DE1524435B2

DE1524435B2 - Ablenksystem fuer kathodenstrahlroehren

Info

Publication number: DE1524435B2
Application number: DE19661524435
Authority: DE
Inventors: Donald Germantown Liu Der Sheng New Paltz NY Hinkeinjun (V St A )
Priority date: 1965-11-26
Filing date: 1966-11-24
Publication date: 1971-09-16
Also published as: US3431457A; GB1122725A; ES333739A1; SE336482B; DE1524435A1; CH439816A; BE689050A; FR1499819A; NL153346B; NL6616129A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Ablenksystem bei noch eine ungleichmäßige Strahlhelligkeit innerfür Kathodenstrahlröhren zur Vektordarstellung mit halb eines Längenbereiches in Kauf nehmen zu im Gegentakt geschalteten Ablenkwicklungen, wobei müssen.

an den Eingängen der Ablenkwicklungen über Schal- Die erfindungsgemäße Widerstandsänderung wäh-

ter einstellbare Dämpfungswiderstände angeordnet 5 rend des Zeitraumes für die Darstellung eines Vek-

sind. tors kommt einer Approximation durch die Aufein-

Es gehört zum Stand der Technik auf dem Gebiet anderfolge von linear ähnlichen Anfangsverläufen der Datenverarbeitung, die Ausgangswerte eines der entsprechenden Exponentialkurven gleich.
Rechners auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahl- Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung röhre darzustellen. Dabei werden sowohl alpha- ίο ist es vorteilhaft, wenn sich die Werte von je zwei numerische Zeichen als auch graphische Bilder dar- benachbarten Dämpfungswiderständen um einen kongestellt. Die Schaltung der Ablenksysteme entspricht stanten Faktor unterscheiden,
im allgemeinen der in der Fernsehtechnik üblichen. Besonders einfach läßt sich die erfindungsgemäße

Zur Darstellung graphischer Zeichen wird der Bild- Anordnung realisieren, wenn die Steuerschaltung der

schirm mit Hilfe eines rechtwinkligen Koordinaten- 15 für die Darstellung eines Vektors zu betätigenden

systems aufgeteilt. Der Strahl wird dann von einem Schalter während äquidistanter Zeitabschnitte erfolgt,

Ausgangspunkt zu einem durch seine Koordinaten deren Anzahl durch ein Steuersignal gegeben ist.

definierten Endpunkt bewegt. Dadurch entsteht eine Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung

auf dem Bildschirm sichtbare gerade Linie. Im Rech- ist es vorteilhaft, wenn die Dämpfungswiderstände

ner brauchen nur die Koordinatenwerte für die ge- 20 binärer Zählweise entsprechend abgestuft sind, wenn

wünschten Endpunkte und ein Wert für die Strahl- die Steuereingänge der Schalter mit den Ausgängen

intensität (ζ. Β. Strahlaustastung) gespeichert werden. eines mehrstufigen Binärzählers derart verbunden

Sind die Werte für die Koordinatenendprodukte sind, daß je eine Zählerstufe den entsprechend bebinär codiert, so werden die daraus abgeleiteten Ab- werteten Dämpfungswiderstand entsprechend ihres lenkspannungen den Ablenkwicklungen der Katho- 25 Zustandes ein- oder ausschaltet, und wenn dem Eindenstrahlröhre zugeführt. Während des Ablenkvor- gang des Binärzählers die Steuersignale zuführbar ganges muß der Strahl mit konstanter Geschwindig- - sind und der Zählstand des- Binärzählers mittels eines keit über den Bildschirm bewegt werden. Eine un- Taktgebers schrittweise auf den Wert Null verringergleichmäßige Bewegung erzeugt Helligkeitsschwan- bar ist.

kungen auf dem Bildschirm, die vom Betrachter als 30 Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des unangenehm empfunden werden. Die Helligkeits- erfindungsgemäßen Ablenksystems mit Hilfe einer Schwankungen sind der Strahlgeschwindigkeit um- Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt die Schalgekehrt proportional. tung des angeführten Ausführungsbeispiels.

