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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu Ansteuerung von Elektroden zur Ausrichtung eines mit einer elektrischen Potentialdifferenz steuerbaren dielektrischen Materials, wobei das steuerbare dielektrische Material zwischen einer ersten Elektrodenebene und einer gegenüberliegenden zweiten Elektrodenebene angeordnet ist, wobei in der ersten Elektrodenebene mindestens eine erste Elektrode angeordnet ist, wobei in der zweiten Elektrodenebene mindestens eine zweite Elektrode angeordnet ist, und wobei zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode eine Steuerspannung angelegt wird, um zwischen diesen beiden Elektroden eine elektrische Potentialdifferenz zur Ausrichtung der Moleküle des steuerbaren dielektrischen Materials zu erzeugen.
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Steuerbare dielektrische Materialien sind Materialien, deren dielektrische Eigenschaften und insbesondere deren effektive Permittivität durch äußere Einflüsse beeinflusst und verändert werden können. Mit steuerbaren dielektrischen Materialien kann beispielsweise eine Ausbreitungsgeschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle durch oder entlang des steuerbaren dielektrischen Materials beeinflusst werden, um beispielsweise die Phasenlage bei der Ausbreitung der elektromagnetischen Welle zu verändern. Steuerbare dielektrische Materialien werden mittlerweile in zahlreichen verschiedenen Anwendungsfällen eingesetzt. Lediglich beispielhaft wird auf die komplexe Ansteuerung von phasengesteuerten Gruppenantennen verwiesen, die bei der gerichteten Übertragung hochfrequenter elektromagnetischer Wellen in der Kommunikationstechnologie eingesetzt werden.
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Es sind verschiedene steuerbare dielektrische Materialien bekannt, die jeweils unterschiedliche Eigenschaften und vorteilhafte Anwendungsgebiete aufweisen. Für viele Anwendungsbereiche eignen sich steuerbare Flüssigkristallmaterialien, die beispielsweise umfangreich in der Display-Technologie eingesetzt werden. Wenn ein elektrisches Feld auf ein steuerbares dielektrisches Material einwirkt, führt dies zu einer Ausrichtung einzelner Moleküle des steuerbaren dielektrischen Materials relativ zu dem elektrischen Feld. Über die Ausrichtung der Moleküle des steuerbaren dielektrischen Materials, die durch das elektrische Feld vorgegeben wird, werden die dielektrischen Eigenschaften des steuerbaren dielektrischen Materials wie beispielsweise dessen effektive Permittivität beeinflusst. Das steuerbare dielektrische Material kann mit einer geeigneten Ansteuerung dazu verwendet werden, beispielsweise in Displays die optische Transparenz einzelner Bildpunkte vorzugeben oder bei der Übertragung von hochfrequenten elektrischen Signalen die Phasengeschwindigkeit bei der Ausbreitung der hochfrequenten Signale zu verändern und vorzugeben.
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Aus der Praxis ist es bekannt, dass das elektrische Feld, welches auf das steuerbare dielektrische Material einwirkt, zwischen zwei Elektroden erzeugt wird, zwischen denen eine elektrische Potentialdifferenz, beziehungsweise eine elektrische Spannung angelegt wird. Je stärker das elektrische Feld ist, welches auf das steuerbare dielektrische Material einwirkt, umso stärker ist die dadurch bewirkte Ausrichtung der Moleküle, bis eine Sättigung erreicht wird und trotz einer zunehmenden Potentialdifferenz und einer entsprechend größeren Feldstärke des elektrischen Feldes keine stärkere Ausrichtung der Moleküle mehr bewirkt werden kann. In einzelnen Anwendungsbereichen wird das steuerbare dielektrische Material ausschließlich über zwei verschiedene Zustände angesteuert, sodass das steuerbare dielektrische Material zwischen zwei unterschiedlich vorgegebenen dielektrischen Eigenschaften wechseln kann. Für viele praxisrelevante Anwendungsbereiche ist es jedoch vorteilhaft oder sogar erforderlich, dass das steuerbare dielektrische Material zwischen mehreren verschiedenen Zuständen verändert und geschaltet werden kann.
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Es hat sich gezeigt, dass die meisten steuerbaren dielektrischen Materialien mit elektrischen Feldern beeinflusst werden können, die entweder über eine Gleichspannung oder aber über eine zwischen den Elektroden angelegte Wechselspannung erzeugt werden. Die Stärke des elektrischen Feldes wird dabei regelmäßig durch den Betrag der Spannung vorgegeben, die beispielsweise bei einer Gleichspannung als konstante elektrische Potentialdifferenz oder bei einer Wechselspannung als Spannungsamplitude der zwischen den Elektroden angelegten und sich ständig verändernden elektrischen Potentialdifferenz vorgegeben wird.
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Es sind verschiedene Elektrodenkonfigurationen sowie Steuereinrichtungen bekannt, mit denen das elektrische Feld mit einer veränderbaren Feldstärke vorgegeben werden kann.
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Dabei wird regelmäßig die elektrische Feldstärke durch eine Veränderung der Amplitude angepasst. Je größer die Spannungsamplitude entweder bei einer Gleichspannung oder bei einer Wechselspannung ist, umso stärker wirkt das dadurch erzeugte elektrische Feld auf das steuerbare dielektrische Material ein.
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Es hat sich gezeigt, dass der konstruktive und schaltungstechnische Aufwand für die Erzeugung des elektrischen Feldes, mit welchem das steuerbare dielektrische Material beeinflusst wird, bei zahlreichen Anwendungsbereichen einen erheblichen Kostenaufwand und eine erhebliche Komplexität der Schaltung verursacht.
