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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anzeige von Meßwerten
mit unterschiedlichem Abbildungsmaßstab, die eine Mehrzahl von in einer bandförmigen
Folge angeordneten, elektrisch anregbaren Leuchtzellen aufweist, die über wahlweise
betätigbare Schalter mit Erregerspannung beaufschlagbar sind.
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Bekannte Anzeigevorrichtungen mit in einer bandförmigen Folge angeordneten,
wahlweise elektrisch anregbaren Leuchtzellen arbeiten mit einer linearen Skalenteilung.
Das heißt, die Leuchtzellen sind untereinander gleichwertig. Erfolgt die Anzeige
in Leuchtbandform, führt beispielsweise eine Verdopplung des Meßwertes zu einer
Verdopplung des von den angeregten Leuchtzellen gebildeten Leuchtbandes. Diese Art
der Meßwertdarstellung ist für Meßwerte geeignet, die in weiten Grenzen schwanken
können und über diesen gesamten Bereich dargestellt werden müssen.
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In einer ganzen Reihe von Anwendungsfällen ändert sich der Meßwert
im Normalbetrieb jedoch nur in einem mehr oder weniger großen Sollbereich. Ein über
oder Unterschreiten des Sollbereiches sollte zwar angezeigt werden, es ist aber
nicht erforderlich, den Meßwert außerhalb des Sollbereiches mit derselben Genauigkeit
oder Auflösung darzustellen wie innerhalb des Sollbereiches. Für solche Anwendungen
sind die bekannten Anzeigevorrichtungen mit linearer Skalenteilung ungeeignet, da
entweder die Skalenlänge hnerwünscht groß wird oder die Auflösung im Sollbereich
unzureichend ist.
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Diesem Mißstand wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß abgeholfen durch Verwendung eines Zählers, der die Schalter
in Abhängigkeit von der Anzahl der ihm zugeführten, ein Maß für denX Meßwert darstellenden
Zählimpulse ansteuert, sowiWeiner änderbaren Frequenzteileranordnung. Innerhal&
« s Sollbereiches des Meßwertes ist zweckmäßig jedemphlimpuls eine Leuchtzelle zugeordnet.
Für jeden weiErnn eintreffenden Zählimpuls leuchtet also t-ei Leuchtbanddarstellung
eine zusätzliche Leuchtzelle auf. ~ Unterhalb des Sollwertes - im unteren Extrembeteich
- undioder oberhalb des Sollbereiches- - im--oberen Extrembereich - kann dann der
Abbildungsmaßstab, d. h. das Verhältnis zwischen der Anzahl der angesteuerten Leuchtzellen
und-defAnzahl der zugeführten Zählimpulse, beliebig verkleinert werden. Liegt z.
B. bei einer Temperaturanzeige der Sollbereich zwischen 300 und 350"C, kann der
Bereich bis 3000 C in lO"-Schritten, der Bereich von 3ß0 bis 350"C in 1°-Schritten
und der Bereich über 300"C wieder in 100-Schritten dargestellt werden.
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Umgekehrt ist es grundsätzlich auch möglich, im unteren und/oder
oberen Extrembereich mit dem Abbildungsmaßstab 1 : 1 zu arbeiten und im Sollbereich
den Abbildungsmaßstab zu vergrößern.
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Es versteht sich, daß bei nicht digital anfallenden Meßwerten eine
Quantisierung des Meßwertsignals erforderlich ist. Dazu kann grundsätzlich jeder
der bekannten Analog-Digital-Umsetzer benutzt werden.
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Zweckmäßig ist die Verwendung eines Spannungs-Frequenz-Wandlers,
der den Meßwert in eine Folge von Zählimpulsen umsetzt, deren Folgefrequenz eine
Funktion der Größe des Meßwertes ist, sowie eines Taktgenerators, der den Zähler
die Anzahl der innerhalb einer vorgegebenen Meßzeit anfallenden Zählimpulse bestimmen
läßt. Statt dessen kann vorteilhaft auch ein Komparator vorgesehen sein, der das
Meßuertsignal periodisch mit einer proportional zur Zeit
ansteigenden Sägezahnspannung
vergleicht und in den nachgeschalteten Zähler Zählimpulse mit konstanter Folgefrequenz
während jeweils der Zeitspanne gelangen läßt, innerhalb deren das Meßwertsignal
größer als die Sägezahnspannung ist.
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Zur Verkleinerung des Abbildungsmaßstabes in den Extrembereichen
kann vorteilhaft einem Zähler vorgeschalteter Frequenzteiler sein, der in Abhängigkeit
vom Zählerstand betätigbar ist, um die anfallenden Impulse in einem vorbestimmten
Verhältnis herunterzuteilen. Dabei können dem Zähler und dem Frequenzteiler Torschaltungen
vorgeschaltet sein, über die die Zählimpulse in Abhängigkeit vom Zählerstand in
den Frequenzteiler oder unmittelbar in den Zähler einlesbar sind. Jeweils der eine
Eingang der Torschaltungen kann an ein Flip-Flop angeschlossen sein, das in Abhängigkeit
vom Zählerstand umsteuerbar ist. Der Eingang des Flip-Flops kann über eine ODER-Schaltung
mit den Zählerausgängen verbunden sein, die als Grenze zwischen unterschiedlichen
AbbildungS-maßstäben vorbestimmt sind, d. h. den Grenzen des Sollbereiches entsprechen.
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Als Zähler kann ein Schieberegister, vorzugsweise ein aus Flip-Flop-Stufen
aufgebautes dekadisches Schieberegister vorgesehen sein. In bestimmten, im folgenden
näher erläuterten Anwendungsfällen können dabei die Ausgänge zweier vorbestimmter
Flip-Flops einer Dekade des Schieberegisters über eine UND-Schaltung mit jeweils
einem Ausgang der dem Zähler und dem Frequenzteiler vorgeschalteten Torschaltungen
verbunden sein oder können die Ausgänge eines vorbestimmten Flip-Flops einer Dekade
des Schieberegisters unmittelbar mit jeweils einem Eingang der dem Zähler und dem
Frequenzteiler vorgeschalteten Torschaltungen verbunden sein.
