DE2800412A1

DE2800412A1 - Anordnung zum wiedergeben veraenderlicher groessen

Info

Publication number: DE2800412A1
Application number: DE19782800412
Authority: DE
Inventors: Slobodan Alisic; Ludovicus Antonius He Fleskens; Rene Hendrik Hamer
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-01-17
Filing date: 1978-01-05
Publication date: 1978-07-20
Also published as: NL7700418A; IT7819250A0; IT1091884B; NL183803C; DE2800412B2; FR2393314B1; ES465992A1; SE423652B; US4161676A; CA1091303A; GB1560718A; FR2393314A1; JPS5390719A; SE7800387L; JPS5837545B2; NL183803B; BE862949A

Description

"Anordnung zum Wiedergeben veränderlicher Größen"

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Wiedergeben veränderlicher Größen, insbesondere physiologischer Größen, auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre, die eine Ablenkeinheit mit Ablenkspulen zum Ablenken eines in der Kathodenstrahlröhre erzeugten Elektronenstrahles und mindestens einen Ablenkverstärker enthält, von dem ein Eingang zum Empfangen einer der wiederzugebenden Größe entsprechenden Spannung eingerichtet lind von dem ein Ausgang mit einem Ablenkspulensatz verbunden ist.

PHN 8645 -Z-

eg 809829/0718

Derartige Anordnungen werden beispielsweise zum Wiedergeben des Elektronenzephalogramms, des Elektrokardiogramms oder der Blutdruckkurve eines Patienten benutzt. Das Frequenzspektrum dieser Größen liegt im allgemeinen zwischen 0 und einigen hundert Hertz. Für eine gute Wiedergabe dieser Signale am Bildschirm (Standbild) muß jedes Signal etwa 50 χ in der Sekunde wiedergegeben werden. Dies erfordert einen Ablenkverstärker mit einer Bandbreite von ungefähr 100 kHz. Der Ablenkverstärker wird von dem Ablenkspulen induktiv belastet, was bedeutet, daß der Verstärker für eine bestimmte Änderung im Ablenkstrom eine höhere Spannung liefern muß, je nachdem diese Änderung schneller erfolgt. Die Spannung, die der Verstärker liefern kann, wird durch die Speisespannung bestimmt, die auch für den Energieverbrauch des Verstärkers bestimmend ist. Da bei bekannten Anordnungen die Speisespannung so gewählt wird, daß die höchsten zu erwartenden Frequenzen noch gut wiedergegeben werden, ist die Speisespannung für niedrigere Frequenzen faktisch zu hoch, so daß mehr Energie als erforderlich verbraucht wird. Dies ist selbstverständlich nachteilig,

insbesondere, wenn die Anordnung aus Batterien gespeist wird, was bei Anordnungen zum Wiedergeben physiologischer Größen oft auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei der der Energieverbrauch bedeutend niedriger als bei den bekannten Anordnungen ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Ablenkverstärker vorgesehen sind, die mit Speisespannungen verschiedener Größe gespeist werden, wobei jeder Ablenkverstärker mit einer anderen als der höchsten Speisespannung mit dem Ablenkspulensatz über ein Koppelelement verbunden ist, das im wesentlichen zum unverzerrten Durchlassen von Signalen aus diesem Ablenkverstärker in Richtung auf die

PHN 8645 - 3 -

809829/0718

Ablenkspulen und im wesentlichen zum Sperren von Signalen in umgekehrter Richtung eingerichtet ist, wobei der Ablenkverstärker mit der höchsten Speisespannung für Signalkomponenten mit den höchsten Frequenzen und der mit der niedrigsten Speisespannung für Signalkomponenten mit den niedrigsten Frequenzen bestimmt ist.

Vorzugsweise sind die Eingänge aller Ablenkverstärker miteinander zur Bildung eines gemeinsamen Einganges verbunden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Blockschaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung und

