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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Darstellung periodischer elektrischer Signale. Die Darstellung dieser elektrischen Signale kann auf einer Kathodenstrahlröhre, einem Schreiber oder einer ähnlichen Einrichtung erfolgen.
Für die Darstellung von periodischen elektrischen Signalen, also elektrischen Schwingungen, werden üblicherweise Oszillographen verwendet, die über eine sägezahnförmige Ablenkung in der horizontalen Richtung des Bildschirmes (X-Ablenkung) verfügen, wobei das gegebenenfalls verstärkte Signal der vertikalen Ablenkung (Y-Ablenkung) zugeführt wird. Bei Frequenzen über 10 MHz ist dieses Prinzip jedoch nur mit hohem Aufwand realisierbar, da für eine elektrostatische Ablenkung hohe Plattenspannungen erforderlich sind und die Anstiegszeit des Messverstärkers begrenzt ist.
Eine Erweiterung des Frequenzbereiches ist dadurch möglich, dass in den Ablenkplatten Laufzeitglieder vorgesehen werden. Mit diesen beschriebenen, direkt gekoppelten Ablenkmethoden können mit sehr hohem Aufwand Frequenzbereiche bis über 100 MHz erfasst werden.
Zur Darstellung von periodischen Schwingungen ist es weiters auch bekannt, einen Abtastoder Samplingoszillograph heranzuziehen. Dabei wird das Eingangssignal zu bestimmten Zeitpunkten, die durch einen Triggerkreis bestimmt werden, mittels eines schnellen elektronischen Schalters abgetastet und werden diese Momentanwerte in einem Kondensator gespeichert bzw. der vertikalen Ablenkung (Y-Ablenkung) zugeführt. In analoger Weise werden die getriggerten Werte an die horizontale Ablenkung (X-Ablenkung) des Bildschirmes angelegt. Diese Schaltung ist jedoch insoferne nachteilig, als der elektronische Schalter einen sehr hohen Aufwand bedingt und als die Anstiegszeit durch die Kapazität des Kondensators begrenzt ist.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, durch die die dargelegten Nachteile bekannter Schaltungsanordnungen vermieden werden. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erzielt, dass eine vom Eingangssignal beaufschlagte Triggerschaltung vorgesehen ist, deren Ausgangsimpulse durch eine erste Ablenkspannung verzögert werden, sowie dass ein bistabiler, digitaler Speicher vorgesehen ist, der mit vom Eingangssignal abgeleiteten Signalimpulsen beaufschlagbar sowie von den verzögerten Triggerimpulsen steuerbar ist und dessen Ausgangssignale zur Bildung von Signalwerten dienen, die dem Eingangssignal in den Zeitpunkten der Signalimpulse entsprechen.
Vorzugsweise liegt das Eingangssignal am ersten Eingang eines Komparators, dessen Ausgang an den Speicher geführt ist. So kann der Ausgang des Speichers über einen Tiefpass an den zweiten Eingang des Komparators zurückgeführt sein oder kann an den zweiten Eingang des Komparators eine zweite Ablenkspannung geführt sein, wobei der Ausgang des Speichers zur Helltastung eines durch die erste und durch die zweite Ablenkung gebildeten Rasters dient.
Nach einem andern Ausführungsbeispiel ist ein Rechenwerk vorgesehen, dessen Ausgangssignale über Digital-Analog-Konverter Werte der horizontalen und der vertikalen Ablenkspannung bilden, wobei die vertikale Abspannung an den zweiten Eingang des Komparators geführt ist. Weiters kann der Speicher mit dem Ausgang einer Summiereinrichtung beaufschlagt werden, dem seinerseits das Eingangssignal und über einen Tiefpass der inverse Ausgang des Speichers zugeführt werden.
Schliesslich kann der Speicher über einen Kondensator mit dem Eingangssignal und weiters über einen Widerstand mit dem an seinem inversen Ausgang auftretenden Signal beaufschlagt werden.
Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist nachstehend an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Fig. l bis 5 zeigen fünf Ausführungsbeispiele von erfindungsgemässen Schaltungsanordnungen und Fig. 6 zeigt ein Spannungs-bzw. Impulsdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnungen.
Die Schaltungsanordnung gemäss Fig. l enthält einen Komparator --1--, an dessen einem Eingang das Eingangssignal Ue angelegt ist. Das Ausgangssignal des Komparators-l-ist an einen bistabilen, digitalen Speicher --2-- geführt. Das Eingangssignal Ue ist weiters an eine Trigger- schaltung --4-- geführt, deren Ausgang an eine Verzögerungsschaltung --5-- gelegt ist. Der Ausgang der Verzögerungsschaltung --5-- speist den Steuereingang des Speichers --2--. Die Verzögerungsschaltung --5-- wird durch die horizontale Ablenkung Ux gesteuert.
