CH649643A5 - Vorrichtung mit einem positionierungselement und mit steuermitteln zur erzeugung einer an das positionierungselement angelegten steuerspannung. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung der eingangs Transistor vom ersten Leitungstyp und einen vierten Transi-

genannten Art zu schaffen, die sich zur Steuerung mit impuls- stor von einem zweiten Leitungstyp enthalten, wobei die förmigen Steuersignalen eignet und keine verhältnismässig Emitter dieses dritten und dieses vierten Transistors mit ei-

hohe Speisespannung erfordert und deren Energieverbrauch 10 nem Speisungsanschlusspunkt und die Kollektoren über den minimal ist. Sekundärkreis mit diesem Speisungsanschlusspunkt verbun-

Die erfindungsgemässe Vorrichtung weist die im kenn- den sind, während die Basis des dritten Transistors mit einem zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merk- dritten Steuereingang und die Basis des vierten Transistors male auf. mit einem vierten Steuereingang verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich 15 Wird die Vorrichtung nach der Erfindung z.B. in einem das piezoelektrische Element kapazitiv verhält und selbst als System verwendet, mit dessen Hilfe ein Magnetkopf beim integrierendes Element wirken kann, dadurch, dass ihm auf Auslesen von Information in bezug auf die eingeschriebene den Befehl der genannten impulsförmigen Steuersignale La- Informationsspur mit der Informationsspur als Referenz po-dungsimpulse zu- oder von ihm abgeführt werden. Dabei sitioniert wird, so wird dieses System nicht wirken, wenn Inkann die Spannung über dem piezoelektrischen Element ver- 20 formation eingeschrieben werden muss, weil dann die Refe-hältnismässig hoch in bezug auf die für die Vorrichtung benö- renz fehlt. In einem solchen Falle, aber auch bei anderen An-tigte Speisespannung werden, weil die Spannung über dem Wendungen, ist es wünschenswert, dass das piezoelektrische piezoelektrischen Element nicht über einen Spannungsver- Positionierungselement eine gut definierte Lage einnimmt, stärker, der keine die Speisespannung überschreitende Span- Dies kann nicht gut erfolgen, wenn nur eine Bezugsspannung, nung liefern kann, angelegt wird, sondern ihm Ladung zuge- 25 z.B. 0 V, über dem piezoelektrischen Element angelegt wird, führt wird, wodurch die Spannung über dem piezoelektri- weil infolge von Hystereseeffekten die Lage durch die Höhe sehen Element durch die Gesamtladungsmenge und die Ka- und die Polarität der Spannung über dem Piezoelement mit-pazität des piezoelektrischen Elements bestimmt wird. Durch bestimmt wird und die Lage dieses Elements gerade für diese das Vorhandensein der Schalteinrichtung und die integrie- Spannung auf einen Bezugswert gebracht ist.

rende Wirkung des piezoelektrischen Elements ist für die Auf- 30 Eine Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfin-rechterhaltung von Spannungen kein Strom erforderlich und dung hat sich als besonders geeignet erwiesen zur Lösung die-fliesst nur Strom beim Auftreten von Steuerimpulsen. Der ses Problems. Diese Ausführungsform besteht darin, dass die Energieverbrauch der Vorrichtung ist denn auch minimal. genannte Schaltungsanordnung Ausgänge besitzt, die mit Um eine gute Spannungsisolierung zwischen dem piezo- dem ersten, zweiten, dritten und vierten Steuereingang verelektrischen Element und der Ladungsquelle zu erhalten, 35 bunden sind, derart, dass der erste und der dritte Transistor in kann vorgesehen werden, dass die Vorrichtung einen Trans- Phase leitend und nichtleitend werden, dass die genannte formator mit einem Primär- und einem Sekundärkreis ent- Schaltungsanordnung derart ausgebildet ist, dass in einem erhält, dass die genannte Schalteinrichtung erste und zweite sten Zustand diese Ausgänge eine niedrige Ausgangsimpe-Schaltorgane enthält, dass das piezoelektrische Element in danz aufweisen und Steuersignale an den ersten, zweiten, drit-Reihe mit den ersten Schaltorganen in den Sekundärkreis auf- 40 ten und vierten Eingang weiterleiten können, und in einem genommen ist und dass die Ladungsquelle über die zweiten zweiten Zustand diese Ausgänge eine hohe Ausgangsimpe-Schaltorgane in den Primärkreis des Transformators aufge- danz aufweisen, so dass diese Ausgänge dem Potential am er-nommen ist, derart, dass auf den Befehl der genannten Schal- sten, zweiten, dritten und vierten Eingang folgen, wobei die tungsanordnung Stromimpulse in beiden Richtungen in dem Basis des ersten bzw. des zweiten Transistors in gegenkop-Sekundärkreis fliessen können und dass beim Fehlen eines 45 pelndem Sinne mit dem Kollektor des zweiten bzw. des ersten solchen Befehls der Sekundärkreis unterbrochen ist. Transistors gekoppelt ist, und wobei die Basis des dritten Um auf einfache Weise einen Ladungstransport in zwei bzw. des vierten Transistors über einen ersten bzw. einen verschiedenen Richtungen zu erhalten, besteht eine Ausfüh- zweiten Widerstand mit einem ersten bzw. einem zweiten Po-rungsform der Vorrichtung nach der Erfindung darin, dass tentialpunkt verbunden ist, derart, dass, wenn sich die Aus-die zweiten Schaltorgane einen ersten und einen zweiten 50 gänge der Schaltungsanordnung im zweiten Zustand befin-Schalter enthalten und dass der Transformator eine Primär- den, der dritte und der vierte Transistor leitend sind, und dass wicklung mit Mittelanzapfung enthält, wobei diese Mittelan- eine weitere Schaltungsanordnung vorgesehen ist, die be-zapfung mit einem ersten Speisungsanschlusspunkt verbun- wirkt, dass die Speisespannung zwischen der Mittelanzapfung den ist, dass die Ladungsquelle eine Stromquelle enthält, wo- der Primärwicklung des Transformators und einem Punkt, bei das eine Ende der Primärwicklung über den ersten Schal- 55 der mit der von den Emittern des ersten und des zweiten Tran-ter mit dieser Stromquelle verbunden ist, und dass das andere sistors abgekehrten Seite der Stromquelle verbunden ist, mit Ende der Primärwicklung über den zweiten Schalter mit die- der Zeit abnimmt, wenn sich die Ausgänge der erstgenannten ser Stromquelle verbunden ist. Schaltungsanordnung im zweiten Zustand befinden.

