DE2643278A1

DE2643278A1 - Generator zur erzeugung einer konstanten vektorgeschwindigkeit

Info

Publication number: DE2643278A1
Application number: DE19762643278
Authority: DE
Inventors: Michael Lawrence Rieger
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1975-10-24
Filing date: 1976-09-25
Publication date: 1977-04-28
Also published as: FR2329024B1; JPS6019827B2; JPS6040035B2; JPS6020782B2; US4122528A; CA1058338A; JPS5922172A; US4032768A; DE2643278C3; FR2329024A1; GB1550172A; NL169527B; NL169527C; US4121299A; JPS5253633A; NL7609484A; DE2643278B2; JPS5922171A

Description

. JOACHIM STRASSE, HANAU D.'PL-lttQ. KLAUS QORQ, MÜNCHEN

^ PATENTANWÄLTE Z 0 4 0 Z /

HANAU · RÖMERSTR. 1» · POSTFACH 793 · TEL: (06181) 20803 / 20740 · TELEQRAMME: HANAUPATENT · TELEX: 4184782 pat MÜNCHEN 80 · ORAFINQER STRASSE 31 ■ TEL.: (089) 405643 · TELEX: 522054 oslpu

TEKTRONIX, Inc.

14150 S.W. Karl Braun Drive

Beaverton, Oregon 97077

U.S.A. 16. September 1976

(8782596 US) E/MI - 11 434

Generator zur Erzeugung einer konstanten VektorgeschwI ηdIgkeΐt

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Umwandlung eines Paares Im wesentlichen gleichzeitiger Spannungssprünge In ein Paar linearer Sägezahnspannungen mit gleichbleibender GeschwI η dIgke i t.

Allgemein betrifft die Erfindung das Gebiet graphischer An-. zelgegeräte, Insbesondere elektronische Schaltungen zur Erzeugung von Steuerspannungen, oder Vektoren, um gerade Linien zwischen Datenpunkten In einem karteslschen Koordinatensystem zu ziehen, das eine hortzontale (X) Achse und eine vertikale (Y) Achse aufweist. Die Datenpunkte lassen sich durch Paare von Koordinatenwerten, d. h.

^Xo' ^yo^{J X}1' ^y1' ^X2' ^y2^{J X}3' ^y3 ^USW· darstellen.

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Gemäß den Regeln der Vektoralgebra kann jeder Vektor R durch die Summe der Vektorkomponenten längs der X- und Y-Achse beschrieben werden. Der mathematische Ausdruck für einen Vektor, der beispielsweise ein Paar von Datenpunkten 0 und 1 verbindet, lautet:

"R - ^(xi~^xo⁾ ' T ^{+ (y}1~V2^ ' ^ , (D

wobei I und j Vektorsymbole bzw. Einheitsvektoren sind, die der X- und Y-Achse entsprechen, während die Größe von R durch den Ausdruck:

Γ ^{2 2}I ^1/2

R= MX -X ] + (v -V ) (?)

erhalten werden kann, bei dem es sich um die bekannte Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate handelt, die zur Berechnung der Diagonalen eines rechtwinkligen Dreiecks benutzt wird.

Auf dem Gebiet der graphischen Darstellung mit Hilfe von Rechenmaschinen wurden verschiedene Vektorgeneratorkonstruktionen zur Erhöhung des Wirkungsgrads der Rechenmaschine entworfen, Indem die Schreibzeit für das AnzelgebIJd verkleinert wurde, Charakteristisch Ist, daß die Rechenmaschine Informationen liefert, mit denen die Lage einer Reihe von Datenpunkten festgelegt wird, die das Bild ergeben, wenn sie miteinander verbunden sind. Eine Konstruktion zur Bildung der mathematischen Darstellung eines Vektors wird durch das Hasenbalg erteilte US-Patent 3 772 563 gelehrt, nach dem gerade Linien zwischen Datenpunkten auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre gezogen werden. Gemäß diesem Patent Ist jedoch die Vektorzeichengeschwind i gke I t nicht konstant, sondern verläuft nach einer Exponentialfunktion. Da die Linienbreite und -helllgkett sich merklich mit der Geschwindigkeit ändern können, mit der der Vektor gezeichnet wird, stellt es eine wichtige Forderung dan, daß die "Schreibgeschwindigkeit" des Schrei be Iements,Cd. h.

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des Elektronenstrahls In einem Gerät mit Kathodenstrahlröhre oder der Tintenfeder In einem X-Y-Kurvenschrelber) über die gesamte Länge der Linie konstant Ist.

Ein System zur Erzeugung von Vektoren mit variabler Länge und variablem Winkel, bei dem die Schreibgeschwindigkeit unabhängig von der Ltnlenlänge und dem Llnlenwlnkel Tm wesentlichen konstant Ist, Ist In dem HaIIo erteilten US-Patent 3 800 183 beschrieben* In diesem besonderen System kennzeichnen zwei binäre Zahlen die Ablenkkomponenten Δ Χ und .A Y. Die jeweils größere Komponente wird erfaßt und zur Festlegung der Neigung einer Sägezahnspannung ausgenutzt, die Ihrerseits zwei DIgftaI-Ana1og-WandIer-Schaltungen parallel erregt.

