DE1919856B1

DE1919856B1 - Treiberschaltung fuer Anzeigeroehren

Info

Publication number: DE1919856B1
Application number: DE19691919856
Authority: DE
Inventors: Julius Gluck
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1968-04-25
Filing date: 1969-04-18
Publication date: 1970-10-22
Also published as: GB1211187A; NL6906284A; US3594758A

Description

Einrichtungen zur Darstellung der Datenausgabe von Rechenmaschinenregistern oder anderen Datenquellen sind bereits bekannt. Die Datenquelle wird mittels einer Treiberschaltung an eine Zeichen-Anzeigeröhre angeschlossen. Der Treibstromkreis erregt die entsprechende Kathode der Anzeigeröhre, so daß das gewünschte Zeichen sichtbar wird. Normalerweise werden eine Anzahl von Anzeigeröhren vorgesehen, und die Treiberschaltung schaltet alle diese Röhren, so daß eine Gruppe von Zeichen sichtbar wird.

Bekannte Treiberschaltungen sind in verschiedenen Formen ausgeführt worden. Normalerweise wurden die Anoden direkt an eine Spannungsquelle angeschlossen. Die Mehrfach-Elektroden wurden vermittels einer Steuerschaltung an die Datenquelle angeschlossen. Wenn ein Datensignal auftritt, wird eine der Steuerschaltungen erregt und bewirkt die Anzeige eines Zeichens durch die Röhre, welche an den betreffenden Steuerkreis angeschlossen ist. Auf Wunsch kann jede Röhre einer Anzahl von Röhren so gesteuert werden, daß die Zeichen aufeinanderfolgend dargestellt werden, bis eine zusammengesetzte Datenzeichenanzeige, z. B. eine Gruppe von Zeichen, sichtbar wird (siehe z. B. französische Patentschrift 1471504).

Der Hauptnachteil der bekannten Treiberschaltungen besteht in der Notwendigkeit einer hohen und stabilen Anodenspannung, d. h., daß für eine riehtige Wirkungsweise die Anoden an eine stabile Hochspannungsquelle angeschlossen werden müssen. Wird die Spannung der Spannungsquelle nicht genügend gut reguliert, so entstehen übermäßige Anodenströme, welche die Lebensdauer der Röhre vermindern. Andererseits ist bei geringen Strömen die Lichtintensität der Anzeigeröhren unerwünscht gering. Da die Anodenspannung hoch und gut reguliert sein muß, ist ein komplizierter Regulierstromkreis notwendig, welcher die Anodenspannungsquelle mit der Anode verbindet, sofern die Spannungsquelle nicht reguliert ist. Andererseits kann ein komplizierter Regelkreis in die Spannungsquelle selbst eingebaut werden.

Zusätzlich zum beschriebenen Nachteil haben bekannte Treiberschaltungen weitere Nachteile. So sind der Hochspannungs-Anodenstromkreis und die Hochspannungs-Schaltelemente in der Regel teurer als entsprechende Schaltelemente für niedrigere Spannungen. Da manche bekannte Treiberschaltungen Gleichstromkopplung an Stelle von Wechselstromkopplung verwenden, kann in diesen Geräten bei einem Fehler in einem Stromkreis eine dauernde Gleichspannung an die Anzeigeröhren angelegt werden, so daß die Anzeigeröhren dauernd einschalten und einen Überstrom verursachen. Der Überstrom kann entweder die Anzeigeröhren oder ihre Treiberschaltung beschädigen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Konstantstrom-Anodenschaltung zum Gebrauch in Anzeigeröhrentreiberschaltungen zu schaffen, weiche mit einer nichtregulierten Spannungsquelle gespeist werden kann und in der Lage ist, eine Anzahl von Anzeigeröhren vermittels einer nichtregulierten Anodenspannungsquelle zu treiben.