Diese Ausführungsform kann weiter darin bestehen, dass Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Ausgänge der erstgenann-der erste Schalter durch einen ersten Transistor von einem er- 60 ten Schaltungsanordnung schwebend werden, werden der sten Leitungstyp gebildet wird, wobei der Emitter dieses er- dritte und der vierte Transistor leitend und entlädt sich die sten Transistors mit der Stromquelle, sein Kollektor mit dem Kapazität des Piezoelements. Gleichzeitig werden die kreuzeinen Ende der Primärwicklung des Transformators und seine weisen Gegenkopplungen zwischen den Kollektoren und den Basis mit einem ersten Steuereingang verbunden ist, und dass Basen des ersten und des zweiten Transistors wirksam, wo-der zweite Schalter durch einen zweiten Transistor von diesem 65 durch beide Transistoren als Multivibratoren wirken, wobei ersten Leitungstyp gebildet wird, wobei der Emitter dieses der Schwingkreis durch den Transformator und die Kapazi-zweiten Transistors mit der Stromquelle, sein Kollektor mit tät des piezoelektrischen Elements gebildet wird. Die mit der dem anderen Ende der Primärwicklung des Transformators Zeit abnehmende Speisespannung bewirkt eine Abnahme der

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Amplitude dieser Schwingung mit der Zeit und das piezoelektrische Element erreicht beim Abklingen dieser Schwingung eine gut definierte Ruhelage.

In bezug auf die Mittel, die bewirken, dass die Speisespannung mit der Zeit abnimmt, kann die Vorrichtung nach der Erfindung weiter darin bestehen, dass die weitere Schaltungsanordnung einen Pufferkondensator zum Puffern der genannten Speisespannung und einen Speisungsschalter enthalten, mit dessen Hilfe eine Speisequelle von dem Pufferkondensator entkoppelt wird, wenn sich die Ausgänge der erstgenannten Schaltunganordnung im zweiten Zustand befinden.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Beispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen im-pulsförmiger Steuersignale für die Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 einige Signalformen zur Erläuterung der Wirkung der Schaltung nach Fig. 1,

Fig. 3 das Prinzipschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 4 den Prinzipaufbau eines möglichen piezoelektrischen Positionierungselements,

Fig. 5 einige Signalformen zur Erläuterung der Wirkung der Vorrichtung nach Fig. 3,

Fig. 6 den Prinzipaufbau einer Vorrichtung, mit deren Hilfe ein piezoelektrisches Positionierungselement in eine Ruhelage gebracht wird,

Fig. 7 eine Signalform zur Erläuterung der Wirkung der Vorrichtung nach Fig. 6,

Fig. 8 eine praktische Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 9 eine integrierte Schaltung zum Weiterleiten von Steuersignalen an die Vorrichtung nach Fig. 8.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Lieferung impulsförmi-ger Signale, die ein Mass für den Phasenunterschied zwischen zwei Signalen sind. Diese Vorrichtung kann in Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform eines Verstärkers zum Steuern eines piezoelektrischen Elements verwendet werden. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird diese Vorrichtung zur Regelung der Lage eines Wiedergabekopfes 2 in bezug auf das auf einen bandförmigen Aufzeichnungsträger 1 eingeschriebene Signal verwendet («Aziinutregelung»). Wenn nämlich ein Kopf mit seinem Spalt nicht entsprechend dem eingeschriebenen Signal angeordnet ist, d.h., dass er in bezug auf das Band nicht parallel zu dem Spalt des Kopfes liegt, der das Signal geschrieben hat, wird die Kennlinie der Signalübertragung von dem Aufnahmekopf über das Band zu dem

Wiedergabekopf beeinträchtigt.

Um die Lage des Wiedergabekopfes 2 in bezug auf das auf das Band 1 aufgezeichnete Signal steuern zu können, ist der Spalt des Wiedergabekopfes 2 in zwei Teile 3 und 4 aufgeteilt, die je eine eigene in der Figur nicht dargestellte Spule besitzen, wobei diese Spulen ein Signal S] bzw. S2 liefern. Diese Signale sind in Fig. 2a bzw. 2b dargestellt und weisen im vorliegenden Beispiel zu den Zeitpunkten t] und t2 Phasenunterschiede verschiedener Polarität auf. Die Signale Si bzw. S2 werden einer Schaltung 5 bzw. 6 zugeführt, wobei diese Schaltungen die Signale S] und S2 reinigen, z.B. dadurch, dass der Einfluss von Rauschen herabgesetzt wird, und die ein Ausgangssignal S3 bzw. S4 liefern, welche Signale rechteckförmig sind und mit den Nulldurchgängen der Signale Si bzw. S2 synchron sind. Diese Rechteckform kann z.B. dadurch erhalten werden, dass die Signale S| und S2 einem begrenzenden Verstärker zugeführt werden. Diese Signale S3 bzw. S4 sind in Fig. 2c bzw. 2d dargestellt. Die Signale S3 bzw. S4 werden Schaltungen 7 bzw. 8 zugeführt, die Impulse konstanter und gleicher Dauer synchron mit den positiven Nulldurchgängen der Signale S3 bzw.

