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Kathodenstrahloszillograph
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kathodenstrahloszillograph.
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Um eine auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre wiedergegebene
Kurve auswerten zu können, ist es bekannt, auf der Außenseite des Bildschirms ein
rechtwinkliges Koordinatenraster anzubringen. Der hierbei auftretende Nachteil des
Parallel achsenfehlers läßt sich, wie gleichfalls bereits bekannt, vermeiden, wenn
das Eichraster auf der Innenseite, d. h. auf dem Bildschirm selbst angebracht wird.
Schließlich ist es auch bekannt, das Raster vom Kathodenstrahl selbst durch Ablenkung
des Kathodenstra'hlhündels in rascher Aufeinanderfolge mittels Eichspannung (bzw.
Eichströmen) von bekannter, stufenweise zunehmender Größe zu schreiben.
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Die für dieses Eichverfahren erforderliche Apparatur ist aber umständlich,
und die zum Schreiben des Eichrasters erforderliche Zeitdauer, die neben der Zeit
zum Schreiben des Oszillogramms benötigt wird, ist so groß. daß die Verwendungsmöglichkeit
sehr beschrä,nkt ist.
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Die Erfindung schaltet diesen Nachteil aus.
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Erfindungsgemäß besitzt die Vorrichtung zur Auswertung einer vom
Kathodenstrahl geschriebenen Kurve Mittel, um gleichzeitig mit der Kurve auf oszillographischem
Wege eine einstellbare Markierungsspannung abzubilden, und Mittel, um den Ablenkplatten
(-spulen) für die oszillographierte Größe eine regel bare Eichspannung von bekannter
Größe zuzuführen zur quantitativen Bestimmung der Markierungsstelle. Die auf dem
Bildschirm abgebildete Markierung, welche grundsätzlich punktförmig sein kann, ist
vorzugsweise linienförmig. Zu diesem Zweck kann beispielsweise als Markierungsspannung
eine Gleichspannung ein-
stellbarer Größe benutzt werden, wodurch
eine in der Amplitudenrichtung verschiebbare Linie auf dem Bildschirm sichtbar wird.
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Als Eichspannung wird, insbesondere bei Verwendung einer Gleichspannung
als Markierungsspannung, vorzugsweise eine Wechselspannung benutzt, Bei der Bestimmung
beispielsweise der Momentanamplitude einer Kurve wird die Markierung während der
Wiedergabe der Kurve durch Regelung der Markierungsspannung verschoben, bis sie
die Oszillogrammkurve in Maximum berührt; darauf wird dem Oszillographen statt der
Kurvenspannung die Eichspannung zugeführt, welche eingestellt wird, bis die Eichspannungskurve
die eingestellte Markierungslinie berührt, worauf die ablesbare Amplitude der Eichspannung
mit dem zu bestimmenden Augenblickswert übereinstimmt.
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Die gleichzeitige Abbildung der Markierungs-und der Kurvenspannung
kann, wie an sich bekannt, dadurch erfolgen, daß die beiden Spannungen in schneller
Aufeinanderfolge, beispielsweise mittels eines gesteuerten Elektronenschalters,
den Meßplatten (-spulen) zugeführt werden; um von der Kurve selbst ein möglichst
detailreiches Bild zu erzielen, ist vorzugsweise die Markierungsspannung während
kürzerer Zeit wirksam als die Meßspannung, beispielsweise dadurch, daß der verwendet
Elektronenschalter von einem unsymmetrischen Multivibrator gesteuert wird.
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Bei einem Oszillographen mit einer Doppelkathodenstrahlröhre mit
einem gemeinsamen Bildschirm und in der Meßablenkrichtung unabhängig voneinander
steuerbaren Strahlen läßt sich die Erwindung dadurch anwenden, daß eines der bei
den Kathodenstrahlbündel von der Meßspannung und das andere von der Markierungsspannung
gesteuert wird.
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An Hand der Zeichnung, in der drei günstige Ausführungsformen von
erfindungsgemäßenlOszillographen dargestellt sind, wird die Erfindung näher erläutert.
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Der in Fig. I dargestellte Oszillograph besteht im wesentlichen aus
einer Kathodenstrahlröhre 1 und einem Verstärker 2, dessen Eingangskreis der zu
messende Vorgang bei 3 zugeführt wird, welche sodann als Kurve 4 auf dem Bildschirm
5 der Röhre 1 sichtbar wird.