Die vorliegende Erfindung sieht eine Treiberschaltung vor für mindestens eine Anzeigeröhre mit mindestens einer Anode und einer Anzahl von Kathoden, mit je einer Kathodensteuerschaltung, welche zwisehen die Kathode und eine Datenquelle geschaltet ist, um selektiv eine der Kathoden anzusteuern, und eine Anodensteuerschaltung, um gesteuert durch eine Signalquelle eine Spannung an die Anode anzulegen, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anodensteuerschaltung einen Transistor enthält, der zwischen die Anode der Anzeigeröhre und eine unregulierte Spannungsquelle geschaltet ist, derart, daß der Transistor eine Konstantstromquelle für die Anode darstellt, und daß die Steuerung des Transistors durch die Signalquelle durch Wechselstromkopplung erfolgt.

Die Anodensteuereinrichtung legt einen konstanten Strom an die Anode der Röhre an. Dies bewirkt, daß der Strom, welcher die Anoden treibt, ungeachtet der Spannungsänderungen konstant bleibt. Es wird daher die Lebensdauer der Röhre nicht durch das Auftreten von Überstrombedingungen vermindert, noch wird die Intensität der Anzeige durch einen Zustand vermindert, in welchem ein ungenügender Strom fließt. Diese Zustände können nicht auftreten, weil der Anodenstrom konstant bleibt, Mk auch wenn die Spannung der Spannungsquelle ^P ändert.

Ein Überstromzustand vermindert die Lebensdauer einer Röhre, währenddem ein Zustand ungenügenden Stromes die Intensität der durch die Röhre angezeigten Zeichen vermindert. Darüber hinaus darf die Spannungsquelle eine geringere Spannung aufweisen als die bis jetzt verwendeten Spannungsquellen, und sie darf auch fluktieren. Eine geringere Spannung ist möglich, weil der Widerstand der Last klein gehalten werden kann, denn wenn der Strom konstant gehalten wird, ist kein hoher Lastwiderstand notwendig, um den Strom durch die Röhre relativ unabhängig von der Röhrencharakteristik zu machen.

Eine geringere Quellenspannung gestattet, im Anodensteuerkreis Elemente mit niedriger Prüfspannung zu verwenden. Elemente mit niederer Prüfspannung sind wirtschaftlicher als solche mit höherer Prüfspannung. Wegen der Verwendung von Wechselstromkupplung können die Anzeigeröhren ausschalten, wenn ein Fehler im Entschlüßlerstrom- φ kreis oder in den Stromkreisen vor dem Entschlüßler entsteht. Der zur Wechselstromkopplung verwendete Kondensator verhindert nämlich den Fluß eines Gleichstroms zur Anzeigeröhre. Es wird somit eine verbesserte Treiberschaltung für ein Anzeigeröhrensystem geschaffen, die unkompliziert und wirtschaftlich ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockdiagramm, welches die Treiberschaltung in einem Anzeigesystem zeigt,

Fig. 2 eine teilweise schematische Darstellung, welche die Anzeigeröhrentreiberschaltung zeigt.

In den Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile. Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Anzeigesystem zeigt, bei dem die Erfindung Anwendung findet. Das in Fig. 1 dargestellte System besitzt einen Spaltensteuerzähler 11, einen Spaltenzählentschlüßler 13, eine Anzeigevorrichtung mit Anzeigeröhrentreiber 15 und ein Umlaufspeicherregister 17. Der Ausgang des Spaltensteuerzählers 11 ist an den Eingang des Spaltenzählentschlüßlers 13 angeschlossen, und der Ausgang

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des Spaltenzählentschlüßlers ist an einen Eingang Jede Kathodensteuerschaltung 25 besitzt einen

der Anzeigevorrichtung mit Anzeigetreiber 15 ange- NPN-Transistor Q₂, einen Widerstand R₃ und ein

schlossen. Die Synchronisierleitung 19 verbindet den NAND-Glied mit drei Eingängen. Die drei Eingänge

Spaltensteuerzähler 11 und das Speicherregister 17. des NAND-Gliedes A₁ sind an die Signalausgänge

Der Spaltensteuerzähler 11 erzeugt ein paralleles 5 des Speicherregisters 17 angeschlossen (Fig. 1). Der

