DE2022652A1 - Auf mechanische Beanspruchung ansprechender Halbleiterwandler - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

IHPL.ING. H. LEINWEBER dipping H. ZIMMERMANN

C3 193"> 8 MUnchen2,Rosental7, 2

Tei.-Adr. L*1npatMUndi*n Telefon (UII)MIfSi

• „ 8. Mai 1970

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Unser Zeichen

MATSUSHITA"ELECTRIC INDUSTRIAL CO., LTD., Osaka /Japan Auf mechanische Beanspruchung ansprechender Halbleiterwandler

Die Erfindung betrifft einen auf mechanische Beanspruchung ansprechender Halbleiterwandler, bei dem der Piezowiderstandseffekt einer auf ein flexibles elektrisch isolierendes Substrat aufgedampften dünnen Halbleiterschicht für die Umwandlung von mechanischen Beanspruchungen in elektrische Größen verwendet wird. Sie "bezieht sich ferner auf-einen Tonabnehmereinsatz, bei dem ein sol- , eher Wandler verwendet wird.

Bisher wurden verschiedene akustische Wandlerelemente, bei denen der Piezowiderstandseffekt eines Einkristalls aus Silicium und Germanium ausgenützt wird, vorgeschlagen und praktisch verwendet. Um jedoch eine wirkungsvolle Umwandlung und eine genügend große Ausgangsspannung zu erzielen, war es erforderlich, daß das akustische Wandlerelement als sehr kleiner Stift oder dünner

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Streifen mit einer Querschnittsfläche von weniger als 0,1 mm ausgebildet wurde, und daß ein solcher Stift oder ein solches Plätt-• chen zur Aufbringung einer einachsigen Beanspruchung mit einem

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mechanisch schwingenden System verbunden wurde.

Die den Einkristall verwendenden bekannten Wandlerelemente haben eine sehr geringe mechanische Elastizität

sind

und deshalb/häufig Schwierigkeiten bei der mechanischen Konstruktion eines gute akustische Eigenschaften aufweisenden Wandlers aufgetreten. Ferner war im Hinblick auf die Notwendigkeit einer sehr feinen Verarbeitung eine Halbleitertechnik sehr hoher Präzision erforderlich und das so erhai-" tene Element wies nicht die genügende hohe mechanische Festigkeit auf, was häufig zu Ausschuß beim Zusammenbau des Wandlers führte.

Durch die Erfindung soll nun ein auf mechanische Beanspruchung ansprechender Halbleiterwandler geschaffen werden, der leicht herzustellen ist und einen guten Wandlereffekt aufgrund der Tatsache aufweist, daß er eine auf ein elektrisch isolierendes flexibles Substrat aufgedampfte dünne Halbleiter-r schicht aufweist und den Piezowiderstandseffekt' der aufgedampften Schicht ausnützt. ^;

Ferner wird durch die Erfindung ein Tonabnehmereinsatz· mit einem auf mechanische Beanspruchung ansprechenden elektrischen Wandler geschaffen, bei dem der Piezowiderstandseffekt ; einer auf eine flexible elektrisch isolierende Dünnschichtbasis aufgedampften Halbleiterschicht verwendet wird.

Der erfindungsgemäße Wandler weist ein auf mechanische Beanspruchung ansprechendes Wandlerelement in Form eines aufgedampften Dünnschicht-Halbleiterelements auf, das aus einer flexiblen, elektrisch isolierenden Dünnschichtbasis, ferner aus zwei auf dieser Basis in Abstand voneinander angeordneten Elektroden und einen über die Elektroden aufgedampf- ' ^: ' 00 98 4? /16O-

•ten Piezowiderstands-Halbleiterschicht besteht. Der Wandler weist außerdem eine Einrichtung zum Aufbringen einer mechanischen Beanspruchung von außen auf das aufgedampfte Dünnschicht-Ralbleiterelement auf, die bewirkten, daß eine Veränderung der mechanischen Beanspruchung eine Veränderung der mechanischen Spannung der Piezowiderstands-Halbleiterschicht verursachen kann, sowie eine Einrichtung zum Abgreifen eines elektrischen Signals von den Elektroden aufgrund einer Veränderung des Innenwiderstands der Piezowiderstands-Halbleiterschicht in Abhängig- < keit von der Veränderung d er von außen aufgebrachten Beanspruchung.

'Der erfindungsgemäße Wandler weist aufgrund der Tatsache, daß die isolierende Basis und die aufgedampfte Halbleiterschicht sehr flexibel sind, eine sehr gute Elastizität und dadurch eine ausgezeichnete Wandlerwirkung auf. Deshalb hat der erfindungsfcemäße Wandler im Vergleich zu den bekannten, Einkristalle verwenden Wandlers dieser Art verbesserte Eigenschaften.

Ferner können Piezowiderstandselemente jeder gewünschten Form durch geeignete Wahl.der Maske für das Aufdampfen in großen I k^;engen hergestellt werden, da sie aus aufgedampften Schichten zusammengesetzt sind. Das Piezowiderstandselement hat eine genügende Flexibilität und daher eine entsprechend hohe mechani- : sehe Festigkeit. Der so erzielte sehr zweckmäßige auf mecha- i nische Beanspruchung ansprechende Halbleiterwandler ist für die Verwendung in Mikrophonen und Tonabnehmereinsätzen bestens | geeignet.

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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines den die Umwandlung bewirkenden Abschnitt eines erfindungsgemäßen Wandlers bildenden Aufdampfdünnschicht-Halbleiterelements,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Arbeitsprinzips eines das in Fig. 1 dargestellte Element verwendenden Wandlers,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wandlers,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tonabnehmereinsatzes,

Fig. 5 einen Axialschnitt des Tonabnehmereinsatzes nach , ng. 4,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des inneren Mechanismus des Tonabnehmereinsatzes, *

Fig. 7 eine Explosionsansicht des in Fig. 6 dargestellten inneren Mechanismus, j

Fig. 8a und 8b Stirnansichten zweier Formen des die Umwand

lung von mechanischer Beanspruchung in elektrische

Größen bewirkenden Abschnitts eines Tonabnehmere'insatzes,

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Fig. 9 eine schematische Darstellung der Arbeitsweise des Tonabnehmereinsatzes nach fig. 4 und 5,

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer Abwandlung des inneren Mechanismus nach Fig. 6,

Fig. 11 einen Axialschnitt durch eine andere Aus- ' führungsform des erfindungsgemäßen Tonabnehmereinsa tzes,

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht des inneren Mechanismus des Tonabnehmereinsatzes nach

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Fig. 13 eine Explosionsansicht des in Fig. 12 dargestellten inneren Mechanismus,

Fig. 14a und 14b Stirnansichten zweier Formen des die Umwandlung von mechanischer Beanspruchung in elektrische Größen "bewirkenden Abschnitts

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in Tonabnehmereinsätzen,

Fig. 15 eine schematische Darstellung der Arbeitsweise des Tonabnehmereinsatzes nach Fig. 11,

Fig. 16 einen Axialschnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tonabnehmereinsatzes,

Fig. 1? eine perspektivische Ansicht des inneren Mechanismus des Tonabnehmereinsatzes nach Fig.

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Fig. 18 eine Explosionsansicht des in Fig. 17 dargestellten inneren Mechanismus, \

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Fig. 19 eine Stirnansicht des die Umwandlung von mechanischer Beanspruchung in elektrische Größen bewirkenden Abschnitts des Tonabnehmereinsatzes nach Fig. 16,

Fig. 20 eine schematische Darstellung der Arbeitsweise des Tonabnehmereinsatzes nach Fig. 16,

Fig. 21 eine perspektivische Ansicht des inneren Mechanismus einer abgewandelten Form des Tonabnebmereineatzes nach Fig. 16,

Fig. 22 eine Explosionsansicht des in Fig. 21 dargestellten inneren Mechanismus,

Fig. 23 eine Stirnansicht des die Umwandlung von mechemischer Beanspruchung in elektrische GrO-Ben bewirkenden Abschnitts des Tonabnehmerein-

satzes nach Fig. 21,

Fig. 24 eine perspektivische Ansicht des inneren Mechanismus noch einer weiteren abgewandelten j Form des Tonabnehmereinsatzes nach Fig. 16,

Fig. 25 einen Axialschnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tonabnehmer- ^! einsatzes, '

Fig. 26 eine perspektivische Ansicht des inneren j Mechanismus des Tonabnehmereinsatzes nach Fig. 25 mit teilweise entfernten Teilen,

i Fig. 27 eine Explosionsansicht des in Fig. 26 darge- I

stellten inneren Mechanismus,

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Fig. 28 one schematische Darstellung der Arbeitsweise des Tonabnehmereinsatzes nach Fig. 25,"

Fig. 29 eine perspektivische Ansicht des inneren Mechanismus noch einer weiteren Ausführungsform ■ des erfindungsgemäßen Tonabnehmereinsatzes,

Fig. 30 einen Axialschnitt durch den in Fig. 29 dargestellten inneren Mechanismus,

Fig. 31 eine Explosionsansicht des in Fig. 29 dargestellten inneren Mechanismus, ;.