Jede Wandler-Schaltung erzeugt ein Ausgangssignal, das eine Funktion des Produkts der Sägezahnspannung und einer binären Zahl Ist, die der Δ X- oder Δ· Y-Komponenten entspricht. Die Ausgangssignale, die den X- und Y-Ab1enkstromkretsen zuführbar sind, erzeugen einen Vektor, der mit konstanter Geschwindigkeit gezeichnet wird. Die zur Erzeugung dieser Ausgangssignale erforderliche Schaltungsanordnung Ist verwickelt und benötigt zahlreiche elektrische Komponenten.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Paare von Eingangsspannungssprüngen V und V , die Z\ X- und /X Y-Änderungen von einem Datenpunkt zum Zeitpunkt t - bis zu einem anderen Datenpunkt zum Zeltpunkt t + entsprechen, gleichzeitig In Paare von Sägezahnspannungen V und V nach den folgenden mathematischen Ausdrücken umgewandelt:

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ν - ν

sx r x

(V -V )²+(V -V )² sx rx sy ry

R C

V - V sy ry

(V -V )²+(V -V )² sx rx sy ry

dt

Die Gleichungen (3) und (4) gelten nur während der Vektorerzeugung, da ansonsten die Ausdrücke gleich null wären, wenn:

V_cv - V und V = V . Die Werte V und V sind die

=^Λ Γ^χ sy ry TXq γyo

Anfangswerte vor der Vektorerzeugung.

Dabei Ist unter Sägezahnspannung eine Spannung zu verstehen, die mit einer linearen AnstIegsflanke auf einen Wert ansteigt, der für eine gewisse Zelt erhalten bleiben kann. Zu einem anderen Zeltpunkt kann die Spannung mit einer Abfallflanke auf einen vorgebbaren Wert zurückgehen.

In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Absolutwert von V -V In einen Strom für jede Achse umgewandelt, wobei diese Ströme In einer Schaltung zur Bildung der Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate (SSS) für die Erzeugung von Fehlerströmen vereinigt werden. Eine Dlvidlerschaltung erzeugt einen Strom, der dem Verhältnis des Differenzstroms zum Fehlerstrom proportional Ist und der an eine Integrattonsschaltung angelegt wird. Da das Verhältnis während der Vektorerzeugung Im wesentlichen konstant Ist, fließt dem Integrator ein im wesentlichen konstanter Strom zu, woraus sich eine lineare Ausgangsspannung zwischen den Anfangs- und Endpegeln ergibt.

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Das System nutzt die η IchtI Inearen Eigenschaften von aufeinander abgestimmten Transistoren aus, um eine Im Vergleich mit dem früheren Stand der Technik relativ etnfache Schaltung zu schaffen. Die Schreibgeschwindigkeit des Vektors hängt von zwei Kondensatoren ab, wodurch der Stromkreis leicht an die Schreibgeschwindigkeiten für Anzeigen mit Speicheroder WIederhol-KathodenstrahI röhren oder für eIektromechanI-sche Kurvenschreiber angepaßt werden kann.

Es Ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zu entwickeln, das Vektoren mit konstanter Geschwindigkeit für beliebige Längen und Richtungen zeichnet.

Ein anderes Ziel I st dle Schaffung einer Vektoranzeige, die gleichförmige Linienbreiten und eine gleichförmige LlnlenhelIIgkeit aufweIst.

Es Ist ein anderes Ziel, den Wirkungsgrad von rechnergezeichneten Anzeigen zu erhöhen.

Weiterhin bezweckt die Erfindung die Schaffung eines vlel se 111 gen Generators für konstante Vektorgeschwindigkeiten, der auf einfache Welse in .ultra schneller als auch In ultra langsamer Betriebsweise verwendet werden kann.

Ferner bezweckt die Erfindung die Entwicklung eines Generators für konstante Vektorgeschwindigkeiten, der In Form^tnes Integrierten Stromkreises verwirklicht werden kann.

Zusatz I I eh. bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Generators für konstante Vektorgeschwindigkeit, der auf einfache Weise und mit verminderten Kosten hergestellt werden kann.

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Diese Aufgaben werden durch die In den Ansprüchen beschriebenen Maßnahmen gelöst. Ein tieferes Verständnis der oben erwähnten und weiterer Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung kann durch die folgende Beschreibung eines Ausführungsbelspiels In Verbindung mit einer Zeichnung erhalten werden, aus denen sich weitere Merkmale sowie Vorteile ergeben.