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Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, ein eingangs beschriebenes Verfahren zur Ansteuerung von Elektroden, mit welchen die Ausrichtung von Molekülen eines steuerbaren dielektrischen Materials beeinflusst wird, möglichst einfach und kostengünstig auszugestalten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an der mindestens einen ersten Elektrode und an der mindestens einen zweiten Elektrode eine pulsweitenmodulierbare elektrische Potentialdifferenz zur Ausrichtung des steuerbaren dielektrischen Materials erzeugt wird. Die vorliegende Erfindung beruht dem zu Folge maßgeblich auf der Überlegung, dass nicht nur die Amplitude einer Wechselspannung für die Ansteuerung des steuerbaren dielektrischen Materials relevant ist, sondern an Stelle der Amplitude der Wechselspannung auch eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung mit einer gleichbleibend großen Amplitude der Wechselspannung möglich ist und die Ausrichtung der Moleküle in dem steuerbaren dielektrischen Material beeinflussen kann. Im Gegensatz zu einer betragsmäßig veränderbaren Spannungsamplitude, die üblicherweise mit einem nicht unerheblichen elektrischen Schaltungsaufwand verbunden ist, lässt sich eine Pulsweite beispielsweise mit Hilfe von Transistoren mit einem geringen konstruktiven Aufwand vorgeben und verändern. Zudem kann eine Einrichtung zur Anlegung einer pulsweitenmodulierten elektrischen Potentialdifferenz in einem besonders verlustarmen Betriebsmodus betrieben werden. Es ist deshalb nicht erforderlich, dass das elektrische Feld durch eine Veränderung der Spannungsamplitude des elektrischen Potentials zwischen den beiden Elektroden bewirkt werden muss. Wird bei einer gleichbleibend großen Spannungsamplitude der pulsweitenmodulierten elektrischen Potentialdifferenz eine Pulsweite der von der Einrichtung erzeugten elektrischen Potentialdifferenz verändert, führt eine kürzere oder längere Pulsweite bei dem steuerbaren dielektrischen Material zu einer entsprechend geringeren oder aber stärkeren Ausrichtung der Moleküle des steuerbaren dielektrischen Materials, was mit den herkömmlichen Verfahren nur durch eine geringere oder größere Spannungsamplitude der elektrischen Potentialdifferenz bewirkt werden konnte.
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Es ist grundsätzlich möglich, dass die erste Elektrode oder die zweite Elektrode konstant mit dem Erdungspotential verbunden ist und dass die andere Elektrode über eine geeignete Einrichtung zur Anlegung einer pulsweitenmodulierten elektrischen Potentialdifferenz mit dem Erdungspotential verbunden ist. Mit einer einzigen Einrichtung zur Erzeugung einer pulsweitenmodulierten elektrischen Potentialdifferenz können die Eigenschaften des steuerbaren dielektrischen Materials beeinflusst werden, welches zwischen einer mit dem pulsweitenmodulierbaren elektrischen Potential beaufschlagbaren Elektrode und einer auf Erdungspotential befindlichen Elektrode angeordnet ist.
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Es hat sich gezeigt, dass die meisten steuerbaren dielektrischen Materialien auch durch ein elektrisches Feld gesteuert und verändert werden können, welches durch eine Pulsweitenmodulation von sich überlagernden Wechselspannungen erzeugt und verändert werden kann. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass eine erste Wechselspannung an der ersten Elektrode angelegt wird, dass eine zweite Wechselspannung an der zweiten Elektrode angelegt wird, und dass eine Phasendifferenz zwischen der ersten Wechselspannung und der zweiten Wechselspannung so vorgegeben wird, dass durch die Überlagerung der ersten Wechselspannung und der zweiten Wechselspannung eine pulsweitenmodulierbare elektrische Potentialdifferenz zur Ausrichtung des steuerbaren dielektrischen Materials erzeugt wird. Die Veränderung einer Phase der Wechselspannung und die dadurch bewirkte Pulsweitenmodulation bei einer Überlagerung von zwei Wechselspannungen lässt sich mit einem besonders geringen konstruktiven Aufwand realisieren. Wird beispielsweise keine Phasendifferenz zwischen der ersten Wechselspannung und der zweiten Wechselspannung vorgegeben, wobei die erste Wechselspannung und die zweite Wechselspannung hinsichtlich ihrer Spannungsamplitude und des zeitlichen Verlaufs über eine Periodendauer übereinstimmen, so werden die erste Elektrode und die zweite Elektrode mit derselben Spannung beaufschlagt und die sich ergebende elektrische Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektroden ist konstant null. Wird dagegen ausschließlich die Phasenbeziehung zwischen der ersten Wechselspannung und der zweiten Wechselspannung verändert und eine Phasendifferenz von 180 Grad vorgegeben, so werden die beiden Elektroden jederzeit mit einer entgegengesetzten Wechselspannung beauftragt, sodass sich die erste Wechselspannung und die zweite Wechselspannung zu einer gegebenenfalls bis zu doppelt so großen elektrischen Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektroden überlagern. Zwischen diesen beiden Extremwerten für ein elektrisches Feld, was durch die elektrische Potentialdifferenz zwischen der ersten Wechselspannung und der zweiten Wechselspannung erzeugt werden kann, können beliebige dazwischenliegende Werte durch eine entsprechende Vorgabe einer Phasendifferenz in einem Bereich zwischen 0 Grad und 360 Grad beziehungsweise zwischen 0 Grad und 180 Grad und zwischen 180 Grad und 360 Grad zwischen der ersten Wechselspannung und der zweiten Wechselspannung erzeugt werden.
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Es ist bekannt, dass verschiedene steuerbare dielektrische Materialien unterschiedlich auf ein von außen angelegtes elektrisches Feld reagieren. Für das in jedem Einzelfall verwendete steuerbare dielektrische Material können die Parameter der ersten Wechselspannung und der zweiten Wechselspannung so angepasst und vorgegeben werden, dass eine möglichst vorteilhafte und effiziente Ansteuerung des steuerbaren dielektrischen Materials bewirkt wird. Die erste Wechselspannung und die zweite Wechselspannung können dabei sowohl hinsichtlich einer Spannungsamplitude als auch hinsichtlich einer Periodendauer sowie des zeitlichen Verlaufs innerhalb einer Periodendauer angepasst und vorgegeben werden. Die erste Wechselspannung kann dabei gleich oder abweichend zu der zweiten Wechselspannung vorgegeben werden. Die Wechselspannung kann innerhalb einer Periodendauer einen beliebigen Verlauf aufweisen. Für viele Anwendungsbereiche ist ein sinusförmiger Verlauf oder ein rechteckförmiger Verlauf vorteilhaft.
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Einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zu Folge ist vorgesehen, dass eine bipolare Spannungsquelle zu Erzeugung der ersten Wechselspannung und der zweiten Wechselspannung verwendet wird. Eine bipolare Spannungsquelle eignet sich in besonderer Weise für die gleichzeitige Erzeugung der ersten Wechselspannung und der zweiten Wechselspannung, da mit einer einzigen bipolaren Spannungsquelle beide Wechselspannungen gleichzeitig erzeugt werden können. Eine unterschiedliche Phasenbeziehung zwischen der ersten Wechselspannung und der zweiten Wechselspannung kann in einfacher Weise für eine der beiden mit der bipolaren Spannungsquelle erzeugten Wechselspannungen vorgegeben werden. Die Tatsache, dass die meisten bipolaren Spannungsquellen zwei betragsmäßig gleiche und hinsichtlich ihrer Polarität entgegengesetzte Spannungen erzeugen bewirkt für das erfindungsgemäße Verfahren keine nennenswerte Beeinträchtigung, da die Veränderung des elektrischen Feldes nicht notwendigerweise über die Spannungsamplitude der jeweiligen Wechselspannung, sondern über eine Phasendifferenz der beiden Wechselspannungen verändert und vorgegeben wird.