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Für die Auswertung der geschriebenen Kurve sind Mittel vorgesehen,
um gleichzeitig mit der Kurve eine linienförmige Markierung 6 wiederzugeben. Diese
Markierung entsteht durch die oszillographische Wiedergabe einer Gleichspannung
einstellbarer Größe aus der Gleichspannungsquelle 7.
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Diese Gleichspannung und die dem Verstärker 2 entnommene Meßspannung
werden abwechselnd in schneller Aufeinanderfolge den Meßplatten 8 der Röhre 1 mittels
eines von einem Multivibrator 10 gesteuerten Elektronenschalters 9 zugeführt. Dadurch
werden die zu messende Kurve und die Gleichspannung auf dem Bildschirm gleichzeitig
sichtbare und durch Regelung der Gleichspannung kann die Markierung 6 in der Meßrichtung
derart verschoben werden, daß sie beispielsweise die Kurve 4 bei 11 berührt. Der
Abstand zwischen der Markierungslinie 6 und der Nullinie 12 ergibt sodann die Momentanamplitude
des gemessenen Vorganges. Sie wird dadurch gemessen, daß mittels eines Umschalters
I3 dem Eingangskreis des Verstärkers 2, statt des Vorgangs 3, eine einem Eichgenerator
14 entnommene Hilfswechselspannung mit einer regelbaren, bekannten Amplitude (Eichspannung)
zugeführt wird, und im übrigen die Einstellungen des Oszillographen ungeändert aufrechterhalten
wird. Nach erfolgter Einstellung der Amplitude der Eichwechselspannung, in der Weise,
daß die Höchstwerte des sodann erscheinenden Bildes wieder die Markierungslinie
6 berühren, läßt sich der gesuchte Augenblickswert der vorher wiedergegebenen Erscheinung
3 auf einer zu diesem Zweck im Eichgenerator 14 angebrachten Skala 15 ablesen.
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Bei diesem Amplitudenmeßverfahren wird der Verstärkungsgrad des Verstärkers
2 und der des Elektronenschalters 9 sowie die Empfindlichkeit der Kathodenstrahlröhre
in der Messung eliminiert, so daß im allgemeinen eine (praktisch nicht durchführbare)
Korrektion des erhaltenen Meßergebnisses mit Rücksicht auf diese Faktoren überflüssig
ist.
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Der Fehler durch eine nicht lineare Frequenzcharakteristik des Oszillographen
läßt sich dadurch vermeiden, daß die Eichspannungsfrequenz gleich der Meßfrequenz
oder wenigstens annähernd gleich ihr gewählt wird. Mit Rücksicht darauf ist die
Frequenz der Eichspannung vorzugsweise einstellbar.
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Die Meß- und die Markierungsspannung werden, wenn der Schalter 13
sich in der dargestellten Stellung befindet, abwechselnd im Rhythmus der den Elektronen
schalter g steuernden Schaltspannung den Meßablenl;platten 8 zugeführt. Wenn die
Frequenz der Schaltspannung eine höhere Harmonische der Zeitablenkspannung ist,
so werden sowohl die Meßkurve als auch die Markierung als gestrichelte Linien auf
dem Bildschirm sichtbar, was in der Praxis vielfach störend ist. Es ist daher zweckmäßig,
eine harmonische Beziehung zwischen der Scllaltspannung und der Zeitablenkspannung
zu vermeiden.
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Da naturgemäß die Länge der Markierungslinie 6 geringer als die der
Meßkurve und demnach für erstere auch die mittlere Schreibgeschwindigkeit des Kathodenstrahlbündels
für die Markierung geringer ist, wird ohne besondere Maßnahme die Lichtstärke der
Meßkurve geringer als die der Nilarkierung sein, was nachteilig ist. Dies wird vermieden,
wenn die Zeit, während der die Markierungsspannung wirksam ist, kleiner gewählt
wird als die, während der der Vorgang wirksam ist, etwa durch Verwendung einer unsymmetrischen
Schaltspannung zur Steuerung des Elektronenschalters.
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Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird als Markierungsspannung
eine Gleichspannung und als Eichspannung eine Wechselspannung benutzt.
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Grundsätzlich läßt sich naturgemäß auch eine Gleichspannung benutzen;
es wurde aber fest-
gestellt, daß dies dte Genauigkeit der durchgeführten
Messungen herabsetzt, und zwar dadurch, daß schwer festgestellt werden kann, ob
die Eichspannung die der Markierung entsprechende Größe besitzt. In dieser Hinsicht
hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Eichspannung eine Wechselspannung
ist mit einer Frequenz, die wenigstens um einen Faktor 10 von der Frequenz der Zeitablenkspannung
abweicht und im übrigen keine Harmonische der letzteren ist; denn dann entsteht
auf dem Bildschirm ein leuchtender Schleier, wie es in der Figur dargestellt ist.
Eine hinreichende Genauigkeit bei Verwendung einer Gleichspannung als Eichspannung
läßt sich allerdings erreichen, wenn als Markierungsspannung eine Wechselspannung
benutzt wird, die wieder vorzugsweise um einen Faktor 10 von der Zeitablenkfrequenz
abweicht.
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Unter Umständen kann es günstig sein, über mehr als eine Markierung
zu verfügen, etwa bei Messungen an Oszillogrammen, die unsymmetrisch in bezug auf
die Nullachse sind. Dies läßt sich durch Anwendung mehrerer voneinander unabhängig
einstellbarer Markierungen, beispielsweise 6 und 6', dadurch erreichen, daß den
betreffenden Ablenkplatten in schneller Aufeinanderfolge zwei Markierungsspannungen
zugeführt werden. Eine besenders einfache Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Oszillographen wird erhalten, wenn die Eichspannung von der Markierungsspannung
gebildet wird; eine Ausführungsform dieser Art ist in Fig. 2 dargestellt. Hierbei
besteht die Markierungsspannungsquelle aus einem Wechselspannungsgenerator 7'. Die
Amplitude der Markierungswechselspannung, welche auch von der Schaltspannung gebildet
werden kann, ist wieder einstellbar, aber ietzt ist außerdem deren Größe auf einer
Skala 15' ablesbar, so daß nach erfolgter Einstellung der Markierung der gesuchte
Amplitudenwert sich sofort auf der zu diesem Zweck geeichten Skala 15' ablesen läßt.
Die Frequenz des Generators 7' wird vorzugsweise wieder um wenigstens einen Faktor
10 abweichend (größer oder kleiner) von der Zeitablenkfrequenz gewählt, wodurch
das in Fig. 2 dargestellt Bild auf dem Bildschirm entsteht.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung wird der Verstärker 2
nicht in die Messung einbezogen. zu zu vermeiden, daß eine einmal vorgenommene Eichung
der Skala 15', beispielsweise infolge auftretender Änderungen der Speisespannungen
und des sich infolgedessen ändernden Verstärkungsgrades des Verstärkers 2, falsch
wird, ist der Verstärker 2 vorzugsweise mit einer Gegenkopplung 16 versehen.
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Eine weitere günstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Oszillographen
ist in Fig. 3 darerstellt.
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In diesem Fall wird eine Kathodenstrahlröhre 17 verwendet, welche
zwei durch Ablenkplatten 18, 19 voneinander unabhängig steuerbare Kathodenstrahlbündel
aufweist, welche von der dem Verstärker 2 entnommenen Meßspannung bzw. der einer
Gleichspannungsquelle 7 entnommenen SiIarkierungsspannung gesteuert werden. Ebenso
wie in der Ausführungsform nach Fig. 1 ist der Eingangskreis des Verstärkers 2 mittels
eines Wahlschalters I3 auf eilen Eichspannungsgenerator mit einer Ableseskala I
umschaltbar. Für die Wahl der Art der Spannungen und gegebenenfalls der Frequenz
der NIarkierungs- und der Eichspannung gelten die bereits bei Fig. I erwähnten Erwägungen,
und wie bei Fig. 2 läßt sich die Eichspannung hinter dem Verstärker 2 der Wiedergabekaskade
zuführen. Mit Rücksicht auf eine gegenseitige störende Beeinflussung der beiden
Kathodenstrahlbündel in der Röhre 17 ist bei dieser Ausführungsform die Verwendung
einer Gleichspannung als Markierungsspannung besonders vorteilhaft.
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Es wird besonders bemerkt, daß in dieser Ausführungsform der Schalter
9 gemäß den Fig. 1 und 2 üh'erflüssig ist was zu einer störungsfreien Wiedergabe
des zu untersuchenden Vorganges beiträgt, obzwar von dem Schalter 9 herbeigeführte
Störungen, wenn nur seine Stelle in der Verstärkerkaskade geeignet gewählt wird,
in praktisch ausreichendem Maße vermieden werden können.