S4, somit auch synchron mit den positiven Nulldurchgängen der Signale S! bzw. S2, liefern. Diese Schaltungen 7 und 8 können z.B. monostabile Multivibratoren oder auch Zähler sein, Fig. 2e bzw. Fig. 2f zeigt dieses Signal. Über Inverter 9 5 bzw. 10 wird das Signal S5 bzw. S6 invertiert. Dieses invertierte Signal S7 bzw. S8 zeigt Fig. 2g bzw. Fig. 2h. Das Signal S7 bzw. S8 wird dem Eingang 13 bzw. 15 eines Flipflops 11 bzw. 12 zugeführt, während das Signal S6 bzw. S5 Eingängen 14 bzw. 16 des Flipflops 11 bzw. 12 zugeführt wird. Das Flip-io flop 11 bzw. 12 ist von einem Typ, bei dem das Signal S9 bzw. S10 (siehe Fig. 2i bzw. Fig. 2j) am Ausgang 17 bzw. 18 niedrig ist, wenn das Signal S6 bzw. S5 am Eingang 14 bzw. 16 niedrig ist, und seinen Zustand an einer ansteigenden Flanke des Signals S7 bzw. S8 am Eingang 13 bzw. 15 ändert, vorausgesetzt, 15 dass das Signal S6 bzw. S5 am Eingang 14 bzw. 16 hoch ist. Die Inverter 9 und 10 entfallen, wenn für die Flipflops 11 und 12 Flipflops, die an den negativen Flanken der Signale an den Eingängen 13 und 15 ihren Zustand ändern, verwendet werden. Im Beispiel nach Fig. 2i ändert das Ausgangssignal S9 20 seinen Zustand nicht an der ansteigenden Flanke des Signals S7 zum Zeitpunkt t4, weil das Signal S6 zu diesem Zeitpunkt niedrig ist. Zum Zeitpunkt t7 ändert sich dieses Signal S9 von niedrig zu hoch an der ansteigenden Flanke des Signals S7 zu diesem Zeitpunkt und wieder von hoch zu niedrig zum Zeit-25 punkt t8, wenn das Signal S6 wieder niedrig wird. Auf diese Weise wird am Ausgang 17 ein Impuls mit einer Zeitdauer entsprechend dem Phasenunterschied zwischen den Signalen S! und S2 erzeugt, welcher Impuls nur auftritt, wenn das Signal S| gegenüber dem Signal S2 in der Phase voreilt. Auf ent-30 sprechende Weise wird am Ausgang 18 ein solcher Impuls erzeugt, jedoch nur dann, wenn das Signal St gegenüber dem Signal S2 in der Phase nacheilt. Die Vorrichtung nach Fig. 1 erzeugt also Impulse, die ein Mass für den Phasenunterschied zwischen den Signalen Si und S2 und somit für die fehlerhafte 35 Lage des Kopfes 2 in bezug auf das eingeschriebene Signal sind. Die Vorrichtung nach Fig. 1 ist allgemeiner und detaillierter in der niederländischen Patentanmeldung Nr.

7 805 803 beschrieben.

Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Umwandlung des Aus-40 gangssignals der Vorrichtung nach Fig. 1 in eine Spannung für ein kapazitives Element 29, in diesem bevorzugten Aus-führungsbeispiel ein piezoelektrisches Element zur Positionierung des Kopfes 2.

Fig. 4 zeigt zur Illustrierung den Aufbau einer Ausfüh-45 rungsform eines solchen Piezoelements. Es enthält zwei Schichten piezoelektrischen Materials 33 und 34, die beim Anlegen eines elektrischen Feldes in entgegengesetzter Richtung ihre Länge ändern, um eine Biegung zu bewirken. Diese Schichten 33 und 34 sind auf einer gemeinsamen leitenden so Schicht 35 angebracht und auf den dieser Schicht 35 gegenüber liegenden Seiten mit Elektroden 36 und 37 versehen die mit Anschlusspunkten 30 und 31 verbunden sind. In elektrischer Hinsicht zwischen diesen Anschlusspunkten 30 und 31 verhält sich dieses Piezoelement wie eine Kapazität 29. 55 Die Vorrichtung nach Fig. 3 enthält einen Transformator 20 mit einer aus zwei hälften 21 und 22 bestehenden Primärwicklung, von der eine Mittelanzapfung zu einem Speisungsanschlusspunkt 23 führt, und einer Sekundärwicklung 24. Das Piezoelement 29 ist in Reihe mit zwei parallelen Schaltern 60 26 und 27 zu der Sekundärwicklung 24 parallel geschaltet, während die Primärwicklung 21,22 einerseits über den Schalter 25 und andererseits über den Schalter 28 mit einer Stromquelle 32 verbunden ist. Die Schalter 25 und 26 werden von dem Signal S9 am Ausgang 17 einer Schaltungsanordnung 19 65 z.B. der in Fig. 1 dargestellten Art und die Schalter 27 und 28 werden von dem Signal SI0 am Ausgang 18 betätigt.