Es zeigen:

FIg. 1 ein Blockschaltbild eines Generators für konstante Vektorgeschwindigkeit gemäß der Erf Indung,

Flg. 2 ein Diagramm mit IeIterartIger Struktur über

die Beziehungen von Signalwellen der Im Blockschaltbild von FIg. 1 dargestellten Anordnung,

FIg. 3 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Systems,

FIg. 4 eine schematische Darstellung eines Teils des

Systems gemäß Fig. 3, der sich auf eine Dlvldler-Integratlonsschaltung bezieht,

FIg. 5 eine schematische Darstellung eines Tet I des Systems gemäß Fig. 3, der sich auf den Umwandler einer Differenz in einen Absolutwert und von diesem in einen Strom bezieht,

FIg, 6 eine schematische Darstellung eines Teils des

Generators gemäß FIg. 3, der sich auf die Bildung der Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate bezieht.

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In den FIg. 1 und 2 sind ein Blockdiagramm eines Generators für konstante Vektorgeschwindigkeit und die zugehörigen Slgnalwellen gezeigt. Die FIg. 1 stellt eine Analogrechnerschaltung dar, um die Erklärung der mathematischen Beziehungen zu erleichtern. . Die. Grundscha Itung des Vektorgenerators enthält ein Paar Eingangsanschlüsse 1 und 2, ein Paar Ausgangsanschlüsse 3 und 4, ein Paar.Summiere Inrichtungen 7 und 8, ein Paar Dividiereinrichtungen 11 und 12, ein Paar Integrieret nri chtungen 15 und 16, eine Schaltung 18 zur Bildung der Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate (SSS), die In einem Paar von geschlossenen Regelkreisen angeordnet Ist. Die Spannungssprungsignale V und V ,die jeweils der X- und der Y-Achse eines karteslschen Koordinatensystems entsprechen, werden paarweise gleichzeitig anjdie Eingangsanschlüsse 1 und 2 angelegt. V und V können von einer Rechenmaschine oder dergleichen über ein Paar von DIgitaI-Analog-Wand Iern geliefert werden und stellen Datenpunkte des Koordinatensystems dar.

Die Zelt t in FIg. 2 entspricht dem Anlegen eines Paares von Sprungsignalen V und V , die zu Erklärungszwecken für dieses

sx sy

Beispiel x<-x =+5 Volt und y.-y =-5 Volt sein sollen. Die Werte χ und y können irgendeine Größe entsprechend der Lage eines Datenpunkts sein. Neue Spannungswerte x. und y werden mit den alten Spannungswerten x(t) und y(t) zur χ - x(t) + X₁ und y » y (t) + γ' in Summlereinrichtungen 7 und 8 aufsummiert, um ein Paar Differenz-Signale a und b zu erzeugen, die auf + 5 bzw. -5 Volt springen und linear bis zum Zeltpunkt t₁ auf null Volt abfallen, während die Sägezahnausgangsspannungen

V und V sich/entwickeln. Die Differenz-Signale a und b werden r χ ry

an die SSS-SchaItung 18 zur Erzeugung eines Fehlersignals c angelegt, das zum Zeltpunkt t_Q gleich + 7,07 Volt (die Quadratwurzel aus 25+25=50) Ist und linear auf null Volt zum Zeitpunkt t« zurückgeht.

DIvldlerscha1tungen 11 und 12 erhalten die Differenz-Signale a bzw. b und das Fehlersignal c und liefern Ausgangsströme, die

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den Verhältnissen der Differenz-Signale zu dem Fehlersignal proportional sind. Da diese Verhältnisse Im wesentlichen konstant sind, sind auch die den Integratlonsschaltungen 15 und 16 zufließenden Ströme im wesentlichen konstant, wodurch linear veränderliche Ausgangsspannungen V und V entstehen. Die ZeIt

PX vy

dlfferenz t,-t hängt vom Widerstand R und der Kapazität C In der Schaltung ab.

Mathematisch ausgedrückt, gilt:

t.

XCt, .§ { ' _dt. (5,

y(t)-§ r?rr- ^dt

1 ^Ί

+ b²

wobei a = x..-x(t) und b= y,-y (t) ist. Es läßt sich erkennen, daß diese Gleichungen den Vektorgleichungen (3) und (4) nach der Substitution der Werte xCt) V , X₁= V zum Zeitpunkt t , und y(t) ■ ^Vrv' ^₁=V z^um Zeitpunkt t . In die Gleichungen (5) und (6) äquivalent sind.

Ein Komparator 20, dem das Fehlersignal c zugeführt wird, vergleicht es mit einer Nu 1I-Bezugsspannung und erzeugt über einen Anschluß 21 ein Ausgangssignal, um anderen Stromkreisen zu melden, daß gerade ein Vektor gezeichnet wird. Nachdem ein Vektor, der zwei Datenpunkte verbindet, vollständig gezeichnet ist, kann der Vektorgenerator neueSpannungssprünge V und

s χ

V annehmen.

