DE2643278B2

DE2643278B2 - Vektorgenerator für ein Aufzeichnungssystem mit konstanter Zeichengeschwindigkeit und beliebiger Länge und Richtung der Vektoren

Info

Publication number: DE2643278B2
Application number: DE2643278A
Authority: DE
Inventors: Michael Lawrence Tigard Oreg. Rieger (V.St.A.)
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1975-10-24
Filing date: 1976-09-25
Publication date: 1979-08-16
Also published as: NL169527B; DE2643278C3; US4032768A; JPS6040035B2; US4121299A; GB1550172A; FR2329024A1; JPS6020782B2; FR2329024B1; JPS5922171A; NL169527C; JPS6019827B2; JPS5253633A; DE2643278A1; US4122528A; CA1058338A; NL7609484A; JPS5922172A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vektorgenerator für ein Aufzeichnungssystem mit konstanter Zeichengeschwindigkeit und beliebiger Länge und Richtung der Vektoren entsprechend des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Allgemein betrifft die Erfindung das Gebiet graphischer Anzeigegeräte, insbesondere elektronische Schaltungen zur Erzeugung von Steuerspannungen, oder Vektoren, um gerade Linien zwischen Datenpunkten in einem kartesischen Koordinatensystem zu ziehen, das in eine horizonale (X) Achse und eine vertikale (Y) Achse aufweist. Die Datenpunkte lassen sich durch Paare von Koordinatenwerten, d. h. xo, jo; *i, yr, *2, yi\ *), yz usw. darstellen.

Gemäj^ den Regeln der Vektoralgebra kann jeder Vektor S 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 = (X| - X₂) ■ i + I.ν, - is) ·./.

(I)

wobei ;' und j Vektorsymbole bzw. Einheitsvektoren sind, die der_A"- und y-Achse entsprechen, während die r> Größe von R durch den Ausdruck:

R=Ux₁ -V₂)²+ 0·, -V₂)-]^{1 :} (2|

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

Auf dem Gebiet der graphischen Darstellung mit Hilfe von Rechenmaschinen wurden verschiedene π Vektorgeneratorkonstruktionen zur Erhöhung des Wirkungsgrads der Rechenmaschine entworfen, indem die Schreibzeit für das Anzeigebild verkleinert wurde. Charakteristisch ist, daß die Rechenmaschine Informationen liefert, mit denen die Lage einer Reihe von u Datenpunkten festgelegt wird, die das Bild ergeben, wenn sie miteinander verbunden sind. Eine Konstruktion zur Bildung der mathematischen Darstellung eines Vektors wird durch das US-Patent 37 72 563 gelehrt, nach dem gerade Linien zwischen Datenpunkten auf ι dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre gezogen werden. Gemäß der US-PS 37 72 563 ist jedoch die Vektorzeichengeschwindigkeit nicht konstant, sondern verläuft nach einer Exponentialfunktion. Da die Linienbreite und -helligkeit sich merklich mit der .ι Geschwindigkeit ändern können, mit der der Vektor gezeichnet v*ird, stellt es eine wichtige Forderung dar, daß die »Schreibgeschwindigkeit« des Schreibelements, (d. h. des Elektronenstrahls in einem Gerät mit Kathodenstrahlröhre oder der Tintenfeder in einem X- Y-Kurvenschreiber) über die gesamte Lange der Linie konstant ist.

Ein System zur Erzeugung von Vektoren mit variabler Länge und variablem Winkel, bei dem die Schreibgeschwindigkeit unabhängig von der Linienlän- « ge und dem Linienwinkel im wesentlichen konstant ist, ist in dem US-Patent 38 00 183 beschrieben. In diesem besonderen System kennzeichnen zwei binäre Zahlen die Ablenkkomponenten AX und AY. Die jeweils größere Komponente wird erfaßt und zur Festlegung ι, der Neigung einer Sägezahnspannung ausgenutzt, die ihrerseits zwei Digital-Analog-Wandler-Schaltungen parallel erregt.

Jede Wandler-Schaltung erzeugt ein Ausgangssignal, das eine Funktion des Produkts der Sägezahnspannung und einer binären Zahl ist, die der AX- oder A V-Komponenten entspricht Die Ausgangssignale, die den X- und y-Ablenkstromkreisen 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.