Fig. 32 eine schematische Darstellung der Arbeitsweise

des Tonabnehmereinsatzes nach Fig, 29 und ' ~ ■

Fig. 33 eine perspektivische Ansicht eines den erfin- . ; dungsgemäßen Wandler verwendenden Mikrophons , mit teilweise weggebrochenen Teilen.

Fig. 1 zeigt eine Form eines Aufdampfdünnschieht-Halbleiterelements mit einer Basis 1 in Form einer Dünnschicht aus elektrisch isolierendem Material, z.B. Polyamid, Polyamid oder Glimmer mit einer Dicke von etwa einigen 10 Mikron, die eine genügend hohe Festigkeit gegen Hitze und hohe Flexibilität aufweist« Zwei in Abstand voneinander angeordnete Elektroden 2 und 2¹ sind in der Mähe der entgegengesetzten Enden der Basis durch Aufdampfen eines Metalls, z.B. Nickel, Chrom oder Gold, im Vakuuniangeordnet. Ein Halbleitermaterial mit hohem Piezowiderstandseffekt, wie Silicium, Germanium oder Indium-Autimon, das mit einem geeigneten Störstoff dotiert ist, ist.unter Verwendung einer geeigneten Aufdampfmaske in Streifenform

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aufgedampft und bildet eine Piezowiderstands-Halbleiterschicht 3, die sich zwischen die beiden Elektroden 2 und 2¹ erstreckt. Wenn die Halbleiterschicht 3 einer Veränderung der mechanischen Spannung in 'Richtung der die Elektroden 2 und 2' verbindenden Linie unterworfen wird und wenn diese Schicht durch auf sie einwirkende Biegebeanspruchung verformt wird, verursacht die auftretende Deformationskomponente eine Veränderung des Widerstands zwischen den Elektroden 2 und 2'.

Fig. 2 zeigt schematisch das Arbeitsprinzip eines auf mechanische Beanspruchung ansprechenden Wandlers, bei dem ein solches Halbleiterelement mit aufgedampften Dünnschichten verwendet wird. Ein Block 4 aus elektrisch isolierendem Material trägt ein fest mit ihm verbundenes Aufdampfdünnschicht-Halbleiterelement und"ist so mit einer zentralen Ausnehmung 5 versehen, daß die Halbleiterschicht 3 im Aufdampfdünnschicht-Halbleiterelement über der Ausnehmung 5 liegt und die Elektroden 2 und 2' an der oberen Kante der Ausnehmung 5 festgelegt sind. Durch diese Anordnung wird die Halbleiterschicht 3 fortwährend unter einer ständigen mechanischen Spannung gehalten. Die Spannung ist nicht besonders groß, aber sie bewirkt, daß keine Falten und kein Durchhängen der Halbleiterschicht 3 auftreten.

Die Halbleiterschicht 3 wird einer Veränderung der mechanischen Spannung in einer Richtung parallel zur Schicht-υjerflache, wie durch Pfeile 8 und 8' bezeichnet, unterworfen, wenn ein in der Mitte des Aufdampfdünnschicht-HalbleitereJements angreifendes Bauteil 6 dieses Element in Schwingungen in Richtung des Pfeils 7 versetzt. Die Veränderung der mechanischen Spannung verursacht gleichzeitig eine mechanische Verformung im mittleren Abschnitt der Schicht. ^

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Wenn so die Halbleiterschicht 3 sowohl der Veränderung der mechanischen Spannung als auch der mechanischen Verformung unterworfen wird, tritt eine Veränderung des Widerstands ., die proportional zu der durch das Bauteil 6 bewirkten Schwingungsbeanspruchung ist, in der Halbleiterschicht 3 auf und diese Widerstandsveränderung wird in' eine entsprechende Veränderung der Spannung umgewandelt, i die an einem Lastwiderstand 10 liegt, der sich in einer aus einer Batterie oder Gleichstromquelle 9, dem Lastwiderstand 10 und der Halbleiterschicht 3 bestehenden geschlosse-i nen Leiterschleife findet. Die Wechselstromkomponente wird _: über einen Kondensator 11 an einen geeigneten äußeren Ver- _: stärker gegeben und in akustische Energie umgewandelt. I

Bei einem solchen System zur Umwandlung von mechanischen Beanspruchung in elektrische Größen ist der dynamische Aufbau des Systems völlig umkehrbar. Daher kann das die mechanische Beanspruchung bewirkende System auch so aufgebaut sein, wie in Fig. 3 dargestellt, in der der Block 4, I an dem die Halbleiterschicht 3 befestigt ist, in Abhängigkeit von einer äußeren Kraft bewegbar ist, während das den mittleren Abschnitt . beaufschlagende Bauteil 6 feststeht.

Der praktische Aufbau eines Tonabnehmereinsatzes 'gemäß der Erfindung, der zur Verwendung bei einem Stereoplattenspieler geeignet ist, wird im einzelnen mit Bezug auf die Fig. 4 bis 9 beschrieben.

Gemäß der Zeichnung tastet eine Wadel 12 die Tonrillen drier Scha 11. ρ Latte ab und nimmt Schwingungen auf und ein Ausleger 13 auu einer Leichtmetalllegierung überträgt die

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von der Nadel aufgenommenen Schwingungen auf einen auf mechanische Beanspruchung ansprechenden Wandler. Ein feiner Draht 14 mit sehr kleinem Durchmesser dient als Stützpunkt für die ladel 12 und den Ausleger 13, die während des Abtastens der Tonrille schwingen. Er wird an einem Ende im inneren Ende des Auslegers 13 durch ein Abstandsstück 15 festgehalten. Ein Support 16 hält den feinen Draht 14 einstellbar am Einsatzkörper fest. Er ist in einem kleinen Abstand von weniger als 1 mm vom inneren Ende des Auslegers 13 entfernt befestigt, so daß die Nadel 12 und der Ausleger 13 mittels des feinen Drahts 14 frei schwingen können.

Ein Bauteil 17 mit vier Vorsprüngen 18, 19, 20 und 21 , die sich in Form eines Kreuzes von ihm weg erstrecken, dient zum Aufbringen eines Drucks auf ein Aufdampfdünnschicrit-Halbleiterelement, um eine Veränderung des Widerstands zu bewirken. Die Vorsprünge 18, 19, 20 und 21 sind an ihren Enden mit Anschlägen 22, 23, 24 und 25· versehen, die jeweils eine konisch ausgebildete glatte Angriffsfläche aufweisen. Der innere Endabschnitt des Auslegers 13 ist in eine zentrale Bohrung ; 26 des Bauteils 17 so eingesetzt und in ihr befestigt, daß in dieser Lage die Vorsprünge 18, 19, 20 und 21 des Bauteils 17 die Achse des Auslegers 13 rechtwinklig kreuzen, so daß die! von der Nadel 12 übertragenen Schwingungen geteilt und in vier Richtungen übertragen werden können.

Ein Dämpfer und Support 27 dient zum Dämpfen der Resonanz der aus der Nadel 12, dem Ausleger 13 und dem Bauteil 17 bestehenden Einheit und gleichzeitig zum Festhalten der Einheit auf einem elektrisch isolierenden Block, der später beschrieben wird. Eine elektrisch isolierende Basis 28 in Form

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einer Dünnschicht aus flexiblem, elektrisch isolierendem Material entspricht der in den Fig. 1 und 2 dargestellten iso- · lierenden Basis 1. Diese isolierende Basis 28 hat "beispielsweise eine im wesentlichen quadratische Form, wie Fig. 8a zeigt. Die. Seiten der isolierenden Basis 28 sind einige Millimeter lang und sie weist eine zentrale Öffnung 29 auf. Piezowiderstands-Hall)leiterscliiGfiten 30, 51> 32 und 33 sind auf den bandartigen Teil zwischen den Seiten s#i der Basis 28 und dem Hand der Öffnung 29 aufgedampft, und Elektroden ^ 34, 34'; 35, 35'; 3b, 36'; und 37, 37' sind so angeordnet, daß sie jeweils die entgegengesetzten Enden der betreffenden . Halbleiterschichten 30, 31, 32 bzw. 33 untergreifen.

Das Auf dampf dünnschicht-Halbleiterelement kann den ,_ in Fig. 8b gezeigten Aufbau haben. Aus dieser Figur ist zu sehen, daß Ausnahmungeu 38, 39, 40 und 41 jeweils in den Seiten der isolierenden Basis 28 ausgebildet sind, um eine rrößere Veränderung des Widerstands der Piezowiderstands-Halbleiterschichten 30, 31, 32 und 33 in Abhängigkeit von < der auf sie wirkenden mechanischen Spannung zu verursachen. Streifen 42, 43, 44 und 45 erstrecken sich von den vier Ecken I der icuj.ierenden Basis 28, mit denen sie als Ganzes zusammenhängen, in eine den Halbleiterschichten 30, 31, 32 und 33 ! entgegengesetzten Eichtun|,und die Elektroden 34, 34'; 35,· i 35'; .36, 36'; und 37, 37' erstrecken sich jeweils entlang i dieser Streifen 42, 43, 44 und 45 bis zu deren Enden. Die [ Halbleiterschichten 30, 31, 32 und 33 werfen an den entspre-,0henden Anschlägen 22, 23, 24 und 25 des Bautels 17 zur Anlage gebracht und werden von diesen mit. Druck beaufschlagt.

