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Anordnung zur phasengenauen Regelung der Drehzahl einer rotierenden
Welle in Video-Magnetbandgeräten Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur phasengenauen
Regelung der Drehzahl der mit den Magnet. köpfen umlaufenden Welle in Video-Magnetbandgeräten,
bei der ein mit der Welle rotierendes Steuer. glied in einem stationären Abtastorgan
einen Impuls pro Umlauf erzeugt, und bei der durch Vergleich dieser Impulse mit
Synchronimpulsen vorgegebener Frequenz ein Regelsignal gewonnen wird, das dem Stellglied
des Regelkreises zugeführt wird.
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Es ist bei der magnetischen Aufzeichnung und Wiedergabe von Fernsehsignalen
eine äußerst genaue Umdrehungsgeschwindigkeit der auf einer Welle angeordneten,
mit den Video-Magnetköpfen rotierenden Scheibe erforderlich. Um sicherzustellen,
daß die Scheibe mit den Video-Magnetköpfen z. B. genau eine Umdrehung pro Raster
ausführt, so daß bei jeder Umdrehung ein Bild bzw. Halbbild aufgezeichnet bzw. abgetastet
wird, ist bei einer bekannten Anordnung auf der Welle eine zweite Scheibe be. festigt,
die sich zwischen einer Glühlampe und einem Fotowiderstand dreht. Die durch ein
Loch in der Scheibe bei jeder Umdrehung im Fotowiderstand erzeugten Stromimpulse
werden bei Aufnahmebetrieb zusammen mit den aus einem Fernsehempfänger erhaltenen
Vertikalsynchronimpulsen, die gleichzeitig auf einem der Ränder des Bandes aufgezeichnet
werden, einer Vergleichsschaltung zugeführt, deren von einem etwaigen Frequenz-
oder Phasenunterschied der beiden Impulsreihen abhängender Ausgangsgleichstrom über
einen Gleichstromverstärker einer das Stellglied des Regelkreises bildenden Wirbelstrombremse
zugeführt wird. Bei Wiedergabebetrieb werden dann die vom Band abgetasteten Synchronimpulse
mit aus der Netzspannung abgeleiteten Impulsen verglichen und die Rotationsgeschwin.
digkeit des Kopfes so geregelt, daß die Bildwechselfrequenz gleich der Netzfrequenz
ist. Bei dieser Anordnung ist eine zusätzliche Regelung der Bandgeschwindigkeit
erforderlich, um die Eindeutigkeit der Phasenregelung sicherzustellen.
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Bei Video-Magnetbandgeräten für Heimzwecke ist es beispielsweise bekannt,
zur Einsparung von Magnetband nur jedes n-te, beispielsweise jedes zweite Bild bzw.
Halbbild aufzuzeichnen und bei der Wiedergabe n-mal bzw. zweimal abzutasten. In
diesem Fall ist die Regelgenauigkeit bei Anwendung der bekannten Anordnung mangelhaft
und weist ein un. günstiges Zeitverhalten auf. Eine Phasenabweichung wird nur einmal
pro Umlauf korrigiert und kann daher recht große Werte annehmen. Außerdem treten
dürch Verwendung eines einkanaligen Gleichstromverstärkers Schwierigkeiten hinsichtlich
der Nullpunktstabilisierung auf.
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Gemäß der Erfindung werden die Nachteile der bekannten Anordnung dadurch
ven-nieden, daß der Welle ein zweites, um 180" zum ersten versetzt angeordnetes
stationäres Abtastorgan zugeordnet ist daß die Abtastorgane Schalter bilden oder
ansteuern, welche durch die parallel zugeführten, vom Band abgetasteten Vertikalsynchronimpulse
derart periodisch geöffnet und geschlossen werden, daß die Schalter nur für die
Zeit der Koinzidenz beider Signale geöffnet sind, und daß die Schalter jeweils unter
Zwischenschaltung von Integriergliedem mit jeweils einem Eingang eines symmetrischen
Gleichstromdifferenzverstärkers verbunden sind, dessen Ausgangsgleichstrom als Regelsignal
für das Stellglied des Regelkreises dient. Die Phasenlage der Welle wird also pro
Umdrehung der Scheibe zweimal, d. h. an zwei um genau 180' am Umfang
der Welle versetzten Stellen, abgetastet und mit den Synchronimpulsen verglichen.
Die unbedingt erforderliche Eindeutigkeit der Phasenlage bleibt trotz dieser zweimaligen
Abtastung erhalten, da die von den parallel zugeführten Synchronimpulsen periodisch
geöffneten und geschlossenen Schalter bei einer etwaigen Phasenabweichung eine gegenläufige
Änderung der Zeitdauer der beiden pro Umlauf mittels eines rotierenden Steuergliedes
erzeugten Impulse be. wirken, so daß auch die zusätzliche Regelung der Bandvorschubgeschwindigkeit
entfallen kann.