In der DE-OS 24 07 919 ist ein Vektorgenerator für ein Aufzeichnungssystem beschrieben, mit dem eine konstante Zeichengeschwindigkeit bei beliebiger Länge und Richtung der Vektoren erzielt werden kann. Es wird hierfür ein Paar von Differenzwerten vorgesehen, die jeweils Abständen zwischen Datenpunkten in Bezugskoordinatenrichtungen entsprechen. Die Differenzwerte gelangen als erste und zweite Größe in eine Rechenschal'ung, die die Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate dieser Größen erzeigt Durch eine integration, die umgekehrt proportional -.-.ur Quadratwurzel beeinflußt wird, werden gemäß der DE-OS 24 07 919 ein Paar von linearen Sägezahnspannungen erzeugt Die Datenpunkte liegen dabei in digitaler Form vor und werden jeweils durch eine Digitalschaltung voneinander subtrahiert Auch die Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate wird mit einer Digitalschaltung erhalten.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Er'indung, einen Vektorgenerator zur Verfügung zu stellen, bei dem die Vektoren nicht nur mit konstanter Geschwindigkeit für beliebige Längen und Richtungen gezeichnet werden und gleichförmige Linienbreiten und gleichförmige Linienhelligkeit aufweisen, sondern durch den der Wirkungsgrad von Rechner gezeichneten Anzeigen erhöht wird. Außerdem soll durch die Erfindung ein vielseitiger Generator für konstante Vektorgeschwindigkeiten geschaffen Werden, der auf einfache Wehe in ultraschneller als auch in ultralangsamer Betriebsweise verwendet und in Form eines integrierten Stromkreises verwirklicht werden kann. Dabei soll der Generator auf einfache Weise und mit verminderten Kosten hergestellt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die technische Lehre gelöst, die dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs zu entnehmen ist. Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 10.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Paare von Eingangsspannungssprüngen K, und K₁₁, die Δ X- und Δ V-Änderungen von einem Datenpunkt zum Zeitpunkt ta — bis zu einem anderen Datunpunkt zum Zeitpunkt ta + entsprechen, gleichzeitig in Paare von Sägeza^nspannungen V_n und V_n nach den folgenden mathematischen Ausdrücken umgewandelt:

I₁

^R f c- J I

Ί"

CJ

11,ν ι

rS · Um
¹ M ' Γ,-

tlj. {})

Die Gleichungen (3) und (4) gelten nur während der Vektorerzeugung, da ansonsten die Ausdrücke gleich null wären, wenn: V„ *■-- V_r, und K₁ = V_n. Die Werte V_nn und V_n,, sind die Anfangswerte vor der Vektorerzeugung.

Dabei ist unter Sägezahnspannung eine Spannung /.u

verstehen, die mil einer linearen Ansfiegsflanke auf einen Wert ansteigt, der für eine gewisse Zeit erhalten bleiben kann. Zu einem anderen Zeitpunkt kann die Spannung mit einer Abfallflankc auf einen vorgebbaren Wert zurückgehen.

In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Absolutwert von V₁ — Kin 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 Fchlerströmcn vereinigt werden, Eine Dividierschal· tung erzeugt einen Strom, der dem Verhältnis des Differenzstroms zum Fchlerstrom proportional ist und der an emc Integiationsschaltung angelegt wird. Da das Verhältnis während der Vcktorcr/cugiing im wesentlichen konstant ist, fließt dem Integrator ein im wesentlichen konstanter Z tarn zu, woraus sich cmc lineare Atisgangsspannung /wischen den Anfangs- und Encipegein ergibt.

Das System nutzt die nichtlincaren Eigenschaften von aufeinander abgestimmten Transistoren aus, um eine im Vergleich mit dem früheren Stand der Technik relativ einfache Schaltung zu schaffen. Die Schreibgeschwindigkeit des Vektors hängt von zwei Kondensatoren ab. wodurch der Stromkreis leicht an die Sc'nreibgeschwindigkeitcn für Anzeigen mit Speicher oder Wiederhol-Kathodenstrahlröhren oder für elektromechanischo Kurvenschreiber angepaßt werden kann.

Nachstehend wird die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert: Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Generators für konstante Vektorgeschwindigkeit gemäß der Erfindung.