Aus der Veröffentlichung »IBM Techn. Discl. Die in der Zeichnung gezeigte erfindungsgemäße Bulletin» (Vol. 6, Nr. 12, Mai 1964, S. 19 und 20) 35 Ablenkschaltung ist als Gegentaktschaltung ausist eine Anordnung bekannt, bei der an den Eingän- gelegt. Es sind zwei X- und zwei Y-Wicklungen vorgen der Ablenkwicklungen über Schalter, in Abhän- gesehen, die in der Zeichnung mit X, X, Y, Y begigkeit von der Ablenkspannung, einstellbare Dämp- zeichnet sind. Wenn der Strahl zentriert ist, sind die fungswiderstände angeordnet sind. Der Dämpfungs- durch jede Wicklungshälfte für jede Richtung fließenwert des wirksamen Widerstandes wird dabei jedoch 40 den Ströme nahezu gleich und entgegengesetzt, und nur in Abhängigkeit von der gewählten Betriebsart wenn eine Ablenkung stattfinden soll, steigen die (kleine oder mittlere oder große Vektorlänge) ge- Ströme verschieden stark an. Wenn also der Strom ändert: Für die Darstellung eines Vektors wird je- in der Af-Wicklung ansteigt und gleichzeitig der in weils nur von einem bestimmten, die Zeitkonstante '. der- X-Richtung "abfällt, bewegt sich der Strahl horibestimmenden Widerstandswert Gebrauch gemacht. 45 zontal aus der Mittellage heraus. Wenn dagegen der

Eine besondere Anordnung ist mit dem Nachteil Strom in X verringert und der in X erhöht wird, bebehaftet, daß während der Darstellung eines Vektors wegt sich der Strahl horizontal in der entgegender die Zeitkonstante bestimmende Widerstand un- gesetzten Richtung. Eine__ vertikale Bewegung, und verändert bleibt, was einer erstrebten gleichmäßigen zwar von der Mitte ^Jäus" entweder aufwärts oder abHelligkeit entgegensteht. Um die auftretenden Hellig- 50 wärts, wird durch eine entsprechende komplementäre keitsunterschiede bei Vektoren unterschiedlicher Stromänderung in den Y- und Y-Wicklungen beLänge nicht allzu groß werden zu lassen, sind diese wirkt. .

verschiedenen Längenbereichen zugeordnet, wobei Die Z-Lage des Strahls wird durch ein Af-Lage-

für jeden Bereich ein bestimmter Dämpfungswider- Register 11 gesteuert, das η Eingänge (Z₁ bis X_n)

standswert wirksam ist. 55 besitzt, die jeder einem Bit eines aus η Bits bestehen-

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung den binär verschlüsselten Digitalsignals entsprechen,

zur Vermeidung einer ungleichmäßigen Strahlhellig- welches die Af-Koordinate für den Strahl definiert,

keit während der Darstellung eines Vektors anzu- Steht das Register 11 auf Null, wird der Strahl soweit

geben. wie möglich nach links bewegt, da der X-Wicklung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- 60 kein Strom und der X-Wicklung der volle Strom zulöst, daß die Schalter in Abhängigkeit eingegebener, geführt wird. Die Stromsteuerung erfolgt mittels eines der Ablenkspannung entsprechender Steuersignale Digital-Analog-Wandlers 12, der auf die Ausgangsden Wert der Dämpfungswiderstände zeitabhängig signale des Registers 11 anspricht,
während der zur Darstellung eines Vektors erforder- Nach einem Vorschlag der Anmelderin (deutsche liehen Zeit in Richtung einer geringeren Dämpfung 65 Patentanmeldung P 15 64 194.8) kann der Wandler verändern. 12 mehrere binär bewertete Stromquellen umfassen,

Danach ist es nicht mehr erforderlich, Vektoren die wahlweise unter der Steuerung des Registers 11

verschiedenen Längenbereichen zuzuordnen und da- an die X- und X-Wicklungen über Transistorpuffer-

verstärker 14 und 15 angeschlossen werden, um so die gewünschte Einstellung in der X- oder Horizontalrichtung zu bewirken.

Die Ablenkung in vertikaler oder Y-Richtung erfolgt mittels zweier Gegentaktwicklungen Y und Y. Das binär verschlüsselte Digitalsignal Y wird einem Y-Lage-Register 11' zugeführt und in einem Digital-Analog-Wandler 12' in zwei komplementäre Ströme umgewandelt, welche über Transistorpufferverstärker 14' bzw. 15' den Wicklungen Y und Y zugeführt werden.