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Eine Phasenabweichung wird also bei der erfindungsgemäßen Anordnung
zweimal pro Umlauf korrigiert und bleibt aus diesem Grunde immer kleiner als dies
bei der bekannten Anordnung der Fall ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung
besitzt demnach ein besseres Zeitverhalten und eine erhöhte Regelgenauigkeit, weil
durch die zweimalige Abtastung eine bessere zeitliche Auflösung erreicht wird. Diese
Verbesserungen sind vor allem dann von entscheidender Bedeutung, wenn man vorzugsweise
bei Video-Magnetbandgeräten für Heimzwecke zur Magnetbandeinsparung mit geringerer
Kopfradfrequenz arbeitet und, wie eingangs erwähnt, pro Kopfumlauf nur jedes zweite
Raster aufzeichnet. Da die beiden Impulsreihen auf die Eingänge eines symmetrischen
Differenzverstärkers gegeben werden, dessen Ausgangsgleichstrom als Regelsignal
das Stellglied des Regelkreises steuert, verringert die erfindungsgemäße Anordnung
auch die bei Verwendung von einkanali-Cren Verstärkern auftretenden Schwierigkeiten
hin-C sichtlich der Nullpunktstabilisierung.
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Es ist zwar schon eine Anordnung bekannt bei der einer rotierenden
Welle zwei stationäre Abtastorgane zugeordnet sind. Die Abtastorgane sind
je-
doch bei dieser Anordnung nicht um 180' am Umfang der Welle versetzt,
sondern radial hintereinander in unterschiedlichem Abstand von der Welle angeordnet.
Es wird dabei in jedem Abtastorgan je
eine Impulsreihe erzeugt, von denen
jedoch nur eine für die Drehzahlregelung ausgewertet wird. Eine Verbesserung des
Zeitverhaltens eines Regelkreises ist mit dieser Anordnun- der Abtastorgane nicht
möglich.
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Bei der bekannten Anordnung sind einem der beiden Abtastorgane vier
mit der Welle rotierende, im gleichen Abstand am Umfang der Welle verteilte Steuerglieder
zugeordnet. Die Phasenlage der Welle wird also hierbei viermal pro Umlauf abgetastet.
Man erhält jedoch nur eine Impulsreihe, die mit einer Synchronimpulsreihe gleicher
Frequenz in einer Phasenvergleichsschaltung verglichen wird. Mit dieser Anordnung
kann zwar das Zeitverhalten eines Regelkreises verbessert werden, jedoch ist hierbei
die Eindeutigkeit der Phasenlage bei einer etwaigen Phasenabweichung im Gegensatz
zur erfindungsgemäßen Anordnung nicht gewährleistet, da hierbei nur die Größe, nicht
aber die Richtung der Ab-
weichung festgestellt wird.
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Aufbau und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung werden im
folgenden an Hand der Zeichnung näher beschrieben.
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F i g. 1 und 2 zeigen Blockschaltbilder zweier verschiedener
Ausführungen des Regelkreises, wobei nur die für die Regelung wichtigen Schaltungsteile
aufgezeichnet sind, und in F i g. 3 und 4 sind eine Wirbelstrombremse und
eine elektromagnetisch steuerbare Rutschkupplung als Stellglieder des Regelkreises
dargestellt. F i g. 5 a bis 5 c zeigt die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen
Anordnung an Hand der auftretenden Impulse.
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In F i g. 1 ist mit 1 eine von einem Motor 2 angetriebene
Welle eines Video-Magnetbandgerätes gezeichnet, welche eine nicht dargestellte Scheibe
mit den Video-Magnetköpfen und eine zweite mit einem Loch 3 versehene Scheibe
4 trägt, die sich zwischen zwei diametral zur Welle 1 angeordneten Fotodioden
5, 6 und zwei Glühlampen 7, 8 dreht. Jede der beiden Fotodioden
wird also einmal bei jedem Umlauf von der gegenüberliegenden Glühlampe durch das
Loch 3 beleuchtet. Auf Grund der Wirkungsweise der Fotodioden kann die Zeitdauer,
während der ein Fotostrom fließt, gesteuert werden. Ein Fotostrom kann nämlich bei
Lichteinwirkung auf die Grenzschicht einer Fotodiode nur unter der gleichzeitigen
Wirkung einer äußeren Vorspannung einsetzen. Die beiden Fotodioden 5, 6
werden von einem Multivibrator 9 parallel angesteuert, der bei einem Video-Aufzeichnungsgerät
für Heimzwecke beispielsweise mit der halben Bildwechselfrequenz (25 Hz) synchronisiert
wird. Bei Aufnahme dienen die aus einem Fernsehsignal an einem Eingang
10
erhaltenen normalen Vertikalsynchronimpulse, die während der Aufnahme von
einem nicht dargestellten Synchronkopf gleichzeitig auf einem der Ränder des Bandes
aufgezeichnet werden, bei Wiedergabe die auf das Band aufgenommenen, vom Synchronkopf
wiedergegebenen und auf den Eingang 10 gegebenen Impulse zur Synchronisierung
des Multivibrators 9.