F-" i g. 2 ein Diagramm mit leiterartiger Struktur über die Beziehungen von .Signalwellen der im Blockschaltbild von F i g. 1 dargestellten Anordnung,

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Systems.

F i g. 4 eine schematische Darstellung eines Teils des Systems gemäß F i g. 3. der sich auf cmc Dividier-Integrationsschaltung bezieht.

F i g. 5 eine schematische Darstellung eines Teils des Systems gemäß F i g. 3. der sich auf den Umwandler einer Differenz in einen Absolutwert und von diesem in einen Strom bezieht.

F i g. b eine schematische Darstellung eines Teils des Generators gemäß F i g. 3. der sich auf die Bildung der Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate bezieht.

In den Fig. 1 und 2 sind ein Blockdiagramm eines Generators für konstante Vektorgeschwindigkeit und die zugehörigen S'.gnalwellen gezeigt. Die Fig. 1 stellt eine Analogrechnerschaltung dar. um die Erklärung der mathematischen Beziehungen zu erleichtern. Die Grundschaltung des Vektorgenerators enthält ein Paar Eingangsanschlüsse 1 und 2, ein Paar Ausgangsanschlüsse 3 und 4, ein Paar Summiereinrichtungen 7 und 8, ein Paar Dividiereinrichtungen 11 und 12, ein Paar Integriereinrichtungen 15 und 16, eine Schaltung 18 zur Bildung der Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate (SSSX die in einem Paar von geschlossenen Regelkreisen angeordnet ist. Die Spannungssprungsignale V₅, und Vs₁, die jeweils der X- und der K-Achse eines kartesischen Koordinatensystems entsprechen, werden paarweise gleichzeitig an die Eingangsanschlüsse 1 und 2 angelegt. V₅, und V_iv können von einer Rechenmaschine oder dergleichen über ein Paar von Digital-Analog-Wandlern geliefert werden und steilen Datenpunkte des Koordinatensystems dar.

Die Zeit in in Fig. 2 entspricht dem Anlegen eine« Paares von Sprungsignalcn V_n und V„ die zu Erklärungszwecken für dieses Beispiel X\ - x„ = + 5 Volt und »ι -Vn = - 5 Volt sein sollen. Die Werte x„ und .Vn können irgendeine Größe entsprechend der Lage eines Datenpunkts sein. Neue Spannungswcrte Ai und v\ werden mit den alten .Spannungswerten *, und y„ zu A\ - - Vn + ν, und/dj- = -jo + y\ in Summiereinrichtungen 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 Zeitpunkt /, auf null Volt abfallen, während die Sägczahnausgangsspannungcn V , und V, sich entwickeln. Die Differenz-Signale ;) und />u erden an die .S'.S'.S'-Schaltiing 18 zur F-T/eugung eines l'ehlersignals c angelegt, das zum Zeitpunkt /n gleich + 7,07 Volt (die Quadratwurzel aus 25 + 25 = 50) ist und linear auf null Volt zum Zeitpunkt /,zurückgeht.

Dividierschaltungen 11 und 12 erhalten die Differenz-Signale ;i bzw. b und das iehiersignai c und Metern Ausgangsströme, die den Verhältnissen der Differenz Signale zu dem Fehlersignal proportional sind. Da diese Verhältnisse im wesentlichen konstant sind, sind auch die den Integrationsschaltungen 15 und 16 zufließenden Ströme im wesentlichen konstant, wodurch linear veränderliche Ausgangsspannungen V_n und V'',, entstehen. Die Zeitdifferenz I₁-I_n hängt vom Widerstand K und der Kapzität C in der Schaltung ab.

Mathematisch ausgedrückt, gilt:

M/l

R C

κ ι α

R j^J h

C ■ ,<r' ι Ir

wobei a*=x\ — x(t) und 6= V\—y (0 i^st- Es läßt sich erkennen, daß diese Gleichungen den Vektorgleichun

-.<· gen (3) und (4) nach der Substitution der Werte \(t) = Vr,. Vi = V₁₁ zum Zeitpunkt /n, und \(t) = V_n. ν, = V₁₁ zum Zeitpunkt /„, in die Gleichungen (5) und (6) äquivalent sind.

