DE2557528B1

DE2557528B1 - Oszillograph zur bildlichen Darstellung von Schnittebenen eines Koerpers

Info

Publication number: DE2557528B1
Application number: DE2557528A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Rattmann; Richard Soldner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-12-19
Filing date: 1975-12-19
Publication date: 1976-09-09
Also published as: FR2335851A1; NL7609127A; JPS5277492A; GB1554900A; US4119891A; IT1065547B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Oszillographen zur bildlichen Darstellung von Schnittebenen eines Körpers durch Abbildung der bei einer zeilenweisen Abtastung des Körpers mit Ultraschall-Impulsen empfangenen Echoimpulse, mit einem Zeilenspulenablenksystem für die magnetisch ablenkende Bildwiedergaberöhre, dessen Zeilenlauf jeweils durch einen in Abhängigkeit vom Sendeimpuls erzeugten Steuerimpuls ausgelöst (getriggert) wird.

Ein Oszillograph dieser Art ist beispielsweise durch die DT-AS 17 73 514 vorbekannt. Dieser vorbekannte Oszillograph ist durch ein Zeilenspulenablenksystem charakterisiert, das insgesamt zwei Stromkreise für die Zeilenablenkspule umfaßt. Der erste Stromkreis mit einer ersten Spannungsquelle liefert dabei einen konstanten Vormagnetisierungsstrom solcher Polarität, daß durch, das Magnetfeld der Zeilenablenkspule der Elektronenstrahl der Röhre im ungetriggerten Zustand in einer Ruhestellung auf der linken Seite des Röhrenbildschirms festgehalten wird. Der zweite Stromkreis dient hingegen zur Erzeugung des Zeilenkippimpulses, und zwar in der Weise, daß mit Auftreten eines Triggerimpulses ein Transistor in den leitenden Zustand gesteuert wird und hierdurch die Zeilenablenkspule an eine zweite Spannungsquelle mit zur Spannungsquelle für den Vormagnetisierungsstrom entgegengesetzter Polarität angelegt wird. Der hierdurch bewirkte lineare Stromanstieg in der Ablenkspule stellt dann in Überlagerung mit dem Vormagnetisierungsstrom die Anstiegsflanke des Kippstromimpulses für die Zeilenablenkung des Elektronenstrahls durch die Zeilenablenkspule dar. Die den Elektronenstrahl in die Ruhelage zurückführende negative Flanke des Stromimpulses ergibt sich hingegen mit Sperren des Transistors auf Grund der Stromunterbrechung mittels einer Diode. Bei Oszillographen der obigen Art stellen sich jedoch neben der Triggerbarkeit des Zeilenkipps noch weitere wesentliche Forderungen. Eine dieser Forderungen ist, daß zur Wahrung der Linearität der Bildaufzeichnung die jeweilige Zeilenauslenkung unabhängig von unterschiedlichen Laufwegen des Elektronenstrahls zum Röhrenbildschirm (an den Schirmrändern ergeben sich längere Laufwege als in Schirmmitte)