Steuersignal auf einer Anzahl von Leitungen. Vor- Ausgang des NAND-Gliedes A₁ ist mit dem Emitter

zugsweise ist dieses Signal ein Exzeß-3-Binärsignal, des Transistors Q₂ verbunden. Die Basis des Transi-

also ein Vier-Bit-Kodesignal. Der Spaltenzähl- stors Q₂ ist über den Widerstand R₃ an eine Vor-

entschlüßler 13 entschlüsselt das Steuersignal des spannungsquelle V₂ angeschlossen. Der Kollektor des

Spaltensteuerzählers und erzeugt ein einziges Steuer- io Transistors Q₂ ist über die gleiche numerische

signal. Dieses einzelne Steuersignal entspricht dem Kathodenklemme an alle Anzeigeröhren angeschlos-

betreffenden parallelen Kodesignal, das aus dem sen. Wenn deshalb der Transistor Q₂ irgendeiner

Spaltensteuerzähler angelegt wurde, und wird dem Kathodensteuerschaltung eingeschaltet ist, legt er

Anzeigetreiber 15 zugeführt. Wie nachher beschrie- Spannung an eine gemeinsame numerische Kathode

ben werden wird, steuert dieses Signal, welche Röhre 15 jeder der Anzeigeröhren an. Bekanntlich steuert jede

aus einer Anzahl von Anzeigeröhren ein bestimmtes Kathode die Betätigung eines der numerischen

Zeichen sichtbar macht. Zum Zwecke der Beschrei- Zeichenelemente, welche sich in der Röhre befinden,

bung sind alle Zeichen numerische Zeichen von 0 Die in F i g. 2 dargestellte Dezimalpunkt-Steuer-

bis 9. Es werden also numerische Zeichen durch die schaltung 27 enthält einen NPN-Transistor Q₃, einen

Anzeigeröhren dargestellt. 20 Widerstand R₁, einen Drehschalter S₁, einen Schal-

Das Speicherregister 17 erzeugt ein Signal, welches ter S₂ und einen Inverter A₂. Der Drehschalter 1S₁ beZeichen aus einer Anzahl von Zeichen durch die sitzt vorzugsweise eine gemeinsame Klemme, die mit vom Spaltenzählentschlüßler-Signal gewählte Röhre einem Schleifarm verbunden ist, und eine Anzahl dargestellt wird. Das Speicherregister kann ein Spei- von einzelnen Klemmen, die wahlweise mit dem cherregister einer Rechenmaschine oder irgendeiner 25 Schleif arm in Kontakt gebracht werden können,
anderen Datenspeicherquelle sein. Die Synchronisier- Der Eingang des Inverters A₂ kann über den leitung 19 liefert lediglich ein Synchronisiersignal Schalter S₂ an Erde angelegt werden. Die Basis des zwischen dem Spaltensteuerzähler und dem Speicher- Transistors Q₃ ist über den Widerstand R_A an eine register, so daß das Röhrenauswahlsignal von dem geeignete Vorspannungsquelle F₄ angeschlossen. Der Spaltenzählentschlüßler mit dem Zeichenauswahl- 30 Emitter des Transistors Q₃ ist mit dem Ausgang des signal des Speicherregisters synchronisiert wird. Die Inverters A₂ verbunden. Der Kollektor des Transi-Signale, welche eine mehrstellige Zahl darstellen, stors Q₃ steht mit der gemeinsamen Klemme des laufen im Speicherregister um. Bei jedem Umlauf Drehschalters S₁ in Verbindung. Die einzelnen Klemwird jede Anzeigeröhre in einer Reihenfolge betätigt, men des Drehschalters S₁ sind an die Dezimalpunktbis alle betätigt worden sind. Dann erfolgt ein neuer 35 zeichenkathoden der Anzeigeröhren verbunden. Umlauf. Die Zahlen werden wiederholt dargestellt. Wenn daher der Drehschalter S₁ in eine bestimmte Infolge der Anzeigefrequenz erscheinen diese dem Lage geschaltet ist, zündet er das Dezimalpunkt-Auge ständig vorhanden. oder Kommazeichen der Röhre, die an diesen Schal-

Fig. 2 zeigt den Anzeigetreiberkreis, welcher in ter angeschlossen ist, wenn der Schalter^ offen ist.