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Es ist ebenfalls möglich und optional vorgesehen, dass eine erste Amplitude der ersten Wechselspannung oder eine zweite Amplitude der zweiten Wechselspannung oder die erste Amplitude und die zweite Amplitude während des Betriebs verändert werden. Eine Veränderung der Amplitude der Wechselspannung wirkt sich bekanntermaßen ebenfalls auf das elektrische Feld und damit auf die Ansteuerung des steuerbaren dielektrischen Materials aus und kann bei Bedarf vorgesehen werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass für eine Veränderung der dielektrischen Eigenschaften des steuerbaren dielektrischen Materials zusätzlich zu einer entsprechend veränderten Phasendifferenz zwischen der ersten Wechselspannung und der zweiten Wechselspannung auch die Amplitude mindestens einer Wechselspannung verändert und dabei vorteilhafter Weise vergrößert wird, um beispielsweise die Veränderung des steuerbaren dielektrischen Materials möglichst schnell zu bewirken. Es kann ebenfalls zweckmäßig sein, dass im Falle einer über einen langen Zeitraum gleichbleibenden Ansteuerung des steuerbaren dielektrischen Materials die Amplitude mindestens einer Wechselspannung reduziert wird, sodass die bereits bewirkte Ausrichtung der Moleküle des steuerbaren dielektrischen Materials mit einer möglichst geringen elektrischen Leistung beibehalten werden kann.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass für eine Veränderung der Ausrichtung der Moleküle des steuerbaren dielektrischen Materials die erste Wechselspannung und/ oder die zweite Wechselspannung mit einer jeweils gleichgerichteten Beschleunigungsspannung überlagert wird. An Stelle einer Veränderung der Amplitude der Wechselspannung, die mit einem zusätzlichen konstruktiven Aufwand verbunden ist, ist es ebenfalls möglich und wesentlich einfacher und kostengünstiger umsetzbar, dass einer Wechselspannung oder beiden Wechselspannungen eine jeweils gleichgerichtete Beschleunigungsspannung überlagert wird. Die überlagerte Beschleunigungsspannung kann dabei je nach Anwendungsfall einen konstant vorgegebenen Betrag oder aber einen sich verändernden Betrag aufweisen. Es ist ebenfalls denkbar, dass die mit der jeweiligen ersten oder zweiten Wechselspannung gleichgerichtete Beschleunigungsspannung ebenfalls eine Wechselspannung ist. Die Beschleunigungsspannung kann bei Bedarf zugeschaltet, beziehungsweise überlagert werden, um insbesondere bei einer gewünschten Veränderung der Ausrichtung der Moleküle des steuerbaren dielektrischen Materials die dafür benötigte Energie möglichst rasch zur Verfügung zu stellen. Die elektrische Potentialdifferenz wird dadurch für die Dauer der Überlagerung der Beschleunigungsspannung deutlich vergrößert. Die durch die belagerte Beschleunigungsspannung bewirkte elektrische Potentialdifferenz kann dabei auch größer als derjenige Betrag einer elektrischen Potentialdifferenz sein, bei dem die Ausrichtung der Moleküle des steuerbaren dielektrischen Materials nach einiger Zeit bereits in eine Sättigung übergeht. Durch eine kurzzeitige Überhöhung des elektrischen Potentials kann eine deutlich raschere Veränderung und Neuausrichtung der Moleküle des steuerbaren dielektrischen Materials bewirkt werden.
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Es hat sich für viele Anwendungsbereiche als vorteilhaft herausgestellt, dass in der ersten Elektrodenebene und/oder in der zweiten Elektrodenebene eine Parallelelektrode und auf einander gegenüberliegenden Seiten der Parallelelektrode in der betreffenden Elektrodenebene jeweils eine Orthogonalelektrode angeordnet ist, wobei während des Betriebs an die Parallelelektrode und an die beiden Orthogonalelektroden in einer Elektrodenebene jeweils eine individuell vorgebbare Wechselspannung angelegt wird. Das steuerbare dielektrische Material ist zweckmäßigerweise zwischen den beiden Parallelelektroden angeordnet. Die aufeinander gegenüberliegenden Seiten der Parallelelektrode angeordneten Orthogonalelektroden können nicht nur zur Verstärkung des elektrischen Felds der einander gegenüberliegenden Parallelelektroden verwendet werden, sondern zusätzlich auch eine Abschirmung des von den Parallelelektroden erzeugten elektrischen Felds gegenüber der Umgebung bewirken. Zu diesem Zweck ist es oftmals vorteilhaft, dass die in jeder Elektrodenebene aufeinander gegenüberliegenden Seiten der dazwischen angeordneten Parallelelektrode angeordnet sind, mit einer individuell vorgebbaren Wechselspannung beaufschlagt werden können. Auf diese Weise können beispielsweise das elektrische Feld in einem Übergangbereich zur Umgebung hin verzerrende, abschwächende oder verstärkende Einflüsse der Umgebung kompensiert werden oder diesen Einflüssen zumindest entgegengewirkt werden. Das steuerbare dielektrische Material wird zweckmäßigerweise in einem mittigen Bereich zwischen den Parallelelektroden angeordnet. Das steuerbare dielektrische Material sollte üblicherweise seitlich nicht über die Orthogonalelektroden hinaus angeordnet sein. Die räumliche Anordnung des steuerbaren dielektrischen Materials zwischen den beiden Elektrodenebenen und insbesondere zwischen den einander gegenüberliegend angeordneten Parallelelektroden und Orthogonalelektroden kann jedoch den jeweiligen Anforderungen im Einzelfall folgend nahezu beliebig vorgegeben sein.