Fig. 2 bis 5 Schemen mehrerer Ausführungsbeispiele in der Anordnung nach Fig. 1 zu benutzender Ablenkschaltungen.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Anordnung enthält eine Kathodenstrahlröhre 1 mit einem Bildschirm 3_t auf dem veränderliche Größen dargestellt werden können. Eine Ablenkeinheit aus zwei Ablenkspulensätzen 5 bzw. 7 ermöglicht es, einen in der Kathodenstrahlröhre 1 erzeugten Elektronenstrahl in horizontaler bzw. vertikaler Richtung abzulenken. Jeder Ablenkspulensatz besteht auf bekannte Weise aus mindestens zwei toroidalen oder sattelförmigen Spulen. Die Horizontalablenkspulen 5 speist ein Zeitbasisgenerator 9 mit einem sägezahnfönnigen Strom. Die Vertikalablenkspulen 7 speist eine Ablenkschaltung 11 (von der in den Fig. 2 bis 5 eine Anzahl von Ausführungsbeispielen dargestellt ist) mit einem Strom, der den wiederzugebenden Größen entspricht. Dazu kann eine diesen Größen entsprechende Spannung einem Eingang 13 zugeführt werden. Eine Speiseeinheit 15 versorgt die verschiedenen Speisespannungen für die Kathodenstrahlröhre 1, den Zeitbasisgenerator 9 und die Ablenkeinheit 11. Die Speiseeinheit 15 selbst kann ihre Energie aus dem Netz oder aus Batterien beziehen.

PHN 8645 - 4 -

809829/0718

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Ablenkeinheit 11. Diese enthält zwei Ablenkverstärker 17 und 19, die aus der Speiseeinheit 15 (siehe Fig. 1) mit verschiedenen Speisespannungen V^₁, V^₂ gespeist werden. Der erste Ablenkverstärker 17 mit der höchsten Speisespannung V,^ ist für sich schnell ändernde Größen bestimmt, beispielsweise für ein EKG-Signal 21, das einem Eingang 13' zugeführt wird. Der zweite Ablenkverstärker 19 mit der niedrigsten Speisespannung ν,ρ dient für sich langsam ändernde Größen, beispielsweise ein stufenförmiges Positionierungssignal 23, das an einen Eingang 13" gelangt. Das Positionierungssignal ist eine Gleichspannung, die stufenweise höher wird und dazu dient, das Wiedergeben verschiedener physiologischer Signale übereinander zu ermöglichen. Wenn man beispielsweise außer dem EKG-Signal 21 noch eine Anzahl anderer Größen wiedergeben möchte, wird eines dieser Signale dem Eingang 13' in jener Zeit zugeführt, in der das Positionierungssignal 23 einen bestimmten Wert hat. Wenn das Positionierungssignal einen höheren Wert bekommt, wird das nächste Signal dem Eingang 13' zugeführt. Der Wert des Positionierungssignals 23 wird dabei jedesmal zu dem Wert des der wiederzugebenenden Größe entsprechenden Signals addiert, so daß die verschiedenen Größen übereinander am Bildschirm 3 dargestellt werden.

Der Ausgang des ersten Ablenkverstärkers 17 ist mit den Ablenkspulen 7 über einen Widerstand 24 verbunden, über den eine dem Ablenkstrom proportionale Spannung entsteht, die über einen Verstärker und einen Leiter 27 auf den invertierenden (-)-Eingang des Ablenkverstärkers 17 gegengekoppelt wird (Stromrückkopplung).

Der Ausgang des zweiten Ablenkverstärkers 19 ist über einen Widerstand 29 und eine Spule 31 ebenfalls mit den Ablenkspulen 7 verbunden. Der Widerstand 29 sorgt über einen Verstärker 33 und einen Leiter 35 wiederum für die Gegenkopplung einer dem Ausgangsstrom des Verstärkers 19 proportionalen

^PHN8645 809829/0718 -»"

2800A12

Spannung. Die Spule 31 ist die Sekundärwicklung eines Transformators 37, dessen Primärwicklung 39 über einen Widerstand 41 an Erde liegt. Dieser Transformator arbeitet als Koppelelement, das die Signale des zweiten Ablenkverstärkers zu den Ablenkspulen 7 nahezu unverzerrt durchläßt und die Signale des ersten Ablenkverstärkers 17 zum Widerstand 29 nahezu vollständig abblockt. Die Ausgangsspannung des ersten Ablenkverstärkers 17 wird dazu der Primärwicklung 39 des Transformators 37 zugeführt, und der Koppelfaktor sowie die Wickelrichtungen der Wicklungen sind derart gewählt, daß die Primärwicklung 39 in die Sekundärwicklung 31 eine Spannung induziert, die gleich und entgegengesetzt der vom Ablenkverstärker 17 über die Ablenkspule 7 erzeugten Spannung ist. Dadurch ist die Gesamtspannung an dem Gegenkopplungswiderstand 29 nur von der Ausgangsspannung des zweiten Ablenkverstärkers 19 abhängig.