dem System von F i g. 1 verwendet werden kann. 4° Die in F i g. 2 gezeigte Schaltung enthält ebenfalls

Zum Zwecke der Darstellung ist in F i g. 2 lediglich drei zusätzliche Widerstände R₅, R_e und R₇, eine

ein Teil eines Schemas dargestellt, d. h., F i g. 2 zeigt Anzahl von Röhrendioden D₂, eine Dezimalpunkt-

lediglich vier Anzeigeröhrenschaltungen 23, vier Diode D₃, ein Paar Quellendioden D₄ und D₅ und

Anodensteuerschaltungen 21, vier Kathodensteuer- eine Zenerdiode DZ. Ein Ende des Widerstandes R₅

schaltungen 25 und eine einzige Dezimalpunktsteuer- 45 ist an die Emitter der Transistoren Q₁ angeschlossen,

schaltung 27. Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung und das andere Ende des WiderstandesR₅ ist über

kann jedoch vergrößert werden, um so viele An- den Widerstand R₆ an eine Vorspannungsquelle V₅

zeigeröhren wie gewünscht zu steuern. Wie bereits angeschlossen. Die Verbindung zwischen R₅ und R₆

bemerkt wurde, sind in F i g. 2 lediglich vier der zehn ist über die Dioden D₄, D₅, den Widerstand R₇ und

Röhren dargestellt. Die übrigen Röhren und ihre 50 die Zenerdiode DZ, die in Serie geschaltet sind, mit

Steuerkreise sind mit den dargestellten identisch. Erde verbunden. Die Anoden der Dioden D₄ und D₅

Jede Anodensteuerschaltung 21 umfaßt einen befinden sich auf der Seite der Spannungsquelle V₅, PNP-Transistor Q₁, erste und zweite Widerstände .R₁ und die Anode der Zenerdiode DZ ist mit Erde ver- und R₂, einen Kondensator C₁ und eine Diode D₁. bunden. Der Verbindungspunkt zwischen der Diode D₅ Der Widerstand R₁ ist zwischen dem Emitter und der 55 und dem Widerstand R₁ ist mit Anoden der Di-Basis des Transistors Q₁ angeschlossen. Die Basis des öden D₁ verbunden. Die Anoden der Dioden D₂ sind Transistors Q₁ ist an eine Seite des Kondensators C₁ separat an die Kollektoren der Transistoren Q₂ der und an die Kathode der Diode D₁ angeschlossen. Die Kathodensteuerschaltungen angeschlossen. Die Anandere Seite des Kondensators C₁ ist mittels des ode der Diode D₃ ist mit dem Kollektor des Transi-Widerstandes R₂ an eine Vorspannungsquelle V₁ an- 60 stors Q₃ verbunden. Die Kathoden der Dioden D₂ geschlossen. Die Verbindung zwischen dem Konden- und D₃ sind miteinander verbunden und an den Versator C₁ und dem Widerstand R₂ ist an eine Ein- bindungspunkt zwischen dem Widerstand R₇ und der gangsklemme 29 angeschlossen, welche an einen der Zenerdiode DZ angeschlossen. Der Verbindungs-Ausgänge des Spaltenzähl-Entschlüßlers, der später punkt zwischen dem Widerstand R₇ und der Zenerbeschrieben wird, angeschlossen ist. Jede Anzeige- 65 diodeDZ ist ebenfalls an eine Vorspannungsquelle F₆ röhrenschaltung 23 besitzt eine Anzeigeröhre, deren angeschlossen.

Anode an den Kollektor des Transistors Q₁ ange- Es ist ersichtlich, daß bei der in Fig. 2 dargeschlossen ist. stellten Transistorschaltung alle Spannungsquellen