über die gesamte Bildhöhe mit absolut gleichförmiger Geschwindigkeit erfolgen muß. Eine weitere Forderung ist, daß im Interesse schmaler Zeilenabstände (optimale Zeilenfrequenz zum Zwecke optimaler Bildauflösung) die Rückführzeit des Elektronenstrahls in die Ausgangslage, d. h. die Rückkippzeit des Ablenkgenerators, so kurz wie möglich sein sollte. Schließlich sollte das gesamte Ablenksystem auch geringstmögliche Verlustleistung aufweisen. Die Praxis hat nun gezeigt, daß ein Zeilenspulenablenksystem, wie es bei Oszillographen gemäß der DT-AS 17 73514 verwendet wird, die vorstehend aufgezählten Forderungen nicht in dem Maße erfüllen kann, wie es wünschenswert ist. Einerseits ergeben sich auf Grund der Linearität des Stromanstiegs des Zeilenkippimpulses nur konstante Strahlablenkgeschwindigkeiten, die jedoch wegen der unterschiedlichen Laufwege des Elektronenstrahls zum Röhrenbildschirm in ungleichförmige Zeilenablenkgeschwindigkeiten umgesetzt werden. Die Zeilenablenkung erfolgt an den Bildschirmrändern rascher als in Bildschirmmitte, so daß die Bildpunkte von Echoimpulsen einer jeden Zeile mit gleichen zeitlichen Impulsabständen zu den Bildschirmrändern hin weniger rasch aufeinanderfolgen als in Bildschirmmitte. Andererseits ist bei dem bekannten Ablenksystem auch die Rückkippzeit durch Zeitkonstanten, die durch Spuleninduktivität und nicht vernachlässigbaren ohmschen Stromkreiswiderständen festgelegt sind und die nicht unterschritten werden können, auf endliche untere Grenzwerte begrenzt. Schließlich folgt aus einem dauernd fließenden relativ hohen Vormagnetisierungsstrom auch noch eine unnötig hohe Verlustleistung.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, für einen Oszillographen obiger Art ein Zeilenablenksystem aufzubauen, das weiterhin triggerbar ist, jedoch im 35· Gegensatz zu den bekannten Systemen neben optimal geringer Verlustleistung auch absolut konstante Zeilenablenkgeschwindigkeiten bei gleichzeitig kürzesten Rückkippzeiten des Elektronenstrahls in die Ausgangslage gewährleistet

Die Aufgabe wird bei einem Oszillographen der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß das Zeilenspulenablenksystem einen der Zeilenablenkspule vorgeschalteten Differenzverstärker für eine im Zeitablauf beliebig vorgebbare nichtlineare Zeilenkippspannung eines triggerbaren Zeilenkippgenerators einerseits und eine von der Zeilenablenkspu-Ie rückgekoppelte, dem Spulenstrom streng proportionale Spannung andererseits nebst einem Schaltglied für eine Überspannung umfaßt, wobei das Schaltglied durch den Differenzverstärker in dem Sinne steuerbar ist, daß es bei Unterschieden in den Eingangsspannungen des Differenzverstärkers die Überspannung an die Zeilenablenkspule anschaltet.