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Damit das Schreibelement rasch von einem Punkt zu einem anderen bewegt werden kann, nachdem z.B. eine Anzelgellnle geschrieben Ist, und eine neue Linie begonnen werden soll, ist eine Sehnei1 nachfüh ι—Schaltung 24 vorgesehen, durch die sich Schaltkontakte 24a und 24b öffnen lassen. Diese Maßnahme sperrt die SSS-Scha1tung 18 gegen die Ströme und ruft eine Ladung von Kondensatoren der Integratoren 15 und 16 mit einer Geschwindigkeit hervor, die von der Leistungsfähigkeit der Ausgänge dieser Integratoren abhängt. Dadurch werden die Ausgänge der Integratoren 15 und 16 zum schnellen Zurückgehen auf die Werte der Eingangsspannungssprünge veranlaßt. Dies läßt sich mathematisch erkennen, indem man die Nenner der Gleichungen (5) und (6) gegen Null streben läßt, wobei Im wesentlichen eine DIrac-De]ta-FunktI on bestimmt wird. Die Sehne I I nachführ-SchaItung 24 kann vorzugsweise ein Schalttransistor oder ein Re I a Iskontakt sein. Dies hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der der Vektorgenerator betrieben wird. Die Betätigungssignale gelangen über einen Eingangsanschluß 25 zur Schnei InachführschaItung 24.

Die FIg. 3 zeigt eine Analogrechneranordnung eines Generators für konstante Vektorgeschw I nd i gke It gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Die Anordnung s'tel 11 eine geringfügige Abwandlung von derjenigen In Fig. 1 dar, wobei die gleichen Bezugsziffern so weit wie möglich benutzt werden. Diese Anordnung enthält ein Paar Umwandlerschaltungen 31 und 32 für die Umwandlung von Differenzen In Absolutwerte und von diesen in Ströme. Diese Umwandlerschaltungen 31 und 32 erzeugen Ströme t bzw. I , die Ihrer-

θ X θ y

selts als a- und b-EIngänge für die SSS-SchaItung 18 benutzt werden. Der Strom I Ist dem AbsoIutwert der Differenz zwischen

θ X

χ und X₁ ρroporttona1, I η gleicher Welse Ist der Strom I dem Absolutwert der Differenz zwischen y_Q und y. proportional Der Ausgang der SSS-Scha1tung 18 liegt In Form von gleichen Strömen Ip und I_Q vor, die jeweils an die Dividierschaltungen 11 und 12 angelegt werden. Die Dividierschaltungen 11 und 12

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vollziehen die Summierfunktion zur Erzeugung der Differenzwerte χ-χ und y.-y und erzeugen Im wesentlichen konstante Ströme I und I für die Integration mittels der Integratoren

CX C y

15 und 16.

Aus den Gleichungen (5) und (6) kann folglich ersehen werden, daß lineare Sägezahnspannungen V und V erzeugt werden. Derartige Sägezahnspannungen erzeugen, wenn sie an die X- und Y-Ablenkstromkreise einer Kathodenstrahlröhre oder eines elektromechanischen X-Y-Kurvenschreibers angelegt werden, Vektoren, die mit konstanter Geschwindigkeit gezeichnet werden.

Der Komparator 20 und die Sehne I1nachführ-SchaItung 24 arbeiten Im Wesentlichen so wie oben unter Bezug auf FIg. 1 beschrieben wurde.

Die DIvldIerschaItungen 11 und 12 und die Integratoren 15 und 16 von Fig. 3 sind sowohl für die X- als auch für die Y-Achse Identisch, so daß es genügt, nur eine kombinierte DIvldI er-IntegrationsschaItung im Detail zu untersuchen. Eine derartige Beschreibung gilt voraussetzungsgemäß für beide Einrichtungen. Eine detaillierte Darstellung der DIvldler-1ntegrat Ionsscha I tung ist in FIg. 4 gezeigt, wobei die x- und y-Indlzes weggelassen wurden.. Es Ist ein Paar von In einer DIfferentlalschaItung verbundenen NPN-TransI stören 40 und 41 gezeigt, die In Ihren Bas Istromkreisen ein zweites Paar von In einer DIfferentia I scha Itung verbundenen NPN-TransI stören 43 und 44 aufweisen. Die Transistoren 43 und 44 sind In der Schaltung als Dioden angeschlossen. Die Basis des Transistors 40 und folglich der Kollektor des Transistors 43 sind mit Erde verbunden. Die Basis des Transistors 41 und damit der Kollektor des Transistors 44 sind mit einem Konstantstromgenerator 46 verbunden. Die Emitter der Transistoren 43 und 44 sind miteinander und mit einer Konstantstromsenke 48 verbunden.