positiv sind und daß die Spannung an der Klemme F₆ positiv ist. Die Hauptspannungsquelle ist F₅, d. h., die Spannungsquelle F₅ ist die größte Spannungsquelle, und die anderen Spannungsquellen, die für den Betrieb der Schaltung notwendig sind, können von der Spannungsquelle V₅ abgeleitet werden. Die Spannung von der Spannungsquelle F₆ wird durch den Wert der ZenerdiodeDZ bestimmt. Vorteilhaft ist die Spannung der Spannungsquelle F₆ entsprechend den Erfordernissen von der Spannungsquelle F₁ und an dieser angeschlossen. Die Spannungen der Spannungsquellen F₂, F₃ und F₄ sind etwa geringer als die Spannung F₆ und können erreicht werden, indem die Spannung F₅ in ähnlicher Weise auf die entsprechenden Pegel reduziert wird, wie dies für die Spannung F₆ gemacht wurde. Die Spannung F₅ wird in vorbekannten Schaltungen reguliert, bevor sie an die Anoden der Anzeigeröhren angelegt wird. Bei der dargestellten Schaltungsanordnung ist jedoch die Spannung F₅ nicht reguliert. In der Tat kann die Spannung F₅ 10 oder 15% von ihrem Nennwert abweichen. Der Grund, daß die Spannung F₅ fluktuieren kann, besteht darin, daß diese Fluktuationen keine Auswirkung auf den laufenden Betrieb des Transistors Q₁ besitzen. Das heißt, die DiodenD₄, D. undl^ liefern eine konstante Spannung über die Basis-Emitter-Elektroden des Transistors Q₁ und den Widerstand R₅, wenn der Transistor Q₁ geschaltet wird. Da die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q₁ als konstant betrachtet werden kann, ist die verbleibende Spannung über dem Widerstand R₅ und der Strom durch den Widerstand R_n ebenfalls konstant. Da der größte Teil des Stromes durch den Widerstand R₅ zum Emitter des Transistors Q₁ fließt, ist der Emitterstrom und praktisch gesehen ebenfalls der Kollektorstrom des Transistors Q₁ konstant. Genauer ausgedrückt, wenn der Transistor Q₁ geschaltet wird, verbleibt er außerhalb des Sättigungszustandes, weil sein Strom durch die Spannung über den Widerstand R₅ gesteuert wird. Dieser konstante Strom wird der Anzeigeröhre T zugeführt.

Da der Transistor Q₁ einen konstanten Strom zu den Anzeigeröhren T liefert, können sie weder einen Überstrom noch einen ungenügenden Strom erhalten. Es ist zu beachten, daß ein Überstrom die Lebensdauer der Anzeigeröhren vermindert, indem er ihre Elemente zerstört, währenddem ein ungenügender Strom die Lichtintensität der Elemente der Röhren vermindert.

Es ist ebenfalls ersichtlich, daß infolge des konstanten Stromerzeugers die Schaltung R₅ und Q₁ lediglich einen Spannungsabfall von drei Dioden Z)₄, D₅ und D₁ benötigt und daß sich die Spannung F₅ lediglich um einen geringen Betrag über der benötigten Röhrenspannung befinden muß. Der Spannungsabfall über den Widerstand/?,, kann praktisch vernachlässigt werden, weil dieser Widerstand ein Niederspannungswiderstand ist und lediglich verwendet wird, um die Schaltung vor einem hohen Strom im Falle eines Versagens des Transistors Q₁ zu schützen. Da die Spannung F₅ ebenfalls eine geringe Spannung ist, kann der Transistor Q₁ ein Transistor für eine geringere Spannung sein, als es notwendig wäre, wenn die Spannung F₅ höher sein müßte.

Es wird nun der Betrieb der Dezimalpunktschaltung27 beschrieben. Da ein Inverter A₂ vorgesehen ist, bewirkt die Schließung des Schalters S₂, daß die Spannung F₃ an den Emitter des Transistors Q₃ angelegt wird und dieser abgeschaltet wird. Wenn der Schalter S₂ offen ist, wird ein Potential an den Emitter des Transistors Q₃ angelegt, so daß der Transistor Q₃ leitet. Wenn daher gewünscht wird, einen

Dezimalpunkt-, bzw. eine Kommastelle zusammen mit den Zeichen darzustellen, wird der Schalter S₂ geöffnet. Wenn der Schalter S₂ geöffnet ist, wird ein Dezimalpunkt, bzw. ein Komma von der Anzeigeröhre T dargestellt, welche an einen Kontakt, der

