsanordnung erhält man eine lineare übertragungsfunktion, d.h. ein lineares Verhältnis zwischen dem Kathodenstrom i^ und der Eingangsspannung e . Falls die Eingangsspannung das Steuergitter der KStR direkt ohne Kathodengegenkopplung steuert, ist die übertragungsfunktion nichtlinear. Durch die Kathodengegenkopplung mittels des Widerstandes 33 wird die Übertragungsfunktion mit steigendem Wert von R^ immer linearer. Durch praktische Überlegungen, wie z.B. Kapazitätseinwirkungen auf die Ansprechzeit, Rauschschwierigkeiten, Verlustleistungsprobleme usw.,wird jedoch'die Größe von R. auf einen bestimmten Wert festgelegt. Durch Einschalten eines Verstärkers 37 in die Rüekkopplungsschlelfe kann der Widerstand R. einen günstigen Wert erhalten, während gleichzeitig eine hohe Eingangsimpedanz gegenüber einem Eingangssignal auf der Eingangsleitung 21 des Summierers 25 erreicht wird. Die Eingangs impedanz wird also um einen Faktor erhöht, der dem Verstärkungsfaktor des Verstärkers K₂ proportional ist. Wenn man einen Verstärker mit bäurem Verstfirkungs faktor als Verstärker K₂ verwendet, wird die Eingangsimpedanz des Summierers sehr groß. Dies wird durch die nachstehend genau erläuterte mathematische Ableitung der übertragungsfunktion bestätigt.

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* copy

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Wenn die Verstärkungsfaktoren von K₁ und Kp hoch genug sind, worden Schwankungen in dem Kennwert der Kathodenstrahlröhren i. = f (e ) ausreichend kompensiert, und es ist keine Schaltungsjustage bei einem Wechsel der KStR nötig, abgesehen von der anfänglichen Einstellung der Intensitätspegelsignale. Durch die Verwendung eines Signals, das

fleckder Geschwindigkeit der Leucht^6pur proportional ist, erhält man einen viel niedrigeren Rauschpegel und einen genauer geformten Impuls mit schnelleren Anstiegs- und Abfallszeiten und geringerer Schaltungsverzögerung als bei den bisher verwendeten Systemen.

Nachstehend soll nun die mathematische Ableitung der Übertragungsfunktion der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung im einzelnen erläutert werden. Wenn die Spannung zwischen dem Gitter und der Kathode mit e , die dem Verstärker K₂ zugeführte Spannung mit β-, die Ausgangsspannung aus K₁ mit e und der Kathodenstrom der Kathodenstrahlröhre mit I^ bezeichnet werden, läßt sich die Ableitung der übertragungsfunktion mathematisch durch die folgenden Gleichungen darstellen:

^0<aer

/^u

e = e -

¹A

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Durch Einsetzen von (4) und (>) in (2) erhält man •₈ - Y»! - VA> --¹A

(1) in (5) eingesetzt ergibt V*_n * V - ¹M⁶I - K₂ ¹A' - ¹A

Vp ^{+ R}k V^{u K}i^KA7^Rk»

- _Vjt +H^₊₁K₁K_{2 +} IJ h_k

wenn (K₁ K₂ + 1 )lOj^ r + R^ (bei hohen Verstärkungsfaktoren)

^K1 (8)

wenn K^KgVtl ergibt sioh

^{1 K} 909834/0510

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Die übertragungsfunktion I^ ist also umgekehrt proportional dem

Produkt aus dem Verstärkungsfaktor von K_g und dem Wert des Kathodenwidorstandeo R. .

Fig.. 2 zeigt ein ausführlicheres Schaltbild der in Fig. 1 in Blockschaltung dargestellten Anordnung. Ein Signal wird der Eingangsklemme 41 zugeführt, und die am Widerstand 42 entstehende resultierende Spannung wird über die Leitung 21 der Basis 4} des Transistors 45 zugeleitet. Die der Basis 4} zugeführte Spannung macht den Transistor 45 leitend* der zusammen mit dem Transistor 47 und der zugeordneten Schaltung den Summierer 25 (Fig. 1) bildet. Wie noch im einzelnen erläutert wird, handelt es sich bei dem Summierer 25 praktisch um eine Spannungsvergleichsschaltung, die aus einem Differentialverstärker besteht. Der Transistor 51, der Widerstand 55, die Zener-Diode 55, der Kondensator 57 und der Widerstand 59 bilden eine Urstromquelle*

Beim Anlegen eines positiven Eingangssignals an die Basis 43 wird der Transistor 45 leitend, wodurch sein Kollektor 61 negativer wird; die resultierende Spannungsänderung auf Leitung 6jJ wird über die Zener-Diode 65 und den Nebenschlußkondensator 67 der Basis 69 des Transistors 71 zugeführt. Der Emitter des Transistors 7I ist mit der Basis des Transistors 7> verbunden Das der Basis 69 des Transistors 71 zugeführte negative Signal schaltet den.Transistor 7I ab. Der Emitter 80 des Transistors 81 1st mit dem Kollektor 75 des Transistors 73 verbunden, und der Emitter 74 des Transistors 7> ist Über den Widerstand 76 und den regelbaren Wideretand 78 mit einer negativen