-M-

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Diese Schaltungsanordnung Ist als GI1bert-VerstärkereIement bekannt und ausführlich In der US-Patentschrift 3 689 752 beschrieben. Ein Operationsverstärker 50 Ist mit seinen zwei Eingängen jeweils an die Kollektoren der Transistoren 40 und 41 angeschlossen. Der Ausgang des Operationsverstärkers 50 Ist einerseits mit einem Ausgangsanschluß 3, 4 und andererselt über einen RUckkoppIungskondensator 52 mit der Basis des Transistors 41 verbunden. Ein Rückkopplungswiderstand 54 Ist zwischen den Ausgang des Operationsverstärkers 50 und den Kollektor des Transistors 40 gelegt. Ein Eingangsanschluß 1, 2 Ist über einen Widerstand 56 mit dem Kollektor des Transistors 41 verbunden. Die Kollektorströme für die Transistoren 40, 41 werden jeweils über ein Paar von hohen Widerständen 60 und 61 von einer Quelle positiver Spannung geliefert. Ein Paar von Dioden 64 und 65 bewirkt eine Anklemmung während der Sehen I I nachführung, um an der Basis des Transistors 41 die virtuelle Erde aufrecht zu erhalten.

Die Ströme, die sich In der Dividierintegrat lons-SchaItung ausbilden, sind In Flg. 4 gezeigt, wobei mtt I_E die vereinigten Emitterströme der Transistoren 43 und 44, i_D die vereinigten Emitterströme der Transistoren 40 und 41 und 1 der konstante Ladestrom des Kondensators 52 bezeichnet sind. Darüberhtnaus Ist der Strom i_D der Fehlerstrom, der von der SSS-Scha1tung 18 erzeugt wird. Unter der Annahme, daß die Werte der Widerstände 54 und 56 gleich sein sollen und daß die Knotenpunktspannungen V, und V, wegen der Wirkung des Operationsverstärkers 50 Identisch sind, lassen sich, geeignete Werte für R und C mathematisch wie folgt ermitteln:

R [_c (7)

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V-V ί · I

Durch Verbindung der Gleichungen (7> und (8) ergibt sich:

2 · T_n · I V-V. V-V, V-V D c _ sI r\ _ sr

I " R R " R ^iyJ<

Die Auflösung nach I und die Integration führt zu dem Ausdruck für V_p:

	.-ν	r> * ¹E	dV
2·	¹D	•R
dt

_{v =} ^ Γ l_c dt für V_s i V_p. (11)

Für cHe Ströme, die In einer Schaltung gemäß FIg. 4 fließen, gelten gewisse Einschränkungen, um die Sättigung der Gllbert-VerstärkungszeI Ie zu verhindern. Die nachfolgende Tabelle zeigt diese Einschränkungen und normal ausgewählte Werte.

Tabelle 1

I_c (max) <( 1/2

I , . = 300 ijA c(tnax) Γ

l_E = 800 ijA

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⁴⁰°

(V -V ) & 10 V s r max

■Unter Ausnutzung der in Tabelle 1 gegebenen Werte können die Werte der Widerstände 54 und 56 aus der Gleichung (9) als 33 k 1Ώ1 ermittelt werden. Der Wert des Kondensators 52 kann aus der Gleichung (10) und anhand der Kenntnis der maximalen Schreibgeschwindigkeit des Anzeigesystems ermittelt werden. In einem Kathodenstrahlröhrenanzeigegerät kann z. B. die Ä'nderungsgeschwindigkeit der Ablenkspannung für eine maximale Schreibgeschwind i gke I t von 13.000 Zentimetern pro Sekunde 6.500 Volt

d ν pro Sekunde betragen. Der Wert von i_ wird durch dieses -pr dividiert und liefert so einen Kapazitätswert von 0,046 Mikrofarad

Ein weiterer Vorteil der In Flg. 4 gezeigten Schaltungsanordnung Ist darin zu sehen, daß sie als einpoliges aktives Filter verwendet werden kann. Dies kann erreicht werden, Indem die Emitterströme der Transistoren 40 und 41 statt In eine variable Stromsenke In eine konstante Stromsenke fließen.·

Die FIg. 5 zeigt den Aufbau desjenigen Teils des Generators für die Erzeugung einer konstanten Vektorgeschwindigkeit, der die Differenz In einen Absolutwert und diese In einen Strom umwandelt und der oben durch Blöcke 31 und 32 bezeichnet wurde. Da die Schaltungen sowohl für die X- als auch für die Y-Achse Identisch sind, wird nur eine beschrieben,wobei vorausgesetzt Ist, daß/die Beschreibung auf beide zutrifft. Aus diesem Grunde wurden die x- und y-Indizes weggelassen.

In FIg. 5 1st eine PräzIsIonsabsolutwertschajtung gezeigt, die für die Ausführung von Differenz- und Stromumwand 1ungsfuktIonen abgewandelt Ist. Präzisionsabsolutwertschaltungen sind bekannt und ausführlich In dem Buch "Applications of Operational Amplifiers", von Jerald G. Graeme, Mc Graw Hill, 1973 beschrieben.