Die bisher beschriebene Schaltung bewirkt eine begrenzte lineare Strahlablenkung, falls die Zeitkonstanten der X- und F-Schaltungen gleich sind. Falls die Änderung des die Wicklungen durchfließenden Stroms eine bestimmte Grenze überschreitet, erzeugt die Schaltung keine linearen Ablenkungen. Selbst bei linearen Ablenkungen ist jedoch die Geschwindigkeit nicht einheitlich, und daher schwankt die Intensität der Spur vom Anfang bis zum Ende. Weiter ist die Einschränkung bezüglich der Länge der linearen Bewegung ein schwerwiegender Nachteil, lange Spuren müssen nämlich in Folgen von kürzeren Spuren aufgeteilt werden.

Die Begrenzung der Ablenkung rührt daher, daß die induzierte Spannung in den Wicklungen zwei verschiedene Nachteile hervorruft. Erstens wird durch eine starke Verringerung des Stroms eine Spannung" induziert, die dazu führt, daß die Basis-Kollektor-Spannung des angeschlossenen Pufferverstarkers 14 und 15 die Durchbruchspannung übersteigt, und zweitens bewirkt die Stromerhöhung in der anderen Wicklung eine Sättigung des anderen Puffertransistors. Durch diese Sättigung wird die Gleichheit der Zeitkonstanten der X- und Y-Schaltungen beseitigt, da das Verhältnis R/L für mindestens eine Ablenkschaltung infolge der Sättigung des zugeordneten Puffers verändert wird und daher eine lineare Ablenkung nicht mehr möglich ist.

Der Strom in der X-Wicklung verändert sich exponentiell gemäß dem Ausdruck

wobei Z₀ der von der Stromquelle gelieferte eingeschwungene Strom, L die Induktivität der Wicklung X und Z? der Dämpfungswiderstand der Wicklung-einschließlich des Widerstandes des Pufferverstarkers 14 sind. Infolge der exponentiellen Änderung in jeder der Wicklungen ist die Strahlgeschwindigkeit nichtlinear. Der Wert von R in der vorstehenden Gleichung kann schrittweise je nach der Länge des zu zeichnenden Vektors verändert werden, so daß sich der Strom zeitlich einer linearen Funktion nähert. Dies wird erreicht durch beispielsweise sechzehn Widerstandswerte, die mit der Wicklung parallel geschaltet werden können, um die Dämpfung schrittweise von einem übermäßig gedämpften Zustand zu einem kritischen gedämpften Zustand zu verändern und damit die Stromänderung linear zu machen.

Eine solche Lösung führt zu zwei günstigen Ergebnissen. Erstens nähert sich die Stromänderung in bezug auf die Zeit dem gewünschten linearen Verhalten und führt damit zu einer nahezu einheitlichen Strahlgeschwindigkeit und Spurintensität. Zweitens begrenzen die Dämpfungswiderstände, die mit den Wicklungen parallel geschaltet sind, die Spannungsänderungen am Kollektor der Transistoren 14 und 15, um eine Sättigung oder einen Durchbruch zu verhindern.

Die an die Basis der Transistoren 14 und 15 angelegte Vorspannung V₁ wird so gewählt, daß man gleiche Ausschläge oberhalb und unterhalb der nominellen eingeschwungenen Gleichspannung am Kollektor erhält. Für Durchbruch bzw. Sättigung werden also gleiche Spannungsänderungen um die eingeschwungene nominelle Gleichspannung erzeugt.

Den Wicklungen X und X sind einstellbare Widerstände R bzw. ~K zugeordnet. Die Wicklungen Y und Y

ίο sind ebenfalls mit entsprechenden einstellbaren Widerständen versehen, jedoch sind diese in der Figur nicht getrennt dargestellt, sondern im Block 20' enthalten, der in seinem Aufbau dem gestrichelten Block 20 gleicht. Die Widerstände R und ΊΙ werden zunächst so eingestellt, daß sie die Differenzen in den Wicklungen X, X, Y und Y kompensieren. Die Widerstandswerte werden so gewählt, daß die Zeitkonstanten der Wicklungen und Parallelwiderstände nahezu identisch und kritisch gedämpft sind.