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Wenn das steuerbare dielektrische Material in einem mittigen Bereich zwischen den jeweils einander gegenüberliegenden Orthogonalelektroden angeordnet ist, kann durch eine geeignete Vorgabe der jeweiligen Wechselspannungen an der Orthogonalelektroden auch ein elektrisches Feld erzeugt werden, dessen Feldlinien überwiegend parallel zu der ersten Elektrodenebene und zu der zweiten Elektrodenebene verlaufen. Auf diese Weise können mit den in geeigneter Weise angeordneten und angesteuerten Orthogonalelektroden auch elektrische Feldkonfigurationen erzeugt werden, bei denen die elektrischen Feldlinien im Bereich des steuerbaren dielektrischen Materials nicht näherungsweise senkrecht von einer Elektrodenebene zu der anderen Elektrodenebene verlaufen, sondern im Wesentlichen parallel zu den beiden Elektrodenebenen verlaufen, ohne dass zusätzliche Elektroden erforderlich sind, die außerhalb der ersten Elektrodenebene und der zweiten Elektrodenebene und insbesondere zwischen diesen beiden Elektrodenebenen und gegebenenfalls senkrecht dazu angeordnet werden müssen. Auf diese Weise können verschiedene Ansteuerungen, beziehungsweise Zustände des steuerbaren dielektrischen Materials mit Elektroden angesteuert werden, die sich ausschließlich in der ersten Elektrodenebene und in der parallel dazu in einem Abstand verlaufenden zweiten Elektrodenebene befinden.
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Einer besonders vorteilhaften optionalen Ausgestaltung zu Folge ist vorgesehen, dass die erste Parallelelektrode in der ersten Elektrodenebene in einer Normalenrichtung zu der ersten Elektrodenebene überlappend mit der zweiten Parallelelektrode in der zweiten Elektrodenebene angeordnet ist, dass die erste Orthogonalelektrode in der ersten Elektrodenebene in der Normalenrichtung überlappend mit der jeweils zugeordneten zweiten Orthogonalelektrode in der zweiten Elektrodenebene angeordnet sind, und dass während des Betriebs wahlweise entweder nur die beiden Parallelelektroden mit jeweils einer Parallelwechselspannung mit einer vorgegebenen Parallelphasendifferenz beaufschlagt werden, oder nur die Orthogonalelektroden mit jeweils einer Orthogonalwechselspannung mit einer vorgegebenen Orthogonalphasendifferenz beaufschlagt werden, oder sowohl die Parallelelektroden mit jeweils einer Parallelwechselspannung als auch die Orthogonalelektroden mit jeweils einer Orthogonalwechselspannung beaufschlagt werden. Mit einer derartigen Anordnung der Elektroden in den beiden Elektrodenebenen können in einfacher Weise drei Betriebszustände vorgegeben werden. In einem ersten Betriebszustand wird das elektrische Feld ausschließlich durch eine elektrische Potentialdifferenz zwischen den beiden Parallelelektroden vorgegeben und verläuft dem zur Folge im Wesentlichen senkrecht zu den beiden Elektrodenebenen. In einem zweiten Betriebszustand wird das elektrische Feld ausschließlich durch eine in geeigneter Weise zwischen den Orthogonalelektroden erzeugte elektrische Potentialdifferenz vorgegeben und verläuft in einem mittleren Bereich zwischen den Orthogonalelektroden jeweils näherungsweise parallel zu den beiden Elektrodenebenen. In einem dritten Betriebszustand werden sowohl die Parallelelektroden als auch die Orthogonalelektroden mit einer geeigneten Wechselspannung beaufschlagt, sodass sich beliebige Überlagerungen der beiden ersten Betriebszustände und damit eine nahezu beliebige Ausrichtung der Moleküle innerhalb des steuerbaren dielektrischen Materials vorgeben lässt.
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Es hat sich als besonders vorteilhaft für die Praxis herausgestellt, dass optional die ersten und/oder zweiten Wechselspannungen für die ersten Elektroden und/oder die zweiten Elektroden mit einer Konstantspannungsquelle erzeugt werden, wobei eine Umwandlung in eine Wechselspannung durch eine Transistorschaltung bewirkt wird. Auf diese Weise lassen sich mit geringem Aufwand und geringen Kosten ausgehend von einer Konstantspannungsquelle Wechselspannungen erzeugen, die für die Ansteuerung des steuerbaren dielektrischen Materials geeignet sind. Mit einer Transistorschaltung lässt sich in besonders einfacher Weise ein rechteckförmiger Spannungsverlauf vorgeben. Eine Phasenverschiebung eines rechteckförmigen Spannungsverlaufs lässt sich ebenfalls in einfacher Weise bewirken. Die sich ergebenden Auswirkungen auf die Überlagerung von zwei rechteckförmigen Wechselspannungen lässt sich besonders einfach ermitteln und vorgeben.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Elektroden zur Ausrichtung eines mit einer elektrischen Potentialdifferenz steuerbaren dielektrischen Materials, wobei das steuerbare dielektrische Material zwischen einer ersten Elektrodenebene und einer gegenüberliegenden zweiten Elektrodenebene angeordnet ist, und wobei in der ersten Elektrodenebene mindestens eine erste Elektrode angeordnet ist, wobei in der zweiten Elektrodenebene mindestens eine zweite Elektrode angeordnet ist, und wobei zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode eine Steuerspannung anlegbar ist, um zwischen diesen beiden Elektroden eine elektrische Potentialdifferenz zur Ausrichtung von Molekülen des steuerbaren dielektrischen Materials zu erzeugen. Derartige Vorrichtungen sind aus der Praxis bereits bekannt und werden beispielsweise in der Display-Technologie sowie in der Kommunikationstechnik eingesetzt, um über eine Veränderung der dielektrischen Eigenschaften eines steuerbaren dielektrischen Material beispielsweise eine Veränderung der optischen Transparenz oder der Signalausbreitung von elektromagnetischen Wellen innerhalb des steuerbaren dielektrischen Materials zu bewirken.
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Bei den aus der Praxis bekannten Vorrichtungen wird die für die Ansteuerung des steuerbaren dielektrischen Materials erforderliche elektrische Potentialdifferenz regelmäßig durch eine Veränderung der Spannungsamplitude einer Gleichspannung oder einer Wechselspannung bewirkt, die zwischen aneinander gegenüberliegenden Elektroden angelegt wird. Für die Veränderung einer Spannungsamplitude wird üblicherweise ein Analog-Digital-Wandler verwendet. Die Spannungsamplitude muss dabei für viele steuerbare dielektrische Materialien in einem Bereich zwischen 0 Volt und bis zu ±100 Volt, oftmals sogar bis zu ±500 Volt verändert werden können. Die elektrischen Komponenten, die für eine Veränderung der Spannungsamplitude in einem Bereich zwischen 0 Volt und ±500 Volt erforderlich sind, sind aufwändig und kostenintensiv.
