DE2450638A1 - DROP BEAM RECORDER HEAD - Google Patents
DROP BEAM RECORDER HEADInfo
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- DE2450638A1 DE2450638A1 DE19742450638 DE2450638A DE2450638A1 DE 2450638 A1 DE2450638 A1 DE 2450638A1 DE 19742450638 DE19742450638 DE 19742450638 DE 2450638 A DE2450638 A DE 2450638A DE 2450638 A1 DE2450638 A1 DE 2450638A1
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Description
Tropfenstrahl-AufzeichnungskopfDrop jet recording head
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Anregungssteuerung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsgeräts; insbesondere findet sie Anwendung bei einem mehrstrahligen Gerät der Art, wie es allgemein in der US-PS 3 739 393 dargestellt ist. Solche Aufzeichnungsgeräte enthalten eine Lochplatte, die mit einem Zuführungsanschluß für unter Druck stehende Tinte in Verbindung steht; die Lochplatte ist mit einer oder mehreren Reihen dicht beieinanderliegender Öffnungen ausgestattet. Typischerweise können solche Lochplatten eine Länge von etwa 26 cm haben und zwei Reihen mit jeweils über 600 Öffnungen aufweisen.Die Lochplatte wird durch eine fortschreitende Biegewelle mechanisch angeregt, so daß die die Öffnungen durchströmenden Tintenstrahlen so angeregt werden, daß sie in Ströme gleichmässig geformter und regelmässig voneinander entfernter Tropfen aufspalten. Es sind Einrichtungen zum selektiven Aufladen, Ablenken und Auffangen der Tropfen vorgesehen, die im Einzelnen in der oben genanntenThe invention relates generally to the excitation control of an ink jet recording apparatus; in particular it finds application in a multi-beam device of the type generally shown in US Pat. No. 3,739,393. Such recording devices contain a perforated plate which is provided with a supply port for pressurized ink communicates; the perforated plate is equipped with one or more rows of closely spaced openings. Typically, such perforated plates can have a length of about 26 cm and two rows with over 600 openings each The perforated plate is mechanically excited by a progressive flexural wave, so that the openings through-flowing ink jets are excited so that they are in streams evenly shaped and regular from each other split away drops. There are devices for the selective charging, deflection and collection of the drops provided in detail in the above
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USA-Patentschrift sowie in weiteren hier noch genannten Druckschriften beschrieben sind. Ein derartiges Aufzeichnungsgerät kann pro Sekunde über 50 Millionen Tropfen erzeugen und schalten, damit ein gespeicherten digitalen Daten entsprechendes Bild aufgezeichnet werden kann. Typischerweise wird das Bild auf einer sich unterhalb des Druckkopfs mit einer Geschwindigkeit von etwa 3 m/s bewegenden Bahn aufgezeichnet.USA patent as well as others mentioned here Publications are described. Such a recorder can record over 50 million drops per second generate and switch so that a stored digital data corresponding image can be recorded. Typically, the image is drawn on a beneath the printhead at a speed of about 3 m / s moving track recorded.
Eines der Probleme beim Betrieb eines solchen Aufzeichnungsgeräts ist die Erzeugung von Begleittropfen. Dies sind kleine unerwünschte Tropfen, die während des Aufspaltungsvorgangs des Flüssigkeitsfadens entstehen. Das Phänomen der Begleittropfenerzeugung ist in der Technik bekannt; Vorrichtungen zur Unterdrückung solcher Begleittropfen sind in der US-PS 3 334 351 und in der US-PS 3 683 396 beschrieben. Diese bekannten Geräte sind jedoch Einstrahl-AufZeichnungsgeräte, bei denen ein Tropfenstrom mit Hilfe einer länglichen Düsenanordnung erzeugt wird. In der US-PS 3 334 351 wird vorgeschlagen, Nebentropfen durch eine Mehrfachvibratoranordnung zu unterdrücken, und nach der US-PS 3 683 396 wird die Unterdrückung mit Hilfe einer speziellen Ausgestaltung der Düsen selbst erzielt. Keine dieser bekannten Vorrichtungen kann bei einer Mehrfachdüsenanordnung der hier beschriebenen Art angewendet werden.One of the problems with the operation of such a recorder is the generation of accompanying drops. These are small ones unwanted drops that arise during the process of splitting the liquid thread. The phenomenon of accompanying droplets is known in the art; Devices for suppressing such accompanying drops are in US-PS 3,334,351 and U.S. Patent 3,683,396. However, these known devices are single-beam recording devices, in which a stream of drops is generated with the help of an elongated nozzle arrangement. In US-PS 3,334,351 it is proposed that To suppress secondary droplets by a multiple vibrator arrangement, and according to US Pat. No. 3,683,396, the suppression achieved with the help of a special design of the nozzles themselves. None of these known devices can can be used in a multiple nozzle arrangement of the type described here.