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Im Bedarfsfall können mehrere, wahlweise einschaltbare Frequenzteiler
vorgesehen sein, die es ermöglichen, im unteren und oberen Extrembereich mit unterschiedlichen
Abbildungsmaßstäben zu arbeiten oder die Extrembereiche ihrerseits wieder in Bereiche
mit unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben aufzuteilen. Dabei lassen sich die Frequenzteiler
wahlweise in Reihe oder parallel schalten.
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Um ein Flackern der Anzeige zu vermeiden und maximale Anzeigehelligkeit
zu erzielen, kann vorteil-w haft dem Zähler ein Meßwertzwischenspeicher nachgeschaltet
sein, der den in den Zähler eingegebenen Meßwert festhält, nachdem der Zähler gelöscht
ist und während in den Zähler ein neuer Meßwert eingelesen wird.
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Die Leuchtzellen können beliebige elektrisch anregbare Lichtquellen,
z. B. Glühlampen, Gasentladungslampen od. dgl., sein. Wegen ihres einfachen, robusten
Aufbaus und geringen Platzbedarfs sind für Anzeigevorrichtungen der vorliegend betrachteten
Art Elektrolumineszenzzellen hervorragend geeignet.
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Die der Betätigung der Leuchtzellen dienenden Schalter sind vorzugsweise
elektromagnetische Schalter, z. B. Relais, oder vollelektronische Schalter. Besonders
geeignet sind steuerbare Halbleiteranordnungen, wie Transistoren oder Thyristoren.
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Die Darstellung des Meßwertes kann auf unterschiedliche Weise erfolgen.
Sie kann dadurch geschehen, daß jeweils eine Leuchtzelle der Folge hellgesteuert
wird, während alle anderen Leuchtzellen dunkel sind. Die dem Meßwert entsprechende
Leuchtzelle kann auch dunkelgesteuert werden, während z. B. die beiden unmittelbar
benachbarten Leuchtzellen
oder zu beiden Seiten mehrere Leuchtzellen
hellgesteuert werden. Eine solche Art der Anzeige ist günstig, wenn eine Vergleichsmarke
zur Verfügung steht, die bei Übereinstimmung mit dem Meßwert von den hellgesteuerten
Leuchtzellen eingegrenzt wird. Besonders übersichtlich ist die Anzeige des Meßwertes
in Form eines Leuchtbandes, dessen Länge sich in Abhängigkeit von der Größe und
gegebenenfalls dem Vorzeichen des Meßwertes ändert.
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Die Leuchtzellen können in geradliniger (senkrecht oder waagerecht),
ringförmiger oder beliebiger anderer Folge angeordnet sein.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung
ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung
mit den Zeichnungen. Es zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen
Anzeigevorrichtung, F i g. 2 Einzelheiten der Schaltung nach F i g. 1, Fig.3 eine
abgewandelte Ausführungsform der Anzeigevorrichtung nach der Erfindung, F i g. 4
eine weitere Abwandlung der Ansteuerung des Frequenzteilers, F i g. 5 schematisch
die Art der Ansteuerung zweier in Reihe geschalteter Frequenzteiler, F i g. 6 schematisch
die Art der Ansteuerung zweier parallelgeschalteter Frequenzteiler, Fig. 7 ein Prinzipschaltbild
einer abgewandelten Ausführungsform des Analog-Digital-Wandlers, F i g. 8 einen
Teil der Anzeigevorrichtung mit Meßwertzwischenspeicherung und Fig.9 Steuerimpulse
für die Anordnung nach Fig. 8.
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Bei der Anordnung nach F i g. 1 wird eine dem Meßwert analoge Eingangsspannung
UEIN mittels eines Spannungs-Frequenz-Wandlers 1 in eine proportionale Frequenz
umgewandelt, Der Wandler 1 gibt dabei Impulse ab, deren Impulsfolgefrequenz proportional
der Eingangsspannung Uslsr ist. An den Wandler 1 ist ein Zähler 2 angeschlossen,
der die Anzahl der innerhalb einer vorbestimmten Meßzeit anfallenden Ausgangsimpulse
des Wandlers 1 bestimmt und im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Zähldekaden
aufweist, die mit Z1 und Zl0 bezeichnet sind.
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Die konstante Meßzeit gibt ein Taktgenerator 3 vor, der dem Wandler
1 und dem Zähler 2 über eine Leitung 4 bzw. eine Rückstelleitung 6 entsprechende
Steuerimpulse zuführt. Das Ausgangssignal des Zählers 2, der z. B. ein aus Flip-Flops
aufgebautes mehrstufiges Schieberegister ist, kann durch geeignete Auslegung des
Zählers in die Form eines beliebigen Binärcodes gebracht werden. Dem Zähler 2 ist
eine Decodiereinrichtung5 nachgeschaltet, der Signale zur Steuerung von SchalternTE,
Tz entnommen werden, die ihrerseits die Leuchtzellen C betätigen.
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Zwischen dem Ausgang des Spannungs-Frequenz-Wandlers 1 und dem Eingang
des Zählers 2 liegen zwei UND-NICHT-Schaltungen 54, 55 und ein Frequenzteiler 56.
Die UND-NICHT-Schaltungen 54, 55 werden mittels eines Flip-Flops 59 so angesteuert,
daß jeweils eine der beiden UND-NICHT-Schaltungen gesperrt und die andere durchgesteuert
ist. Nimmt man an, daß in der Null-Lage des Zählers 2 die UND-NICHT-Schaltung 54
durchgesteuert und die UND-NICHT-Schaltung 55 gesperrt ist, dann gelangen die ersten
Zählimpulse auf den Frequenzteiler 56. Dieser teilt die Frequenz der Zählimpulse
in einem beliebigen, vorbestimmten Verhältnis, z. B. 10: 1, herunter. Bei
jedem zehnten
Eingangsimpuls erscheint also am Ausgang des Frequenzteilers ein Impuls, der zum
Zähler 2 weiterläuft und über die Decodiereinrichtung 5 und die Schalter TE, TZ
die in der Folge jeweils nächste Leuchtzelle aufleuchten läßt. Ist der Zähler auf
diese Weise bis zu einem beliebig vorgegebenen, die Grenze zwischen dem unteren
Extrembereich und dem Sollbereich bestimmenden Wert vollgezählt, z. B. bis zur Ziffer
24 entsprechend 240 Ausgangsimpulsen des Wandlers 1, dann erscheint am Ausgang einer
UND-NICHT-Schaltung 50, deren Eingänge mit den der Ziffer 24 zugeordneten Ausgängen
der Zähldekaden Zl, Z10 verbunden sind, eine »0«. Der Ausgang der UND-NICHT-Schaltung
50 ist an den einen Eingang einer weiteren UND-NICHT-Schaltung 52 angeschlossen.