Ein Komparator 20, dem das Fehlersignal czugeführt

: wird, vergleicht es mit einer Null-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 neue Spannungssprünge V, und V₁, annehmen.

Damit das Schreibelement rasch von einem Punkt zu einem anderen bewegt werden kann, nachdem z. B. eine Anzeigelinie geschrieben ist, und eine neue Linie

Vi begonnen werden soll, ist eine Schnellnachführ-Schaltung 24 vorgesehen, durch die sich Schaltkontakte 24a und 246 öffnen lassen. Diese Maßnahme sperrt die 555-Schaltung 18 gegen die Ströme und ruft eine Ladung von Kondensatoren der Integratoren 15 und 16

m 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

*5 mathematisch erkennen, indem man die Nenner der Gleichungen (5) und (6) gegen Null streben läßt, wobei im wesentlichen eine Dirac-Delta-Funktion bestimmt wird. Die Schnellnachführ-Schaltung 24 kann Vorzugs-

weise ein Schalttransistor oder ein Relaiskontakt sein. Dies hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der der Vektorgenerator betrieben wird. Die Betätigungssignale gelangen üoer einen Eingangsanschluß 25 zur Schnellnachfuhrschaltung 24.

Die F i g. 3 zeigt eine Analogrechneranordnung eines Generators für konstante Vektorgeschwindigkeit gemäC iiner bevorzugten Ausführungsform. Die Anordnung stellt eine geringfügige Abwandlung von derjenigen in F i g. 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 /',., bzw. i_ry, die ihrerseits als a- und fr-Eingänge für die SSS-Schaltung 18 benutzt werden. Der Strom /,., ist dem Absolutwert der Differenz zwischen Xo und x\ proportional, in gleicher Weise isi uci Siiuiii f_f, uem Absuiuiweri der Differenz zwischen y_a und y\ proportional. Der Ausgang der SSS-Schaltung 18 liegt in Form von gleichen Strömen in, und int vor, die jeweils an die Dividierschaltungen 11 und 12 angelegt werden. Die Dividierschaltungen 11 und 12 vollziehen die Summierfunktion zur Erzeugung der Riffcrcnywcric λ ι — Vo und y· — y-j und erzeugen im wesentlichen konstante Ströme i„ und /^ für die Integration mittels der Integratoren 15 und 16.

Aus den Gleichungen (5) und (6) kann folglich ersehen •.yerden, daß lineare Sägczahnspanr.ungen V_r, und V_n, erzeugt werden. Derartige Sägezahnspannungen erzeuger., ./enn 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 Schnellnachführ-Schaltung 24 arbeiten im wesentlichen so wie oben unter Bezug auf Fig. 1 beschrieben wurde.

Die Dividierschaltungen 11 und 12 und die Integratoren 15 und 16 von Fig. 3 sind sowohl für die X- als auch für die K-Achse identisch, so daß es genügt, nur eine kombinierte Dividier-Integrationsschaltung im Detail zu untersuchen. Eine derartige Beschreibung gilt voraussetzungsgemäß für beide Einrichtungen. Eine deiaiiiierte Darstellung der Dividier-lntegrationsschaltung ist in Fig.4 gezeigt, wobei die x- und y-Indizes weggelassen wurden. Es ist ein Paar von in einer Differentialschaltung verbundenen NPN-Transistoren 40 und 41 gezeigt, die in ihren Basisstromkreisen ein zweites Paar von in einer Differentialschaltung verbundenen NPN-Transistoren 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.

Diese Schaltungsanordnung ist als Gilbert-Verstärkerelement bekannt und ausführlich in der US-Patentschrift 36 89 752 beschrieben. Em Operationsverstärker 50 ist mit seinen zwei Eingängen jeweils an die Kollektoren der Transistoren 40 und 41 angeschiossea Der Ausgang des Operationsverstärkers 50 ist einerseits mit einem Ausgangsanschluß 3,4 und andererseits über einen Rückkopplungskondensator 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 Schnellnachführung, um an der Basis des Transistors 41 die virtuelle Erde aufrecht zu erhalten.