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Ein elektrisch isolierender Block 46 ist auf einer Seite mit einer kreuzförmigen Ausnehmung 47 versehen, auf den die isolierende Basis 28 so aufgebracht wird, daß die auf der isolierenden Basis befindlichen Piezowiderstands— Halbleiterschichten 30, 31, 32 und 33 derart über der Ausnehmung 47 liegen, daß eine genügende Veränderung der mechanischen Spannung erzeugt werden kann, wenn die Halbleiterschichten 30, 31, 32 und 33 durch die jeweiligen Anschläge 22, 23, 24 und 25 des Bauteils 17 druckbeaufschlagt werden. Der Support 16 ist mit einem Ende in eine zentrale öffnung 48 des isolierenden Blocks 46 eingesetzt und wird durch eine Schraube 49 dort festgehalten, nachdem er so eingestellt worden ist, daß die Anschläge 22, 23, 24 bzw. 25 des Bauteils 17 einen geeigneten Druck auf die jeweilige Halbleiterschicht 30, 3.1, 32 bzw. 33 ausüben. Statt der Schraube 49 kann auch jedes andere Mittel, beispielsweise ein Bindemittel, zum Befestigen des Supports 16 verwendet werden. Anschlüsse 50 sind mit den Elektroden 34, 34*; 35, 35¹; 36, 36¹; und 37, 37* verbunden, um das Signal nach I

außen zu leiten. Eine Platte 52 aus elektrisch isolierendem;

Material trägt die Anschlüsse 50 und der gesamte innere Mechanismus ist in einem Gehäuse untergebracht, das aus ein^m vorderen Abschnitt 53, einem Zwischenstück 54 und einem rückwärtigen Abschnitt 55 besteht.

Fig. 9 erläutert das Arbeiten des erfindungsgemäßen Tonabnehmereinsatzes der oben beschriebenen Bauart. Fig. 9 ist eine Vereinfachte schematische Darstellung .des \ abnehmereinsatzes, wobei gleiche Bezugszeichen/gleicher Teile in den Fig. 4 bis 8 verwendet sind. Wenn mn die ladel 12 durch eine Schwingung in einer durch einen Pfeil

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56 bezeichnen Richtung bewegt wird,, wird der Ausleger 13 in der durch den Pfeil 56 bezeichneten Richtung um einen durch das vordere Ende des feinen Drahts 14 gebildeten Stützpunkt 57 verschwenkt. Dadurch werden die Anschläge 23 und 25 des Bauteils 17 um den Stützpunkt 57 in der durch Pfeile 58 und 59 bezeichneten Richtung verschwenkt.

Durch die Schwenkbewegung der Anschläge 23 und 25 übt der Anschlag 23 einen Druck auf die Piezowiderstands-Halbleiterschicht 31 aus, während der Anschlag 25 von der , Piezowiderstands-Halbleiterschicht 33 wegbewegt wird, wo- ^: durch der Druck aufgehoben wird. Dabei verschwenken sich die Anschläge 22 und 24 in den durch Pfeile 60 und 61 bezeichneten Richtungen um eine durch eine gestrichelte Linie angedeuitete Achse und tragen somit nicht zu einer Veränderung des ; Widerstands der Halbleiterschichten 30 und 32 bei. Die obi-.j ge Beschreibung bezieht sich auf den Fall, in dem die Nadel 12 in Richtung des Pfeils 56 schwingt. Wenn jedoch die Nadel

12 senkrecht zur Richtung des Pfeils 56 schwingt, werden diej Halbleiterschichten 30 und 32 mit Druck beaufschlagt, wodurcjh ein Signal erzeugt wird, während andererseits keine Verän- j derung des Widerstands in den Halbleiterschichten 31 und 33 _: stattfindet. Auf diese Weise werden die Stereoschwingungen in zwei Kanäle geteilt. . -

Fig. 10 zeigt eine abgewandelte Form des oben beschriebenen Tonabnehmereinsatzes. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorherigen dadurch, daß Stifte 62, 63, 64 und 65 (der Stift 62 ist nicht dargestellt) in Kreuzform vom Bauteil 17 vorspringen, so daß sie mit ihren Seitenflächen direkt an den Halbleiterschichten 30, 31, 32 und 33 zur Anlage kommen. Diese Ausführungsform arbeitet

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auf gleiche Weise wie die vorhergehende und die durch die Nadel 12 übertragenen Stereoschwingungen werden in zwei Kanäle geteilt, woraufhin sie aufgefangen werden.

Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tonabnehmereinsatzes, der zur Verwendung bei einem Stereoplattenspieler geeignet ist, wird mit Bezug auf die Fig. 11 bis 15 beschrieben. Eine Nadel 112 taste die Tonrille einer Schallplatte ab und nimmt Schwingungen auf und ein Ausleger 113 aus einer Leichtmetalllegierung überträgt die von der Nadel 112 aufgenommenen Schwingungen auf einen auf mechanische Beanspruchung ansprechenden Wandler. Ein Support 114 aus visko-elastischem Material dient als Stützpunkt für die Nadel 112 und den Ausleger 113, die während des Abtastens der Tonrille schwingen. Er ist mit einer zentralen Öffnung 115 und einem Flanschabschnitt versehen, der als Halter für ein kreuzförmiges Bauteil 117 in Form einer flachen Platte aus Metall oder Harz dient, die eine zentrale Öffnung 118 und vier Arme bzw. Anschläge 119, 120, 121 und 122 aufweist, die in der gleichen Ebene im wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet sind. ;

Ein ringförmiges Bauteil oder ein Schiebering 123 ι aus visko-elastischem Material weist eine zentrale Bohrung 124 zur Aufnahme des rückwärtigen, vom Flanschabschnitt entfernten Endes des Supports 114 auf. Der Ausleger ist mit einem Ende in die Öffnung 115 des Supports 114 eingesetzt, der durch die Öffnung 118 des Bauteils 117 in die Bohrung 124 des Schieberings/eingesetzt ist, so daß das Bauteil 117 zwischen dem Schiebering 123 und dem

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Flanschabschnitt 116 des Supports 114 gehalten werden kann. Der Schi .ehering, 123 dient auch als Dämpf er zum Verhindern der Resonanz der gesamten Einheit. Wenn das Bauteil 117 so gehalten wird, liegen die Arme 119, 120, 121 und 122 des Bauteils 117 im wesentlichen in einer senkrecht zur Achse des Auslegers 113 verlaufenden Ebene. Das rückwärtige Ende des Supports 114 durchsetzt den Schiebering 123 und wird so in ein rohrförmiges Bauteil 125 eingesetzt und dort befestigt, wodurch der die lade! 112 und den Ausleger 113 auf- ' weisende Vibrator im Körper des Tonabnehmereinsatzes festgehalten wird. ■

" Eine elektrisch isolierende Basis 126 in Form eines flexiblen diinnen Plättehens·aus elektrisch isolierendem Mate- ^: rial ist ähnlich ausgebildet wie die in.den Fig. 1 und 2 dargestellte isolierende Basis/ Diese isolierende Basis 126 hat beispielsweise eine quadratische Form, wie Fig. 14azeigt. Die ; Seiten der isOlierenden Basis 126 sind einige Millimeter lang ' und sie ist mit einer zentralen Öffnung 127 versehen. Piezo- ;■■ widerstands-Halbleiterschichten 131 und 132 sind jeweils auf ΓΙ einem bändartigen Abschnitt 129 bzw. einem diesen kreuzenden j Bandartigen Abschnitt 129 aufgedampft, die jeweils von den Seiten der Basis 126 und dem Band der Öffnung 127 begrenzt sind, und Elektroden '133, 133' und 134, 134' werden so angeordnet,daß sie jeweils unter den entgegengesetzten Enden der Halbleiterschichten 131 und 132 liegen. Die isolierende Basis 126 ist mit einer Hilfselektrode 135 versehen, die während des Befestigens der" Basis 126 im Tonabnehmereinsatz mit einem Hilfsansohluß verbunden wird. Das Aufdampfdünnschicht-Halb-,eiterelement kann die in Fig. 14b dargestellte Form aufweisen, bei der Ausnehmungen 136, 137, 138 und 159 jeweils in den

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Seiten der isolierenden Basis 126 ausgebildet sind, wodurch eine größere Veränderung des Widerstands der Halbleiterschichten 131 und 132 in Abhängigkeit vom Aufbringen einer mechanischen Spannung bewirkt wird. Ferner ist bei dem in Fig. 14b dargestellten Element die Hilfselektrode 135 in zwei Hälften gespalten, die jeweils mit der entsprechenden Elektrode 133 bzw. 134 verbunden sind.