Der Ablenkverstärker 19 ist an seinem Ausgang induktiv mit einer Serienschaltung der Spulen 31 und 7 belastet. Wenn L die Selbstinduktivität dieser Serienschaltung ist, ist für eine bestimmte Änderung des Ablenkstromes i durch die Ablenkspule 7 eine Spannung von V = L ^ erforderlich.

Daraus geht hervor, daß schnelle Änderungen von i eine große Speisespannung V^ erfordern, denn die Ausgangsspannung V des Verstärkers ist selbstverständlich nie größer als die Speisespannung V^. Das Signal 23 ist ein Signal, das stets für einige Zeit konstant bleibt und es kann somit mit einer verhältnismäßig niedrigen Speisespannung V, ₂ wiedergegeben werden. Dies bedeutet zwar, daß der Ablenkstrom i nur mit geringer Verzögerung den Pegeländerungen im Signal 23 folgt, aber dies wird in vielen Fällen kein Nachteil sein. Der Vorteil der niedrigen Speisespannung ist, daß die vom Ablenkverstärker verbrauohte Leistung, die ja gleich V^₂*i ist, ebenfalls niedrig ist. Für den Ablenkverstärker 17 ist eine höhere Speise spannung V, ,j erforderlich, um die schnellen Änderungen im

PHN 8645 - 6 -

809829/0718

EKG-Signal 21 getreu wiederzugeben. Dieses Signal enthält jedoch auch niederfrequente Komponenten, für die die Speisespannung und somit die Leistung eigentlich zu hoch ist.

Eine weitere Verbesserung läßt sich mit einer Schaltung erreichen, bei der alle niederfrequenten Komponenten beider Signale und 23 durch den Ablenkverstärker 19 mit der niedrigsten Speisespannung Vv^p verstärkt werden und der Ablenkverstärker 17 mit der höchsten Speisespannung V^₁ nur als Korrekturverstärker wirkt, um die hochfrequenten Komponenten dem Ablenkstrom i hinzuzufügen. Eine derartige Schaltung ist in Fig. 3 dargestellt.

Der obere Teil dieser Figur ist gleich Figur 2, aber die (+)-Eingänge der Ablenkverstärker 17 und 19 sind jetzt miteinander über einen Einstellwiderstand 43 verbunden, um einen gemeinsamen Eingang 14 zu bilden. Die Stromgegenkopplung des Ablenkverstärkers wird hier über einen in Serie mit den Ablenkspulen 7 geschalteten Widerstand 25 erhalten. Der (+)-Eingang des Ablenkverstärkers 19 ist weiterhin mit einem Widerstand 45 verbunden, dessen andere Seite an Erde liegt. Der gemeinsame Eingang 14 ist mit dem Ausgang eines Summierers 47 mit zwei Eingängen 13' und 13" in diesem Beispiel verbunden, denen Spannungen 21 und 23 zugeführt werden können. Diese Spannungen werden im Summierer 47 addiert und das Summensignal erscheint am gemeinsamen Eingang 14. Der Ablenkverstärker 19 wird dabei, wie bereits beschrieben wurde, einen Ablenkstrom ip in den Ablenkspulen 7 auslösen, der möglichst proportional dem Summensignal ist, wobei durch die verhältnismäßig niedrige Speisespannung V, ρ die hochfrequenten Komponenten des Summensignals nicht oder nur geschwächt im Ablenkstrom i₂ dargestellt sind. Der Ablenkverstärker 17 wird jetzt durch seine höhere Speisespannung V, ^ einen Ablenkstrom i^ erzeugen können, der diese fehlenden hochfrequenten Komponenten ergänzt. Der Gesamtablenkstrom i = i,j + ±2 is* dabei eine getreue Wiedergabe des Signals am gemeinsamen Eingang 14. Die Schaltung funktioniert optimal, wenn der Einstellwiderstand 43 derart eingestellt wird, daß vom gemeinsamen Eingang 14 aus gesehen die Empfind-

809829/0718

lichkeiten beider Ablenkverstärker 17 und 19 gleich sind.