Zur Erläuterung der Wirkung der Vorrichtung nach Fig. 3 zeigt Fig. 5a ein Beispiel des Signals S9, Fig. 5b ein Beispiel

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des Signals Si0 und Fig. 5c die Spannung Sn über dem Piezo- • menden Amplitude. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass element 29 als Reaktion auf die Signale S9 und S10. das Piezoelement als Kapazität in einen Schwingkreis aufge-

Zu dem Zeitpunkt to in Fig. 5 ist eine bestimmte Span- nommen, wird, der von einem Multivibrator gesteuert wird,

nung V0 über dem Piezoelement 29 vorhanden. Wenn zum der mit einer mit der Zeit abnehmenden Spannung gespeist

Zeitpunkt ti ein Impuls am Ausgang 17 erscheint, schliessen 5 wird.

sich die Schalter 25 und 26 und fliesst der Strom I von der Fig. 6 zeigt das Prinzipschaltbild eines solchen Multivi-Stromquelle 32 zu dem Speisungsanschlusspunkt 23. Dieser brators. Dieser enthält Transistoren 40 und 41 mit einem geStrom wird zu der Sekundärwicklung 24 transformiert und meinsamen Emitterwiderstand 46 und kreuzweisen Kollek-lädt über den Schalter 26 die Kapazität des Piezoelements 29 tor-Basis-Gegenkopplungen über Widerstände 42,43 und 44, auf. Wenn sekundär ein Strom I0 fliesst, der Wert der Kapazi- i0 45. Das Piezoelement 29 ist zwischen den Kollektor-Elektro-tät 29 gleich C ist und die Dauer des Impulses = T ist, steigt den beider Transistoren 40 und 41 angeordnet und bildet zu-

I0 t sammen mit in die Kollektorleitungen aufgenommenen Indie Spannung am Piezoelement um einen Wert dV = ——- duktivitäten 38 und 39 einen Schwingkreis. Die Kollektoren

* der beiden Transistoren sind über die Induktivitäten 38 und an; z.B. für T = 10~6 sec, I0 = 10 mA und C = 2,5 • 10~9 F ist is 39 über einen Speisungsschalter 48 mit einem Speisungsan-

dV = 4 V. schlusspunkt 49 verbunden. Parallel zu dem Multivibrator ist

Zum Zeitpunkt t2 ist der Impuls im Signal S9 beendet und ein Speisungspufferkondensator 47 angeordnet.

öffnen sich die Schalter 25 und 26, wodurch das Aufladen der Fig. 7 zeigt die Spannung S ! t über dem Piezoelement 29 Kapazität 29 stoppt. Bei jedem weiteren Impuls im Signal S9 als Funktion der Zeit. Anfanglich ist über dem Piezoelement wird die Spannung S i j über der Kapazität 29 weiter erhöht. 20 eine Spannung V0 vorhanden. Zu dem Zeitpunkt to wird der Wenn zum Zeitpunkt t3 ein Impuls im Signal S10 auftritt, Multivibrator auf eine in Fig. 6 nicht dargestellte Weise ge-schliessen sich die Schalter 27 und 28. Der Strom I fliesst dann startet, z.B. dadurch, dass das Piezoelement in den Schwing-über die Primärwicklung 21 und transformiert zu der Sekun- kreis eingeschaltet wird oder dass die kreuzweisen Gegen-därwicklung 24 und entlädt über den Schalter 27 die Kapazi- kopplungsnetzwerke aktiviert werden. Zu demselben Zeit-tät 29, bis zum Zeitpunkt t4 der Impuls im Signal Si0 endet 25 punkt wird der Speisungsschalter 48 geöffnet. Nach dem Zeit-und sich die Schalter 27 und 28 öffnen. Weitere Impulse im Si- punkt to entlädt sich das Piezoelement 29 über die beiden nie-gnal SI0 entladen die Kapazität 29 weiter. derohmigen Induktivitäten, so dass die mittlere Spannung Die Ausführungsform nach Fig. 3 ist nicht die einzige über dem Piezoelement von einer Anfangsspannung V sehr Möglichkeit, das sich wie eine Kapazität verhaltende Piezo- schnell auf eine Ruhespannung Vr, die im vorliegenden Beielement 29 durch impulsgesteuerte Ladungszufuhr und -ab- 30 spiel nach Fig. 6 gleich 0 V ist, abnimmt, wodurch die fuhr mit einer verhältnismässig hohen Steuerspannung zu ver- Schwingung symmetrisch zu der Bezugsspannung liegt. Wenn sehen, ohne dass eine Quelle verhältnismässig hoher Speise- die Entladung der der Anfangsspannung Vr entsprechenden Spannung erforderlich ist. So kann die Mittelanzapfung des Spannung nicht genügend schnell ist, kann dennoch eine sym-Transformators entfallen, wenn z.B. die Stromrichtung in der metrische Schwingung dadurch erhalten werden, dass die Primär- oder Sekundärwicklung durch Kommutation in Ab- 35 Spannung über dem Piezoelement z.B. mit Zenerdioden sym-hängigkeit von dem Ausgang 17 oder 18, an dem der Impuls metrisch in bezug auf die Bezugsspannung begrenzt wird. Die erscheint, gepolt wird. Es ist auch möglich, durch eine Dros- oszillierende Spannung über dem Piezoelement nimmt mit seispule und Schalter oder gleichrichtende Elemente La- der Zeit in der Amplitude ab, weil der Multivibrator nach dungsimpulse einer Kapazität zuzuführen, derart, dass die dem Öffnen des Schalters 48 aus dem Pufferkondensator 47 Spannung über dieser Kapazität die vorhandene Speisespan- 40 gespeist wird. Endgültig wird die Spannung über dem Piezo-nung weit überschreiten kann. Ausserdem ist auch eine element gleich Vr und das Piezoelement 29 nimmt räumlich Stromquelle nicht wesentlich. So kann auch eine Spannungs- eine zu der Spannung Vr gehörige definierte Lage ein, in der quelle in Reihe mit einem Ladewiderstand benutzt werden. Hystereseeffekte durch die Schwingung überwunden sind. Weiter kann sekundär ein einziger Schalter statt zweier Schal- Wenn keine Schwingung stattgefunden hätte, wäre nach Ent-ter 26 und 27 verwendet werden, vorausgesetzt, dass dieser 45 ladung des Piezoelements 29 auf die Spannung Vr die räum-Schalter sowohl vom Signal S9 als auch vom Signal S10 gesteu- liehe Lage des Piezoelements infolge von Hystereseeffekten ert wird. Auch ist es möglich, einen Transformator mit einer von dem Wert und der Polarität der Spannung V0 abhängig, sekundären Mittelanzapfung zu verwenden, wobei das piezo- Die in Fig. 6 gezeigte Schaltung ist nicht die einzige Mögelektrische Element einerseits mit dieser Mittelanzapfung und lichkeit, eine mit der Zeit abklingende Schwingung zu erzeu-andererseits über einen Schalter abhängig von den Steuersi- so gen. Statt eines Multivibrators sind zahlreiche Oszillator-gnalen mit einer oder der anderen Seite der Sekundärwick- Schaltungen möglich. Auch kann auf andere Weise die Ab-lung verbunden ist. nähme der Amplitude der Schwingung bewirkt werden, z.B.