Ein zylindrischer isolierender Block 140 aus elektrisch ™ isolierendem Material weist eine zentrale Öffnung 141 auf und ist an einer Seite mit drei forsprüngen 145, 146 und 147 versehen. Die Vorsprünge 145, 146'und 147 sind jeweils einstückig mit entsprechenden Anschlußstiften 142, 143 und 144 ausgebildet. Der forsprung 146 ist in zwei halbkreis- ; förmige Vorsprünge 146* und 146" geteilt, während der Anschlußstift 143 in zwei voneinander unabhängige Anschluß- j stifte 143^f und 143" geteilt ist. Ein flilfsvorsprung 148 der gleichen Form wie die Vorsprünge 145, 146 und 147 ist so auf der einen Seite des zylindrischen Blocks 140 angeord- i

* net, daß er eine Ecke eines zusammen mit den Vorsprüngen j ' 145, 146 und 147 gebildeten Quadrats einnimmt. j

ι · S

Der Schiebering 123 und das rohrförmige Bauteil .125 \

werden in die Öffnung 127 der isolierenden Basis 126 so :

weit eingesetzt, bis die Anschläge 119, 120, 121 und 122 |

des Bauteils 117 an der Seite der Basi-s 126 anliegen, die j

der die Halbleiterschichten 129 und 130 tragenden Seite !

entgegengesetzt gerichtet ist. Dann wird der Schiebering j

123 und das rohrförmige Bauteil 125 in die zentrale Öffnung | 141 des isolierenden Blocks 140 eingesetzt, wodurch das Ganze festgehalten wird. Das rohrförmige Bauteil 125

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wird so im isolierenden Block 140 befestigt, daß das Bauteil 117 mit leichtem Druck unter der Einwirkung durch den Support 114 mit der isolierenden Basis 126 in Berührung gebracht wird. Die Elektroden 133 und 133' für die Halbleiterschicht 129 sind mit den entsprechenden Vorsprüngen 145 bzw. 146' des Blocks 140 elektrisch und mechanisch verbunden, während die Elektroden 134 und 134' für die Halbleiterschicht 130 an den entsprechenden Vorsprüngen 147 bzw. 146" elektrisch und mechanisch befestigt sind. Die Hilfselektrode 135 ist mit dem Hilfsvorsprung 148 verbunden, so daß die Halbleiterschichten 129 und 130 zwischen den Vorsprüngen 145 und 146 bzw. 146 und 147 liegen.

Bei der obigen Konstruktion und Anordnung werden durch die Nadel 112 aufgenommene Stereoschwingungen auf das Bauteil 117 übertragen und mit Hilfe· der Anschläge 119, 120, 121 und 122 in horizontale und vertikale Schwingungen geteilt, die an die isolierende Basis 126 weitergegeben werden, wodurch eine Veränderung der mechanischen Spannung der Piezowiderstands-Halbleiterschichten 129 und 130 verursacht wird, so daß eine der Veränderung der mechanischen Spannung entsprechende Veränderungdes Innenwiderstands der Halbleiterschichten 129 und 130 von den Anschlußstiften 142, 143 und 144 abgeleitet werden kann. '

Das Arbeiten des in den Fig. 11 bis 14 veranschaulichtea Tonabnehmereinsatzes wird mit Bezug auf Fig. 15 beschrieben, die eine vereinfachte schematische Darstellung des Tonabnehmer einsatzes ist und in der gleiche Bezugs'zeicheri gleiche Teile in den Fig. 11 bis 14 bezeichnen. Wenn nun die Nadel 112

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durch eine Schwingung in Richtung eines Pfeils .149 bewegt wird, wird der Ausleger 113 ebenfalls in Richtung des Pfeils 149 um einen Stützpunkt 150 verschwenkt. Dadurch verschwenken sich die Anschläge 120 und 122 des Bauteils 117 um den Stützpunkt 150 in·", den durch Pfeile 151 und 152 bezeichneten Richtungen. Die Schwenkbewegung der Anschläge 120 und 122 in Richtung der Pfeile 151 und 152 bewirkt einen Druck auf die Piezowiderstands-Halbleiterschicht 131. Dabei verschwenken sich die Anschläge 119 und 121 des Bauteils 117 in der durch Pfeile 153. und 154 angedeuteten Richtung um eine durch eine gestrichelte Linie dargestellte Achse, wodurch der Anschlag 121 keinen Druck auf die Halbleiterschicht 132 ausübt und demnach keine Veränderung des Innenwiderstands der Halbleiterschicht 132 bewirkt. Durch den auf die. Halbleiterschicht 131 durch den Anschlag ausgeübten Druck tritt eine Veränderung des Innenwiderstands der Halbleiterschicht 131 auf und wird erfaßt.

Die obige Beschreibung bezog sich auf den Fall, bei dem' sich die Nadel 112 in Richtung des Pfeils 149 verschwenkt. Wenn jedoch die Nadel 112 senkrecht zur Richtung des Pfeils ι 149 schwingt, übt der Anschlag 121 des Bauteils 117 einen Druck auf die Halbleiterschicht 132 aus, während die andere Halbleiterschicht 131 nicht durch Druck beaufschlagt wird. Auf diese Weise werden die Stereoschwingungen in zwei Kanäle getrennt.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tonabnehmereinsatzes, der zur Verwendung mit einem Stereoplattenspieler geeignet ist, wird nun anhand der Fig. 16 bis 24 beschrieben. Eine Nadel 212 tastet die Tonrillen einer Schalljplatte ab und fängt Schwingungen auf, während ein Ausleger

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aus eimer JLelclitiietallegierung die von der ladel aufgenomme-r ■. nen Schwingiimgen auf einen auf mechanische Beanspruchung - anspref chenden Wandler überträgt. Ein feiner Draht 214 mit einem sehr kleinen BurGlmesser wirkt als Stützpunkt -für die ladel 212
und den Aasleger 213, während diese beim Abtasten der Tonrille ; schwingen. Der Draht wird an einem Ende im Innern/Ende des Aus-; legers 213 durch ein Abstandsstück 215 festgehalten. Mit dem ." ! anderen Ende wird der feine Draht 214 durch einen Support 216 . am:■-Einsät^körper einsiellbar festgehalten und in einem kleinen ~j Abstand voB weniger als 1 mm vom inneren Ende des Auslegers ]. 213 befestigt, so daß sich die Nadel 212 und der Ausleger 213 j mit Hilfe 'des feinen Drahts 214 frei verschwenken können...-■" j

Ein Bauteil 217 mit zwei Vorsprängen 218 und 219, die T ₅ in f-förmiger Anordnung in gleicher Ebene liegen, während sie J einen im wesentlichen rechten Winkel einschließen, Ist vorge- j sehen, ran einen Brück auf ein Auf dampfdünnschichi-Halbleiter-/element aMsziiülben, das den mechanoelektrlscheii Wandler bildet.
Me forspröMge 218 und 219 sind an ihren Enden mit Anschlägen
200 und 22 !versehen, die jeweils eine konisch ausgebildete
glatte Angriffsflache aufweisen. Das Innere lüde des Auslegers 213 Ist IiQ eine zentrale Öffnung 222 des mit den forsprüngen
218 und 219 einstückig versehenen Bauteils 217 eingesetzt und
darin befestigt, so-daß die durch die ladel 212 übertragenen
Stere©scS3s»lirigiingen auf die einzelnen V-fömlg angeordneten
forspriinge 218 und/219 übertragen werden.

lh Jiampfer und Support 223 dient dazu, die Resonanz
der aus Ifodel 212, Ausleger 213 und Bauteil 217 bestehenden

¹EU. dämpfen und gleichzeitig die Einheit auf einem"
Ibesciarlebenen isolierenden Block.-■■£es-tzmiialten.-- Eine

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8AD

20226Ö2

elektrisch isolierende Basis 224 in Form eines dünnen ■Plättchens aus flexiblem elektrisch isolierenden Material spielt die gleiche Bolle wie die isolierende Basis 1 in Fig. 1 und 2. Die isolierende Basis 224 hat beispielsweise die in Fig. 19 dargestellte Form, und zwar ist sie im wesentlichen V-förmig, mit fünf Abschnitten 225, 226, 227, 228 und 229

, ausgebildet.Piezowiderstands-Halbleiterschichten 230 und

230' sind jeweils auf die Abschnitte 226 bzw. 228 unter ψ den gleichen Bedingungen aufgedampft, wie im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben, so daß die sich in Längsrichtung der Schichten erstreckenden linien sich rechtwinklig kreuzen. Die Abschnitte 225 und 227 sind jeweils mit

: Elektroden 231 bzw. 231' für die Halbleiterschicht 230 versehen, während die Abschnitte 227 nnd 229 jeweils Elek- i troden 232 und 232» für die Halbleiterschieht 230* aufwei-

' sen. Die äußeren Seiten der Abschnitte 226 und 228 sind mit Ausnehmungen '233 bzw. 234 versehen, wodurch die auf- !

grund einer Veränderung der mechanischen Spannung der HaIb-A

j ^ ; leiterschichten 230 und 230* auftretende Veränderung des _:

Widerstands verstärkt wird.

■ !

Streifen 235» 236 und 237 erstrecken sinn einstückig j mit den Abschnitten 225, 227 und 229 der isolierenden Ba- ; sis 224 in den EalbleiterscMchien-230 und 230* entgegengesetzter Michtung und die Elektroden 231, 231 \ 232 und 232* erstrecken sich entlang dieser Streifen 235, 236 und 237 bis zu deren Enden. Die Hezowiderstands-Halbleiterschichten 230 und 230* kommen an den entsprechenden Anschlägen 220 bzw. 221 des Bauteils 217 zur Anlage, um durch sie mit Druck beaufschlagt zn werden.

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"I. ■ - - 21 - ■ ν - ■■ ■.; ^: -

Ein isolierender Block' 238 ist mit einer zentralen Öffnung 239 und zwei sich von der Öffnung 239 in V-Form erstreckenden Ausnehmungen 240 und 241 versehen. Die is ο.-' , lierende Basis 224paßt in den isolierenden Block 238 so hinein, daß die auf der isolierenden Basis 224 angeordneten Halbleiterschichten 230 und 230' über den entsprechenden Ausnehmungen 240 bzw. 241 liegen und daß durch Beaufschlagen der Piezowiderstands-Halbleiterschichten 230 und 230* mit Druck durch die entsprechenden Anschläge 220 bzw. 221 des Bauteils 217 eine genügende Veränderung der mechanischen Spannung erzielt werden kann. " '

Der Support 216 wird mit einem Ende durch den Support 223 hindurch in die zentrale Öffnung 239 des isolierenden Blocks 238 eingesetzt und darin mit einer Schraube 242 befestigt, nachdem er so eingestellt worden ist, daß die Anschläge 220 bzw. 221 einen geeigneten Druck auf die jeweilig Halbleiterschicht 230 bzw. 230' ausüben. Statt den Support 216 durch die Schraube 242 zu befestigen, kann auch irgend ein ' anderes Mittel, beispielsweise ein Bindemittel, zum Befestigen verwendet werden. Klemmen 24$ werden mit den Elektroden 231, 231' und 232, 232' verbunden, um das Signal nach außen zu leiten. Eine Klemmenplatte 244 aus elektrisch isolierendem Material hält die Klemmen 243 fest und 'der gesamte innere Mechanismus wird in einem aus Abschnitten 245 und 246 bestehenden Einsatzgehäuse 'untergebracht.

Das Arbeiten des erfindungsgemäßen TonabnehmereinsatzeE mit dem in den Fig. 16 bis 19 dargestellten Aufbau wird nun an Hand von Fig. 20 beschrieben, die eine vereinfachte schematische Darstellung des Tonabnehmereinsatzes .zeigt und in

der gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile in den Fig. 16 bis 19 verwendet sind. Wenn die Nadel 212 in einer durch einen Pfeil 247 bezeichneten Richtung bewegt wird, wird der Ausleger

213 ebenfalls in Richtung des Pfeils 247 um einen Stützpunkt 248 verschwenkt, der durch das vordere Ende des feinen Drahts

214 gebildet wird. Auf diese Weise verschwenkt sich der Anschlag 220 des Bauteils 21-7 um den Stützpunkt 248 in Richtung eines Pfeils 249. Durch die Schwenkbewegung des Anschlags 220 in Richtung des Pfeils 249 übt. er einen Druck auf die Halbleiterschicht 230 aus. Gleichzeitig verschwenkt sich der Anschlag 221 des Bauteils 217 in Richtung eines Pfeils 250 um eine durch eine gestrichelte Linie bezeichnete Achse und be- : wirkt somit keine Veränderung des Widerstands der Halbleiterschicht 230¹. Die obige Beschreibung bezieht sich auf einen Fall, bei dem die Nadel 212 in Richtung des Pfeils 247 schwingt. Wenn jedoch die Nadel senkrecht zur Richtung des Pfeils 247 schwingt, übt der Anschlag 221 einen Druck auf die Halbleiterschicht 230¹ aus und verursacht eine Veränderung des Widerstands dieser Schicht, während keine Veränderung des Widerstands in ■ der Halbleiterschicht 230 auftritt. Auf diese Weise werden die Stereoschwingungen in zwei Kanäle getrennt.

Die Fig. 21, 22 und 23 zeigen eine Abwandlung des Tonabnehmereinsatzes nach Fig. 16 bis 19. "Bei dieser Abwandlung : weist die isolierende Basis 224 zwei Arme 252 und 253 auf, die!' mit einem ringförmigen Bauteil 251 als Ganzes ausgebildet und sich von diesem weg in V-Form erstrecken. Die Piezowiderstandsj-Halbleiterschichten 230 und 230' werden jeweils auf einen dieser Arme 252 bzw. 253 aufgedampft. Ein mittlerer Vorsprung 254 erstreckt sich einstückig mit dem ringförmigen Bauteil 251 ausgebildet von dessen äußerem Umfang an einer zwischen

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den Armen 252 und 253 liegenden Stelle, line den beiden Halbleiterschichten 230 und 230* gemeinsam zugeordnete Elektrode 255 ist in der Iahe des mittleren Vorsprungs 254 angeordnet und die Arme 252 und 253 sind so gebogen, daß sie jeweils eine Verlängerung 256 bzw. 257 aufweisen, an denen entlang sieh Elektroden 258 bzw. 259 für die Halbleiterschichten 230 bzw. 230* erstrecken. Der isolierende Block 238 ist bei dieser .Abwandlungals Zylinder ausgebildet, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich groß ist wie der des ringförmigen Bauteils 251 und'der zwei Vorsprünge oder ./■■'-Rippen 260 und 261 aufweist, die einstückig mit ihn ausgebildet sind und sieh im rechten Winkel zueinander von ifam weg erstrecken* Die Bippen 260 und 261 sind an-dem dem ringförmigen Bauteil 251 entgegengesetzten Enden jeweils mit . einer Ausnehmung-262 bzw. 263 versehen. \ ■

Der Aufbau dieser Ausfuhrungsform ist derart, daß ! das ringförmige Bauteil 251 mit der Fläche der isolierenden, j Basis 224 verbunden ist und die Salbleiterschiehten 230 | : und 230^f mit den Ausnehmungen 262 bzw. 263 äer Sippen 260 ι I bzw. 261 übereinstimmen, wobei die gebogenen Abschnitte j bzw* die Verlängerungen- 256 bzw, 257 der Arme 252 bzw. 253 mit den Mngsselte'p-'.der jeweiligen Bippe 260 bzw. 261 verbunden sind unü; der Vorsprung 254 an einem Abschnitt der Umfangs-.-fläche des isolierenden Blocks 238 befetigt ist. Auf diese Weise zeichnet sieh der innere Mechanismus dieser Ausführungjsform durch sehr/kleine Abmessungen aus.

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Fig. 24 zeigt eine weitere Abwandlung des in den Fig. 16 bis 19 dargestellten Tonabnehmereinsatzes. Bei dieser Abwandlung hat das Bauteil 217 zwei Stifte 264 und 265, die als Ganzes mit ihm ausgebildet sind und die sich von ihm weg in V-Form erstrecken, Drei Anschlußstifte 269, 270 und 271 sind jeweils mit einem umgebogenen vorderen Ende 266, 267 bzw. 268 in entsprechenden, in der äußeren Umfangsfläche des isolierenden Blocks 238 ausgebildeten Ausnehmungen derart befestigt, daß die umgebogenen Enden 266, 267 und 268 von der Stirnfläche des isolierenden Blocks 238 vorragen. An der isolierenden Basis 224 angeordnete Elektroden 231, 232 und 272 sind jeweils mit dem entsprechenden Ende 266, 267 bzw. 268 der Anschlußstifte 269, 270 bzw. 271 so verbunden, daß die Halbleiterschichten 230 und 230¹ jeweils zwischen den Elektroden 231 und 272 bzw. den Elektroden 272 und 232 liegen. Die sich von dem Bauteil 217 weg erstreckenden Stifte 264 und

265 werden mit ihren Seitenflächen jeweils an der entsprechen-!

den Halbleiterschicht 230 bzw. 230¹ zur Anlage gebracht. Diese¹ Ausführungsform arbeitet auf gleiche Weise wie die vorhergehent den Ausführungsformen, so daß die von der Nadel 212 aufgenomme-tnen Stereoschwingungen in zwei Kanäle getrennt werden können, i

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tonabnehmereinsatzes, der zur Verwendung in dem Stereoplattenspieler geeignet ist, wird nun anhand der Fig. 25 bis 28 erläutert.