in Die Ströme, die sich in der Dividier-Integrations-Schaltung ausbilden, sind in F i g. 4 gezeigt, wobei mit h die vereinigten Emitterströme der Transistoren 43 und 44, in die vereinigten Emitterströme der Transistoren 40 und 41 und i_c der konstante Ladestrom des Kondensa-

i-, tors 52 bezeichnet sind. Darüber hinaus ist der Strom in der Fehlerstrom, der von der 555-Schaltung 18 erzeugt wird. Unter der Annahme, daß die Werte der Widerstände 54 und 56 gleich sein sollen und daß die Knoienpunktspannungen V>und V; wegen der Wirkung

in des Operationsverstärkers 50 identisch sind, lassen sich geeignete Werte für R und C mathematisch wie folgt ermitteln:

Γ,

I,

ι, ■

Durch Verbindung ilcr Gleichungen (7) und IXl eruibl sich:

2 ·/„■/.. V_s-V, \,-\) l\-V_r

Die Auflösung nach /,. und die Integration führt zu dem Ausdruck für I·',:

lc =

2-1,,-R

df

'■ - ei-

ot Tür Ί\ψ I₁. .

(10)

(H)

Für die Ströme, die in einer Schaltung gemäß Fig. 4

fließen, gelten gewisse Einschränkungen, um die Sättigung der Gilbert-Verstärkungszelle zu verhindern.

Die nachfolgende Tabelle zeigt diese Einschränkungen und normal ausgewählte Werte.

Tabelle I
i_r(max) < '/2'/.

ic™*, = 300 μΑ .
/,. = 800 μΑ ,
'«(-«χ, = 400 fiA ,
(K-VJ,„„= 10 V.

Unter Ausnutzung der in Tabelle 1 gegebenen Werte können die Werte der Widerstände 54 und 56 aus der

Gleichung (9) als 33 kn 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 Änderungsgeschwindigkeit der Ablenkspannung Für eine maximale Schreibg^schwindigkeit von 13 000 Zentimetern pro Sekunde 6500 Volt pro Sekunde betragen. Der

Wert von i_c wird durch dieses ^dividiert und liefert so einen Kapazitätswert von 0,046 Mikrofarad.

Ein weiterer Vorteil der in Fig. 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.

Dip F i g. S 7Pigt den Aufbau rlpsjpnigpn Teils Hp.s

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 K-Achse identisch sind, wird nur eine beschrieben, wobei vorausgesetzt ist, daß die Beschreibung auf beide zutrifft. Aus diesem Grunde wurden die x- und y-lndizes weggelassen.

In Fig.5 ist eine Präzisionsabsolutwertschaltung gezeigt, die für die Ausführung von Differenz- und Stromumwandlungsfunktionen abgewandelt ist. Präzisionsabsolutwertschaltungen sind bekannt und ausführlich in dem Buch »Applications of Operational Amplifiers«, von Jerald G. Graeme, McGraw Hill, 1973 beschrieben.

Die Schaltung enthält Operationsverstärker 70 und 71, Gleichrichtdioden 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 Schal tungsentwurfs.

Die Ausgangssägezahnsp'.nnung V_r wird an den Anschluß 83 angelegt, während der Eingangsspannungssprur.g V₅ an den Anschluß 85 angelegt wird. In Abweichung vom bekannten Stand der Technik werden die » + «-Eingänge d. h. die nichtnegierenden 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 Weise kann der Absolutwert der Differenz zwischen zwei Signalspannungen V_r und V₅ erhalten werden.

Die Umwandlung des Spannlingsabsolutwerts in einen Strom wird mi^einem Transistor 90 erzielt, dessen Kollektor an den »X«-Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 71 und dessen Basis mit dem Ausgang dieses Operationsverstärkers verbunden ist Der in den Transistor 90 fließende KoIIektorsirom entspricht dem Absolutwert von V, ■■ V» dividiert durch den Wert des Widerstandes 78. Der Emitterstrom /_cdes Transistors 90 wird durch den ««.-Faktor in Vorwärtsrichtung des Transistors beeinflußt Über den Anschluß 92 ist der Strom der SSS-Schaltunp 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

ίο und Emitterdioden 107,108 und 109 enthält, ist bekannt und ein Beispiel findet sich in »Electronic Letters« Volume 10, No. 21, Seiten 439 und 440.