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Es wird deshalb als eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, eine Vorrichtung zu Ansteuerung eines mit einer elektrischen Potentialdifferenz steuerbaren dielektrischen Materials so auszugestalten, dass diese Ansteuerung möglichst kostengünstig und effizient durchgeführt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine Einrichtung zur Anlegung einer pulsweitenmodulierten elektrischen Potentialdifferenz aufweist, mit welcher die elektrische Potentialdifferenz zur Ausrichtung des steuerbaren dielektrischen Materials erzeugt werden kann. Durch die Verwendung einer pulsweitenmodulierten elektrischen Potentialdifferenz kann auf die ansonsten erforderliche Veränderung der Spannungsamplitude verzichtet werden. Der für die Ansteuerung mit einer pulsweitenmodulierten elektrischen Potentialdifferenz erforderliche konstruktive Aufwand ist vergleichsweise gering und ermöglicht zudem eine besonders einfache Ansteuerung während des Betriebs der Vorrichtung. So kann beispielsweise das steuerbare dielektrische Material zwischen einer auf Erdungspotential befindlichen ersten Elektrode und einer gegenüberliegend angeordneten zweiten Elektrode angeordnet sein und mit der Einrichtung zur Anlegung einer pulsweitenmodulierten elektrischen Potentialdifferenz die pulsweitenmodulierte elektrische Potentialdifferenz zwischen der auf Erdungspotential befindlichen ersten Elektrode und der gegenüberliegenden zweiten Elektrode angelegt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zweckmäßigerweise so eingerichtet, dass das vorangehend beschriebene Verfahren zur Ansteuerung von Elektroden einschließlich der beschriebenen Optionen und Varianten durchgeführt werden kann.
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Zu diesem Zweck ist optional vorgesehen, dass in der ersten Elektrodenebene und/oder in der zweiten Elektrodenebene eine Parallelelektrode und auf einander gegenüberliegenden Seiten der Parallelelektrode in derselben Elektrodenebene jeweils eine Orthogonalelektrode angeordnet ist, und das jede Parallelelektrode und jede Orthogonalelektrode spannungsübertragend mit einer zugeordneten Wechselspannungserzeugungseinrichtung verbunden ist, wobei eine Phase der mit der Wechselspannungserzeugungseinrichtung erzeugten Wechselspannung zwischen 0 Grad und 360 Grad vorgebbar ist. Auf diese Weise können die Parallelelektroden sowie die Orthogonalelektroden jeweils individuell mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden, um durch die Überlagerung der jeweiligen Wechselspannungen in dem steuerbaren dielektrischen Material eine gewünschte Feldkonfiguration des sich ergebenden elektrischen Feldes zu erzeugen, mit welchem die angestrebte Ausrichtung der Moleküle und eine dadurch vorgegebene dielektrische Eigenschaft des steuerbaren dielektrischen Materials bewirkt werden kann.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass jede Wechselspannungserzeugungseinrichtung mit einer Konstantspannungsquelle verbunden ist und eine Transistorschaltung zur Umwandlung, der von der Konstantspannungsquelle erzeugten Konstantspannung in eine Wechselspannung aufweist. Mit einer Transistorschaltung kann in besonders einfacher Weise eine gleichbleibende Konstantspannung in eine beispielsweise rechteckförmige Wechselspannung umgewandelt werden. Der konstruktive Aufwand für eine Konstantspannungsquelle sowie die anschließende Umwandlung der dadurch erzeugten Konstantspannung in eine Wechselspannung ist vergleichsweise gering. Eine mit einer Transistorschaltung erzeugte rechteckförmige Wechselspannung eignet sich in besonders vorteilhafter Weise für die Ansteuerung der Elektroden zur Ausrichtung des steuerbaren elektrischen Materials. Eine Phasenverschiebung zwischen einzelnen rechteckförmigen Wechselspannungen lässt sich ebenfalls in einfacher Weise erzeugen und vorgeben. Die für die erfindungsgemäß ausgestattete Vorrichtung benötigten elektronischen Bauteile und Komponenten sind handelsüblich erhältlich und kostengünstig.
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Optional ist es besonders vorteilhaft, wenn als Konstantspannungsquelle eine bipolare Konstantspannungsquelle verwendet wird. Eine bipolare Konstantspannungsquelle kann gleichzeitig zur Ansteuerung und Spannungsbeaufschlagung von gegenüberliegend angeordneten Elektroden auf der ersten Elektrodenebene und der zweiten Elektrodenebene verwendet werden. Gegebenenfalls können alle für die Ansteuerung des steuerbaren dielektrischen Materials verwendeten Elektroden mit einer einzigen Konstantspannungsquelle angesteuert und mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden, wobei die angestrebte Feldkonfiguration des elektrischen Feldes, dass zwischen den beiden Elektrodenebenen erzeugt wird, durch eine geeignete Vorgabe der jeweiligen Phasenverschiebung der auf den gegenüberliegend angeordneten Elektrodenebenen befindlichen Elektroden relativ zueinander vorgegeben wird.
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Es ist ebenfalls denkbar, dass die Einrichtung zur Anlegung einer pulsweitenmodulierten elektrischen Potentialdifferenz auch eine Amplitudensteuereinrichtung zur Vorgabe einer Spannungsamplitude der pulsweitenmodulierten elektrischen Potentialdifferenz aufweist. Mit der Amplitudensteuereinrichtung kann beispielsweise eine Spannungsamplitude einer Wechselspannung verändert werden. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Amplitudensteuereinrichtung bei Bedarf eine gleichgerichtete Beschleunigungsspannung mit der jeweiligen Wechselspannung überlagert und dadurch die sich ergebende Amplitude der zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden erzeugten elektrischen Potenzialdifferenz verändert und insbesondere vergrößert wird.