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Spannungsquelle verbunden. Der regelbare Widerstand 78 wird zu Beginn so eingestellt, daß der gewünschte Kontrast auf dem Schirm der KStR erreicht wird. Wenn der Transistor 7I in der beschriebenen Art und Weise abgeschaltet wird, wird der Kollektor 77 des Transietors 81 positiver, und dieser positive Impuls wird duroh den Kondensator 85 dem Steuergitter 29 der Kathodenstrahlröhre JO zugeführt und schaltet dadurch den Strahl ein. Der dadurch entstehende Kathodenstrom über dem Kathodenwiderstand 23 übt eine Gegenkopplung aus, da das am Verbindungspunkt 35 entstehende positive Signal über einen zweistufigen Verstärker, der aua dem NPN-Inverter 87 und dem PNP-Inverter 89 besteht, zur Basla 91 des Transistors 47 gekoppelt wird. Die aus den Transistoren 87 und 89 bestehende zweistufige Inverterschaltung und die zugeordnete Schaltungsanordnung biiden den in Pig.1 als Block 37 dargestellten K₂-Verstärker. Eine aus dem Transistor

"93* dem Widerstand 95, der Zener-Diode. 97, dem Kondensator 98 und dem Widerstand 99 bestehende Urstromquelle ist direkt mit den Emittern der Transistoren 45 und 47 gekoppelt. Der Helligkeitsgrad der Anzeige wird auf den gewünschten Grad'eingestellt durch eine Helligkeitssteuerschaltung, die aus dem Potentiometer 101 besteht, das an eine Spannungsquelle, den Kondensator 103 und den Widerstand I05 angeschlossen ist.

Die Transistoren 47 und 45 bilden einen Differentialverstärker, der in dem bevorzugten AusfUhrungsbeispiel als Summierer verwendet wird. Die den Differentialverstärker steuernde Schaltungsanordnung arbeitet so, daß das der Basis 4} des Transistora 45 zugefUhrte Eingangssignal ansteigt und dabei versucht, den Pegel des der Basis des

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Transistors 4γ zugeführten Signals zu erreichen. Wenn das Eingangs-

signal endet.und auf seinen unteren Bezugspegel abfällt, wird der Transistor 45 abgeschaltet und bewirkt so das Abschalten des Strahls der KStR über die oben beschriebene Schaltung. Das dann der Basis des Transistors 47 zugeführte Bezugssignal fällt auf einen entsprechenden Pegel ab« so daß der Summierer 25 kein Ausgangssignal liefert.

Anhand von Fig. 3 sei nun die Wirkungsweise der Anordnung in einer Anzeigeanordnung beschrieben« um zu erläutern, wie ein Signal mit konstanter Intensität ohne Rücksicht auf die Vektorlänge oder die Strahlgeschwindigkeit erzeugt wird. Dem Eingang dea Systems wird eine Reihe von Digitalsignalen zugeführt, die der Änderung in der X-Position (ΑΧ) und der Y-Position (AY) proportional sind.. Diese Signale werden den Digital-Analog-Wandlern 111 und 113 zugeleitet, die sie in ein entsprechendes Analogsignal umsetzen, das der Änderung in der X- und der Y-Position auf dem Schirm der KStR entspricht. Diese Analogspannungspegel werden über die Leitungen 115 und 117 einem Funktionsgenerator 119 zugeführt, der ein Ausgangssignal erzeugt, welches der Quadratwurzel der Summe der Quadrate von /dx und AY proportional ist. Praktisch wird nur ein Näherungs signal erzeugt, das aus dem größeren derÄX- oder derάY-Signale plus einem Drittel des kleinerenΔΧ- oderAY-Wertes besteht. Die angeschlos-" sene Datenverarbeitungsvorrichtung bestimmt nun, welches der Signale das größere ist, und sendet ein diese Bestimmung darstellendes Signal zur Steuerschaltung 121 auf der mit X} Y bezeichneten Leitung,

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das dann über Leitung 122 dem Funktionsgenerator 119 zugeflhrt wird. Außerdem wird von der Datenverarbeitungseinheit ein digitales Hell» tastsignal der Steuerschaltung 121 zugeführt und auf Leitung 123 weiterceleitet, um zu steuern, ob eine Strahlauslenkung intensiviert werden soll oder nicht. Der Ausgang des Punktionsgenerators 119 ist außerdem über die Leitung 21 mit der Intensitätssteuerschaltung 125 verbunden, die im wesentlichen aus der in Fig. 2 dargestellten Anordnung besteht. Signale, die die X- und Y-Positionen des Strahls darstellen, werden den Digital-Analog-Wandlern Ij51 und 133 zugeführt, und die daraus entstehenden Analogsignale werden mit den bestehenden Ablenksignalen in den AblenksohaltungenI35 und 137 kombiniert, bevor sie ,der Ablenkspule 139 der KStR 30 zugeleitet werden.

Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, sei auf Fig. Λ und 5 verwiesen zur Beschreibung e'ner bestimmten Anzeigesituation und der dafür nötigen Signale*-Vie l.. . » 5 dargestellt ist, soll ein Vektor von dem durch die Koordinaten XqY₀ ^i>estß^eleß^ten Ausgangspunkt im linken unteren Teil des Schirms zu dem durch die Koordinaten X,Y, bezeichneten Punkt im rechten oberen Teil des Schirms erzeugt werden. Prinzipiell arbeitet das in Flg. 3 gezeigte und oben beschriebene Anzeige system so, daß es lange Vektoren der in Fig. 5 gezeigten Art in eine Reihe kürzerer Vektoren aufteilt· In dem hier beschriebenen Beispiel sind zur Veranschaulichung drei Vektoren gewählt worden. Für die Bewegung von der Koordinatenposition XqY₀ ^{in d}*^e Position X₁Y₁ werden die in Fig. 4A und ^B gezeigten digitalen Signale, die Λ X und^L^Y darstellen, den Digital-Analog-Wandlern 111 und 113 zugeführt und bewirken die Erzeugung des oben beschriebenen Annäherungs-

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signals durch den Funktionsgenerator 119. Die Analogdarstellung dieser Signale zeigen Fig. 4A und 4B. Die Länge des Vektors zwischen X₁Y₁ und Xp^Y2 ^{ist efcwa} doppelt so groß wie die des ersten Vektors, wird aber in der Zeit T2, die gleich der Zeit T1 1st, zurückgelegt; die Zeitfolge wird durch die zugeordnete Datenverarbeitungseinheit gesteuert. Daher werden zur Zelt T2 die Signale AX und AY* deren Amplitude doppelt so groß 1st wie die der entsprechenden zur Zeit T1 erzeugten Signale, der Ablenkspule 139 zugeführt und veranlassen den Strahl, sich von Position X₁Y₁ zur Position XpY₂ ^{zu be}" wegen. Zur Zelt T) macht die Vektorstrahlbewegung etwa die Hälfte der Strecke der ersten Strahlbewegung zur Zelt T1 aus. Daher werden die in Fig. 4A und 4B zur Zelt TJ dargestellten Signale des Funktionsgenerators dem Intensitätssteuersyttem zugeleitet· Fig· 4c und 4D veransohauliohen die entsprechenden Ablenkspannungen, die von den X- und Y-Ablenksohaltungen 135 und 137 erzeugt und der Ablenkspule 139 zugeführt werden.

Die Erfindung gibt also eine Intensltätssteuerschaltung an, die unabhängig von den Kennwerten der verwendeten Kathodenstrahlröhren eine lineare Übertragungscharakteristik liefert· Durch die Anwendung der direkten Intensitätssteuerung werden die relativ komplexen Funktionsgeneratoren ausgeschaltet und die schwierigere Justage dieser Funktionsgeneratoren zur Kompensation unterschiedlicher Kennwerte der Kathodenstrahlröhren» wenn diese ausgewechselt werden. Schließlich gestattet die Erfindung den Betrieb in· einem breiten Frequenzband, Wodurch man verbessert· Anstitgtzeiten det Intemitäteimpulies und eine klarere Anzeige erhält. Das beschriebene System läßt sich direkt durch Computer steuern, Wobei das Zeitsteuerungs sjrstem des Computers verwendet wird.

i -- 8AD ORIGINAL

Claims

FlSU ΟίΟ.4

Docket 17 209

P 15 14 030.4 12.'August 1968 blu-sr

P a ten tan s ρ r Ü c h e

Verfahren zur Helligkeitsregelung der Leuohtfleckspur auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Geschwindigkeit der Leuchtfleckspur abhängige Spannung verstärkt dem Steuergitter der Kathodenstrahlröhre zugeführt und eine Rüokkopplungsspannung vom Kathodenwiderstand der Kathodenstrahlröhre abgeleitet und nach Verstärkung"mit der von der Geschwindigkeit der Leuchtfleckspur abhängigen Spannung verglichen wird. ■■;.'"■
2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach. Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Summlerer (25),an dessen ersten Eingang (21) die von der Geschwindigkeit der Leuchtfleckspur abhängige Spannung angeschlossen und dessen Ausgang über einen ersten Verstärker (27) mit dem Steuergitter (29) der Kathodenstrahlröhre 0G) verbunden und an dessen zweiten Eingang (39) ein Rückkopplungsweg vom Kathodenwiderstand (33) der Kathodenstrahlröhre (30) über einen zweiten Verstärker (37) angeschlossen ist.

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Unterlagen. (Art. 7 ä l Aus..2Nr.-l Satz 3 des-Aik.arjngegas. v. 4. s. i->.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Summierer (25) ein Differentialverstärker ist.
4. Anordnung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsimpedanz des ersten Eingangs (21) des Summierers dem Verstärkungsfaktor des zweiten Verstärkers (37) proportional ist.
5. Anordnung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verstärker (27) und der zweite Verstärker (37) Verstärker mit hohem Verstärkungsfaktor sind.

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OBPNAL INSPECTED

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