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Der andere Eingang der UND-NICHT-Schaltung 52 steht mit dem Ausgang
einer UND-NICHT-Schaltung 51 in Verbindung, deren Eingänge an die Ausgänge der Zähldekaden
Z1, ZlO angeschlossen sind, die die Grenze zwischen dem Sollbereich und dem oberen
Extrembereich bestimmen, beispielsweise die der Ziffer 79 zugeordneten Ausgänge.
Da beim Zählerstand 24 am Ausgang der UND-NICHT-Schaltung 50 eine » 0 « steht, erscheint
ein »L« am Ausgang der UND-NICHT-Schaltung 52.
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Beim Erreichen des Zählerstandes 25 geht der Schaltzustand am Ausgang
der UND-NICHT-Schaltung 50 wieder auf L « und der Ausgang der UND-NICHT-Schaltung
52 somit wieder auf »0«. Damit wird das Flip-Flop 53 umgeworfen, so daß die UND-NICHT-Schaltung
54 gesperrt wird, während die UND-NICHT-Schaltung 55 durchgesteuert wird. Die Eingangsimpulse
gelangen nun unter Umgehung des Frequenzteilers 56 unmittelbar auf den Eingang des
Zählers 2. Die Anzeigevorrichtung arbeitet im So]lbereich. Mit jedem einzelnen Ausgangsimpuls
des Wandlers 1 wird eine weitere Leuchtzelle angesteuert.
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An der oberen Grenze des Sollbereichs läuft ein entsprechender Vorgang
ab. Beim Zählerstand 79 erscheinen am Ausgang der UND-NICHT-Schaltung 51 eine »0«
und am Ausgang der UND-NICHT-Schaltung 52 ein »L«. Trifft der 80. Zählerimpuls am
Zählereingang ein, dann wechselt das Potential am Ausgang der UND-NICHT-Schaltung
52 wieder von »L« auf »0«. Das Flip-Flop 53 wird in s-ine Ausgangslage zurückgeworfen.
Nun ist die UND-NICHT-Schaltung 55 wieder gesperrt, während die UND-NICHT-Schaltung
54 durchgesteuert ist. Alle weiteren vom Spannungsfrequenzwandler 1 abgegebenen
Impulse gelangen jetzt erneut über den Frequenzteiler 56 auf den Zählereingang.
Die Anzeigevorrichtung arbeitet im oberen Extrembereich. Je zehn Eingangsimpulsen
ist eine Leuchtzelle zugeordnet.
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Die Grenzen des Sollbereichs sind frei wählbar. Es versteht sich,
daß der Spannungs-Frequenz-Wandler 1 nicht erforderlich ist, wenn der Meßwert bereits
in Form einer Impulsfolge vorliegt.
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Einzelheiten einer Schaltung gemäß F i g. 1 läßt die Fig.2 erkennen.
Bei der Anzeigevorrichtung nach F i g. 2 sind als Leuchtzellen Elektrolumineszenzzellen
C01 bis C vorgesehen, die in zehn Gruppen C bis C10... C81 bis C90 und C91 bis C99
zusammengefaßt sind. Elektrolumineszenzzellen stellen im Prinzip einen Plattenkondensator
dar, in dessen durchscheinendes Dielektrikum ein Leuchtstoff eingebettet ist Der
durch ein elektrisches Wechselfeld anregbare Leuchtstoff emittiert Licht durch eine
der lichtdurchlässigen Flächenelektroden der Zellen. Gemäß F i g. 2
weisen
die Leuchtzellen je eine Einzelelektrode EEo bis EEsg auf und ist jede der Leuchtzellengruppen
Co1 bis C10 usw. mit einer gemeinsamen Gegenelektrode GE00, GE10 Usw. bis GE20 versehen.
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Jede der Gegenelektroden ist mit dem Emitter eines Transistors TU00
bis TU00 verbunden. Die Kollektoren der Transistoren TU00 bis TU00 sind an eine
Gleichspannungsquelle +UB angeschlossen. Ihre Emitter stehen über je eine Diode
23 mit dem Lollektor eines Transistors TZ00 bis Tz90 in Verbindung. Die Emitter
der Transistoren TZ00 bis Tz90 liegen an Masse. Die Basis des Transistors TZ00 ist
an eine Leitung 17 angeschlossen. Die Basen der Transistoren Tz10 bis TZ00 liegen
an den Ausgängen von UND-Schaltungen US10 bis US90, die von der Zehnerdekade Z10
des Zählers 2 angesteuert werden. Ein Eingang der UND-Schaltungen US10 bis US90
ist entweder unmittelbar oder über einen Inverter I mit der Leitung 17 verbunden.
An der Leitung 17 liegt eine Rechteckspannung UT an, deren Frequenz zweckmäßig ungefähr
1 bis 2 kHz beträgt.
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Die Einerdekade Z1 des Zählers steuert UND-Schaltungen US1 bis US0
an, deren Ausgänge an die Bssen vonTransistoren TE1 Bis TE9 angeschlossensind.
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Die Emitter der Transistoren TE1 bis TE9 liegen an Masse. Der Kollektor
des Transistors TE1 ist über je eine Entkopplungsdiode DE mit den Elektroden EE01,
EE11 usw. bis EE91 der Leuchtzellen C01, C11 usw. bis C91 verbunden. In entsprechender
Weise sind die Kollektoren der Transistoren TE2 bis TE9 an die jeweils in der Einerstelle
übereinstimmenden Elektroden EE02 bis EE92... EE00 bisEE99 der restlichen Leuchtzellen
angeschlossen.
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Zwecks Anregung der Leuchtzellen können die Einzelelektroden EE über
die Transistoren TE1 bis TE9 auf Nullpotential festgehalten werden. Dabei werden
die Einerstellen aller zehn Anzeigedekaden parallel angesteuert. Die betreffenden
Leuchtzellen können jedoch nur in den Dekaden aufleuchten, in denen über die der
Zehneransteuerung dienenden Transistoren TZ00 bis Tz90 und TUso bis Tu90 die Gegenelektroden
GEoo bis GE90 im Takt der Rechteckspannung UT abwechselnd auf Nullpotential bzw.
auf Potential + UB gelegt werden.