Es wird in einer der Fotodioden 5, 6 immer dann
ein Stromimpuls erzeugt (F i g. 5 c), wenn sie beleuchtet ist (F i
g. 5 b) und gleichzeitig eine Vorspannung anliegt (F i g. 5 a). Man
erhält also zwei Impulsreihen, die zeitlich um die Dauer einer halben Umdrehung
der Bildwelle versetzt sind, da die beiden Abtastorgane um genau 180' am
Umfang der rotierenden Welle versetzt sind und die Phasenlage der Welle zweimal
abgetastet wird. Die beiden Impulsreihen werden unter Zwischenschaltung an sich
bekannter Integrierglieder 11, 12 auf die beiden Eingänge eines Gleichstromdifferenzverstärkers
13 gegeben, dessen Ausgangsspannung als Regelsignal einem Stellglied 14 des
Regelkreises zugeführt wird.
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In F i g. 2 ist ein anderes Ausfährungsbeispiel der Regelschaltung
dargestellt. Die Bezugszeichen für gleiche Schaltungsglieder wurden aus F i
g. 1 übernommen. Als Abtastorgane dienen bei diesem Ausführungsbeispiel induktive
Geber 15, 16, in denen durch eine auf der Scheibe 4 angebrachte ferromagnetische
Stelle 17 jeweils ein Impuls pro Umlauf erzeugt wird. Die induktiven Geber
15, 16 steuern unter Zwischenschaltung von impulsformenden, monostabilen
Multivibratoren 18, 19 Torschaltungen 20, 21 an, welche durch die am Eingang
10 erhaltenen Synchronimpulse über den Multivibrator 9 periodisch
geöffnet und geschlossen werden. Ein im induktiven Geber 15, 16 erzeugter
Impuls (F i g. 5 b),
dessen Länge vom monostabilen Multivibrator
18, 19
bestimmt wird, wird also nur für die Zeit durchgelassen (F i
g. 5 c), in der die Torschaltungen 20,21 geöffnet sind (F i g. 5 a).
Die beiden derart erhaltenen Impulsreihen werden wie in F i g. 1 unter Zwischenschaltung
der Integrierglieder 11, 12 auf den Differenzverstärker 13 gegeben,
dessen Ausgangsgleichstrom als Regelsignal dem Stellglied 14 des Regelkreises zugeführt
wird. Das Stellglied 14 kann für beide Ausführungen der Regelschaltung beispielsweise
eine Wirbelstrombremse (F i g. 3) oder eine elektromagnetisch steuerbare
Kupplung (F i g. 4) sein. In beiden Fällen besitzt das Stauerglied zwei Wicklungen,
deren eine, nicht dargestellte, einen konstanten Strom führt, der bei der Wirbelstrombremse
ein bestimmtes Bremsmornent, bei der Rutschkupplung einen bestimmten Kupplungsgrad
bewirkt und die Drehzahl in einem vorgegebenen Regelbereich hält. Die zweite dargestellte
Wicklung W ist die Steuerwicklung, auf welche der Ausgangsgleichstrom des Differenzverstärkers
13 wirkt. Die Steuerwicklung erzeugt je nach Richtung einer etwaigen
Phasenabweichung einen magnetischen Fluß, der dem konstanten Fluß der ersten Wicklung
gleich-
oder entgegengerichtet ist, und bewirkt dadurch die gewünschte phasengenaue Einstellung
der Drehzahl auf ihren Sollwert.
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Das in Fig. 5 gezeigte Impulsschema dient zur Veranschaulichung
des oben Gesagten. F i g. 5 a zeigt die dem Multivibrator 9 entnommenen,
parallel an den Schaltmitteln 5, 6 bzw. 20, 21 liegenden Synchronisierimpulse.
F i g. 5 b zeigt die alternierende Folge der mit 1 bzw.
11 bezeichneten in den Abtastorganen 5 oder 15 bzw.
6 oder 16 erzeugten Impulse, und in F i g. 5 c sind die bei
geöffneten Schaltmitteln durchgelassenen Impulse dargestellt. Im eingeregelten Zustand
werden diese Stromimpulse flächengleich, bei einer Phasenabweichung ändern sie sich
gegenläufig.