Es können sich Situationen ergeben, in denen die Schalt- durch Anwendung eines regelbaren Begrenzers oder Ausanordnung 19 keine Signale abgibt, z.B. bei der Vorrichtung gangsverstärkers.

nach Fig. 1, wenn der Kopf 2 als Aufnahmekopf verwendet 55 Fig. 8 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel der Prin-

wird und keine Signale wiedergibt. In einem solchen Falle zipschaltung nach Fig. 3, das derart ausgebildet ist, dass da-kann es erwünscht sein, das Piezoelement eine Ruhe- oder Re- mit auch das Prinzip nach Fig. 6 angewandt werden kann,

ferenzlage einnehmen zu lassen, z.B. dadurch, dass die Span- Der Schalter 25 bzw. 28 ist mit einem Transistor 41 bzw. 40

nung über diesem Element beseitigt oder eine Bezugsspan- ausgeführt, dessen Kollektor zu der einen Hälfte 21 bzw. der nung über diesem Piezoelement angelegt wird. Dadurch, dass 00 anderen Hälfte 22 der Primärwicklung des Transformators 20

ein derartiges Piezoelement, gegebenenfalls einschliesslich der führt, wobei die Mittelanzapfung dieser Primärwicklung mit

Bewegungsmechanismen, Hysterese aufweist, ist jedoch die dem Speisungsanschlusspunkt 49 verbunden ist, der eine

Ruhelage bei dieser Ruhespannung von dem letzten erregten Spannung Vb führt. Die Emitter der Transistoren 40 und 41

Zustand abhängig und also nicht gut definiert. Eine Lösung sind mit der Stromquelle 32 verbunden, die aus einem Transi-

für dieses Problem ist das Erzeugen einer Schwingung der « st0r 56 mit Emitterwiderstand 57 besteht, wobei diesem Tran-

Spannung über dem Piezoelement symmetrisch um die ge- sistor eine Basisbezugsspannung aus einer Gleichspannungs-

wünschte Ruhespannung mit einer Frequenz unterhalb der quelle (+5 V) über einen Spannungsteiler zugeführt wird, der

Resonanzfrequenz des Elements und mit einer auf 0 abneh- aus den Widerständen 58, 59 und 60 besteht. Die Basis des

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Transistors 40 bzw. 41 ist über einen Widerstand 64 bzw. 65 Um die Amplitude der Schwingung mit der Zeit abneh-

mit dem Steuereingang 52 bzw. 53 und über den Widerstand men zu lassen, sind, wie an Hand der Fig. 6 beschrieben ist, 43 bzw. 45 mit der negativen Speisung, in diesem Falle Masse, ein Pufferkondensator 47 und ein Speisungsschalter 48 vorge-

verbunden. " sehen. Dieser Schalter 48 besteht aus einem pnp-Transistor

Wenn die Spannung am Eingang 53 hoch und die am Ein- 5 71, dessen Emitter mit dem positiven Speisungsanschlussgang 52 niedrig ist, leitet der Transistor 41 den Strom I von punkt 49 und über den Widerstand 72 mit seiner Basis ver-der Stromquelle 32 zu der Hälfte 21 der Primärwicklung des bunden ist. Die Basis des Transistors 71 ist weiter über einen Transformators 20, und wenn die Spannung am Eingang 53 Widerstand 75 mit einem Steuereingang 55 verbunden.

niedrig und die am Eingang 52 hoch ist, leitet der Transistor Wenn die Spannung am Sleuereingang 55 niedrig ist, ist

40 diesen Strom I zu der Primärwicklungshälfte 22. Dadurch, 10 der Transistor 71 leitend und wird der primäre Teil der Schal-

dass das Signal S9 bzw. SI0 den Steuereingängen 53 bzw. 52 tung mit der Spannung Vb gespeist, die dann auch über dem zugeführt wird, wirkt dieser Teil der Schaltung nach Fig. 8 Pufferkondensator 47 vorhanden ist. Wenn der Eingang 55

auf gleiche Weise wie der primäre Teil der Prinzipschaltung (zugleich mit den Eingängen 50,51, 52 und 53) schwebend nach Fig. 3. wird, sperrt der Transistor 71 und wird der primäre Teil der