Es sind vier Widerstände R/l, R/2, R/4 und R/S vorgesehen, die gleich R, Va R, ¹A R bzw. Ve R sind und die wahlweise dem Widerstand R parallel geschaltet werden, so daß man sechzehn verschiedene Dämpfungswerte erhält. Auf diese Weise kann die Dämpfung der Wicklung X also in sechzehn Schritten von einem stark gedämpften bis zu einem kritischen Wert, bei dem nur der Widerstand R mit der

~ Wicklung X parallel geschaltet ist, variiert werden.
Jeweils ein Ende der Widerstände R/l, R/2 und R/4 und R/S ist an den gemeinsamen Verbindungspunkten zwischen der Wicklung X und dem Kollektor des Pufferverstärkers 14 angeschlossen. Das andere Ende des Widerstandes R/l ist über Dioden D1 bzw. D 2 und die Transistorschalter 21 bzw. 22 auf +V zurückgeführt. Das zweite Ende des Widerstandes R/2 ist über Dioden D 3 bzw. D 4 und die Transistorschalter 23 bzw. 24 auf + V zurückgeführt. Das zweite Ende des Widerstandes R/4 ist über die Dioden D 5 bzw. D 6 und die Transistorschalter 25 bzw. 26 auf +V, und das zweite Ende des Widerstandes R/8 ist über die Dioden D 7 bzw. D 8 und die Transistorschalter 27 bzw. 28 auf + V zurückgeführt. Die X-Wicklung und der Parallelwiderstand Ή. sind jentsprechend mit Widerständen -Έ/1, ~R/2, Ή./4 und 7?/8 und Dioden ZJl bis Π 8 versehen, die in der beschriebenen Weise mit den Transistorschalter 21 bis 28 verbunden sind.

Die Schalter 21 bis 28 werden gesteuert durch einen Vier-Bit-Zähler 30,. der_durch den größeren von zwei Vier-Bit-Codes AX oder AY, die vom Rechner geliefert werden, eingestellt wird. Der A Y-Code entspricht der Größe der horizontalen Komponente der Ablenkung, und der ^Y-Code entspricht der Größe der vertikalen Komponente der Ablenkung. Jede Bitstelle dieses Codes wird über eine Oder-Schaltung 32 der entsprechenden Bitstelle des Zählers 30 zugeleitet. Dieser wird auf einen Wert eingestellt, der den größeren der beiden Werte AX und AY entspricht. Soll also in einer beliebigen Richtung eine Ablenkung über den ganzen Bildschirm hinweg ausgeführt werden, werden alle Stellen des Zählers auf »Eins« gesetzt. Die vier verwendeten Bits sind die vier höchststelligen Bits der Differenz zwischen der derzeitigen Lage bezüglich X oder Y und der neuen Lage; bei

einem Zehn-Bit-Code wird der Bildschirm also in 16 identifizierbare Größen unterteilt.

Ein Zehn-Bit-Code stellt 1023 adressierbare Punkte zur Verfugung, und bei Verwendung nur der vier

höchststelligen Bits im Zähler 30 erhält man 16 identifizierbare Größen mit 63 Punkten oder Rastereinheiten dazwischen. Die Ablenkschaltung, und zwar insbesondere der Pufferverstärker 14 muß also imstande sein, den Strom zu verarbeiten, der für die Ablenkung um 63 Rastereinheiten nötig ist. Dabei darf keine Sättigung eintreten, wenn eine lineare Ablenkung erreicht werden soll. Kann diese Bedingung nicht erfüllt werden, muß ein fünf- oder mehrstelliger Zähler für die Ablenkung verwendet werden. Je größer der Zähler ist und je mehr die Widerstände parallel geschaltet werden, desto besser wird der Verlauf der Stromerhöhung durch die Wicklung X dem linearen Verlauf angenähert. Es wird nicht angenommen, daß mehr als vier oder fünf Bits, die 16 oder 32 Teilungen ergeben, erforderlich sind, da das menschliche Auge Intensitätsschwankungen dieser Größe nicht feststellen kann.

Weiter bilden Beschränkungen der Bauelemente, besonders des Pufferverstärkers 14 kein Problem bei vier oder mehr Bitstellen, die eine sechzehnte unkorrigierte Ablenkung ergeben.

Der Zähler 30 wird zunächst auf den größeren der Werte Δ X oder Δ Y eingestellt und muß mit feststehender Frequenz auf Null reduziert werden. Das geschieht mittels eines Oszillators 34, der durch -eine Und-Schaltung 36 getastet wird, welche zmjr-entSpTrechenden Zeit durch ein Erregersignal aus dem Rechner vorbereitet wird. Das Ausgangssignal der Und-Schaltung 36 wird dem Zähler 30 zugeführt und schaltet diesen zurück mit einer durch den Oszillator 34 bestimmten Frequenz.