Eine bekannte Vorrichtung, die hinsichtlich des Begleittropfenproblems eine gewisse Abhilfe schaffte, ist der Drehwandlender in der US-PS 3 701 476 beschrieben ist. In dieser Patentschrift ist eine Anordnung zur exakten Einteilung des Punkts beschrieben, an dem die Anregungsenergie auf die Lochplatte einwirkt. Es hat sich gezeigt, daß eine sorgfältige Einstellung des Kontaktpunkts zwischen einer Anregungssonde und der Lochplatte, wie sie in dieser zuletztA known device that, with regard to the accompanying drop problem The rotary converter is described in US Pat. No. 3,701,476 which provided some relief. In This patent specification describes an arrangement for the exact division of the point at which the excitation energy the perforated plate acts. It has been found that careful adjustment of the point of contact between a Excitation probe and the perforated plate as they last in this one
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genannten USA-Patentschrift angegeben ist, zu einer beträchtlichen Reduzierung der Begleittropfenerzeugung führt. Es hat sich jedoch auch erwiesen, daß immer noch viele Begleittropfen erzeugt werden, die als sehr feiner Nebel in Erscheinung treten, der sich auf den elektrischen Bauelementen des Druckkopfs ansammelt. Nach einer längeren Zeitperiode verursacht das Entstehen dieses Nebels ein elektrisches Kurzschlußproblem, was ein häufiges Abschalten zu Reinigungszwecken erfordert und den Betrieb des Aufzeichnungsgeräts ernsthaft einschränkt.mentioned USA patent is indicated to a considerable Reduction of accompanying drop generation leads. However, it has also been found that there are still many accompanying drops which appear as a very fine mist, which is deposited on the electrical components of the print head accumulates. After a long period of time, the creation of this fog causes an electrical short circuit problem, which requires frequent shutdowns for cleaning purposes and the operation of the recorder seriously restricts.
Es hat sich gezeigt, daß die Fadenlänge der von der Lochplatte erzeugten Flüssigkeitsstrahlen die Erzeugung von Begleittropfen in unerwarteter Weise beeinflußt. Bekanntlich hängt die Fadenlänge von einer Anzahl von Faktoren ab, so auch von der Amplitude der angelegten Anregungsenergie; die Abhängigkeit der Erzeugung von Begleittropfen wurde im Verlauf von Experimenten mit der Anregungsamplitude festgestellt. Es ist nicht genau bekannt, wie die Fadenlänge die Erzeugung von Begleittropfen beeinflußt, doch wurde beobachtet, daß die Erzeugung von Begleittropfen bei einem Mehrstrahl-Aufzeichnungskopf starken Änderungen bei nur geringfügigen Änderungen der Größe der angelegten Anregungsenergie unterworfen ist. Allgemein werden die Strahlen bei einem solchen Aufzeichnungskopf nicht mit der gleichen Phase angeregt, und die einzige in Erscheinung tretende direkte Auswirkung von Änderungen der Anregungsamplitude ist eine ziemlich gleichmässige Änderung der Länge aller Strahlfäden.It has been shown that the thread length of the perforated plate generated liquid jets affects the generation of accompanying drops in an unexpected manner. As is known, depends thread length depends on a number of factors, including the amplitude of the applied excitation energy; the dependence the generation of accompanying droplets was determined in the course of experiments determined with the excitation amplitude. It is not exactly known how the thread length the generation of accompanying droplets is influenced, but it has been observed that the generation of accompanying drops in a multi-beam recording head is subject to large changes with only minor changes in the magnitude of the applied excitation energy. Generally the beams do not become in such a recording head excited with the same phase, and the only apparent direct effect of changes in the excitation amplitude is a fairly even change in the length of all the ray filaments.