Das Schaltkonzept eines Zeilenspulenablenksystems gemäß der Erfindung erzwingt nichtlineare Spulenstromanstiegs streng nach den Maßstäben des nichtlinearen Verlaufs der Kippspannung des Zeilenkippgenerators. Wird der Kippspannungsanstieg dabei so gewählt, daß der sich hieraus ergebende Zeilenablenkstrom den Elektronenstrahl der Röhre in den Randbezirken des Röhrenbildschirmes langsamer ablenkt als in Mitte des Röhrenbildschirmes, so ergibt sich bezüglich des Röhrenbildschirmes konstante Zeilenablenkgeschwindigkeit. Die Bildpunktdarstellung von Echoimpulsen längs der Zeile erfolgt demnach maßstabgerecht, und die Linearität der Bildaufzeichnung ist somit gewährleistet. Neben gleichbleibender Zeilenablenkgeschwindigkeit ergeben sich jedoch gleichzeitig auch durch Aufschaltung der Überspannung jeweils am Ende eines Zeilenkipps kürzeste Rückkippzeiten des Elektronenstrahls in die Ausgangslage. Dies ermöglicht geringeren Zeilenabstand und damit bei größerer Zeilendichte auch eine bessere Bildauflösung. Die Zuschaltung der Überspannung (z. B. in Höhe von -60VoIt) erfolgt jedoch, wie angedeutet, lediglich während der kurzen Rückkipperiode des Elektronenstrahls in die Ausgangslage. Während der eigentlichen Zeilenablenkung kann hingegen, der geringeren Anstiegsgeschwindigkeit des Zeilenkippimpulses entsprechend, die Spannungsversorgung relativ niedrig, z. B. in einem Bereich zwischen —12 Volt und +12 Volt, gehalten werden. Im Gegensatz zum Ablenksystem des Oszillographen nach der DT-AS 17 73514, wo zur Erzeugung des Vormagnetisierungsstroms bereits eine 230 Volt-Gleichspannungsquelle und für die Erzeugung des eigentlichen Zeilenkipps zusätzlich noch eine 30 Volt-Gleichstromquelle benötigt wird, arbeitet somit das Ablenksystem nach vorliegender Erfindung mit geringerem Energieaufwand und damit entsprechend auch mit niedrigerer Verlustleistung. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sollte der Zeilenkippgenerator aus einem triggerbaren Sägezahngenerator mit nachgeschaltetem Tagensentzerrer bestehen, wobei in einfachster Form als Tangensentzerrer ein VDR-Widerstand dienen kann. Ein in diesem Sinne ausgebildeter Zeilenkippgenerator erzeugt eine Zeilenkippspannung, deren Anstiegsflanke nach anfänglich langsamem Anstieg zur Mitte hin rascher ansteigt und sich anschließend bis zum Ende des Zeilenkipps wieder verflacht. Wie oben bereits angedeutet, führt jedoch gerade ein solcher Kippspannungsverlauf zu gleichförmiger Zeilenablenkgeschwindigkeit am Bildschirm der Elektronenstrahlröhre. Zur Stromansteuerung der Zeilenablenkspule kann ferner eine zwischen Spule und erstem Differenzverstärker eingeschaltete Transistorendstufe mit einer gegenüber der Überspannung wesentlich niedrigeren Betriebsspannung dienen, die durch das Schaltglied bei Unterschieden in den Eingangsspannungen des Differenzverstärkers von ihrer Betriebsspannung ab- und an die Überspannung anschaltbar ist. Die Zu- und Wiederabschaltung von Überspannungen an das bzw. vom Ablenksystem einer magnetisch ablenkenden Bildröhre zum Zwecke der Verkürzung der Überführungszeiten eines Elektronenstrahls von einer Lage in eine andere ist an sich zwar bereits durch die DT-PS 20 07 780 vorbekannt. Bei dem dort beschriebenen Transistor-Endverstärker dient jedoch die zeitweise zuzuschaltende Überspannung nicht zur Verkürzung der Rückkippzeit des Elektronenstrahls in die Ausgangslage speziell nach Beendigung eines Zeilenkipps. Vielmehr dient die Überspannung zur rascheren Umschaltung des Elektronenstrahls von einer Signalspur auf die nächstfolgende im Takt eines Signalumschalters, der das Vertikalablenksystem der Bildröhre wechselweise zwischen zwei in untereinander liegende Spuren abzubildenden unterschiedlichen Signalen umschaltet. Als Anschaltimpuls für die Überspannung dient ferner auch nicht, wie im vorliegenden erfindungsgemäßen Fall, ein Schaltsignal, das durch Vergleich einer Spulenrückkoppelspannung mit der Originalablenkspannung gewonnen wird. Vielmehr dient als Zuschaltimpuls ein unmittelbar in der Spule mit Umschaltung des Elektronenstrahls von der einen Spur auf die nächstfolgende erzeugter Induktionsimpuls der Ablenkspule. Der Überspannungszuschalter der DT-PS

20 07 780 und jener vorliegender Erfindung dienen also unterschiedlichen Gebrauchszwecken und sie unterscheiden sich auch lösungsmäßig voneinander.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen.