Wenn der Zähler die Nullstellung erreicht, hat die Ablenkung schließlich 63 Rastereinheiten vollständig durchlaufen und endet nach Ablauf einer festliegenden Zeit. Bei dieser Anordnung ist ein asynchroner Betrieb möglich, da nur die zur Fertigstellung eines Vektors tatsächlich benötigte Zeit berücksichtigt zu werden braucht. Dieser Faktor stellt eine beträchtliche Zeitersparnis dar, weil in jedem graphischen System kurze Vektoren viel zahlreicher auftreten als längere und daher der Synchronbetrieb zeitlich aufwendig ist.

Während des Betriebes enthalten die X- und Y-Register irgendeinen Wert, der die augenblickliche Lage des Strahls definiert. Soll eine Ablenkung zu einem neuen Punkt erfolgen, werden die neuen X- und y-Koordinaten des betreffenden Punktes zusammen mit Δ X und Δ Y vom Rechner eingegeben. Die Δ X- und Δ Γ-Werte sind die vier höchststelligen Bits der Differenz zwischen den alten Werten von X und Y und den neuen Werten von X und Y, wobei das Vorzeichen nicht beachtet wird.

Anschließend wird der Zähler 30 eingestellt, und die neuen Werte von X und Y werden in das X- und das Y-Register eingegeben. Jetzt wird die Und-Schaltung 36 vorbereitet und der Zähler 30 auf Null zurückgeschaltet. Während der Zähler auf Null zählt, verändern sich die mit den zugeordneten Ablenkwicklungen parallelgeschalteten Widerstände schrittweise, und zwar je nach der Größe des Vektors um maximal sechzehn Schritte. Dadurch ist die Dämpfung der Wicklungen von einem hohen Wert auf einen kritischen Wert abgefallen, wenn der Zähler Null erreicht.

Infolge dieser Dämpfungsänderung wird der Strom in den Wicklungen nahezu linear entweder erhöht oder verringert, je nachdem, wie es für die jeweilige

ίο Wicklung erforderlich ist, wodurch die Ablenkung des Strahls mit nahezu einheitlicher Geschwindigkeit erfolgt. Weil die Geschwindigkeit nahezu einheitlich ist, ist auch die Intensität einheitlich, jedenfalls für das menschliche Auge. Weiter wird wegen des parallel zur Wicklung geschalteten Widerstandes, der sich in Abhängigkeit von der Stromänderung ändert, die Kollektorspannung der Pufferverstärker 14, 14', 15 und 15' innerhalb vorgegebener Grenzen gehalten, so daß weder der Puffer in das Sättigungsgebiet gelangen kann noch das Kollektor-Basis-Potential die Durchbruchspannung des Transistors überschreiten kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Ablenksystem für Kathodenstrahlröhren zur Vektordarstellung mit im Gegentakt geschalteten Ablenkwicklungen,.jwobei an den Eingängen der Ablenkwicklungen über Schalter einstellbare Dämpfungswiderstände angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (21 bis 28) in Abhängigkeit eingegebener, der Ablenkspannung entsprechender Steuersignale den Wert der Dämpfungswiderstände zeitabhängig während der zur Darstellung eines Vektors erforderlichen Zeit in Richtung einer geringeren Dämpfung verändern.

2. Ablenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte von je zwei benachbarten Dämpfungswiderständen sich um einen konstanten Faktor unterscheiden.

3. Ablenksystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung der für die Darstellung eines Vektors zu betätigenden Schalter (21 bis 28)- während äquidistanter Zeitabschnitte erfolgt, deren Anzahl durch ein Steuersignal gegeben ist.

4. Ablenksystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungswiderstände binäTer-Zähiweise entsprechend abgestuft sind, daß die Steuereingänge der Schalter (21 bis 28) mit den Ausgängen eines mehrstufigen Binärzählers (30) derart verbunden sind, daß je eine Zählerstufe den entsprechend bewerteten Dämpfungswiderstand entsprechend ihres Zustandes ein- oder ausschaltet, und daß dem Eingang des Binärzählers (30) die Steuersignale (ΔΧ1, 4Yl, AX2, ΔΥ2, 4X3, ΔΥ3, ΔΧ4, ΔΥ4) zuführbar sind und der Zählstand des Binärzählers mittels eines Taktgebers (34) schrittweise auf den Wert Null verringerbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen