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Verfahren zum Oszillographieren veränderlicher elektrischer Spannungen
mit einer Fernsehbildröhre
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Oszillographieren
veränderlicher elektrischer Spannungen mit einer Fernsehlildröhre, bei dem ilz einem
Zei lenraster aus nebeneinanderliegenden, Zeile len die einzelnen Zeilen. in Abhängigkeit
von der Amplitude der Meßspannung dunkel oder hell gesteuert werden. Es sind Verfahren
bekanntgeworden, bei denen die Aufzeichnung von Echos mittels Helltastung eines
in einer Richtung geradlinig im Takte einer Impulsaussendung über den Bildschirm
geführten Elektronenstrahls erfolgt und wobei eine senkrecht zur ersten wirkende
zweite Ablenkvorrichtung mit einer gegenüber der Lotperiode langen Periode arbeitet.
Hierbei werden jedoch normale Kathodenstrahlröhren verwendet. und die oszillographische
Darstellung beliebiger Zeitfunktionen ist nicht möglich.
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Fernsehbildröhren sind für oszillographische Zwecke im allgemeinen
nicht brauchbar, weil sie magnetische Ablenkung aufweisen. Es gibt nun aber zahlreiche
oszillographische Meßaufgaben - zumal bei der Fertigung elektronischer Geräte -,
wo der große Schirtn, die Helligkeit und die scharfe Zeichnung der Fernsehbildröhren
von großem Vorteil wären. Als Beispiele seien genannt: Frequenz kurven schreiber,
Kennli nienschreiber, Aufnahmen von. Hysteresisschleifen u. a. m. Bei Frequenzkurvenschreibern
kommt noch hinzu, daß beim Ein-
satz in der Fabrikation die Betrachtung
von Linienoszillogrammen auf die Dauer sehr ermüdet. Man hat daher oft der sogenannten
»Hochfrequenzaufzeichnung« den Vorzug gegeben, bei der die Fläche unter der Resonan2kurve
hell geschrieben wird.
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Bei den angegebenen Anwendungen ist die Zeitablenkung etwa gleich
der Netzfrequenz und kommt sowohl als Sägezahn wie auch als Sinusform vor. Eine
solche Zeitablenkung ist auch bei Fernsehbildröhren ohne weiteres durchzuführen.
Die Schwierigkeit liegt in der Zuführung der Meßspannung. Bei Fernsehempfängern
wird bekanntlich ein Raster geschrieben, wobei die Rückläufe der hohen Zeilenfrequenz
gleichzeitig zur Hochspannungserzeugung ausgenutzt werden Der Aufwand ist dabei
geringer, als wenn die Hochspannung für eine vergleichbare Oszillographen röhre
aus dem Netz gewonnen würde. Die Fernsehbildröhre weist dann immer noch Vorteile
auf, denn Oszillographenröhren mit ähnlichen Schirmabmessungen sind normalerweise
gar nicht erhältlich.
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Da eine magnetische Ablenkung in Meßrichtung nicht in Frage kommt,
muß die zu oszillographierende Spannung einer anderen Elektrode zugeführt werden.
Eine Darstellung des zu beobachtenden.
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Vorganges erhält man z. B., wenn man wie beim Fernsehen. ein Raster
aus zweckmäßigerweise senkrechten Linien schreibt und die Amplitude dieser Linien
abhängig von der Meßspannung macht. Da eine Steuerung der Amplitude der hohen Sägezahnfrequenz
umständlich. und schwierig ist, werden besser die nebeneinanderliegenden Zeilen
in Abhängigkeit von der Amplitude der Meßspannung teilweise dunkel oder hell gesteuert.
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Dies erreicht man dadurch, daß erfindungsgemäß einer der Hellsteuerelektroden
eine Rechteckspannung zugeführt wird, deren Frequenz in einem bestimmten Verhältnis
zur Zeilenfrequenz steht und deren Impulsbreite abhängig von der Amplitude der Meßspannung
gemacht wird. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird dabei die Frequenz
der Rechteckspannung derjenigen der Zeilenfrequenz gleichgemacht. Man erhält so
ein Oszillogramm, bei dem die Trennungslinie zwischen hell und dunkel die Kurve
wiedergibt. Eine solche Darstellung ist z. B. zur Aufzeichnung von Resonanzkurven
sehr geeignet, da die Fläche unter der Kurve hell erscheint; Das Problem besteht
also darin, die Länge des hell- bzw. dunkelgesteuerten Teils der Zeile in Ab hängigkeit.
von der Amplitude der Meßspaunung zu bringen. Einer der Hellstenerelektroden. der
Bildröhre muß hierzu also eine Rechteckspannung zugeführt werden, die aus der Zeilenfrequenz
gewonnen wird und deren Impulsbreite abhängig von der Amplitude der Meßspannung
gemacht wird.
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Eine solche Anordnung arbeitet wie folgt: Die Zeilenkippspannung
wird dent Gitter einer Verstärkerröhre zugeführt und ist so groß, daß die Röhre
über den. unteren Knick der Kennlinie hinaus ausgesteuert wird. Dieser Teil der
Kippspannung wird also abgeschnitten. Durch eine weitere Röhre wird auch der untere
Teil der nunmehr trapezförmigen Spannung abgeschnitten, und so entsteht im Anodenkreis
dieser zweiten Röhre die gewünschte Rechteckspannung.