ίο vom Schleiferarm S₁ berührt wird, angeschlossen ist. Es wird in dieser Hinsicht bemerkt, daß jede Anzeigeröhre T sowohl einen Dezimalpunkt und eine Zahl zur gleichen Zeit darstellen kann. Beide werden jedoch nur dann dargestellt, wenn die Anode beaufschlagt wird und somit die Dezimalpunkt- und die Zahlenelektrode mit einer Spannung beaufschlagt werden. Die Beaufschlagung der Dezimalpunktelektrode erfolgt wie dies vorher beschrieben wurde.
Die numerischen Elektroden werden durch das Speicherregister 17 (Fig. 1) gesteuert, welches einen binären Kode erzeugt, der einem numerischen Wert entspricht. Dieser Kode wird durch eines der NAND-Glieder A₁ festgestellt. Dieses NAND-Glied schließt den Emitter des entsprechenden Transistors Q₂ an Erde. Wenn der Emitter des Transistors Q₂ an Erde angelegt ist, wird der Transistor Q₂ angeschaltet und sein Potential steuert eine der numerischen Elektroden aller Anzeigeröhren. Dieselbe numerische Elektrode wird beaufschlagt, gleichgültig, ob es sich um eine 0,1, 2 oder irgendeine andere Zahl bis 9 handelt. Die Röhre, welche tatsächlich die Zahl darstellt, wird durch die Betätigung der Anodensteuerschaltungen bestimmt. Die Anoden der Röhren werden durch die Ausgangssignale vom Spaltenzählentschlüßler beaufschlagt. Der Spaltenzählentschlüßler legt eine Spannung an eine der Klemmen 29 an, wobei die Klemme durch die Signale bestimmt wird, die dem Spaltenzählentschlüßler durch den Spaltensteuerzähler zugeführt werden. Die beaufschlagte Klemme führt die Spannung über den entsprechenden Kondensator C₁ dem entsprechenden Transistor Q₁ zu. Diese Spannung schaltet den Transistors^ und die dazugehörige Anzeigeröhre T. Zu diesem Zeitpunkt werden sowohl eine Elektrode als auch die Anode einer bestimmten Anzeigeröhre beaufschlagt, so daß die Anzeigeröhre die gewünschte Zahl sichtbar macht. Ferner wenn der Schalter S₁ an die gleiche Anzeigeröhre gekoppelt ist und der Schalter S₂ offen bleibt, macht die Anzeigeröhre auch einen Dezimalpunkt sichtbar.

Claims

Patentansprüche:

1. Treiberschaltung für mindestens eine Anzeigeröhre mit mindestens einer Anode und einer Anzahl von Kathoden, mit je einer Kathodensteuerschaltung, welche zwischen die Kathode und eine Datenquelle geschaltet ist, um selektiv eine der Kathoden anzusteuern, und eine Anodensteuerschaltung, um gesteuert durch eine Signalquelle eine Spannung an die Anode anzulegen, dadurchgekennzeichnet, daß die Anodensteuerschaltung (21) einen Transistor (O₁) enthält, der zwischen die Anode der Anzeigeröhre (Γ) und eine unregulierte Spannungsquelle (F₅) geschaltet ist, derart, daß der Transistor (O₁) eine Konstantstromquelle für die Anode darstellt, und daß die Steuerung des Transistors (Q₁) durch

die Signalquelle (Fig. 1:13) durch Wechselstromkopplung (C₁) erfolgt.

2. Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (Q₁) der Konstantstrom-Anodensteuerschaltung (21) ein PNP-Transistor ist, dessen Emitter mit einer positiven unregulierten Spannungsquelle (F₅) verbunden ist, während der Kollektor an die Anode der An-

zeigeröhre (T) angeschlossen ist, daß ein Widerstand (R₁) zwischen die Basis und den Emitter des PNP-Transistors (Q₁) angeschlossen ist, und daß ein Kondensator (C₁) zwischen der Basis des PNP Transistors (O₁) und der Signalquelle (F i g. 1:13) liegt, welche zur Schaltung des Transistors (Q₁) in einen Konstantstrom-Leitzustand geeignet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

009543/305