Die Sekundärwicklung 24 des Transformators 20 ist ein- is Schaltung aus dem Pufferkondensator 47 gespeist, so dass die erseits über Schalter 26 und 27 und andererseits über das Pie- Amplitude der Schwingungen mit der Zeit abnehmen wird, zoelement 29 mit einem Speisungspunkt (+5 V) verbunden. Um die Schwingung aufs neue starten zu können, ist ein Der Schalter 26 bzw. 27 besteht aus einem npn-Transistor 78 Druckschalter 77 zwischen der Basis des Transistors 71 und bzw. einem pnp-Transistor 79, wobei diese Transistoren 78 Masse angebracht. Ein kurzzeitiges Eindrücken dieses Schalend 79 mit ihren Emittern an den Speisungspunkt (+5 V) an- 20 ters bewirkt, dass der Transistor 71 kurzzeitig leitend wird, so geschlossen sind. Zum Schützen vor inversem Betrieb sind in dass der Pufferkondensator 47 aufs neue aufgeladen wird. Im die Kollektorleitungen der Transistoren 78 und 79 Dioden Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 ist dem Druckknopf 77 ein 117 und 118 aufgenommen. Parallel zu der Sekundärwick- Impulsformer zugeordnet, um die Zeit, in der der Transistor lung ist die Reihenschaltung zweier Zenerdioden lOOund 101, 71 leitend ist, von der Zeit, in der der Druckknopf 77 einge-die mit ihren Zenerdurchschlagrichtungen entgegengesetzt ge- 25 drückt ist, unabhängig zu machen. Dazu ist zwischen den polt sind, zum Schützen vor zu hohen Spannungen aufge- Schaltern 77 und die Basis des Transistors 71 einRC-Netz-nommen. Die Basis-Elektrode des Transistors 78 bzw. 79 ist werk mit einem Widerstand 114 und einem Kondensator 115 über einen Widerstand 80 bzw. 83 mit einem Steuereingangs- und zwischen den Schalter 77 und den Speisungsanschluss-anschlusspunkt 50 bzw. 51 verbunden. Wenn die Spannung punkt 49 ein Widerstand 116 aufgenommen.

an den Steuereingängen 50 und 51 hoch ist, leitet der Transi- 30

stor 78 den Strom, der in der Sekundärwicklung 24 erzeugt Wenn der Schalter 77 geöffnet und der Ausgang 55 schwe-

wird, und wenn die Spannungen an den Steuereingängen 50 bend ist, ist die Spannung über dem Kondensator 115 gleich 0

und 51 niedrig sind, leitet der Transistor 79 den Strom in ent- V. Wenn sich der Schalter 77 schliesst, wird die Basis des gegengesetzter Richtung. Wenn dem Steuereingang 50 bzw 51 Transistors 71 zu 0 V gezogen und wird der Transistor 71 lei-das Signal S9 bzw. das invertierte Signal S10 zugeführt wird, ist 35 tend. Zu gleicher Zeit lädt sich der Kondensator 115 über den die Wirkung dieses sekundären Teiles völlig gleich der Wir- Widerstand 114 auf, so dass nach einer Zeit, die durch die kung dieses sekundären Teiles der Schaltung nach Fig. 3. Zeitkonstante des RC-Netzwerks 114,115 bestimmt wird, der

Da die Qualität der Kapazität von PiezoeTementen Transistor 71 wieder nichtleitend wird.

manchmal schlecht ist (z.B. weisen diese oft einen Verhältnis- Im genannten Anwendungsbeispiel bei Kassetten-Recor-

mässig hohen Leckwiderstand auf), kann es erwünscht sein, 40 dem kann der Schalter 77 z.B. zugleich mit dem Aufnahme-z.B. zur Erhöhung der RC-Zeitkonstante, einen Kondensator Schalter betätigt werden, so dass auch wenn keine Wiedergabe

109 zu dem Piezoelement 29 parallel zu schalten. Dies kann nach dem Einschalten des Gerätes stattgefunden hat, den-eine dauernde Befestigung sein, wie in Fig. 8 gestrichelt darge- noch das Piezoelement in seine Ruhelage gebracht wird.

stellt ist, aber es kann auch eine Befestigung über Schalter Fig. 9 zeigt ein Beispiel zum Zuführen von Signalen zu sein, um diesen Kondensator 109 nach Wunsch einschalten zu « den Eingängen 50,51,52,53 und 55 der Schaltung nach Fig.

können. 8. Es wird eine logische Schaltung 110 verwendet, die Signale

Um die Schaltung nach Fig. 9 auf eine Weise wirken zu an den Eingängen an niederohmige Ausgänge weiterleitet, lassen, die an Hand der Figuren 6 und 7 beschrieben ist, ist ein wobei es möglich ist, diese Ausgänge schwebend (=hochoh-Widerstand 42 bzw. 44 zwischen den Eingang 52 bzw. 53 und mig) zu machen. Ein Beispiel einer solchen Schaltung 110 ist den Kollektor des Transistors 41 bzw. 40 und ist ein Wider- eine integrierte Schaltung, die von Philips unter dem Typ Nr. stand 81 bzw. 82 zwischen den Eingang 50 bzw. 51 und den HEF 4104 B vertrieben wird. Die Ein- und Ausgangsbezeich-Speisungsanschlusspunkt 49 bzw. Masse aufgennommen. nungen auf dem in Fig. 9 dargestellten IC 110 entsprechen deWenn die Eingänge 50,51,52 und 53 mit den Signalen S9, nen der Beschreibung dieses IC HEF 4104 B in «Philips data Sjo und S,0 erregt werden, beeinflussen die Widerstände 42, handbook, Semiconductor and integrated circuits», Band 6, 44,81 und 82 die Wirkung der Schaltung nicht. Wenn diese 55 Oktober 1977.