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Durch Regelung der Gittervorspannung der ersten Röhre kann man erreichen,
daß von der Kippspannung ein mehr oder weniger großer Teil in dieser Röhre abgeschnitten
wird. Damit ändert sich aber auch die Impulsbreite der Rechteckspannung hinter der
zweiten. Röhre. Legt man nun die Meßspannung gleichzeitig mit der Zeilenkippspannung
(natürlich von dieser entkoppelt) an das erste Gitter der ersten Röhre, so erhält
man die gewünschte Modulation der Impulsbreite. Mit einer festen Gittervorspannung
kann man die Nullinie nach oben oder unten verschieben. Die Frequenz der Meßspannung
soll klein sein gegen die Zeilenfrequenz, was jedoch bei den in Frage kommenden
Anwendungen (z. B. Frequenzkurvenschreiber) stets der Fall ist.
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Die beschriebene Anordnung stellt nur eine der vielen Möglichkeiten
dar, um eine Rechteckspannung zu erzeugen, deren Impulsbreite von der Meßspannung
moduliert wird. Außer der Zeilenkippspannung kann man auch eine fremde Kippspannung
verwenden, die mit der Zeilenkippspannung synchronisiert wird (oder umgekehrt).
Ist die Fremdkippfrequenz ein Vielfaches der Zeilenfrequenz, so ergeben sich eine
entsprechende Anzahl Oszillogramme; I)ies kann man zur AIehroszillographie, d. h.
zur gleichzeitigen Darstellung mehrerer Vorgänge, ausnutzen. Es ist dann noch ein
»Elektronenschalter« erforderlich, bei dem als Schaltspannung eine Kombination aus
Rechteckspannungen dient, die aus der Zeilenkipp- und der (höheren) Fremdkippfrequenz
gewonnen werden.
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Durch eine gleichzeitige Dunkelsteuerung wird erreicht, daß jeweils
immer nur ein Vorgang sichtbar ist Das Verfahren zeigt den Vorteil, daß die verschiedenen
Oszillogramme nicht ineinander, sondern in entsprechendem Abstand übereinander geschrieben
werden, was bei normalen Oszillographen, die mit Elektronenschaltern betrieben werden,
einen unerwünschten Mehraufwand bedingt.
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Auch eine Sinusspannung kann man an Stelle der Zeilenkippspannung
verwenden, wenn deren Frequenz mit der Zeilenkippfrequenz übereinstimmt oder ein
Vielfaches derselben beträgt, was durch Synchronisation ohne weiteres erreicht werden
kann. Legt man an Stelle der Zeilenkippspannung eine solche Sinusspannung an, so
erhält man bei genügend hoher negativer Vorspannung im Anodenkreis der ersten Röhre
eine Rechteckspannung, deren Impulsbreite ebenfalls von der Vorspaunnung abhängt,
da dann ein mehr oder weniger großer Teil der positiven Halbwelle durchgelassen
wird. Es werden dabei beide Flanken der Rechteckspannung von der Meßspannung moduliert,
so daß die Kurve doppelt erscheint. Das Bild zeigt eine gewisse Ähnlichkeit mit
der Darstellung einer modulierten Hochfrequenz spannung. Wegen der Linearitätsforderung
darf man nur den etwa geradlinigen Teil der Sinusspannung verwenden. Ge-
eigneter
wäre an Stelle der Sinus- eine Dre!leckspannung, da man dann praktisch die ganze
Schirmfläche ausnutzen kann.
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Schließlich ist es noch möglich, eine Art Linienoszillogramm zu erzeugen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die von der Meßspannung gesteuerte
Rechteckspannung vor Zuführung an die Bildlöhre differenziert, so daß nur kurze
Impulse an die Hellsteuerelektrode gelangen, die ein Linien- bzw. Punktoszillogramm
ergeben.
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Die Hell-Dunkel-Steuerung erfolgt also gerade an der Begrenzungslinie
der Meßkurve. Das Oszillogramm besteht dann aus einer punktierten Linie. Bei Kurven
mit' sehr steilen Flanken liegen allerdings an diesen die Punkte unter Umständen
etwas weit auseinander. Dieser Nachteil wird durch eine weitere Ausgestaltung der
Erfindung beseitigt, die darin besteht,. daß die Zeile an dem Punkt dunkel (bzw.
hell) gesteuert wird, an welchem Hellsteuerung bei der nächsten Zeile beginnt, so
daß ein aus Zeilenstücken zusammengesetzter Kurvenzug entsteht.
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In besonderen Fäileni kann es zweckmäßig sein, die Trennungslinie
der Dunkel- bzw Hellsteuerung besonders gut sichtbar zu machen. Dies wird in weiterer
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß zusätzlich in das
Flächenoszillogramm Impulse eingeblendet werden, die - wie erwähnt - z. B. durch
Differenzieren der zur Steuerung dienenden Rechteckspannung gewonnen werden. Durch
Hellsteuerung mit diesen Impulsen wird erreicht, daß die Begrenzungslinie besser
hervorgehoben wird.