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Um den Meßwert in Form eines Leuchtbandes darstellen zu können, d.
h. nicht nur die dem Meßwert jeweils entsprechende Leuchtzelle, sondern zugleich
auch alle in der Folge vorhergehenden Leuchtzellen aufleuchten zu lassen, sind innerhalb
jeder Anzeigedekade die Elektroden EE0 bis EE99 über eine Richtleiterkette mit gleichsinnig
gepolten Dioden D01 bis D09 usw. untereinander verbunden.
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Der Zähler 2 ist als dekadisches Schieberegister mit zwei Zähldekaden
aufgebaut. Die Einerdekade Z weist fünf Flip-Flops F1 bis F5, die Zehnerdekade Z10
fünf Flip-Flops F6 bis F10 auf. Durch einen Rückstellimpuls auf der Leitung 6 kann
der Zähler in jeder beliebigen Zählstellung gelöscht werden.
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An die Ausgänge A, Ä bis E, E der Einerdekade Z1 sind die UND-Schaltungen
US1 bis US9 derart angeschlossen, daß in jeder Zählstellung der Einerdekade jeweils
eine dieser UND-Schaltungen aufgesteuert wird. Die Art der Entschlüsselung der Einerdekade
ergibt sich im einzelnen aus der Tabelle 1.
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Zur Erläuterung der Art der Hell-Dunkel-Steuerung der Leuchtzellen
C sei angenommen, daß in den Zähler ein Zählimpuls eingelesen ist. Am Ausgang der
UND-Schaltung US1 erscheint daher ein positives Signal (L), das den Transistor TE1
durchsteuert. Da-
durch wird die Elektrode E91 der Leuchtzelle C01 auf Nullpotential
festgehalten.
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Die Gegenelektrode GEoo der AnzeigedekadeOl bis 10 wird dagegen im
Takt der Rechteckspannung UT wechselweise auf Nullpotential und auf das Potential
+ UB gelegt. Wenn nämlich im Impulsintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Impulsen der Rechteckspannung UT der Transistor TZ00 gesperrt wird, wird die Basis
des Transistors TUDO über den Widerstand 24 auf das Potential ~ UB gezogen. Die
Diode 23 sperrt.
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Der Transistor TU0 word durchgesteuert. Das Potential der Gegenelektrode
GEoo steigt auf + UB an. Der die Leuchtzelle C01 bildende Kondensator kann sich
aufladen. Die Leuchtzellen C02 bis C09 können sich dagegen nicht laden, weil die
Transistoren TE2 bis TE9 gesperrt sind, so daß das Potential der Elektroden EEO2
bis EEos mit hochgezogen wird.
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Wird durch den nächsten positiven Impuls der Rechteckspannung UT
der Transistor TZ00 durchgesteuert, muß zwangläufig über die Diode 23 ein Strom
fließen, und zwar zum einen über den bis dahin noch leitenden Transistor Tuoo und
zum anderen als Entladestrom über die Leuchtzelle C01. Sowie aber durch die Diode
23 ein Strom fließt, tritt an ihr ein Spannungsabfall in Höhe der Kniespannung der
Diode auf.
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Dieser Spannungsabfall liegt als Sperrspannung an der Basis des Transistors
TU00. Der Transistor TU00 sperrt.
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Die Gegenelektrode GEoo wird auf Nullpotential gezogen; die Leuchtzelle
C01 wird entladen. Mit dem nächsten Impulsintervall der Rechteckspannung UT wiederholt
sich das Wechselspiel. Der die Leuchtzelle C01 bildende Kondensator wird infolgedessen
periodisch umgeladen. Die Leuchtzelle C01 leuchtet auf.
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Die übrigen Leuchtzellen bleiben dunkel.
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Werden in den Zähler dann beispielsweise zwei weitere Zählimpulse
eingelesen, sperrt der Transistor TE1 und wird an seiner Stelle der Transistor TE3
durchgesteuert, der nicht nur die Einzelelektrode EE03, sondern über die Dioden
D01 und D02 der Anzeigedekade 01 bis 10 augleich auch die einzelelektroden EE01
und EE02 auf Nullpotential festhält. Die Folge ist, daß die Leuchtzellen C01, C02
und C03 gemeinsam aufleuchten.
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Die Ausgänge der Flip-Flops F6 bis F10 der Zehnerdekade Z10 des Zählers
2 sind über UND-NICHT-Schaltungen UN und die UND-Schaltungen US1O bis US00 derart
miteinander gekoppelt, daß nicht nur an dem Ausgang der UND-Schaltung US für die
jeweils angesteuerte Anzeigedekade, sondern zugleich auch an den Ausgängen der UND-Schaltungen
USlO bis USgO, die sämtlichen vorhergehenden Anzeigedekaden zugeordnet sind, Rechteckimpulszüge
von der Frequenz der Rechteckspannung UT auftreten.
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Die dafür benutzte Decodierung ergibt sich im einzelnen aus Tabelle
2.
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Wie in F i g. 2 veranschaulicht, wird dabei jede zweite UND-Schaltung
USlO, US30, US50, US70, US90 nicht unmittelbar, sondern über einen Inverter I mit
der Rechteckspannung UT beaufschlagt. Das hat zur Folge, daß die Ausgangsimpulszüge
jeweils benachbarter Ausgänge der UND-Schaltungen USlO bis USgO gegenphasig mit
Bezug aufeinander sind.
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Über die der letzten Einzelelektrode E10, EE20 usw. der ersten neun
Anzeigedekaden 01 bis 10 ... 91 bis 99 zugeordneten Entkopplungsdioden DB sind diese
letzten Einzelelektroden und die Richtleiterketten Dol bis Dog, Dll bis Dlg usw.
an den Kollektor des Zehneransteuertransistors Tz10 bzw. Tz20 usw. der
jeweils
nächstfolgenden Anzeigedekade 11 bis 20... 91 bis 99 angeschlossen. Dadurch und
durch die gegenphasige Ansteuerung aufeinanderfolgender UND-Schaltungen USlO bis
USgO wird erreicht, daß die Zehneransteuertransistoren TZ10 bis Tzgo nicht nur in
den ihnen zugeordneten Anzeigedekaden 11 bis 20... 91 bis 99 die zuvor für den Transistor
TZOO beschriebene Funktion übernehmen, sondern zugleich als Haltetransistor für
die jeweils vorangehende Anzeigedekade wirken. Dies ist für die Darstellung des
Meßwertes in Leuchtbandform wesentlich.
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Wenn z. B. in den Zähler 2 zweiundneunzig Zählimpulse eingelesen
sind, werden alle zehn Zehneransteuertransistoren TZ00 bis Tzgo und der Eineransteuertransistor
TE2 angesteuert. Die Transistoren Tzoo bis TZ90 und die ihnen zugeordneten Transistoren
TU00 bis TU90 öffnen und sperren im Takt der Rechteckspannung UT. Der Transistor
TE2 wird ständig durchgesteuert und hält die Einzelelektroden EE91 und EE92 (sowie
außerdem die Einzelelektroden EE01, EE02; EE11, EE12 ... bis EE81, EE82) auf Nullpotenlial
fest. Die Gegenelektrode GE90 wird von den Transistoren TU90 und Tzgo in der oben
für die Gegenelektrode GE00 beschriebenen Weise wechselweise auf Potential + Un
und Nullpotential gezogen. Die Leuchtzellen C91 und C92 leuchten auf.
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Auf Grund der gegenphasigen Ansteuerung der UND-Schaltungen USlO
bis US90 arbeiten die zugehörigen Transistoren Tz00, Tzfo, Tz40, Tz60, Tz90 einerseits
und die Transistoren Tz10, Tzs0, TZ50, Tz70, TzPO andererseits ebenfalls gegenphasig.
So werden beispielsweise in der einen Halbperiode der Rechteckspannung UT über die
Gleichrichterkette D81 bis D89 und den durchgesteuerten Transistor Tzgo die Einzelelektroden
EE81 bis EESO auf Nullpotential gelegt, während gleichzeitig der Transitors T80
gesperrt wird und über den durchgesteuerten Transistor Tuoo die Gegenelektrode GEEo
auf Potential + UB gezogen wird.
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In der nächsten Halbperiode der Rechteckspannung UT sperrt der Transistor
Tzgo, während der Transistor Tz90 leitet und die Gegenelektrode GESo an Nullpotential
legt. Die in Gegenphase arbeitenden Transistoren Tz80 und Tzgo bewirken also eine
ständige Umladung der die Leuchtzellen C81 bis c90 bildenden Kondensatoren. Diese
Leuchtzellen leuchten ebenfalls auf. In entsprechender Weise werden auch die Leuchtzellen
c01 bis c80 zum Leuchten gebracht.
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Werden bei einer Schaltung der in F i g. 2 veranschaulichten Art
die Dioden D00 bis D99 nicht zu Richtleiterketten miteinander verbunden, sondern
mit der Anode an Masse gelegt, leuchtet nur die jeweils angesteuerte Leuchtzelle
auf. Die Betätigung der Transistoren TZ00 bis Tzgo sowie der Transistoren TE0 bis
TE9 kann im wesentlichen in gleicher Weise wie bei der Anordnung nach F i g. 2 erfolgen.
Eine gegenphasige Ansteuerung aufeinanderfolgender Transistor ren TZ00 bis Tzgo
istjedoch nicht erforderlich. Vielmehr kann die Ansteuerung so vorgenommen werden,
daß die Gegenelektroden GEoo bis GE90 im Ruhezustand sämtlich an Nullpotential oder
sämtlich an Potential + UB liegen. Die erstgenannte Lösung hat den Vorteil, daß
im Ruhezustand an den Leuchtzellen keine Spannung ansteht, die zweite, daß im Ruhezustand
an den Widerständen 24 keine Leistung verbraucht wird.
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Ferner darf jedoch jeweils nur einer der Transistoren Tzoo bis Tzgo
angesteuert werden, so daß die Zehnerdekade Z10 in gleicher Weise wie die Einerdekade
Z1 decodiert werden muß.
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Die Eingänge der UND-NICHT-Schaltung 50 nach F i g. 2 sind mit den
Ausgängen B und C der Zehnerdekade ZlO des Zählers 2 sowie den Ausgängen DundE der
Einerdekade Z1 des Zählers verbunden. Wie die linken Seiten der Tabellen 1 und 2
erkennen lassen, entspricht dies der Decodierung des Zählerstandes 24.
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Die Eingänge der UND-NICHT-Schaltung 51 sind an die Ausgänge B und
C der Zehnerdekade ZlO sowie die Ausgänge und E der Einerdekade Z1 angeschlossen.
Gemäß den Tabellen 1 und 2 wird damit der Zählerstand 79 decodiert. Wie oben in
Verbindung mit F i g. 1 im einzelnen erläutert ist, bestimmen die mittels der UND-NICHT-Schaltungen
50, 51 decodierten Zählerstände die Grenzen des Sollbereichs. Im unteren und oberen
Extrembereich laufen die Eingangsimpulse über den Frequenzteiler 56, im Sollbereich
gelangen sie unmittelbar in den Zähler 2.
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Die Anzeigevorrichtung nach F i g. 3 weist 99Leuchtzellen C01 bis
C99 mit einer gemeinsamen Gegenelektrode GE und je einer Einzelelektrode EE01 bis
EE99 auf. Ähnlich F i g. 2 sind die Leuchtzellen in zehn Gruppen aufgeteilt, die
die zehn Anzeigedekaden Ol bis 10, 11 bis 20... 91 bis 99 darstellen. Die Gegenelektrode
GE liegt an Masse. Zwecks Anregung der Leuchtzellen können - die Einzelelektroden
EE über wechselweise betätigbare Transistoren TU00 bis TU90 und Transistoren TE1
bis TE9 bzw. TH10 bis TH93 abwechselnd an das positive Potential + UB bzw. an Nullpotential
gelegt werden. Dabei werden mittels der Transistoren TE1 bis TE9 die Einerstellen
aller zehn Anzeigedekaden parallel angesteuert. Die betreffenden Leuchtzellen können
jedoch nur in den Dekaden aufleuchten, in denen über die der Dekadenansteuerung
dienenden Transistoren %Z00 bis Tz90 die Transistoren TU00 bis TU9o mit angesteuert
werden.