Eingänge aber schwebend werden, werden die Transistoren Die Wirkung des IC 110 ist folgende. Ist die Spannung am 78 und 79 leitend, so dass sich die Kapazität des piezoelektri- Eingang E0 hoch, so entsprechen die Signale an den Ausgänschen Elements 29 über den Transformator entladen kann, gen Z0, Zj, Z2 bzw. Z3 diesen Sij^ajenjm den Eingängen I0, Ii, und werden über die Widerstände 42 und 44 kreuzweise Ge- I2 bzw. I3, wobei die Ausgänge Z0, Z], Z2 bzw. Z3 die Inversen genkopplungen zwischen den Basis- und Kollektor-Elektro- 60 der Signale an den Eingängen I0, Ii, I2 bzw. I3 darstellen, den der Transistoren 40 und 41 wirksam, so dass diese als Wenn die Spannung am Eingang Erniedrig ist, sind die Aus-Multivibrator wirken, wobei der Schwingkreis durch die gänge Zo, ZI, Z2, Z3, Zq, Z\, Z2und Z3 schwebend, transformierte Kapazität des Piezoelements 29 und die In- Um die Schaltung nach Fig. 8 auf die beschriebene Weise duktivitäten des Transformators 20 gebildet wird. Die Schal- wirken zu lassen, sind die Steuereingänge 50,51,52,53 bzw. tung verhält sich dann wie die Schaltung nach Fig. 6. Dabei 65 55 mit den Ausgängen Z3, Z2, Z2, Zj bzw. Zo verbunden. Dem begrenzen die Zenerdioden lOOund 101 sekundär die Ampli- Eingang I2 wird das Signal S]0 und den Eingängen Ii undl3 tude der Schwingungen aufwerte, die symmetrisch um 0 V das Signal S9 zugeführt. Der Eingang I0 ist mit Masse (=niedliegen. rig) und der Eingang E0 mit einem Schalter 111 verbunden,

der eine Verbindung entweder mit Masse oder mit der positiven Speisespannung Vb herstellt.

Wenn der Eingang E0 mit Masse verbunden ist, entsprechen die Signale an den Steuereingängen 50, 51,52, bzw. 53 den Signalen S?, Sj0, Sio, bzw. S9. Der Steuereingang 55 ist dann niedrig, so dass die Schaltung nach Fig. 8 auf die beschriebene Weise mit eingeschaltetem Speisungsschalter 48 wirkt.

Wenn der Schalter 111 umgelegt wird, so dass der Eingang E0 mit der Speisespannung Vb verbunden wird, wird der Speisungsschalter 48 geöffnet und beginnt die Schaltung mit abnehmender Amplitude zu schwingen.

Die Schaltung nach den Figuren 8 und 9 wird mit den nachstehenden Einzelteilen ausgeführt:

110

40,41,56

78.103

79.104

HEF 4104 B BD 335 BF 422 BF 423

71

100,101 117,118 47 109

115 43,45

64,65,80,83

42,44,81,82,105,108,114,

116

57

58 60

72,106,107 15 75

59

Transformator 20 Vh

649 643

BD 262 BZX61C120 BY 206 150 nF 0,15 (iF 4,7 nF 6800 n 4700 £2

lo.ooo a 4,7 fi

1000 fi 2200 fi 47 000 fi 22 000 fi

Potentiometer 2200 fi primär 2 x 180 Windungen sekundär 5400 Windungen 10-15V.

C

4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

649 643 2 PATENTANSPRÜCHE gänge eine niedrige Ausgangsimpedanz aufweisen und Steu-

1. Vorrichtung mit einem piezoelektrischen Positionie- ersignale an den ersten, den zweiten, den dritten und den vier-rungselement und mit Steuermitteln zur Erzeugung einer an ten Eingang weiterleiten können, und in einem zweiten Zu-das Positionierungselement angelegten Steuerspannung, da- stand diese Ausgänge eine hohe Ausgangsimpedanz aufwei-durch gekennzeichnet, dass sie eine Schaltungsanordnung 5 sen, so dass diese Ausgänge dem Potential an dem ersten, dem (19) enthält, welche dazu ausgebildet ist, impulsförmige Steu- zweiten, dem dritten und dem vierten Eingang folgen, wobei ersignale (S9, S10) zu erzeugen, und dass eine Ladungsquelle die Basis des ersten (41) bzw. des zweiten (40) Transistors in (32) sowie eine mit der Schaltungsanordnung ( 19) und der La- gegenkoppelndem Sinne mit dem Kollektor des zweiten bzw. dungsquelle (32) gekoppelte Schalteinrichtung (25,26,27,28) des ersten Transistors und die Basis des dritten (78) bzw. des vorhanden sind, die bewirken, dass auf den Befehl der Schal- i0 vierten (79) Transistors über einen ersten (81) bzw. einen tungsanordnung elektrische Ladung von und zu dem piezo- zweiten (82) Widerstand mit einem ersten (49) bzw. einem elektrischen Element (29) fliesst. zweiten Potential, z.B. Erde, verbunden ist, derart, dass dann,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- wenn sich die Ausgänge der Schaltungsanordnung im zweiten net, dass sie einen Transformator (20) mit einem primären Zustand befinden, der dritte und der vierte Transistor leitend (21,22) und einem sekundären Kreis (24) enthält, dass die 15 sind, und dass eine zweite Schaltungsanordnung (47,48) vor-Schalteinrichtung erste (26,27) und zweite (25,28) Schaltor- gesehen ist, die bewirkt, dass die Speisespannung zwischen gane enthält, dass das piezoelektrische Element (29) in Reihe der Mittelanzapfung (113) der Primärwicklung des Transfor-mit den ersten Schaltorganen (26,27) in den sekundären mators (20) und einem Punkt, der mit der von den Emittern Kreis des Transformators aufgenommen ist, und dass die La- des ersten (41) und des zweiten (40) Transistors abgekehrten dungsquelle (32) über die zweiten Schaltorgane (25,28) in den 2o Seite der Stromquelle verbunden ist, mit der Zeit abnimmt, primären Kreis des Transformators aufgenommen ist, derart, wenn sich die Ausgänge der erstgenannten Schaltungsanord-dass auf den Befehl der genannten Schaltungsanordnung (19) nung (19) im zweiten Zustand befinden.