Schliesslich ist der Ausgang des Speichers --2-- über einen Tiefpass --6-- einerseits an den zweiten Eingang des Kompara- tors-l-geführt und stellt anderseits das Ausgangssignal des Tiefpasses-6-- die vertikale
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Ablenkspannung Uy dar.
Nachstehend ist unter Bezug auf Fig. 6 die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung erläutert :
Durch die Triggerschaltung --4-- werden vom Eingangssignal Ue Impulse I1 mit der Periode, d. h. der Frequenz und Phasenlage, des Eingangssignals Ue abgeleitet. Demnach gibt die Triggerschaltung --4-- pro Periode des Eingangssignals Ue je einen Impuls I1 ab. Diese einzelnen Impulse I1 werden in der Verzögerungsschaltung --5-- entsprechend dem Wert der horizontalen Ablenkspannung Ux mit tv = k. Ux verzögert. Demnach weisen die einzelnen verzögerten Impulse I2 voneinander einen sich vergrössernden zeitlichen Abstand auf.
An den Komparator-l-liegen einerseits das Eingangssignal Ue und anderseits das Ausgangssingal des Tiefpasses --6-- an. Wenn das Eingangssignal Ue grösser ist als das Ausgangssignal des Tiefpasses --6--, tritt am Ausgang des Komparators --1-- ein H-Pegel auf. Soferne hingegen das Eingangssignal Ue kleiner ist als das Ausgangssignal des Tiefpasses --6--, tritt am Ausgang des Komparators-l-ein L-Pegel auf.
Der Speicher --2--, der durch das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung --5-- gesteuert wird, übernimmt im Augenblick des Auftretens der Flanke des Ausgangssignals der Verzögerungsschaltung --5-- das Ausgangssignal des Komparators-lund leitet dieses an den Tiefpass --6--. Solange das Ausgangssignal des Tiefpasses --6-- im Zeitpunkt der Steuerung des Speichers --2-- kleiner ist als das Eingangssignal Ue und am Ausgang des Komparators-l-ein H-PegeI auftritt, steigt demnach das Ausgangssignal des Tiefpasses --6-- an.
Sobald hingegen in dem durch die Verzögerungsschaltung --5-- gesteuerten Abtastzeitpunkt das Ausgangssignal des Tiefpasses --6-- grösser ist als das Eingangssignal Ue und am Ausgang des Komparators ein L-Pegel auftritt, sinkt das Ausgangssignal des Tiefpasses --6-- ab.
Bei genügend grosser Eingangsempfindlichkeit des Komparators-l-stellt sich somit das
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Das Signal Uy ist demnach ein Signal, welches dadurch gewonnen wird, dass ähnlich dem Verfahren, das beim Samplingoszillograph angewandt wird, die einzelnen Perioden des Eingangssignals in zu den Perioden zeitlich verschobenen Punkten abgetastet werden, wobei jedoch die Abtastung nicht durch einen elektronischen Schalter sondern durch einen Vergleich im Kompara- tor-l-und eine dadurch bewirkte Angleichung des Ausgangssignals des Tiefpasses --6-- an das Eingangssignal Ue bewirkt wird.
In Fig. 2 ist eine ähnliche Schaltungsanordnung dargestellt, wobei der Schaltung nach Fig. l gleiche Schaltungselemente durch gleiche Bezugszahlen gekennzeichnet sind. Die Schaltung gemäss Fig. 2 unterscheidet sich von der Schaltung gemäss Fig. l dadurch, dass das Ausgangssignal des Speichers --2-- einer Schaltung --7-- zugeführt wird, durch deren Ausgangssignal Uz am Bildschirm eine Helltastung bewirkt wird. Zudem wird die vertikale Ablenkspannung Uy von aussen zugeführt und auch an den Komparator-l-angelegt. Die beiden Ablenkspannungen Ux und Uy dienen dazu, den Elektronenstrahl über den Bildschirm rasterförmig abzulenken. Als Ablenkspannung Ux kann beispielsweise eine Sägezahnspannung mit einer Frequenz von 50 Hz und als Ablenkspannung Uy kann eine Sägezahnspannung mit einer Frequenz von 50 kHz herangezogen werden.
Derart wird am Bildschirm ein Raster von 1000 vertikalen Linien erzeugt. Das Ausgangssignal Uz wird z. B.. der Kathode der Elektronenstrahlröhre zur Helligkeitssteuerung zugeführt.
Jedesmal wenn im Abtastzeitpunkt die Ablenkspannung Uy den Wert der Eingangsspannung Ue überschreitet, ergibt sich am Ausgang des Speichers --2-- ein Wechsel des logischen Pegels. Dieser Wechsel erzeugt in der Schaltung --7-- zur Helltastung einen kurzen Impuls, der als Uz-Signal den entsprechenden Punkt auf der jeweiligen vertikalen Rasterlinie hell erscheinen lässt. Dadurch bildet sich am Bildschirm durch helle Rasterpunkte die Eingangsspannung Ue ab.