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Die Schaltung enthält Operationsverstärker 70 und 71, Gleichrlchtdloden 74, 75 und Widerstände 77, 78, 79 und 80. Der Widerstand 77 hat den doppelten Wert wie der Widerstand 78. Die Werte der Widerstände 79 und 78 sind gleich. Die gewählten Werte sind eine Angelegenheit des jeweiligen Schaltungsentwurfs.

Die Ausgangssägezahnspannung V wird an den Anschluß 83 angelegt, während der Eingangsspannungssprung V an den Anschluß 85 angelegt wird. In Abweichung vom bekannten Stand der Technik werden die "+" und "-" Eingänge d. h. die nichtnegierenden und die negierenden Eingänge der Operationsverstärker 70 und 71 jeweils mit dem Anschluß 85 verbunden, so daß sie, anstatt geerdet zu sein, dem ankommenden Spannungssprung folgen können. Auf diese Welse kann der Absolutwert der Differenz zwischen zwei SIgnaI spannungen V und V erhalten werden.

Die Umwandlung des Spannungsabsolutwerts In einen Strom wird mit einem Transistor 90 erzielt, dessen Kollektor an den "+"-EfnangsanschIuß des Operationsverstärkers 71 und desseD Basis mit dem Ausgang dieses Operationsverstärkers verbunden Ist. Der In den Transistor 90 fließende Kollektorstrom entspricht dem Absolutwert von V -V , dividiert durch den Wert des Wider-Standes 78. Der Emitterstrom i des Transistors 90 wird durch

den °< -Faktor in VorwärtsrIchtung des Transistors beeinflußt, über den Anschluß 92 ist der Strom der SSS-Scha1tung 18 verfügbar,

Die Schaltung zur Bildung der Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate Ist in Fig. 6 dargestellt. Die lineare Transistor-Anordnung, die emittergekoppelte Transistoren 100 und 101, Basisdioden 103, 104, 105 und 106 und Emitterdioden 107, 108 und 109 enthält, ist bekannt und ein Beispiel findet sich in "Electronic Letters" Volume 10, No. 21, Selten 439 und 440.

5 -

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Die Differenzströme I und I werden von den Abso1utwert-

ex ey

schaltungen (Blöcke 31 und 32 der FIg. 3) jeweils den Anschlüssen 92a und 92b zugeführt. Die Basisspannungen der Transistoren 100 und 101 werden In bezug auf Erde gemäß de Iogarlthmlschen Charakteristiken der HaIbIeIterdIodenschIchten gebildet. Ohne zu tief In die bekannte Physik dieser Anordnungen einzudringen, kann gesagt werden, daß der vereinigte Kollektorstrom für die Transistoren 100 und 101 gleich dem Dreifachen

2 2

der Quadratwurzel aus der Summe von (I ) und (I ) Ist.

ex ey

Die Integrierte Schaltkreistechnik ermöglicht die enge Abstimmung der Charakteristiken dieser Transistoren und Dioden, um die Fehler zwischen den Eingängen und den Ausgängen mi η i ma I zu hai ten.

Der Ausgangsstrom wird In drei gleiche Teile aufgespalten, von denen jeder der Größe des Vektors proportional Ist, der von den einander angepaßten Transistoren 115, 117 und 119 erzeugt wird. An diesen Transistoren werden Vorspannungen durch den Basen zugeführte Spannungen, die von einer Spannungsquelle 123 stammen, und durch gleiche Werte aufweisende Emitterwiderstände 125, 127 und 129 hervorgerufen. Die Ströme I , und I , stehen den

QX Q y

Dividierschaltungen (Blöcke 11 und 12 von Fig. 3) jeweils über die Anschlüsse 132 und 133 zur Verfugung. Ein gleich großer Strom Ist für die Komparatorschaltung 20 (Fig. 1 und 3) über den Anschluß 135 verfügbar. Die Transistoren 115, 117 und 119 können für die Sehne 1I nachführung des Schreibmediums durch Abtrennung von der Spannungsquelle In den nichtleitenden Zustand versetzt werden, wie es oben erläutert wurde.

Während hler die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben wurde, Ist es für den Fachmann klar, daß viele Änderungen und Modifikationen ohne Abweichung von den breiteren Gesichtspunkten der Erfindung möglich sind.

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Beispielsweise kann einsweniger genau arbeitende Schaltung dadurch erhalten werden, daß die Schaltung zur Bildung der Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate durch eine Schaltung

zur Bestimmung maximaler (

) - Fehlerströme ersetzt

wird, um hieraus einen Fehlerstrom abzuleiten, der nach Division eine Näherung der Winkel und Größen des Vektors liefert.