Stromimpulse in beiden Richtungen in dem sekundären Kreis 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich-

fliessen können und beim Fehlen eines solchen Befehls der se- net, dass die weitere Schaltungsanordnung einen Pufferkon-

kundäre Kreis unterbrochen ist (Fig. 3). 25 densator (47) zum Puffern der genannten Speisespannung

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- (Vb) und einen Speisungsschalter (48) enthält, der eine Speisenet, dass die zweiten Schaltorgane (25,28) einen ersten (25) quelle von dem Pufferkondensator entkoppelt, wenn sich die und einen zweiten Schalter (28) enthalten, dass der Transfer- Ausgänge der erstgenannten Schaltungsanordnung (19) im mator (20) eine Primärwicklung (21,22) mit Mittelanzapfung zweiten Zustand befinden.

(23) besitzt, wobei diese Mittelanzapfung mit einem ersten 30 8. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprü-Speisungsanschlusspunkt (23) verbunden ist, und dass die La- che 1 bis 7 zur Positionierung eines Aufnahme- und/oder Wiedungsquelle eine Stromquelle (32) enthält, wobei das eine dergabekopfes in bezug auf eine Informationsspur.

Ende der Primärwicklung über den ersten Schalter (25) mit dieser Stromquelle und das andere Ende der Primärwicklung

über den zweiten Schalter (28) mit dieser Stromquelle verbun- 35

den ist (Fig. 3). Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit ei-

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich- nem Positionierungselement und mit Steuermitteln zur Erzeu-net, dass der erste Schalter (25) durch einen ersten Transistor gung einer an das Positionierungselement angelegten Steuer-(41) von einem ersten Leitungstyp gebildet wird, dessen Emit- Spannung.

ter mit der Stromquelle (32), dessen Kollektor mit einem 40 Es gibt viele Systeme, in denen ein piezoelektrisches Posi-

Ende der Primärwicklung des Transformators (20) und des- tionierungselement verwendet wird, z.B. zur Positionierung sen Basis mit einem ersten Steuereingang (53) verbunden ist, von Aufnahme- und/oder Wiedergabeelementen in magneti-

und dass der zweite Schalter (28) durch einen zweiten Transi- sehen oder optischen Recordern, sowohl mit bandförmigen stor (40) von diesem ersten Leitungstyp gebildet wird, dessen - als auch mit plattenförmigen Aufzeichnungsträgern, um da-

Emitter mit der Stromquelle, dessen Kollektor mit dem ande- 45 für zu sorgen, dass das Element der Informationsspur gut ren Ende der Primärwicklung des Transformators und dessen folgt, (z.B. in Video-Kassetten-Recordern) oder zur Regelung

Basis mit einem zweiten Steuereingang (52) verbunden ist der Lage des Elements in bezug auf die Informationsspur

(Fig. 8). (Azimutregelung bei Audio-Kassetten-Recordern).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- Ein derartiges System ist z.B. aus der deutschen Offenle-net, dass die ersten Schaltorgane (26,27) einen dritten Transi- 50 gungsschrift 2 711 935 bekannt, nach der eine analoge Regelstor (78) vom ersten Leitungstyp und einen vierten Transistor Spannung über einen Spannungsverstärker einem piezoelek-(79) von einem zweiten Leitungstyp enthalten, wobei die trischen Element zugeführt wird. Piezoelektrische Elemente Emitter dieses dritten und dieses vierten Transistors mit ei- werden mit verhältnismässig hoher Spannung gesteuert, wo-nem Speisungsanschlusspunkt ( + 5V) und die Kollektoren durch ein derartiger Spannungsverstärker eine verhältnismäs-dieser Transistoren über den sekundären Kreis (24) mit die- 55 sig hohe Speisespannung (in dem in der genannten deutschen sem Speisungsanschlusspunkt verbunden sind, während die Offenlegungsschrift dargestellten Beispiel eine symmetrische Basis des dritten Transistors mit einem dritten Steuereingang Speisespannung von + 200 V und - 200 V) erfordert. Dies (50) und die Basis des vierten Transistors mit einem vierten bildet an sich bereits einen Nachteil, weil die übrigen Teile ei-Steuereingang (51) verbunden ist (Fig. 8). nes Gerätes, das einen derartigen Verstärker enthält, auf einer

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich- 60 verhältnismässig niedrigen Speisespannung wirken, so dass net, dass die genannte Schaltungsanordnung ( 19) Ausgänge diese hohe Spannung gesondert für diesen Spannungsverstär-(Î7TÏ8) aufweist, die mit dem ersten (53)", dem zweiten (52), ker erzeugt werden muss, was insbesondere bei aus Batterien dem dritten (50) und dem vierten (51) Steuereingang verbun- gespeisten Geräten wegen der benötigten Gleichspannungs-den sind, derart, dass der erste (41) und der dritte Transistor transformation und der verhältnismässig hohen Verlustlei-(78) in Phase leitend und nichtleitend werden und dass der « stung eines derartigen Spannungsverstärkers sehr ungünstig zweite (40) und der vierte Transistor (79) in Phase leitend und ist.

nichtleitend werden, dass die Schaltungsanordnung (19) der- In der niederländischen Patentanmeldung Nr. 7 805 803

art ausgebildet ist, dass in einem ersten Zustand diese Aus- wird ein System zur Regelung der Lage eines Wiedergabekop-

3 649 643

fes in bezug auf einen bandförmigen Aufzeichnungsträger be- und seine Basis mit einem zweiten Steuereingang verbunden schrieben, wobei impulsförmige Regelsignale erzeugt werden. ist.

Beim Gebrauch eines Spannungsverstärkers zum Anlegen ei- Wenn Bipolartransistoren, die Strom in nur einer Rich-

ner Steuerspannung über dem piezoelektrischen Element tung leiten können, als Schalter verwendet werden, kann die müsste dieses Signal zunächst, z.B. durch Integration, in eine 5 Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung weiter analoge Spannung umgewandelt werden. darin bestehen, dass die ersten Schaltorgane einen dritten