In der Schaltung nach Fig. 3 wird das Summensignal in zwei Komponenten getrennt, nämlich in Komponenten mit niedrigen und in Komponenten mit hohen Frequenzen. Eine weitere Verfeinerung läßt sich durch die Aufteilung des Signals in noch mehr Komponenten erreichen, wobei für jede Komponente ein Ablenkverstärker mit einer den Frequenzen dieser Komponente angepaßten Speisespannung vorgesehen ist. Ein Beispiel davon ist in Fig. 4 dargestellt. Außer den in den vorangegebenen Ausführungsformen bereits erwähnten Ablenkverstärkern 27 und 19 mit Speisespannungen V^ und V^₂ sind zwei weitere Ablenkverstärker 119 und 219 mit Speisespannungen V, -r und V,^ vorgesehen. Es gilt

^Vb1>^Vb2>^Vb3>^Vb4·

Der Ausgang des vierten Ablenkverstärkers 219 ist über einen Transformator 237, dessen Wirkung gleich der des Transformators 37 ist, mit dem Ausgang des dritten Ablenkverstärkers verbunden, der selbst wieder über einen gleichartigen Transformator 137 mit dem Ausgang des zweiten Ablenkverstärkers verbunden ist. Alle Ablenkverstärker haben einen gemeinsamen Eingang 14, der mit einem Summierer gemäß Fig. 3 verbunden sein kann. Jeder Ablenkverstärker bekommt Informationen über den Gesamtbeitrag zum Ablenkstrom, der von allen Ablenkverstärkern mit niedrigerer Speisespannung und von ihm selbst liefert wird. So geht z.B. durch den Widerstand 29 die Summe der Ablenkströme, die von den Ablenkverstärkern 219, 119 und 19 geliefert werden, und die Spannung an diesem Widerstand wird zum invertierenden (-)-Eingang des Ablenkverstärkers zurückgeführt. Für die anderen Ablenkverstärker gilt, wie aus der Figur ersichtlich ist, das gleiche. Durch die Wahl der Speisespannungen wird der vierte Ablenkverstärker 219 einen Ablenkstrom i^ erzeugen, der die Komponenten mit den niedrigsten Frequenzen in dem dem gemeinsamen Eingang 14 zugeführten Signal darstellt, während der dritte Ablenkverstärker

PHN 8645 - 8 -

809829/0718

einen Ablenkstrom i^ erzeugt, der die Komponenten mit etwas höheren Frequenzen darstellt, und der zweite Ablenkverstärker einen Ablenkstrora i₂ erzeugt, der die Komponenten mit noch etwas höheren Frequenzen darstellt. Der erste Ablenkverstärker liefert schließlich einen Ablenkstrom i.., der die Komponenten der höchsten Frequenzen darstellt. Der Gesamtablenkstrom i = i,. + i₂ + i* + i^ ist dabei eine getreue Wiedergabe des Signals am gemeinsamen Eingang 14 und für jede Komponentengruppe wird nur die minimal erforderliche Leistung verwendet. Selbstverständlich braucht sich die Anzahl der Ablenkverstärker nicht auf vier zu beschränken. Die optimale Anzahl, ist u.a. vom Frequenzspektrum der dem Eingang 14 zugeführten Signale abhängig. Nach Bedarf kann auch hier die Empfindlichkeit der verschiedenen Ablenkverstärker einstellbar gemacht werden auf die gleiche Weise wie im Ausführungsbeispiel nach Fig.

Fig. 5 stellt ein Ausführungsbeispiel dar, bei dem die Transformatoren durch Drosseln ersetzt sind. In diesem Beispiel sind drei Ablenkverstärker 17, 19 und 119 mit einem gemeinsamen Eingang 14 vorgesehen. Für die Speisespannungen gilt wiederum:

^Vb1> ^Vb2> ^Vb3^#

Der Ausgang des zweiten Ablenkverstärker 19 ist mit den Ablenkspulen 7 über eine erste Drossel 49, und der Ausgang des dritten Ablenkverstärkers ist mit diesen Ablenkspulen über eine zweite Drossel 51 verbunden. Die Selbstinduktivität dieser Drosseln muß so groß sein, daß folgende Formel erfüllt ist:

	V · ■ ^vb1	^z ₁₁₉
und		Z₁₁₉ + X₅₁
	ν <
	^vb1
PHN	8645

809829/0718

- AA-

Hierin ist

Z^q die Ausgangsimpedanz des Ablenkverstärkers 19, X^q die Impedanz der Drossel 49, Z^₁Q die Ausgangsimpedanz des Ablenkverstärkers 119, X₅₁ die Impedanz der Drossel 51,

das alles bei der niedrigsten vom ersten Ablenkverstärker 17 zu verarbeitenden Frequenz f_Q. Wenn diese Bedingungen erfüllt werden, wird das Ausgangssignal des ersten Ablenkverstärkers nicht zu den Rückkopplungswiderständen 29 und 129 der Ablenkverstärker 19 und 119 zurückgeführt.