Eine Nadel 312 tastet die Tonrille einer Schallplatte ab und nimmt die Schwingungen auf und ein Ausleger 313 aus einer Leichtmetallegierung überträgt die von der Nadel 312

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aufgenommenen Schwingungen auf einen mechanoelektrischen Wand- . ler. Ein feiner Draht 314 mit sehr kleinem Durchmesser dient ■ als Stützpunkt für die Nadel 312 und den Ausleger 313, die ; während des Abtastens der Tonrille schwingen, und wird an sei-;

■ '■■■■■■ i

ηem einen Ende im inneren Ende des Auslegers 313 durch ein Ab-¹ standsstück 315 festgehalten. Ein Support 316 befestigt den feinen Draht 314 einstellbar am Einsatzkörper und ist in einem geringen Abstand von weniger als 1 mm vom inneren Ende des Aus4 legers 313 derart befestigt, daß die Nadel 312 und der Ausleger 313 mit Hilfe des feinen Drahts 314 frei schwingen können.

Ein kreisförmiges Bauteil 317 zum Aufbringen des Drucks ist mit einem zylindrischen Anschlag 318 zum Beaufschlagen des später beschriebenen Aufdampfdünnsehioht-Halbleiterelement mit Druck versehen, um eine Veränderung des Widerstands im letzteren zu bewirken. Das kreisförmige Bauteil 317 ist mit einer zentralen Öffnung 319 versehen, in der das innere Ende des Auslegers 313 derart befestigt ist, daß das Bauteil 317 mit dem Ausleger 313 so zusammengebaut ist, daß die Ebene des ersteren mit der Achse des letzteren einen rechten Winkel einschließt. Ein Dämpfer und Support 320 ist auf das rückwärtige Ende des Supports 316 aufgepaßt -und liegt am Bauteil 317 an, so daß es dazu dient, die Resonanz der aus Nadel 312, Ausleger 313 und kreisförmigem Bauteil 317 bestehenden Einheit zu dämpfen und gleichzeitig die Einheit auf einem später beschriebenen isolierenden Block festzuhalten.

Elektrisch isolierende Substrate 321 und 322 in Form dünner Plättchen aus flexiblem elektrisch isolierendemMateria.. entsprechen der isolierenfen Basis.1 in Fig. 1 und2. Diese isolierende Substrate 321 und 322 sind jeweils mit einer zen-

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tralen Öffnung 323 bzw. 324 versehen und Piezowiderstands-Halbleiterschichten 325, 326, 327 und 328 sind auf die entgegengesetzten Seiten der zentralen Öffnung 323 und 324 unter den gleichen Bedingungen aufgedampft, wie im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben. Elektroden 329, 329'; 330. 33O¹; 331, 331'; und 332, 332' sind an den entgegengesetzten Enden der Halbleiterschichten 325, '326, 327 bzw. 328 angeordnet. Mit den isolierenden Substraten als Ganzes ausgebildete Streifen 333, 333¹, 334, 334^r, 335, 335', 336 und 336» erstrecken sich im rechten Winkel von den den entsprechenden Elektroden 329, 329', 330, 330», 331, 331', 332, 332' benachbarten Seiten der isolierenden Substrate 321 und 322, wobei sich die Elek- ' troden 329 bis 332' entlang dieser Streifen 333 bis 336' erstrecken, so daß Verbindungen nach außen leicht herzustellen sind. Die beiden so aufgebauten Aufdampfdünnschicht-Salbleiterelemente werden vorzugsweise kreuzförmig zusammengesetzt, wobei ihre beiden zentralen Öffnungen 323 und 324 miteinander : fluchten. Anstelle des oben beschriebenen Aufbaus kann auch eine kreuzförmige isolierende Basis hergestellt werden, auf die ^] Piezowiderstands-Halbleiterschichten aufgedampft' werden. \

Ein kreuzförmig ausgebildeter isolierender Block 337 < ist mit einer zentralen Öffnung 338 und vier Ausnehmungen 339, 340, 341 und 342 jeweils in der Mitte jeder Stirnfläche der vier sich rechtwinklig mit der Mittelachse kreuzenden Arme versehen. Die kreuzförmig zusammengebauten Aufdampfdünnschicht-Harbleiterelemente werden mit den die Ausnehmungen 339, 340, 341 und 342 aufweisenden Stirnflächen der Arme des isolierenden Blocks 337 fest verbunden. Die Streifen 333 bis 336' werden mit den Seitenflächen der Arme des isolierendeiji Blocks 337 verbunden und der das kreisförmige Bauteil 317

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tragende Support 316 wird durch die zentralen Öffnungen 323 und 324 der isolierenden Substrate 321 und 322 in die zentrale: Öffnung 338 des isolierenden Blocks 337 eingesetzt und darin durch·ein Bindemittel oder dergleichen so befestigt, daß die Endfläche des Anschlags 318 des Bauteils 317 einen leichten Druck auf die HaiDleiterschichten 325, 326, 327 und 328 aus- ; übt. Wenn dieHalbleiterelemente so mit dem isolierenden Block 337 verbunden sind, liegen die Piezowiderstands-Halbleitersehiehten 325, 326, 327 und 328 jeweils über den ent- ; -I sprechenden Ausnehmungen 339, 34} 341 bzw. 342. Die Elektroden für die Halbleiterschichten 325, 326, 327 und 328 sind jeweils .mit Klemmen 344 bzw. 345 verbunden, die an einer Klemmenplatte 343 befestigt sind. Der ganze innere Mechanismus ist in einem aus Abschnitten 346 und 347 bestehenden Ein- _: satzgehäuse untergebracht.

Das Arbeiten des erfindungsgemäßen Tonabnehmereinsatz.es,

mit dem im Zusammenhang in den Fig. 25 bis 27 beschriebenen · !

ι Aufbau wird an Hand der Fig. 28 erläutert, die eine vereinfachite

■■■"■■■ ..■.-■' ■! schematische Darstellung des Tonabnehmereinsatzes zeigt und j i in der gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile in den Fig. 25 j bis 27 verwendet sind. Wenn sich die ladel 312 in der durch > einen Pfeil 348 bezeichneten Richtung bewegt, verschwenkt sich! ' der Ausleger in Richtungdes Pfeils 348 um einen Stützpunkt 349, der durch das vordere Ende des feinen Drahts-314 gebildet wird. Dadurch wird ein Druck auf das kreisförmige Bauteil 317 ausgeübt, das seinerseits die Halbleiterschicht 325 durch den Anschlag 318, der in Richtung eines Pfeils .350 bewegt wird mit Druck beaufschlagt, während der auf die Halbleiterschieht :>Zb ausgeübte Druck gelöst wird, da der entsprechende Abschnit|t αβa. Anschlags 318 in Richtung eines Pfeils 351 bewegt wird.

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Dadurch, daß die Halbleiterschicht 325 unter Druck gesetzt und die Halbleiterschicht 326 vom Druck gelöst wird, findet eine Veränderung des Widerstands in den Halbleiterschichten 325 und 326 statt, die festgestellt wird. In diesem Fall tritt keine Veränderung des Widerstands in den übrigen Halbleiterschichten 327 und 328 auf, da sich die mit den Halbleiterschichten 327 und 328 in Berührung stehenden Abschnitte des Anschlags 318 des kreisförmigen Bauteils 317 lediglich in den durch Pfeile 352 und 353 bezeichneten Eichtungen um eine durch eine gestrichelte Linie dargestellte Achse verschwenken .

Wenn die Nadel 312 senkrecht zur Richtung des Pfeils 348 schwingt, werden die Halbleiterschichten 327 und 328 einem Aufbringen bzw. Lösen des Drucks unterworfen, so daß eine Veränderung des Widerstands stattfindet, während der Widerstand in den Halbleiterschichten 325 und 326 nicht

verändert wird. Auf diese Weise können die Stereoschwin^ungen in zwei Kanäle getrennt werden.

Obwohl bei dieser Ausführungsform das Vorhandensein ; von vier Halbleiterschichten beschrieben worden ist, können j auch nur zwei nahe beieinanderliegende Halbleiterschichten j

anstelle von vier vorgesehen sein. j

Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Tonabnehmereinsatzes, der für die Verwendung in einem StereofpLattenspieler geeignet ist, wird unter Bezugnahme auf die Fig. 29 bis.32 erläutert. j

Eine Nadel 412 tastet die Tonrille einer Schallplatte^ ab und nimmt die Schwingungen auf und ein Ausleger 413 aus einer Leichtmetallegierung überträgt die von der Nadel 412

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, aufgenommenen Schwingungen auf einen mechanoelektrischen Wandler. Ein feiner Draht 414 mit sehr kleinem Durchmesser dient als Stützpunkt für die Nadel 412 und den Ausleger 413, die während des Abtastens der Tonrille schwingen. Er wird mit seinem einen Ende im inneren Ende des Auslegers 413 durch; ein Abstandsstück 415 festgehalten. Ein Support 416 befe- ; stigt den feinen Draht 414 einstellbar am Einsatzkörper und \ wird in einem geringen Abstand von weniger als 1 mm vom ' inneren Ende des Auslegers 413 befestigt, so daß die Nadel . 412 und der Ausleger 413 mit Hilfe des feinen Drahts 414 ! frei schwingen können. '

Ein Bauteil 417, das mit zwei V-förmig angeordneten Vorsprüngen 418 und 419 versehen·ist, die in gleicher Ebene liegen, wobei sie einen rechten Winkel einschließen, dient ^: zum Aufbringen von Druck auf Aufdampfdünnschicht-Halbleiter- | elemente, die den mechanoelektrischen Wandler bilden. Die j Vorsprünge 418 und 419 sind an ihren Enden mit Anschlägen 420 und 421 versehen, die jeweils konisch ausgebildete glatte! Anlageflächen aufweisen, das innere Ende des Auslegers 413 | ■ ist in eine zentrale Öffnung 422 des einstückig mit den Vorsprüngen 418 und 419 versehenen Bauteils 417 eingesetzt und so in ihr befestigt,· daß die durch die Nadel 412 übertragenen Stereoschwingungen auf die einzelnen V-förmig angeordneten Vorsprünge 418 und 419 übertragen werden können.