In der Figur, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Prinzipschaltbild zeigt, ist mit 1 die Horizontalablenkspule eines magnetisch ablenkenden Oszillographen bezeichnet (auf die Darstellung sonstiger Bestandteile des Oszillographen, wie z. B. Röhre, Bildschirm, Vertikalablenksystem, Wehneltzylinder etc., wird, da allgemein bekannt, aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet). Der Zeilenablenkspule ist in Serie ein ohmscher Widerstand 2 nachgeschaltet. Zur Stromansteuerung der Ablenkspule 1 dient ferner eine vorgeschaltete Transistorendstufe 3 mit zwei Transistoren 4 und 5 in Emitterfolgerschaltung. Die Betriebsspannung der Endstufe beträgt Ui = +12VoUbZW. U₂ = —12 Volt. Dieser Endstufe 3 ist über einen Amplitudenbegrenzer mit den ohmschen Widerständen 6 und 7, einer einfachen Halbleiterdiode 8 sowie der Zenerdiode 9 ein Differenzverstärker 10 vorgeschaltet, an dessen nicht invertierenden Eingang ein Kippspannungserzeuger, bestehend aus einem Sägezahngenerator 11 mit Tangensentzerrer 12 (VDR-Widerstand), angeschaltet ist. Der Impuls 13 stellt hierbei den Triggerimpuls zur Triggerung des Sägezahngenerators 11 dar. Der invertierende Eingang des Differenzverstärkers 10 ist über eine Rückkoppelleitung am ohmschen Vorschaltwiderstand 2 der Ablenkspule 1 angeschaltet. Parallel zum Eingang des Differenzverstärkers 10 liegt ferner ein zweiter Differenzverstärker 14, der ausgangsseitig einerseits unmittelbar an der Basis eines npn-Schalttransistors 16 und andererseits über eine Invertierstufe 15 an der Basis eines pnp-Transistors 17 angekoppelt ist. Die Schalttransistoren 16 bzw. 17 dienen zur Zuschaltung einer Oberspannung £/3 = -60VoIt zur Basis der Transistoren 4 und 5 des Emitterfolgers in der Endstufe einerseits und zum Kollektor des Transistors 5 andererseits. Eine Halbleiterdiode 18 dient zur Abschaltung der Betriebsspannung U% der Transistorendstufe 3 bei Zuschaltung der Überspannung t/3.

Die Funktionsweise der Prinzipschaltung ergibt sich im Hinblick auf die Erzeugung eines Zeilenkipps wie folgt:

Der im Sägezahngenerator 11 jeweils mit Auftreten eines Triggerimpulses 13 erzeugte Sägezahn wird nach Tangensentzerrung im Tangensentzerrer 12 über den nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 10 und der Transistorendstufe 3 zur Erzeugung eines entsprechenden Stromverlaufs auf die Ablenkspule 1 gegeben. Dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 10 wird hingegen die dem Strom Ih durch die Ablenkspule 1 proportionale Vergleichsspannung, gewonnen am Widerstand 2, rückgekoppelt. Bei entsprechend hoher Schleifenverstärkung ergibt sich innerhalb der Betriebsgrenzen der Transistorendstufe 3 ein Stromverlauf in der Ablenkspule 1, der dem Spannungsverlauf am Ausgang des Tangensentzerrers 12 exakt entspricht. In der Anstiegsphase der Zeilenkippspannung sind dabei die beiden Eingangsspannungen am Differenzverstärker 10 gleich groß (Differenzverstärker 10 auf Verstärkungsgrad 1 :1 eingeregelt). Das Ausgangssignal des parallelgeschalteten weiteren Differenzverstärkers 14 ist somit Null und die Transistoren 16 und 17 sind gesperrt. Im Augenblick der Rückschaltung der Zeilenkippspannung auf den negativen Ausgangswert (Rückflanke des Zeilenkippimpulses) ergibt sich hingegen eine Differenzspannung am Eingang des Differenzverstärkers 10, die entsprechend auch dem Differenzverstärker 14 mitgeteilt wird. Dieser erzeugt einen Ausgangsimpuls, der die Transistoren 16 und 17 in den leitenden Zustand versetzt. Unter Abschaltung der Betriebsspannung L^ durch die Diode 18 wird nun den Transistoren 4 und 5 der Transistorendstufe 3 sowohl basisseitig als auch kollektorseitig die Überspannung i/3 = —60 Volt zugeführt. Dies bewirkt eine sofortige Stromabsenkung in der Spule und damit Rückführung des Elektronenstrahls in die Ausgangslage in kürzester Rückkippzeit. Ist die Ausgangslage erreicht, so ergeben sich erneut gleich große Spannungen am invertierenden bzw. nicht invertierenden Eingang des jeweiligen Differenzverstärkers 10 bzw. 14 und die Transistoren 16 bzw. 17 sind gesperrt, d.h. die Überspannung £/3 ist abgeschaltet