In die Schaltung ist weiterhin ein Summierverstärker 53 aufgenommen, dessen beide Eingänge mit den Ausgängen der Rückkopplungsverstärker 33 und 133 verbunden sind, die die Stromrückkopplung der Ablenkverstärker 19 und 119 bewirken. Der Ausgang dieses Summierverstärkers ist mit dem (-)-Eingang des Ablenkverstärkers verbunden, so daß dieser Ablenkverstärker Informationen über die Beiträge zum Ablenkstrom i sowohl aus dem dritten Ablenkverstärker 119 als auch aus dem zweiten Ablenkverstärker 19 empfängt, wie dies im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 der Fall ist.

PHN 8645

809 829/0718

Leerse ite

Claims

9 ft Π Π L N.V. Philips' u.:.,::.:.;;·. ν... :=. ;. ..^oven * g υ u H PATENTANSPRÜCHE:

1./ Anordnung zum Wiedergeben veränderlicher Größen, insbesondere physiologischer Größen, auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre, die eine Ablenkeinheit mit Ablenkspulen (5, 7) zum Ablenken eines in der Kathodenstrahlröhre erzeugten Elektronenstrahls und mindestens einen Ablenkverstärker enthält, von dem ein Eingang zum Empfangen einer der wiederzugebenden Größe entsprechenden Spannung eingerichtet ist und von dem ein Ausgang mit einem Ablenkspulensatz verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Ablenkverstärker (17, 19) vorgesehen sind, die mit Speisespannungen verschiedener Größe (V^₁, Vv₂) gespeist werden, wobei jeder Ablenkverstärker mit einer anderen als der höchsten Speisespannung mit dem Ablenkspulensatz (7) über ein Koppelelement (37) verbunden ist, das im wesentlichen zum unverzerrten Durchlassen von Signalen aus diesem Ablenkverstärker (19) in Richtung auf die Ablenkspulen (7) und im wesentlichen zum Abblocken von Signalen in umgekehrter Richtung eingerichtet ist, wobei der Ablenkverstärker mit der höchsten Speisespannung für Signalkomponenten mit den höchsten Frequenzen und der Ablenkverstärker mit der niedrigsten Speisespannung für Signalkomponenten mit den niedrigsten Frequenzen bestimmt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge aller Ablenkverstärker (17, 19) miteinander zur Bildung eines gemeinsamen Eingangs (14) verbunden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Summierer (47) vorgesehen ist, von dem ein Ausgang mit dem gemeinsamen Eingang (14) aller Ablenkverstärker (17, 19) verbunden ist und dessen Eingänge (13¹, 13") zum Empfangen den wiederzugebenden Größen entsprechender Spannungen (21, 23) eingerichtet sind.

PHN 8645

809829/0718

2800A12

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppeleraent (37) aus einem Transformator mit einer Primär- (39) und einer Sekundärwicklung (31) besteht, wobei ein erstes Ende der Sekundärwicklung (31) mit dem Ausgang eines Ablenkverstärkers (19) mit einer anderen als der höchsten Speisespannung und das andere Ende mit dem Ausgang eines Ablenkverstärkers (17) mit einer höheren Speisespannung und mit einem Ende der Primärwicklung verbunden ist, deren anderes Ende über eine Impedanz (41) mit einem Punkt festen Potentials verbunden ist, wobei der Kopplungsfaktor und die Wickelrichtung der beiden Wicklungen (31, 39) derart gewählt sind, daß in die Sekundärwicklung (31) eine Spannung induziert wird, die gleich und entgegengesetzt der Spannung zwischen dem gemeinsamen Punkt der beiden Wicklungen einerseits und dem nicht mit den Ausgängen der Ablenkverstärker verbundenen Anschluß der Ablenkspule (7) andererseits ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement aus einer Drossel (49) besteht, von der ein Ende mit dem Ausgang eines Ablenkverstärkers (19) mit einer niedrigeren Speisespannung und das andere Ende mit dem Ausgang des Ablenkverstärkers (17) mit der höchsten Speisespannung und mit den Ablenkspulen (7) verbunden ist, und deren Selbstinduktivität so groß ist, daß folgende Formel erfüllt wird:

^vb1 Z + X ^ ^vb2'
worin

V_b1 die höchste Speisespannung,

V^2 die niedrigere Speisespannung, Z die Ausgangsimpedanz des Ablenkverstärkers mit der

höchsten Speisespannung (V^) bei einer Frequenz f_Q, f_Q die niedrigste von diesem Ablenkverstärker zu verarbeitende Frequenz und
X die Impedanz der Drossel bei der Frequenz f_Q

PHN 8645

809829/0718