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Eine derartige Vorrichtung zur Ansteuerung von Elektroden kann in nahezu beliebige Produkte und elektrische Apparate integriert werden, bei denen ein steuerbares dielektrisches Material eingesetzt und verwendet wird. Einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zu Folge ist vorgesehen, dass das steuerbare dielektrische Material und die mindestens eine erste Elektrode und die mindestens eine zweite Elektrode in einem Hohlleiter angeordnet sind. Mit der erfindungsgemäßen Elektrodenkonfiguration und deren Ansteuerung lässt sich in besonders einfacher und vorteilhafter Weise ein in einem Hohlleiter angeordnetes steuerbares dielektrisches Material beeinflussen, um über die veränderbaren und jeweils in geeigneter Weise vorgegebenen dielektrischen Eigenschaften des steuerbaren dielektrischen Materials eine Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle innerhalb des Hohlleiters in geeigneter Weise beeinflussen zu können. Auf diese Weise können beispielsweise Phasenschieber in einem Hohlleiter realisiert werden, mit deren Hilfe die Phasenlage einer sich in dem Hohlleiter ausbreitenden elektromagnetischen Welle verändert werden kann.
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Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:
- 1 eine erfindungsgemäße Anordnung von Elektroden und von einem zwischen zwei Elektrodenebenen angeordneten steuerbaren dielektrischen Material in einem Hohlleiter mit einem rechteckigen Querschnitt, wobei durch eine geeignete Ansteuerung in dem steuerbaren dielektrischen Material ein elektrisches Feld mit im Wesentlichen senkrecht zwischen den beiden Elektrodenebenen verlaufenden Feldlinien erzeugt wird,
- 2 eine erfindungsgemäße Anordnung von den Elektroden und dem steuerbaren dielektrischen Material wie in 1, wobei durch eine andere Ansteuerung der einzelnen Elektroden in dem steuerbaren dielektrischen Material ein elektrisches Feld mit im Wesentlichen parallel zu den beiden Elektrodenebenen verlaufenden Feldlinien erzeugt wird,
- 3 eine schematische Darstellung verschiedener Betriebszustände zu der Ansteuerung von zwei einander gegenüberliegenden Elektroden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der pulsweitenmodulierten elektrischen Potenzialdifferenz,
- 4 die bereits in den 1 und 2 exemplarische dargestellte Elektrodenkonfiguration in einem ersten Betriebszustand,
- 5 die in 4 gezeigte Elektrodenkonfiguration in einem zweiten Betriebszustand,
- 6 die in den 4 und 5 gezeigte Elektrodenkonfiguration in einem dritten Betriebszustand,
- 7 eine elektrische Transistorschaltung zur Erzeugung einer Wechselspannung aus einer Konstantspannungsquelle, und
- 8 eine abweichende Transistorschaltung zur Erzeugung einer Wechselspannung, deren Amplitude bei Bedarf vergrößert werden kann.
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In den 1 und 2 sowie in den 4 bis 6 werden jeweils miteinander vergleichbare Ausführungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. In einem Hohlleiter 1 mit einem rechteckigen Querschnitt befindet sich entlang einer ersten Längsseite 2 eine erste Elektrodenebene 3, die durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Auf einer gegenüberliegenden Längsseite 4 befindet sich eine zweite Elektrodenebene 5, die ebenfalls mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist. In der ersten Elektrodenebene 3 ist mittig eine erste Parallelelektrode 6 angeordnet, die sich über mehr als eine halbe Länge der ersten Längsseite 2 hinweg erstreckt. Innerhalb der ersten Elektrodenebene 3 sind auf einander gegenüberliegenden Seiten der Parallelelektrode 6 jeweils eine Orthogonalelektrode 7, 8 angeordnet. Auch in der zweiten Elektrodenebene 5 sind eine zweite Parallelelektrode 9 sowie auf einander gegenüberliegenden Seiten der zweiten Parallelelektrode 9 zwei Orthogonalelektroden 10, 11 angeordnet. Die Abmessungen und die Anordnungen der einander gegenüberliegenden Parallelelektroden 6, 9 sowie der einander gegenüberliegenden Orthogonalelektroden 7, 10 und 8, 11 sind so vorgegeben, dass die einander zugeordneten Elektroden 6, 9, 7, 10, 8, 11 jeweils entlang einer Normalenrichtung senkrecht zu der ersten Elektrodenebene 3 oder der zweiten Elektrodenebene 5 vollständig überlappend und jeweils gleich groß sind. Jede der Elektroden 6, 7, 8, 9, 10, 11 kann individuell mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden.
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In einem mittigen Bereich 12 innerhalb des Hohlleiters 1 ist ein steuerbares dielektrisches Material 13 angeordnet. Das steuerbare dielektrische Material 13 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein steuerbares Flüssigkristallmaterial. Das steuerbare dielektrische Material 13 weist einzelne Moleküle 14 auf, die in den 1 und 2 sowie 4 bis 6 jeweils schematisch angedeutet sind. Die einzelnen Moleküle 14 richten sich entlang eines Verlaufs von Feldlinien eines elektrischen Feldes aus, welches zwischen einander gegenüberliegenden Elektroden 6, 7, 8, 9, 10, 11 auf den einander gegenüberliegenden Elektrodenebenen 3, 5 erzeugt wird.
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In 1 ist schematisch eine Feldkonfiguration für das elektrische Feld dargestellt, bei welcher sich die Feldlinien des elektrischen Felds längs einer normalen Richtung zu den beiden Elektrodenebenen 3, 5 verlaufen. Ein derartiges elektrisches Feld kann durch das Anlegen einer elektrischen Potenzialdifferenz zwischen der ersten Parallelelektrode 6 und der zweiten Parallelelektrode 9 erzeugt werden. Die Feldlinien des elektrischen Felds sind durch Pfeile 15 angedeutet. Die Moleküle 14 des steuerbaren dielektrischen Materials 13 haben sich entlang des Feldlinienverlaufs des elektrischen Felds 15 ausgerichtet. Durch die erzwungene Ausrichtung der Moleküle 14 des steuerbaren dielektrischen Materials 13 weist das steuerbare dielektrische Material erste charakteristische Eigenschaften und insbesondere eine erste effektive Permittivität auf. Das steuerbare dielektrische Material 13 und insbesondere dessen erste effektive Permittivität beeinflussen die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle in dem Hohlleiter 1, wobei die sich in dem Hohlleiter 1 ausbreitende elektromagnetische Welle durch Pfeile 16 angedeutet ist.