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Der Zähler 2 ist in gleicher Weise aufgebaut wie bei der Anordnung
nach F i g. 2. Auch die Decodierung ist weitgehend ähnlich wie dort. Es kann dazu
auf die Tabellenl und 2 verwiesen werden. Anders als in F i g. 2 weisen die UND-Schaltungen
US1 bis USg jedoch einen dritten Eingang auf, an dem über die Leitung 17 die Rechteckspannung
UT anliegt.
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Zur Erläuterung des bei dieser Anordnung verwendeten Prinzips der
Hell-Dunkel-Steuerung der Leuchtzellen sei wieder angenommen, daß in den Zähler
2 ein Zählimpuls eingegeben ist, so daß an den beiden mit den Ausgängen A und B
der Flip-Flops F1 und F2 verbundenen Eingängen der UND-Schaltung US1 je ein >L
« ansteht. Am Ausgang der UND-Schaltung USl tritt daher eine Folge positiver Impulse
mit der Frequenz der Rechteckspannung UT -auf, die gleichphasig mit den der Basis
des Transistors TZ00 zugeführten Impulsen sind. Die UND-Schaltungen US2 usw. sperren.
Weiter sei angenommen, daß der Punkt c (Elektrode EE1 der Leuchtzelle C01 und Emitter
des Transistors TUoo) auf Nullpotential liegt.
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Im Impulsintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen der
Rechteckspannung UT ist der Transistor TZ00 gesperrt, so daß über denWiderstand
19 im wesentlichen die volle Spannung + UB an der Basis des Transistors TU00 anliegt.
Der die Leuchtzelle C01 bildende Kondensator kann sich also über den Transistor
Tuoo mit einem Strom laden, der durch die Stromverstärkung des Transistors TU00
und die Größe des Widerstandes 19 bestimmt ist. Mit zunehmender Aufladung wandert
das Potential am Punkt c immer mehr gegen das Potential + UB. Damit
wird
- gleichlaufend mit der der zunehmenden Aufladung des Kondensators entsprechenden
Verringerung des Ladestromes - der Basisstrom des Transistors TU00 ständig kleiner.
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Während der Transistor TZ00 sperrt, wird auch der Transistor TE1
gesperrt gehalten. Der nächste positive Impuls der Rechteckspannung UT steuert jedoch
den Transistor TE1 durch, so daß die Elektrode EE1 der Leuchtzelle C01 (Punkt c)
praktisch auf Nullpotential gezogen wird. Der die Leuchtzelle c01 bildende Kondensator
entlädt sich. Zugleich wird der Transistor TZ00 durchgesteuert. Der Punkt d wird
auf Nullpotential gebracht. Der Transistor TU00 sperrt.
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In der ersten Phase des Entladevorgangs wird die Emitter-Basis-Strecke
des Transistors TU00 mit nahezu der volIen Spannung + UB als Sperrspannung beaufschlagt.
Die in der Basiszuleitung des Transistors TU00 liegende Diode 20 stellt jedoch sicher,
daß der Basisstrom auf den Wert des Sperrstromes der Diode beschränkt wird.
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Aus vorstehendem folgt, daß in der angenommenen Zählerstellung der
die Leuchtzelle C01 bildende Kondensator mit der Frequenz der Rechteckspannung UT
umgeladen wird. Die Leuchtzelle C01 leuchtet daher auf. Die weiteren Leuchtzellen
C02 bis C09 der Anzeigedekade 01 bis 10 bleiben dagegen dunkel, weil die zugehörigen
Eineransteuertransistoren TE2 bis TE9 ständig gesperrt sind und infolgedessen die
Elektroden EE02 bis EE09 der Leuchtzellen C02 bis C09 dauernd auf dem Potential
+ UB liegen. Ein Ansprechen der Leuchtzellen C, C21 usw. der übrigen Anzeigedekaden
11 bis 20 usw. wird dadurch verhindert, daß die diesen Dekaden zugeordneten Zehneransteuertransistoren
TZ10 bis Tzoo ständig gesperrt bleiben.
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Die Elektroden EE01 bis EE10 sind über eine Richtleiterkefte mit
gleichsinnig gepolten Dioden Dol bis D00 untereinander verbunden. Dies hat zur Folge,
daß bei Durchsteuerung eines der Transistoren TE1 bis TEQ und TH10 außer dem Erregerstromkreis
der jeweils zugeordneten Leuchtzelle C01 bis C10 über die Richtleiterkette zugleich
auch die Erregerstromkreise der vorhergehenden Leuchtzellen der Anzeigedekade geschlossen
werden. Gleiches gilt für die übrigen Anzeigedekaden.
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Ähnlich F i g. 2 sind die Ausgänge der Flip-Flops F6 bis F10 der
Zehnerdekade des Zählers 2 über UND-NICHT-Schaltungen UN, UND-Schaltungen US und
Inverter 1 derart miteinander gekoppelt, daß nicht nur an den Ausgängen des Torschaltungspaares
UN, US der jeweils angesteuerten Anzeigedekade, sondern zugleich auch an den Ausgängen
der betreffenden Torschaltungspaare aller vorhergehenden Anzeiged ek aden untereinander
gleichphasige Rechteckimpulszüge von der Frequenz der Rechteckspannung UT auftreten.
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Die Ausgänge der UND-NICHT-Schaltungen UNlo bis UNgo sind an die
Basen der Haltetransistoren Txlo bis TH90 angeschlossen, während die Ausgänge der
UND-Schaltungen USlO bis USgO mit den Basen der Transistoren TZ10 bis Tzgo verbunden
sind, die funktionsmäßig dem Transistor TZOO der Anzeigedekade 01 bis 10 entsprechen.
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Die Haltetransistoren TH10 bis TH90 entsprechen funktionsmä#ig den
Transistoren TE1 bis TE9; anders als diese werden die Haltetransistoren jedoch für
jede Anzeigedekade gesondert angesteuert. Ist beispielsweise der Haltetransistor
TH10 angesteuert, werden sämtliche Leuchtzellen C01 bis C10 der Anzeige-
dekade 01
bis 10 über die kichtleiterkette Dol bis D09 und die Transistoren TU00 und Tolo
periodisch geladen und entladen.