Ansprüche:

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Leerseite

Claims

Patentansprüche: (j·/ System zur Umwandlung eines Paares Im wesentlichen gleichzeitiger Spannungssprunge In ein Paar linearer Sägezahnspannungen mit gleichbleibender Geschwindigkeit, · dadurch gekennzeichnet, daß das Paar der Spannungssprünge mit dem Paar der Sägezähnspannungen In Einrichtungen (7, 8; 31, 32) vergleichbar Ist, die daraus ein Paar von Differenzströmen (i , I) erzeugen, auf die Einrichtungen (18) 9 D zur Erzeugung eines weiteren Stoms (I ) ansprechen, der mathematisch durch die Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate dieser Ströme H I +!. ) be~ 'ab stimmt ist, daß Einrichtungen (11, 12) zur Erzeugung eines Paares Im wesentlichen konstanter Ströme vorhanden sind, die mathematisch durch das Verhältnis des jeweiligen Differenzstroms zu dem weiteren Strom (Io/i > iu/I ) bestimmt sind, und daß die konstanten ac dc Ströme Integrationseinrichtungen ( 15, 16) zur Erzeugung der Sägezahnspannungen zuführbar sind. 2. System zur Erzeugung von Vektoren, die mit Im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit zwischen Datenpunkten einer Anzeigeeinrichtung mit rechtwinkligen Koordinaten aufgezeichnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß Eingabeeinrichtungen (7, 8; 11, 12; 31, 32) für den iterativen Empfang von Spannungspegein, die Datenpunkten der Anzeigeeinrichtung entsprechen, paarweise erste Fehlersignale erzeugen, die den Differenzen ( -Δ X, <ΔΥ) der Vektorkomponenten in den Koordlnatenrtchtungen proportional sind, daß die ersten Fehlersignale In Einrichtungen (18) zur Erzeugung kombinierter zweiter Fehlersignale zusammenfaßbar sind, die der Größe der Vektoren proportional sind, daß auf - 18 - 709817/0682 die ersten und zweiten Fehlersignale Einrichtungen ( 11, 12) ansprechen, die Iterativ Paare von Im wesentlichen konstanten Strömen erzeugen, deren Werte dem Cosinus und Sinus des Winkels proportional sind, der von jedem der Vektoren eingeschlossen wird, und daß Einrichtungen C 15, 16) zur Integration der Paare von Strömen vorgesehen sind, die für die X- und Y-Koordlnatenrlchtungen Ablenksignale erzeugen, die Im wesentlichen zwischen den Datenpunkten linear sind. 3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabeeinrichtungen Schaltungen ( 31, 32) zur Bildung absoluter Werte enthalten, die auf bipolare Elngangsspannungspegel ansprechen und daraus unipolare erste Fehlersignale erzeugen. 4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Zusammenfassung der ersten FehIersIgnale eine Schaltung (18) zur Bildung der Quadratwurzel der Summe von Quadra-ten aufweist. 5. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die zweiten Fehlersignale ansprechende, weitere Einrichtungen (20) vorgesehen sind, die während der Erzeugung der Vektoren Meldesignale erzeugen. 6. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die ersten und zweiten Fehlersignale ansprechenden Einrichtungen ( 11, 12) Dlvldlerschaltungen enthalten, mit denen die ersten Fehlersignale durch die zweiten Fehlersignale dividiert werden. - 19 - 709817/0682 System nach Anspruch 6, dadurch g e kennzel chnet, daß Einrichtungen ( 24) zur Sehne I I nachführung vorgesehen sind, mit denen die Ablenksignale In X- und Y-Koordlnatenrlchtung nlchtllnear bei Änderungen der EIngangsspannungspegel nachführbar sind. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (24) zur Schnei!nachführung Schaltmittel (24a, 24b) aufweist, mit denen die Zufuhr der zweiten Fehlersignale zu den DlvldIerschaItungen (11, 12) unterbrechbar Ist, so daß die DlvldIerschaItungen Paare von Stromimpulsen als Antwort auf sprungartige Änderungen der Eingangsspannungspegel erzeugen. DJ vl d lersch.gl tung zur Erzeugung eines unipolaren Ausgangsstroms, der dem Absolutwert der D I f f erenz· zwl sehen einem Paar von Eingangsspannungssignalen proportional Ist, Insbesondere nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Operationsverstärker (70) mit Invertierenden (-) und nlcht-InvertIerenden (+) Anschlüssen und einem Rückkopplungsnetzwerk vorgesehen Ist, das einen zwischen dem Ausgang- und dem Invertierenden Eingang angeordneten Vo I Iwegglelchrlchter (74,75) aufweist, mit dessen Ausgang ein zweiter Operationsverstärker (71) , der Invertierende (-) und nlentInvertlerende ( + ) Anschlüsse enthält, mit seinem η IchtI η vertierenden Eingang ( + ) verbunden 1st, daß erste und zweite EIngangsanschIUsse (83, 85) vorgesehen sind, die jeweils an die Invertierenden