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Bei dem in 2 exemplarisch gezeigten Betriebszustand ist zwischen den beiden Parallelelektroden 6, 9 keine elektrische Potenzialdifferenz angelegt, jedoch zwischen den einander gegenüberliegend auf derselben Elektrodenebene 3, 5 angeordneten Orthogonalelektroden 7, 8 sowie 10, 11 jeweils eine elektrische Potenzialdifferenz angelegt. Die einander in normaler Richtung gegenüberliegend angeordneten Orthogonalelektroden 7, 10 sowie 8, 11 sind dabei jeweils auf demselben elektrischen Potenzial. Auf diese Weise wird eine Feldkonfiguration des elektrischen Felds 15 zwischen den beiden Elektrodenebenen 3, 5 erzeugt, bei welcher die Feldlinien im Bereich des steuerbaren dielektrischen Materials 13 im Wesentlichen parallel zu der ersten Elektrodenebene 3 sowie der zweiten Elektrodenebene 5 verlaufen. Die Ausrichtung der Moleküle 14 des steuerbaren dielektrischen Materials 13 richtet sich nach dem Verlauf der Feldlinien des elektrischen Feldes 15 und ist bei dem zweiten Betriebszustand, der in 2 gezeigt wird, im Wesentlichen senkrecht zu der Ausrichtung der Moleküle 14 bei dem ersten Betriebszustand, der in 1 gezeigt ist. Das steuerbare dielektrische Material 13 weist in dem zweiten Betriebszustand zweite dielektrische Eigenschaften und insbesondere eine zweite effektive Permittivität auf, die sich deutlich von der ersten effektiven Permittivität in dem ersten Betriebszustand unterscheidet. Eine sich durch den Hohlleiter 1 ausbreitende elektromagnetische Welle 16 wird durch das steuerbare dielektrische Material 13 in dem zweiten Betriebszustand anders beeinflusst als durch das steuerbare dielektrische Material 13 in dem ersten Betriebszustand. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Phasenlage der sich durch den Hohlleiter 1 ausbreitenden elektromagnetischen Welle 16 beeinflusst und verändert werden.
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In 3 sind lediglich beispielhaft für das erfindungsgemäße Verfahren der Erzeugung der pulsweitenmodulierten elektrischen Potentialdifferenz in einem Schaubild die zeitlichen Spannungsverläufe für eine erste Wechselspannung 17, für eine zweite Wechselspannung 18 und für eine elektrische Potentialdifferenz 19 schematisch abgebildet, wobei sich die elektrische Potentialdifferenz 19 durch eine Überlagerung der ersten und zweiten Wechselspannung 17, 18 ergibt. Die jeweiligen Werte U der Wechselspannung 17, 18 und der elektrischen Potentialdifferenz 19 sind jeweils auf einer gleichgerichteten Ordinate eingetragen, während der zeitliche Verlauf über die gemeinsame Abszisse dargestellt ist.
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Die erste Wechselspannung 17 und die zweite Wechselspannung 18 weisen jeweils einen rechteckförmigen Verlauf auf, wobei der Wert U der Wechselspannung 17, 18 zwischen einer positiven und einer negativen Spannungsamplitude mit dem jeweiligen Betrag Ü wechselt. Die Spannungsamplituden der beiden Wechselspannungen 17, 18 sind identisch.
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In dem Schaubild in 3 sind drei verschiedene Betriebszustände dargestellt. In einem ersten Betriebszustand 20 wird keine Phasendifferenz Δφ zwischen der ersten Wechselspannung 17 und der zweiten Wechselspannung 18 vorgegeben. Die beiden Wechselspannungen 17, 18 werden beispielsweise an die jeweils zugeordnete erste und zweite Parallelelektrode 6, 9 angelegt. Die sich durch eine Überlagerung der beiden Wechselspannungen 17, 18 ergebende elektrische Potentialdifferenz 19 zwischen der ersten Parallelelektrode 6 und der zweiten Parallelelektrode 9 ist konstant Null. Dieser erste Betriebszustand entspricht bei einer herkömmlichen Amplitudenregelung einem herkömmlichen Betriebszustand mit einer elektrischen Potentialdifferenz mit dem Amplitudenwert Null.
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In einem zweiten Betriebszustand 21 wird eine Phasendifferenz Δφ = 90° zwischen der ersten Wechselspannung 17 und der zweiten Wechselspannung 18 vorgegeben. Durch die Überlagerung der beiden Wechselspannungen 17, 18 ergibt sich für einen Anteil von 50% der Periodendauer eine elektrische Potentialdifferenz 19 mit einem Betrag von U=2Ü, während sich für einen weiteren Anteil von 50% der Periodendauer eine elektrische Potentialdifferenz 19 mit dem Wert 0 ergibt. Dieser zweite Betriebszustand entspricht hinsichtlich seiner Auswirkung auf das steuerbare dielektrische Material einem herkömmlichen Betriebszustand mit Amplitudenregelung, bei welchem die Amplitude der Wechselspannung auf den halben Maximalwert reduziert ist.
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In einem dritten Betriebszustand 22 wird eine Phasendifferenz Δφ = 180° zwischen der ersten Wechselspannung 17 und der zweiten Wechselspannung 18 vorgegeben. Durch die Überlagerung der beiden Wechselspannungen 17, 18 ergibt sich über die gesamte Periodendauer eine elektrische Potentialdifferenz 19 mit einem Betrag von U=2Ü. Dieser dritte Betriebszustand entspricht hinsichtlich seiner Auswirkung auf das steuerbare dielektrische Material einem herkömmlichen Betriebszustand mit Amplitudenregelung, bei welchem die Amplitude des elektrischen Potentials dauerhaft auf den Maximalwert vorgegeben ist.
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Durch die Vorgabe einer Phasendifferenz in einem Bereich zwischen Δφ = 0° und Δφ = 180° bzw. zwischen Δφ = 180° und Δφ = 360° können die jeweiligen Anteile der sich gleichgerichtet oder entgegengesetzt überlappenden Wechselspannungen 17, 18 verändert und dadurch die Stärke des durch die Überlagerung und die resultierende elektrische Potentialdifferenz 19 erzeugten elektrischen Feldes 15 vorgegeben werden, ohne dass eine Veränderung der Amplituden der ersten oder zweiten Wechselspannung 17, 18 erforderlich ist.
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Das in 3 veranschaulichte Verfahren zur Erzeugung einer pulsweitenmodulierten elektrischen Potentialdifferenz 19 zwischen einander gegenüberliegenden Elektroden 6, 7, 8, 9, 10, 11 kann beispielsweise zur Ansteuerung der beiden Parallelelektroden 6, 9 sowie zur Ansteuerung der Orthogonalelektroden 7, 8, 10, 11 verwendet werden. Dabei kann die Ansteuerung der Orthogonalelektroden innerhalb jeder Elektrodenebene 3, 5 synchron durchgeführt werden. Zudem können optional auch die Ansteuerungen der einander gegenüberliegend auf verschiedenen Elektrodenebenen 3, 5 angeordneten Orthogonalelektroden 7, 8, 10, 11 miteinander synchronisiert sein.