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Angenommen, in den Zähler 2 seien 92Impulse eingelesen, dann werden
die zehn Transistoren TZ00 bis TZ90, die zehn Transistoren TU90 bis TU90, die neun
Haltetransistoren TH10 bis TH90 und der Transistor TE2 im Wechselspiel geöffnet
und gesperrt. Die Transistoren TZOO bis Tz90, Tuoo bis Tu80 und TH1O bis TH90 halten
über die Richtleiterketten Dol bis Dos ; D11 bis D19 ... D81 bis D89 die Leuchtzellen
C01 bis C90 am Leuchten, während die Leuchtzellen C90 und C92 über die Transistoren
Tzgo, Tu9o und TE 2 sowie die Diode D91 der der Anzeigedekade 91 bis 99 zugeordneten
Richtleiterkette zum Leuchten angeregt werden.
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Die UND-NICHT-Schaltungen 50, 51 und 52 und das Flip-Flop 53 der
F i g. 2 sind in F i g. 3 durch eine UND-NICHT-Schaltung 58 und einen Inverter 57
ersetzt. Die Eingänge der UND-NICHT-Schaltung 58 sind im veranschaulichten Ausführungsbeispiel
an die Ausgänge A und B der Zehnerdekade Z10 des Zählers 2 angeschlossen; der Ausgang
der UND-NICHT-Schaltung 58 steht unmittelbar bzw. über den Inverter mit dem einen
Eingang der UND-NICHT-Schaltungen 54, 55 in Verbindung.
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Wie die linke Seite der Tabelle 2 erkennen läßt, steht in der Ruhelage
des Zählers an den Ausgängen A und B der Zehnerdekade ZlO je eine @O6. Die UND-NICHT-Schaltung
54 ist daher durchgesteuert, die UND-NICHT-Schaltung 55 gesperrt. Die ersten Ausgangsimpulse
des Spannungs-Frequenz-Wandlers 1 laufen daher über den Frequenzteiler 5 der beispielsweise
wieder ein Teilungsverhältnis von 10:1 habe, in den Zähler ein. Für je zehn Ausgangsimpulse
des Wandlers 1 wird dann, beginnend mit der Leuchtzelle C01, eine weitere Leuchtzelle
hellgesteuert.
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Vom Zählerstand 20 bis zum Zählerstand 50 steht an beiden Ausgängen
A und B der Zehnerdekade ZlO je ein »L«. Die UND-NICHT-Schaltung 54 wird gesperrt.
Die UND-NICHT-SchaltungS5 wird durchgesteuert. Innerhalb dieses Bereichs (Sollbereich)
.gelangen die Ausgangsimpulse des Wandlers 1 unmittelbar in den Zähler. Den Leuchtzellen
C20 bis C60 ist daher je ein Ausgangsimpuls des Wandlers 1 zugeordnet.
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Die nachfolgenden Ausgangsimpulse des Wandlers 1 werden wieder über
den Frequenzteiler 56 geleitet.
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Während bei der Anordnung nach Fig.2 die Grenzen des Sollbereichs
auf beliebige Zählerstände gelegt werden können, ist die vereinfachte Schaltung
gemäß Fig.3 insofern beschränkter, als hier die Sollbereichsgrenzen nur in Zehnerschritten
des Zählerstandes änderbar sind. Soll beispielsweise der Sollbereich nicht von den
Zählerständen 20 bis 59, sondern von 30 bis 59 reichen, werden die Eingänge der
UND-NICHT-Schaltung58 mit den AusgängenA und C der Zehnerdekade Z10 des Zählers
verbunden.
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Beschränkt man sich bei Verwendung von Zählern der in F i g. 2 und
3 veranschaulichten Art zusätzlich darauf, den Sollbereich über 50 Leuchtzellen
zu legen. also beispielsweise zwischen die Leuchtzellen C20 und C70, C30 und C80
oder C40 und C90, können die UND-NICHT-Schaltungen 54, 55 unmittelbar von den Ausgängen
eines der Flip-Flops F6 bis F10 der Zehnerdekade Zlo aus angesteuert werden F i
g. 4 zeigt dies als Blockschaltbild für den Fall eines von der Leuchtzelle C20 bis
zur Leuchtzelle C80 reichenden Sollbei
gleiches. Dabei sind entsprechend
der linken Seite der Tabelle 2 die UND-NICHT-Schaltung 54 mit dem Ausgang C und
die UND-NICHT-SchaltungS5 mit dem Ausgang C des Flip-Flops F8 zu verbinden.
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Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen ist jeweils nur
ein Frequenzteiler vorgesehen. Dies führt zu gleichem Abbildungsmaßstab im oberen
und unteren Extrembereich. In gewissen Anwendungsfällen kann es jedoch erwünscht
sein, im unteren und oberen Extrembereich mit unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben
zu arbeiten oder einen der beiden Extrembereiche seinerseits in zwei Bereiche mit
unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben aufzuteilen. Dies läßt sich erreichen, wenn
außer dem Frequenzteiler 56 ein zweiter, in Abhängigkeit vom Zählerstand wirksam
gemachter Frequenzteiler 62 vorgesehen wird. Die beiden Frequenzteiler 56 und 62
können grundsätzlich in Reihe (F i g. 5) oder parallel (F i g. 6) geschaltet werden.
Bezüglich des Aufwandes ist die Reihenschaltung günstiger, da- sich bei ihr der
Frequenzteiler mit kleinerem Teilungsverhältnis als Anzapfung des für das größere
Teilungsverhältnis ausgelegten Frequenzteilers realisieren läßt.
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Die Frequenzteiler lassen sich wiederum durch UND-Schaltungen wahlweise
wirksam machen. So liegen bei der Anordnung nach F i g. 5 vor den Eingängen der
Frequenzteiler 56 und 62 UND-Schaltungen 54 und 60, während UND-Schaltungen 55 und
61 Umgehungswege für jeden der Frequenzteiler sperren oder wieder freigeben. Bei
der in F i g. 6 gezeigten Schaltung können die Impulse dem Zähler 2 entweder über
die UND-Schaltung 54 und den Frequenzteiler 56 oder über die UND-Schaltung 60 und
den Frequenzteiler 62 oder unmittelbar über die UND-Schaltung 63 zugeführt werden.