Ein Dämpfer und Support 423 dient zum Dämpfen der Hesonanz der aus der Nadel 412, dem Ausleger 413 und dem Bauteil 417 bestehenden Einheit und gleichzeitig zum Festhalten der Einheit auf einem später beschriebenen isolierenden Block. Elektrisch isolierende Substrate 424 und 425 in Form

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dünner Plättchen aus flexiblem, elektrisch isolierendem Material entsprechen der isolierenden Basis 1 in den Fig. 1 und 2. Auf diesen Substraten 424 und 425 sind Piezowiderstands-Halbleiterschichten 426 und 427 sowie Elektroden 428, 428', 429 und 429' für die Halbleiterschichten unter den gleichen Bedingungen ausgebildet, wie im Z₁₁ sammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben. Ausnehmungen 430 und 431 sind jeweils an den entgegengesetzten Längskanten der Substrate 424 bzw.

425 ausgebildet, um die Veränderung des Widerstands der Halbleiterschichten 426 und 427 aufgrund einer Veränderung ihrer mechanischen Spannung zu verstärken.

Ein elektrisch isolierender Block 432 hat die Form eines Würfels. An der Ober- und UNterseite des isolierenden Blocks 432 sind jeweils zwei Anschlußstifte 437, 438, 439 und 440 befestigt, deren Enden 433, 434, 435 und 436 nach innen"umgebogen sind. Die Elektroden 428, 428', 429, 429' für die auf isolierenden Substrate 424 bzw. 425 aufgedampften Halbleiterschichten 426 und 427 sind mit den gebogenen Enden 433, 434, 435 bzw. 436 der entsprechenden Anschlußstifte 437, 438, 439 bzw. 440 verbunden, wobei die Halbleiterschichten

426 und 427 zwischen den gebogenen Enden 433 und 434 bzw. 435 und 436 liegen. Der Support 416 wird durch den Support 423 hindurch in eine Öffnung 441 des isolierenden Bl, ocks 432 eingesetzt und mittels eines Bindemittels oder dergleichen so darin befestigt, daß die Anschläge 420 und 421 des Bauteils 417 einen leichten Druck auf die entsprechende Halbleiterschicht 426 bzw. 427 der Halbleiterelemente ausüben.

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DasArbeiten des in den Fig. 29 bis 31 dargestellten erfindungsgemäßen Tonabnehmereinsatzes wird nun anhand von Fig. 32 erläutert, die eine vereinfachte schematische Darstellung des Tönabnehmereinsatzes ist, in der gleiche Bezugszeiche.n für gleiche Teile in den Fig. 29 bis 31 verwendet sind.

Wenn sich-die Nadel 412 in der durch einen Pfeil bezeichneten Hichtung bewegt, schwingt der Ausleger 413 in der Richtung de's Pfeils 442 um einen durch das vordere Ende des feinen Drahts 414 gebildeten Stützpunkts 443. Dadurch verschwenkt sich der Anschlag 420 des Bauteils 417 in Richtung eines Pfeils 444 um den Stützpunkt 443. Durch diese Schwenkbewegung des Anschlags 420 wird die Halhleiterschieht 426 mit Druck beaufschlagt, so daß eine Veränderung des Widerstands in Abhängigkeit von dem Druck an den Anschlußstiften 437 und 438 festgestellt wird. Dabei versehwenkt sich , der Anschlag 421 des Bauteils 417 in der durch einen Pfeil 445 "bezeichneten Hichtung um eine durch eine gestrichelte \ Linie dargestellte Achse und bewirkt somit keine Veränderung! i des Widerstands der Halbleiterschicht 427. Wenn andererseits j die Nadel 412 in der der Richtung des Pfeils 442 entgegengesetzten Richtung schwingt, wird der auf die Halbleiterschich'j; 426 wirkende Druck gelöst, wodurch eine Veränderung des Widerstands auftritt.

Wenn sich die Nadel-412 senkrecht zu der durch den Pfeil 442 bezeichneten Richtung versehwenkt, wird nun die dem Anschlag 421 zugeordnete Halbleiterschicht 427 dem Aufbringen oder Lösen eines Drucks unterworfen, wodurch eine Veränderung des Innenwiderstands der Halbleiterschicht 427 her-

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vorgerufen wird. Dabei verschwenkt sich der Anschlag 420 lediglich um eine Achse und es tritt keine Veränderung des Widerstands in der Halbleiterschient 426 ein.· Auf diese Weise werden die Stereoschwingungen in· zwei Kanäle getrennt„■

Fig. 33 zeigt ein Mikrophon, in dem ein auf mechanische Beanspruchung ansprechender Wandler gemäß Fig. 1 verwendet wird. Das Mikrophon weist ein Aufdampfdünnschicnt-Halbleiterelement auf, das aus einer isolierenden Basis 501, zwei im Abstand voneinander angeordneten Elektroden 502 und 502' und einer Piezowiderstands-Halbleiterschicht 503 besteht, die alle den in Fig. 1 gezeigten Teilen entsprechen. Ein isolierender Block 504 ist mit einer zentralen kreisförmigen Ausnehmung 505 versehen, die vom Halbleiterelement überbrückt wird. Das Element ist mit dem isolierenden Block 504 an den Elektroden 502 und. 502' fest verbunden.

Äußere Klemmen 512 und 513, die jeweils mit den Elektroden 502 bzw. 502' verbunden sind, sind an einen geeigneten Gleichstromlastkreis angeschlossen. Eine herkömmliche Membran 514 wird zur Verbessenng der Federung an ihrer Umfangskan te mit Falten festgehalten und ist zusammen mit dem Halbleiterelement an einem Gehäuse befestigt. In der Mitte der Membran '' 514 ist ein Bauteil 506 befestigt, durch das eine durch eine ' akustische Energie erzeugte mechanische Spannung auf die ; Halbleiterschicht 503 aufgebracht wird.. Die Spitze des Bauteile 506 hat eine Breite, die etwa gleich der Breite der Basis 501 ι ist und sie ist als glatte Fläche bearbeitet. Die Spitze des Bauteils 506 braucht nicht besonders scharf zu sein.

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In dem mit dem lu-fdampfdünnschicht-Halbleiterelement versehenen Mikrophon wird die mechanische Spannung durch das Schwingen der Membran 514 auf die Piezowiderstands-Halbleitersehieht 503 aufgebracht und durch das in Fig. 2 erläuterte Prinzip in ein elektrisciies Signal umgewandelt.

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ΛΜΜ/AML

Claims (11)

1. Pa t e η t a ns prüche:'

   (Τ!) Auf mechanische Beanspruchung ansprechender Halbleiterwandler, dadurch gekennzeichnet, daß als auf mechanischen Beanspruchung ansprechendes Wandlerelement ein aus aufgedampften Dünnschichten bestehendes Halbleiterelement verwendet ist," das eine elektrisch isolierende flexible Dünnschicht-Basis (1), zwei in Abstand voneinander auf der Basis angeordnete Elektroden (2, 2¹) und eine zwischen den Elektroden aufgedampfte Halbleiterschicht (3) mit Piezowiderstand aufweist, daß ferner zum Verändern der mechanischen Spannung der Halbleiterschicht (3) mit Piezowiderstand durch Verändern der äußeren Beanspruchung eine Vorrichtung (6, 7) zum Aufbringen einer mechanischen Beanspruchung auf das Halbleiterelement von außen vorgesehen ist und daß eine Einrichtung (9, 10, 11) zum Abgreifen eines der Veränderung des Innenwiderstands der Halbleiterschicht (3.) in Abhängigkeit von der Veränderung der von außen einwirkenden mechanischen Beanspruchung entsprechenden elektrischen Signals von den Elektroden (2, 2¹) vorgesehen ist (Fig. 1 bis 3).
2. 2. Tonabnehmereinsatz mit Halbleiterwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die "Dünnschicht-Basis (28) im wesentlichen quadratisch ausgebildet ist und mit einer zentralen Öffnung (29) versehen ist, daß vier Paare in Abstand voneinander angeordneter Elektroden (34, 34', 35, 35', 36, 36', 37, 37') jeweils auf den Abschnitten zwischen den Seiten der Basis und ihrer zentralen Öffnung (29) angeordnet sind, daß die Halbleiterschicht (30, 31, 32,