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In den 4 bis 6 sind zur Veranschaulichung drei verschiedene Betriebsmodi 23, 24 und 25 der erfindungsgemäßen Anordnung und Ansteuerung der Elektroden 6, 7, 8, 9, 10, 11 in einem Hohlleiter 1 dargestellt. Der erste Betriebsmodus 23 gemäß 4 entspricht dabei einem in 1 gezeigten Betriebszustand. Der zweite Betriebsmodus 24 gemäß 5 entspricht einem in 2 gezeigten Betriebszustand. In dem ersten Betriebsmodus 23 werden die beiden einander gegenüberliegend angeordneten Parallelelektroden 6, 9 mit einer ersten Wechselspannung 17 bzw. mit einer zweiten Wechselspannung 18 beaufschlagt. Zwischen der ersten Wechselspannung 17 und der zweiten Wechselspannung 18 ist eine Phasendifferenz von Δφ = 180° vorgegeben, was dem zweiten Betriebszustand 21 in dem Schaubild in 3 entspricht. In diesem ersten Betriebsmodus 23 wird ein elektrischen Feld 15 erzeugt, dessen Feldlinien in einer Normalenrichtung senkrecht zu der ersten und zweiten Elektrodenebene 3, 5 verlaufen. Die Moleküle 14 des steuerbaren dielektrischen Materials 13 richten sich entsprechend dem Verlauf der Feldlinien aus.
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In dem zweiten Betriebsmodus 24 sind in jeder der beiden Elektrodenebenen 3, 5 die beiden Orthogonalelektroden 7, 10 sowie 8, 11 jeweils mit einer ersten Wechselspannung 17 und einer zweiten Wechselspannung 18 mit einer Phasendifferenz von Δφ = 180° zueinander beaufschlagt. Die Ansteuerung der Orthogonalelektroden 7, 8, 10, 11 ist zueinander synchronisiert, sodass die einander gegenüberliegenden Orthogonalelektroden 7 und 10 sowie 8 und 11 jeweils denselben Wert der daran anliegenden ersten und zweiten Wechselspannung 17, 18 aufweisen. Dadurch wird ein elektrisches Feld 15 erzeugt, dessen Feldlinien näherungsweise parallel zu der ersten und zweiten Elektrodenebene 3, 5, verlaufen.
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In einem dritten Betriebsmodus 25 sind zusätzlich zu der in 5 dargestellten synchronisierten Ansteuerung der Orthogonalelektroden 7, 8, 10, 11 auch die beiden Parallelelektroden 6, 9 mit einer pulsweitenmodulierten elektrischen Potentialdifferenz 19 beaufschlagt, wobei die dafür überlagerte erste und zweite Wechselspannung 17, 18 relativ zueinander eine Phasendifferenz von Δφ = 180° aufweist, jedoch relativ zu dem zeitlichen Verlauf der an die Orthogonalelektroden 7, 8, 10, 11 angelegten elektrischen Potentialdifferenz 19 eine zusätzliche Phasendifferenz von Δφ = 40° vorgegeben ist. Dadurch stellt sich eine Feldkonfiguration des elektrischen Feldes 15 im Bereich des steuerbaren dielektrischen Materials 13 ein, die zu einer Ausrichtung der einzelnen Moleküle 14 in einem spitzen Winkel gemessen zur Normalenrichtung oder zu den beiden Elektrodenebenen 3, 5 führt.
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In 7 ist exemplarisch eine Transistorschaltung 26 dargestellt, mit welcher eine rechteckförmige Wechselspannung 17, 18 erzeugt werden kann. Ausgehend von einer bipolaren Konstantspannungsquelle 27 werden die beiden spannungsführenden Ausgänge der bipolaren Konstantspannungsquelle 27 mit einer betragsmäßigen Ausgangsspannung Ü jeweils über einen Transistor 28, 29 mit einer gemeinsamen Zuleitung 30 zu einer Elektrode verbunden. Über einen weiteren Transistor 31 kann ein Erdungspotential mit der gemeinsamen Zuleitung 30 verbunden werden. Es darf immer lediglich ein Transistor 28, 29 oder 31 in einem durchleitenden Zustand sein. Bei einer ständig abwechselnden Umschaltung der beiden Transistoren 28 und 29 zwischen einem Sperrbetrieb und einem Durchleitungsbetrieb kann in einfacher Weise zwischen einer positiven Spannung und einer negativen Spannung relativ zu dem Erdungspotential umgeschaltet werden und auf diese Weise eine rechteckförmige Wechselspannung mit einer Amplitudendifferenz von 2Ü erzeugt werden. Es ist ebenfalls möglich, die gemeinsame Zuleitung 30 über den das Erdungspotential durchleitenden Transistor 31 auf das Erdungspotential zu setzen oder die Transistorschaltung 26 in einen hochohmigen Zustand zu versetzen, in welchem alle Transistoren 28, 29 und 31 in einem Sperrbetrieb sind. Auf diese Weise können mit der in 7 dargestellten Transistorschaltung 26 insgesamt vier verschiedene Zustände und darauf aufbauend unterschiedliche rechteckförmige Wechselspannungsverläufe relativ zu dem Erdungspotential realisiert werden.
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Bei der in 8 exemplarisch dargestellten erweiterten Transistorschaltung 32 wird zusätzlich zu einer ersten bipolaren Konstantspannungsquelle 27 eine zweite bipolare Konstantspannungsquelle 33 verwendet, die relativ zu dem Erdungspotential zwei spannungsführende Ausgänge mit einer betragsmäßigen Ausgangsspannung Üos zur Verfügung stellt. Diese beiden spannungsführenden Ausgänge sind ebenso wie die spannungsführenden Ausgänge der ersten bipolaren Konstantspannungsquelle 27 über Transistoren 34, 35 mit der gemeinsamen Zuleitung 30 verbunden. Wenn ebenfalls immer lediglich ein Transistor 28, 29, 31, 34, 35 in einem durchleitenden Zustand ist können mit dieser Transistorschaltung 32 bereits sechs verschiedene Zustände realisiert werden, wobei neben einer Wechselspannung mit einer Amplitudendifferenz von 2Ü auch eine Wechselspannung mit einer davon abweichenden Amplitudendifferenz von 2Ûos erzeugt werden kann.