Die Differenzströme i„ und i_cy werden von den Absolutwertschaltungen (Blöcke 31 und 32 der Fig. 3)

i) jeweils den Anschlüssen 92a und 92b zugeführt. Die Basisspannungen der Transistoren 100 und 101 werden in bezug auf Erde gemäß den logarithmischen Charakteristiken der Halbleiterdiodenschichten gebildet. Ohne zu tief in die bekannte Physik dieser

>(i Anordnungen einzudringen, kann gesagt werden, daß der vereinigte Kollektorstrom für die Transistoren 100 und 101 gleich dem Dreifachen der Quadratwurzel aus der Summe von (i_ex)² und (i_cy)² ist Die integrierte Schaltkreistechnik ermöglicht die enge Abstimmung der

»- Charakteristiken dieser Transistoren und Dioden, um die Fehler zwischen den Eingängen und den Ausgängen minimal zu halten.

Der Ausgangsstrom wird in drei gleiche Teile aufgespalten, von denen jeder der Größe des Vektors

in 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

Γ) Emitterwiderstände 125, 127 und 129 hervorgerufen. Die Ströme /</* und ij_y stehen den Dividierschaltungen (Blöcke 11 und 12 von Fig. 3) jeweils über die Anschlüsse 132 und 133 zur Verfügung. Ein gleich großer Strom ist für die Komparatorschaltung 20 (F i g. 1 und 3) über den Anschluß 135 verfügbar. Die Transistoren 115, 117 und 119 können für die Schnellnachführung des Schreibmediums durch Abtrennung von der Spannungsquelle in der. nichtleitenden Zustand versetzt werden, wie es oben erläutert wurde.

■Γ) Während hier die bevorzugte Ausführangsform 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.

V) Beispielsweise kann eine weniger genau arbeitende Schaltung dadurch erhalten werden, daß die Schaltung zur Bildung der Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate durch eine Schaltung zur Bestimmung maximaler (^₁], l/il/Fehlerströme ersetzt wird, um hieraus einen Fehlerstrom abzuleiten, der nach Division eine Näherung der Winkel und Größen des Vektors liefert

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

t. Vektorgenerator für ein Aufzeichnungssystem mit konstanter Zeichengeschwindigkeit und beliebiger Länge und Richtung der Vektoren, wobei ein Paar von im wesentlichen gleichzeitigen Spannungssprüngen in ein Paar linearer Sägezahnspannungen mit gleichbleibender Geschwindigkeit umgewandelt wird, mit einer Einrichtung zum Erzeugen von Differenzgrößen, welche in einer Rechenschaltung in eine weitere Größe entsprechend der Quadratwurzel der Summe der Quadrate dieser Größen weiterverarbeitet werden, gekennzeichnet durch Summiereinrichtungen (7, 8), deren einer Eingang (+) mit den Eingangsanschlüssen (1, 2) für die Spannungssprungsignale (V_5x. V_sy\ deren anderer Eingang (—) mit den Ausgangsanschlüssen (3,4) für die Sägezahnspannungen (V_n, ν_σ) verbunden ist, um die Differenz aus den Spannungssprüngen und den Ausgangs-Sägezahnspannungen zu bilden und deren Ausgang mit der Rechenschaltung (18) sowie Dividierschaltungen (11, 12) verbunden ist, denen andererseits als Divisor das Ausgangssignal der Rechenschaltung (18) zugeführt ist, wobei die Ausgangssignale dieser Dividiercchaltungen (11,12) je einem Integrator (15,16) zugeführt werden, der an den ihm zugeordneten Ausgangsanschluß (3, 4) die Sägezahnspannung(V_n, V^abgibt
2. Vektorgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne' Uaß die Differenzgrößen Ströme (i*, ib) sind und die weitere Größe ein weiterer Strom (i_c) ist, und die Dividierschaltungen (11,12) ein Paar von im wesentlichen konstanten Strötrsn erzeugen, die mathematisch durch das Verhältnis des jeweiligen Differenzstromes zum weiteren Strom (ij\_a itJü·) bestimmt sind.
3. Vektorgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltungen (31, 32) zur Bildung von Absolutwerten vorgesehen sind, die auf bipolare Eingangsspannungspegel ansprechen und daraus unipolare Differenzgrößen erzeugen.
4. Vektorgenerator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Komparator (20) vorgesehen ist, der auf die weitere Größe (u) der Rechenschaltung (18) anspricht und während der Erzeugung der Vektoren Meldesignale erzeugt.
5. Vektorgenerator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (24) zur Schnellnachführung vorgesehen sind, mit denen die Ablenksignale in X- und V-Koordinatenrichtung bei Änderungen der Eingangsspannungspegel nicht linear nachführbar sind.
6. Vektorgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (24) zur Schnellnachführung Schaltungen (24a, 2Ab) aufweist, mit denen die Zufuhr der weiteren Größen (i_t-)zu den Dividierschaltungen (11, 12) unterbrechbar ist, so daß die Dividierschaltungen Paare von Stromimpulsen als Antwort auf sprungartige Änderungen der Eingangsspannungspegel erzeugen.
7. Vektorgenerator nach Anspruch I bis 6, gekennzeichnet durch