In Kombination mit dieser Schaltung könnte auch ein XY-Schreiber verwendet werden, wobei die Ausgangsspannung Uz dazu dienen würde, den Schreibstift für einen Moment auf das Papier zu drücken.
Auch die Schaltung gemäss Fig. 3 der Zeichnungen enthält einen Komparator --1--, einen Speicher --2--, einen Triggerkreis --4-- und eine Verzögerungsschaltung --5--. Hiebei ist der Ausgang des Speichers --2-- an ein Rechenwerk --10-- gelegt. Zwei Ausgänge des Rechenwerkes --10-- sind
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an Digital-Analog-Konverter-11, 11'-geführt, deren Ausgänge die horizontale bzw. vertikale Ablenkspannung darstellt. Durch die Konverter-11, 11'-werden digiale Werte des Rechenwerkes in Analogsignale umgewandelt.
Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung besteht darin, dass vom Rechenwerk Werte Ux abgegeben werden und die dem Eingangssignal entsprechenden Werte Uy gesucht werden. Durch den Komparator-l-werden die vom Rechenwerk --10-- abgegebenen Werte Uy mit dem Eingangssignal Ue verglichen, wobei auf Grund der vom Komparator --1-- über den Speicher --2-- an das Rechenwerk --10-- abgegebenen Signale die erforderliche Veränderung des Signals Uy bewirkt wird.
Demnach erfolgt ein Einschwingen der vom Rechenwerk --10-- abgegebenen Werte Uy auf das Signal Ue. Im Rechenwerk --10-- liegt das Signal Uy in digitaler Form vor und wird über den Digital-Analog-Konverter --11-- in das Analog-Signal Uy umgewandelt, wodurch ein Vergleich mit dem Eingangssignal Ue möglich ist.
Die Schaltungsanordnung gemäss Fig. 4 unterscheidet sich von der Schaltungsanordnung gemäss Fig. l dadurch, dass an Stelle eines Komparators eine Summiereinrichtung --9-- vorgesehen ist und der inverse Ausgang des Speichers --2-- an den Tiefpass --6--, dessen Ausgang an die Summiereinrichtung --9-- gelegt ist, geführt ist.
Der bistabile Speicher-2-- gibt oberhalb einer bestimmten Spannungsschwelle einen H-Pegel und unterhalb dieser Schwelle einen L-Pegel am Ausgang ab. Ist der Ausgangswert der Summier- einrichtung --9-- grösser als dieser Schwellwert, dann führt der inverse Ausgang des bistabilen Elementes --2-- einen L-Pegel, wodurch Uy absinkt. Diese Schaltung hält also die Eingangsspannung des Speichers --2-- auf diesem Schwellwert. Durch die Summiereinrichtung besteht die Beziehung Ue + Uy = konstant. Wenn Ue im Abtastzeitpunkt negativ wird, geht Uy um denselben Betrag in die positive Richtung.
Wenn somit der Signalwert Uy im Abtastzeitpunkt dem negativen Signalwert Ue entspricht, wird von der Summiereinrichtung --9-- kein Korrektursignal abgegeben und wird somit das Ausgangssignal des Tiefpasses --6-- nicht verändert. Wenn hingegen das Ausgangssignal des Tiefpasses --6-- dem Eingangssignal Ue nicht entspricht, werden von der Summiereinrichtung --9-die erforderlichen Korrektursignale abgegeben.
Die Schaltung gemäss Fig. 5 unterscheidet sich von der Schaltung gemäss Fig. 4 dadurch, dass für den Fall, dass die Gleichstromanteile der Eingangsspannung Ue nicht von Interesse sind, an Stelle einer Summierungseinrichtung ein Koppel-Kondensator --13-- und ein Widerstand --14-- vorgesehen sein können, die die Funktion der Summiereinrichtung übernehmen. Bei dieser Schaltung geht der Innenwiderstand der Signalquelle in die Funktion des Tiefpasses ein.
Abschliessend sei darauf hingewiesen, dass auf Grund der Tatsache, dass die Eingangssignale periodisch sind, der Zeitfaktor an sich keine Rolle spielt und demnach die auftretenden Einschwingvorgänge nicht von Bedeutung sind. Die Struktur sämtlicher erfindungsgemässer Schaltungen liegt in der Kombination eines bistabilen, digitalen Speichers mit einem Triggerkreis und einer Verzögerungsschaltung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur Darstellung periodischer elektrischer Signale, dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Eingangssignal beaufschlagte Triggerschaltung (4) vorgesehen ist, deren Ausgangsimpulse durch eine erste Ablenkspannung (Ux) verzögert werden, sowie dass ein bistabiler digitaler Speicher (2) vorgesehen ist, der mit vom Eingangssignal (Ue) abgeleiteten Signalimpulsen beaufschlagbar sowie von den verzögerten Triggerimpulsen steuerbar ist und dessen Ausgangssignale zur Bildung von Signalwerten dienen, die dem Eingangssignal in den Zeitpunkten der Signalimpulse entsprechen.
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