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Die Ansteuerung der UND-Schaltungen 54, 55, 60, 61 und 63 erfolgt
dabei zweckmäßig in ähnlicher Weise wie vorstehend beschrieben, zur Erzielung frei
wählbarer Sollbereichsgrenzen also durch Flip-Flops, die bei entsprechend decodierten
Zählerständen umgesteuert werden, sonst durch Schaltanordnungen entsprechend den
F i g. 3 und 4.
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Es versteht sich, daß eine größere Anzahl von Abbildungsmaßstäben
auf gleichem Prinzip durch Anwendung einer entsprechend großen Anzahl von Frequenzteilern
erhalten werden kann.
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F i g. 7 zeigt ein Prinzipschaltbild eines gegenüber F i g. 1 abgewandelten
Analog-Digital-Wandlers, der einen Zählimpulsgenerator65 aufweist, der Zählimpulse
mit konstanter Folgefrequenz erzeugt und an einen Frequenzteiler 66 sowie eine dem
Zähler 2 vorgeschaltete UND-Schaltung 67 anlegt. Der Frequenzteiler 66 steuert einen
Sägezahngenerator 68, der seinerseits eine proportional zur Zeit ansteigende Sägezahnspannung
liefert. Die Sägezahnspannung liegt am einen Eingang, die dem Meßwert analoge Eingangsspannung
UEIN am anderen Eingang eines Komparators 69 an. Der Komparator 69 vergleicht die
Spannung UEIN mit der Sägezahnspannung und öffnet die UND-Schaltung 67, solange
die Spannung UBIN größer als die Sägezahnspannung ist. Während dieser Zeitspanne
gelangen infolgedessen Zählimpulse vom Generator 65 in den Zähler 2. Sobald die
Sägezahnspannung den Wert der Spannung USIN erreicht, wird die UND-Schaltung 67
gesperrt und die weitere Eingabe von Zählimpulsen in den Zähler unterbunden.
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Beim Sprung der Sägezahnspannung vom End- auf den Anfangswert wird
der Zähler 2 gelöscht, worauf
erneut Zählimpulse in den Zähler eingelesen werden.
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Es versteht sich, daß dabei die Anzahl der jeweils in den Zähler 2
gelangenden Zählimpulse proportional zur Öffnungszeit der UND-Schaltung67 und damit
proportional zum Wert der Eingangs spannung UBIN ist.
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Bei den in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen
sind die Ausgänge des von den Flip-Flops F1 bis F10 gebildeten Zählers 2 unmittelbar
an die Decodiereinrichtung 5 angeschlossen. Dabei wird ein Wechsel des Anzeigewertes
dadurch erzielt, daß der alte Anzeigewert durch Rückstellen des Zählers gelöscht
und unmittelbar anschließend der neue Meßwert in den Zähler eingelesen wird. Um
bei dieser Arbeitsweise eine flimmerfreie Anzeige zu erhalten, müssen das Löschen
und das Wiedereinlesçn des neuen Wertes sehr rasch geschehen. Das bedeutet, daß
die Folgefrequenz der Meßimpulsserien sehr hoch liegen muß.
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Diese Beschränkung entfällt, wenn gemäß F i g. 8 zwischen den Zähler
2 und die Decodiereinrichtung 5 ein Meßwertzwischenspeicher 71 gelegt wird, der
den alten Meßwert gespeichert hält, bis der neue Meßwert nach dem Löschen des Zählers
2 in den Zähler eingelesen ist, und die Anzeige dann schlagartig auf den neuen Wert
umspringen läßt.
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Bei der Anordnung nach F i g. 8 besteht der der Einer-Dekade des
Zählers 2 zugeordnete Teil des Zwischenspeichers 71 aus fünf Speicher-Flip-Flops
73 bis 77, deren Eingänge an die Ausgänge jeweils eines der Flip-Flops F1 bis F5
angeschlossen sind und deren Ausgänge mit der Decodiereinrichtung 5 verbunden sind.
Zur Steuerung des Zählers 2 und des Zwischenspeichers71 geeignete Steuerimpulse,
die dem Taktgenerator3 entnommen werden, sind in Fig. 9 veranschaulicht.
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Die Anordnung arbeitet wie folgt: Während der von der Impulslänge
des Zeitbasisimpulses 78 nach F i g. 9 a bestimmten Zeitspanne können Zählinpulse
über eine UND-Schaltung 79 in d-n Zähler 2 gelangen.
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Dabei liegt der CP-Eingang der Speicher-Flip-Flops 73 bis 77 hoch
(F i g. 9 b). Die Speicher-Flip-Flops werden daher von der Einstellung der Zähler-Flip-Flops
F1 bis F5 nicht beeinflußt. Ist das Einlesen der Zählimpulse in den Zähler beendet
und erscheint am CP-Eingang der Speicher-Flip-Flops 73 bis 77 der Überschiebeimpuls
80 (F i g. 9 b), werden die Speicher-Flip-Flops auf dieselben Schaltzustände eingestellt
wie die zugeordneten Zähler-Flip-Flops F1 bis F5, d. h., die Stellung des Zählers
wird in den Zwischenspeicher übergeschoben. Entsprechend dem nun im Zwischenspeicher
stehenden Zählwert wird über die Decodiereinrichtung 5 die Anzeige ausgesteuert.
Anschließend werden die Speicher-Flip-Flops 73 bis 77 gegen Betätigung durch die
Zähler-Flip-Flops wieder gesperrt, indem ihre CP-Eingänge erneut hochgelegt werden.
Jetzt kann mittels eines Löschimpulses 81 (F i g. 9c) der Zähler gelöscht und anschließend
eine neue Zählimpulsserie eingelesen werden. Während dieser Zeitspanne erscheint
am Ausgang der Decodiereinrichtung 5 ständig der vorher übergeschobeneWert.
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Die Folgefrequenz der Zeitbasisimpulse 78 ergibt sich aus der jeweiligen
Anwendung. Die Löschimpulse 81 werden zweckmäßig kurz vor die Zeitbasisimpulse gesetzt,
um gegebenenfalls in der Zwischenzeit in den Zähler eingelaufene Störimpulse mit
zu löschen.
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Der der Zehnerdekade F6 bis F10 des Zählers 2