— einen ersten Operationsverstärker (70) mit invertierenden (-) und nichtin vertierenden ( + ) Anschlüssen und einem Rückkopplungsnetzwerk, das einen /wischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang angeordneten Vollweggleichrichter (74, 75) aufweist, mit dessen Ausgang ein zweiter Operationsverstärker (71), der invertierende (—) und nichtinvertierende (+) Anschlüsse enthält, mit seinem invertierenden Eingang (—) verbunden ist,

— durch erste und zweite Eingangsanschlüsse (83, 85), die jeweils an die invertierenden bzw. nichtinvertierenden Anschlüsse des ersten und

in zweiten Operationsverstärkers (70, 71) für den

Empfang von ersten und zweiten Eingangssignalen gelegt sind,

— und einen Transistor (90), der mit seinem Kollektor und seiner Basis jeweils mit dem nichtinvertierenden Anschluß und dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers (71) verbunden ist, über seinen Emitter an die Rechenschaltung (18) angeschlossen ist, wobei der durch den Emitterzweig des Transistors (90) fließende Strom dem Absolutwert der Differenz zwischen den ersten und zweiten Eingangssignalen proportional ist.
8. Vektorgenerator nach Anspruch 1 bis 7, 2^r) dadurch gekennzeichnet, daß in den Dividiereinrichtungen (11, 12) Rechteckimpulse erzeugt werden können, deren Dauer mit der weiteren Größe (i_c) übereinstimmt
9. Vektorgenerator nach Anspruch 1 bis 8, κι dadurch gekennzeichnet, daß in den Integrationseinrichtungen (15,16) ein Paar von Operationsverstärkern (50) vorgesehen ist, die jeweils in ihrem Rückkopplungskreis einen Kondensator (52) aufweisen, wobei die Änderungsgeschwindigkeit der X-

r. und y-Ablenkspannungen von einem zum anderen Datenpunkt von den Werten der Kondensatoren und der Größe der in diese eingespeisten Ströme abhängt.
10. Vektorgenerator nach Anspruch I bis 9, in gekennzeichnet durch

— einen Differentialverstärker mit einem ersten (40) und zweiten (41) Transistor, die in einer Differentialverbindung miteinander stehen, sowie mit einem Paar von an die Basen der

¹' Transistoren angeschlossenen Eingabeelementen (43,44) für die Umwandlung eines Differenzstromes in eine die Basen beaufschlagende Differenzspannung, wobei die Eingabeelemente (43,44) logarithmische Durchlaßcharakteristiken

'" aufweisen, die im wesentlichen derjenigen einer

Halbleiterschicht entsprechen,
eine Verbindung eines invertierenden (-) und nichtinvertierenden ( + ) Anschlusses des Operationsverstärkers (50) jeweils mit den Kollektoren

" des ersten (40) und zweiten (41) Transistors,

— einen Rückkopplungskreis mit einem Kondensator (52), der zwischen dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers (50) und der Basis des zweiten Transistors (41) angeordnet ist, und

^h" — an die Emitter der differentiell miteinander verbundenen ersten und zweiten Transistoren (40, 41) angeschlossene Stromquellen, wobei diese Schaltungsanordnung gleichzeitig der Division und der Integration der entsprechenden

^h' Ströme für eine Vektorkomponente dient.