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Oszillograph zur bildlichen Darstellung von Schnittebenen eines Körpers durch Abbildung der bei einer zeilenweisen Abtastung des Körpers mit Ultraschall-Impulsen empfangenen Echoimpulse, mit einem Zeilenspulenablenksystem für die magnetisch ablenkende Bildwiedergaberöhre, dessen Zeilenlauf jeweils durch einen in Abhängigkeit vom Sendeimpuls erzeugten Steuerimpuls ausgelöst (getriggert) wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeilenspulenablenksystem einen der Zeilenablenkspule (1) vorgeschalteten Differenzverstärker (10) für eine im Zeitablauf beliebig vorgebbare nichtlineare Zeilenkippspannung eines triggerbaren Zeilenkippgenerators (11,12) einerseits und eine von der Zeilenablenkspule (1) rückgekoppelte, dem Spulenstrom (Ih) streng proportionale Spannung andererseits nebst einem Schaltglied (16,17) für eine Überspannung (U3) umfaßt, wobei das Schaltglied (16, 17) durch den Differenzverstärker (10) in dem Sinne steuerbar ist, daß es bei Unterschieden in den Eingangsspannungen des Differenzverstärkers (10) die Überspannung (U3) an die Zeilenablenkspule (1) anschaltet.

2. Oszillograph nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeilenkippgenerator aus einem triggerbaren Sägezahngenerator (11) mit nachgeschaltetem Tangensentzerrer (12) besteht.

3. Oszillograph nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Tangensentzerrer (12) ein VDR-Widerstand dient.

4. Oszillograph nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Differenzverstärker (10) ein zweiter Differenzverstärker (14) eingangsseitig parallel geschaltet ist, der bei Unterschieden in den Eingangsspannungen des ersten Differenzverstärker (10) einen Schaltimpuls für das Überspannungsschaltglied (16,17) erzeugt.

5. Oszillograph nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stromansteuerung der Zeilenablenkspule (1) eine zwischen Spule und erstem Differenzverstärker (10) eingeschaltete Transistorendstufe (3) mit einer gegenüber der Überspannung (U3) wesentlich niedrigeren Betriebsspannung (Uj, U₂) dient, die durch das Schaltglied (16,17) bei Unterschieden in den Eingangsspannungen des ersten Differenzverstärkers (10) von ihrer Betriebsspannung ab- und an die Überspannung (U3) anschaltbar ist.

6. Oszillograph nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistorendstufe (3) zwei Transistoren (4,5) in Emitterfolgerschaltung umfaßt, die bei Unterschieden in den Eingangsspannungen des ersten Differenzverstärkers (10) basis- und wenigstens einer der Transistoren auch kollektorseitig durch je einen zweier das Schaltglied bildenden Schalttransistoren (16 bzw. 17) mit der Überspannung (U3) beaufschlagbar sind.

7. Oszillograph nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der am Emitterfolger (4, 5) basisseitig angekoppelte Schalttransistor (16) ein vom Ausgangssignal des zweiten Differenzverstärkers (14) direkt zu schaltender npn-Transistor ist.

8. Oszillograph nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der am Emitterfolger (4, 5) kollektorseitig angekoppelte Schalttransistor

(17) ein vom Ausgangssignal des zweiten Differenzverstärkers (14) über eine Invertierstufe (15) zu schaltender pnp-Transistor ist.

9. Oszillograph nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abschaltung der Betriebsspannung (U2) bei Anschaltung der Überspannung (U3) an die Transistorendstufe (3) eine von der Überspannung in den gesperrten Zustand steuerbare Diode (18) dient.

10. Oszillograph nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abblocken der Überspannung (U3) vom ersten Differenzverstärker (10) zwischen diesem und dem basisseitigen Anschaltpunkt der Überspannung an die Transistorendstufe (3) ein Amplitudenbegrenzer (6 bis 9) mit Zenerdiode (9) eingeschaltet ist.

11. Oszillograph nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückkopplung der dem Spulenstrom (Ih) proportionalen Spannung ein zur Zeilenablenkspule (1) in Serie geschalteter ohmscher Rückkoppelwiderstand (2) dient.