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   33) mit PiezOWiderstand zwischen den Elektroden jedes Elektrodenpaares aufgebracht ist, daß die einander jeweils gegen--' .überliegenden Halblelterschichten (30, 32;-.·31;, IS), ein Paar: bilden, und daß., zum .Verändern der mechanischen Spannung, in den iialbleiterschichten eine Einrichtung (.13; 17 - 24) zum .Übertragen der von einer lade! (12) aufgenommenen Stereoschwingungen auf die beiden Halbleiterschichten-Paare vor- : gesehen ist (Fig. 4 -9,). - ,-.-■'■.■ 9
3. 3. Tonabnehmereinsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Übertragen der Schwingungen ein Bauteil (17) aufweist, daß mit vier Vorsprüngen y (18, 19, 20, 21) versehen ist, die sich radial in Kreuzform vom Bauteil weg in einer Ebene erstrecken,'die senkrecht ■ zur Achse eines Auslegers (13) ist, der die Schwingungen , : der Sadel (12), auf die Mittelachse des Bauteils (17), über- ' trägt, und daß eine die Vorsprünge des Bauteils (17) mit j dem Wandlerelement in Kontakt bringende und eine Veränderung der mecliauischen Spannung der Halbleiterschichten aufgrund i , der von der wadel (12) über den Ausleger (13) übertragenen ■ Schwingungen bewirkende Vorrichtung (46 - 49). '

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4. 4. Tonabnehmereinsatz mit Halbleiterwandler nach j Anspruch 1, daaurch gekennzeichnet, daß zwei Halbleiter-■.wandler; (426 bis 431) parallel zueinander auf einem elektrisc|h isolierenden Block (432) angeordnet sind, daß ein Bauteil (417) vorgesehen ist, von dem weg sich radial zwei einen rechten Winkel einschließende Vorsprünge (420, 421) in einer Ebene senkrecht zur Achse eines Auslegers (413) ist, der die Schwingungen einer Nadel (412) auf die Mittelachse des Bau-

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   teils (417) überträgt und daß zum Verändern der mechanischen Spannung der Halble.'terschichten (426, 427) durch die von der Nadel über den Ausleger auf das Bauteil übertragenen Schwingungen eine Einrichtung vorgesehen ist, durch die die Vorsprünge (420, 421) an den Halbleiterwandlern zur Anlage bringbar sind, (Fig. 29 bis 32).
5. 5. Tonabnehmereinsatz mit Halbleiterwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Dünnschicht-Basis (126) im wesentlichen quadratisch ausgebildet und mit einer zentralen Öffnung (127) versehen ist, daß ein Paar in Abstand voneinander angeordnete Elektroden (134,134') auf einem der vier Abschnitte der zwischen Seiten der Basis und ihrer zentralen Öffnung (129) und ein zweites Paar in Abstand voneinander angeordneter Elektroden (135, 135¹) auf einem zweiten, rechtwinklig in bezug zum ersten Abschnitt liegenden Abschnitt (129) angeordnet sind, daß zwischen die ; Elektroden jedes Elektrodenpaares die Halbleiterschicht (131, 132) mit Piezowiderstand aufgebracht ist, daß ferner ein ! Bauteil (117) mit einer Vielzahl von Vorsprüngen (119, 120, '_ 121, 122) vorgesehen ist, die sich radial vom Bauteil in einer Ebene erstrecken, die im wesentlichen senkrecht zur Achse eines die Schwingungen einer Nadel (112) auf die Mittelachse ! des Bauteils (117) übertragenden Auslegers (113) liegt und ; daß zum Verändern der mechanischen Spannung der Halbleiter- j schichten (131, 132) durch die von der Nadel (112) über den j Ausleger (113) auf das Bauteil (117) übertragenen Schwingun- , gen eine Einrichtung vorgesehen ist, durch die die Vorsprünge (119, 120, 121, 122) an dem Halbleiterwandler zur Anlage j bringbar sind, (J*'ig. 11 bis

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6. 6. Tonabnehmereinsat2 nach Anspruch 5, .dadurch- gekennzeichnet, daß das Bauteil (117) kreuzförmig ausgebildet istund aus Metall oder Harz besteht, daß es mit vier sich radial erstreckenden Armen (119,120, 121, 122) versehen ist, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind, daß ein Support (114) aus einem visko-elastisehen Material zur Aufnahme des inneren Endes des Auslegers (113) und zum Halten des kreuzförmigen Bauteils (117) vorgesehen ist, der die Arme (119, 120, 121, 122) des kreuzförmigen Bauteils (117) in Anlage am Halbleiterwandler hält (vgl. Fig. 11).
7. 7. TOnabnehmereinsatz mit Halbleiterwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Dünn schichtbasis (224) mit zwei radial und in V-Form von ihr abstehenden Streifen (252,, 253) ausgebildet ist, auf denen jeweils ein Paar in Abstand voneinander liegende Elektroden (255, 258j.255,; 259) angeordnet ist, auf das eine HaTbleiterschicht (230, 230') mit Piezowiderstand aufgedampft ist, daß ferner ein Bauteil (217) mit zwei Vorsprüngen (218, 219) vorgesehen ist, die sich radial in V-Form von ihm weg erstrecken, einen im wesentlichen rechten Winkel einschließen und in einer Ebene liegen, die im wesentlichen senkrecht zur Achse eines Auslegers (213) verläuft, der die von einer Nadel (212) aufgenommenen Schwingungen auf das Bauteil (217) überträgt, und daß zum Verändern der mechanischen Spannung der Halbleiterschichten (230, 23O¹) unabhängig voneinander durch die von der Nadel (212) über den Ausleger (213) auf das Bauteil (217) übertragenen Schwingungen eine Einrichtung vorgesehen ist, durch die die beiden Vorspränge (218, 219) an den beiden Halbleiterschichten

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   (230, 230') zur Anlage bringbar sind (Fig. 21 bis 23).
8. 8. Tonabnehmereinsatz mit Halbleiterwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (224) mit zwei Paaren in Abstand voneinander angeordneter Elektroden (231, 231'., 232, 232') versehen ist, auf die jeweils eine Halbleiterschicht (230, 230^f) mit Piezowiderstand aufgedampft ist, daß ein Bauteil (217) mit zwei sich radial in V-Form von ihm weg erstreckenden' Vorsprüngen (218, 219) vorgesehen ist, die einen rechten Winkel einschließen und in einer Ebene liegen, die im wesentlichen senkrecht zur Achse eines Auslegers (213) verläuft, der die von einer Nadel (212) aufgenommenen Schwingungen auf die Mittelachse des Bauteils überträgt, daß ferner zum Verändern der mechanischen Spannung der Halbleiterschichten durch die von der Nadel über den Ausleger auf das Bauteil übertragenen Schwingungen eine Einrichtung vorgesehen ist, durch die ein Teil der Vorsprünge des Bauteils am Halbleiterwandler zur Anlage bringbar ist (Fig. 16 bis 20).
9. 9. Tonabnehmereinsatz mit Halbleiterwandler nach ' Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Dünnschicht-Basis kreuzförmig ausgebildet ist, daß auf wenigstens zwei benachbarten Armen der Basis Paare in Abstand voneinander angeordneter Elektroden vorgesehen sind, auf die jeweils eine Halbleiterschicht mit Piezowiderstand aufgedampft ist, daß ein an dem Halbleiterwandler zur Anlage bringbares Bauteil vorgesehen ist, daß ferner zum Verändern der mechanischen Spannung der Halbleiterschichten durch die von einer Nadel über einen Ausleger auf das Bauteil übertra-

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   genen Schwingungen Mittel vorgesehen sind, durch die das Bauteil am Halbleiterwandler zur Anlage bringbar ist, und daß der Einsatz mit Mitteln zum Feststsilaneiner aufgrund · der Veränderung der mechanischen Spannung der Halbleiterschicht en auftretenden Veränderung des Widerstands an den Elektroden versehen ist. '
10. 10. Tonabnehmereinsatz mit Halbleiterwandler nach ' Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Basis (52i) eine Vielzahl von Paaren in Abstand voneinander angeordneter Elektroden (329, 329' 330, 33O¹) vorgesehen ist, auf die jeweils· eine Halbleiterschicht (325; 326;...) mit Piezowiderstand aufgedampft ist, daß ein kreisförmiges Bauteil (317) mit einem zylindrischen Anschlag (318) zum Aufbringen von Druck vorgesehen ist, dessen Ebene-im wesentlichen senkrecht zur Achse eines die Schwingungen einer Nadel (312) auf die Mittelachse des kreisförmigen Bauteil übertragenen Auslegers (313) verläuft, und daß ferner zum Verändern der mechanischen Spannung der Halbleiterschichten durch die von der ladel über den Ausleger auf das Bauteil übertragenen Schwingungen eine Einrichtung vorgesehen ist, durch die der,zylindrische Anschlag (318) des kreisförmigen Bauteils (317) am Halbleiterwandler zur Anlage bringbar ist (Fig. 25 - 28).
11. 11. Mikrophon mit einem auf mechanische Beanspruchung ansprechenden Halbleiterwandler nach Anspruch 1 (Fig. 33).

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