bzw. η IchtInvertIerenden Anschlüsse des ersten und zweiten Operationsverstärkers (70, 71) für den Empfang von ersten und zweiten Eingangssignalen gelegt sind, und - 20 - 709817/0682 daß ein Transistor (90), der mit seinem Kollektor und seiner Basis jeweils mit dem η I ent I η vert Ierenden Anschluß und dem Ausgang des zweiten OperatIonsvei— stärkers (71) verbunden ist, über seinen Emitter an eine Auswerteschaltung angeschlossen ist, wobei der durch den Emitterzweig des Transistors (90) fließende Strom dem Absolutwert der Differenz zwischen den ersten und zweiten Eingangssignalen proportional 1st« 10. Vorrichtung zur Darstellung graphischer Informationen, die rechtwinklige Koordinaten mit X- und Y-KoordInatenachsen ausnutzt, mit einem Schreibelement und X-, Y-Ab1enkstromkrelsen zur Positionierung des Schreibelements sowie mit einem System zur Erzeugung von Vektoren, mit denen Datenpunkte In der Darstellung miteinander verbunden werden, Insbesondere nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Erzeugung von Paaren von Spannungspegeln vorgesehen sind, mit denen jeweils die X- und Y-Koordinaten der Anzeige bestimmt sind, daß Einrichtungen (7, 8; 11, 31, 12, 32) zum Vergleich der Paare von Spannungspegeln mit den X- und Y-Ausgängen (3, 4) des Systems vorhanden sind, die daraus den Koordinaten zugeordnete Fehlersignale ( -Δ X, ZX Y) erzeugen, die einer Einrichtung (18) zur Bildung der Quadrate der Fehlers tgnal e (. /S X, /S, Y),der Summe der Quadrate und der Quadratwurzel der Summe für die Erzeugung eines resultierenden Fehlersignals ( Λ. R) zuführbar sind, daß mit Einrichtungen (11, 12) ein Paar von Strömen erzeugbar Ist, deren Werte proportional dem Verhältnis des der jeweiligen Koordinate zugeordneten Fehlersignals zum resultierenden Fehlersignal (A X/ Λ R; Δ Υ/ Δ. R) sind, und daß Einrichtungen (15, 16) zur Integration dieser Ströme für die Erzeugung von X- und Y-AusgangsabIenksIgnaI en vorgesehen sind, die den X- und Y-Ab IenkstromkreI sen vorgebbar sind. - 21 - 709817/0682 11. System zur Erzeugung von Vektoren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (11, 12) zur Erzeugung eines RechteckwelI en Impulses vorgesehen sind, der In der Dauer mit dem resultierenden Fehlersignal ( Λ, R) übereInstΪ mmt. 12. System zur Erzeugung von Vektoren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichne i } daß Einrichtungen (24) zur Schnei I nachführung für die rasche Positionierung des Schreibelements Vorgesehen sind, die Schaltmittel zum Abtrennen der Zufuhr des resultierenden Fehlersignals ( Δ R) an die Einrichtungen (11, 12) zur Stromerzeugung aufweist, um die erzeugten Ströme erheblich zu vergrößern, sobald die den Koordinaten zugeordneten Fehlersignale von den Einrichtungen zur Stromerzeugung empfangen werden. 13. System zur Erzeugung von Vektoren nach Anspruch. 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (15, 16) zur Integration ein Paar von Operationsverstärkern (50) aufweisen, von denen jeder in seinem Rückkopplungskreis einen Kondensator (52) enthält, wobei die Änderungsgeschwindigkeit der X- und Y-AbIenkspannungen von einem zum anderen Datenpunkt von den Werten der Kondensatoren und der Größe der In dlese:eIngespeIsten Ströme abhängt.

1.4." Stromkreis zur Integration, Insbesondere nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet du r c h eine DI fferentlaI Verstärkeranordnung mit einem ersten und zweiten Transistor (40, 41), die In eIner DifferentI a I verb Indung miteinander stehen, sowie mit einem Paar von an die Basen der Transistoren angeschlossenen Eingabeelementen (43, 44) für die

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Umwandlung eines Differenzstroms In eine die Basen beaufschlagende Differenzspannung, wobei die Eingabeelemente (43, 44) logarithmische Durchlaßcharakteristiken aufweisen, die Im wesentlichen derjenigen einer HaIbIe IterschIcht entsprechen, durch einen Operationsverstärker (50) mit einem Ausgangsanschluß und mit Invertierenden (-) und nlchtlnvertlerenden (+) Anschlüssen, die je mit den Kollektoren des ersten und zweiten Transistors (40, 41) verbunden sind, durch einen Rückkopp IungskreIs mit einem kapazitiven Element (52), das zwischen dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers (50) und der Basis des zweiten Transistors (41) angeordnet Ist, und durch Stromquellen, die an die Emitter der dIfferentIeI I verbundenen ersten und zweiten Transistoren (40, 41) angeschlossen sind.

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