Nach der Erfindung wurde ferner festgestellt, daß während des normalen Betriebs eines Anregungswandlers eine Änderung der Resonanzfrequenz des Wandlers erfolgt. Diese Änderung kann zwar nur einen relativ kleinen Bruchteil der. Ansteuernennfrequenz ausmachen (die etwa der natürlichen Aufspaltungsfrequenz der Flüssigkeitsstrahlen entsprechen sollte), doch According to the invention it has also been found that during normal operation of an excitation transducer, a change the resonance frequency of the transducer takes place. This change can only be a relatively small fraction of the time. Control frequency (which should roughly correspond to the natural splitting frequency of the liquid jets), yes
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hat sie eine ausgeprägte Auswirkung auf die Größe der vom Wandler erzeugten Anregungsenergie. Dies beeinflußt wiederum die Strahlfadenlänge und somit die Länge der erzeugten Begleittropfen. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß sich bei der Verschiebung der Resonanzfrequenz des Wandlers die tatsächliche Anregungsfrequenz nicht ändert, weil die Schwingungsschaltung, die das Anregungselement ansteuert, weiterhin mit einer ziemlich konstanten Frequenz arbeitet. Der Hauptgesichtspunkt bei der Änderung der Resonanzfrequenz des Wandlers ist somit eine Änderung seiner elektrischen Impedanz bei der tatsächlichen Ansteuerfrequenz. Diese sich ändernde Impedanz ändert die Amplitude des Schwingungsausgangssignals, so daß dadurch die Strahlfadenlänge geändert und die Erzeugung von Begleittropfen beeinflußt werden.Die Impedanz des Wandlers hat bei seiner Resonanzfrequenz einen minimalen Wert, und die Ansteuerspannung für den Wandler wird allgemein auf die Erzeugung einer optimalen Strahlfadenlänge bei der Resonanzbedingung eingestellt. Bei einer Verschiebung der Resonanzfrequenz werden die Strahlfäden langer, und die Erzeugung der Begleittropfen nimmt zu.it has a pronounced effect on the size of the excitation energy generated by the transducer. This in turn affects the length of the ray filament and thus the length of the accompanying droplets generated. In this context it should be mentioned that the actual excitation frequency does not change when the resonance frequency of the transducer is shifted because the Oscillation circuit that controls the excitation element continues to operate at a fairly constant frequency. The main consideration in changing the resonant frequency of the transducer is thus a change in its electrical Impedance at the actual control frequency. This changing impedance changes the amplitude of the vibration output signal, so that the length of the ray filament is changed and the generation of accompanying droplets is influenced The impedance of the converter has a minimum value at its resonance frequency, and the control voltage for the converter is generally set to produce an optimal filament length under the resonance condition. At a If the resonance frequency shifts, the ray filaments become longer and the generation of accompanying drops increases.
Mit Hilfe der Erfindung wird die Erzeugung von Begleittropfen bei einem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät dadurch verringert, daß eine Anregungsansteuerschaltung geschaffen wird, die der Resonanzfrequenz des Anregungswandlers nachfolgt und die Ansteuerfrequenz in Abhängigkeit davon ändert. Auf diese Weise wird der Anregungswandler bei seiner Resonanzfrequenz angesteuert, und seine Ausgangsenergie bleibt relativ konstant. Dadurch wird wiederum die Länge der Tintenstrahlfäden geregelt, und die Erzeugung von Begleittropfen wird unterdrückt. Dies verursacht zwar die Anregung der Strahlen mit einer Frequenz, die sich bezüglich ihrer natürlichen Frequenz leicht ändern kann, doch haben diese kleinen Abweichungen keine nachteiligen Auswirkungen auf den Betrieb des Aufzeichnungsgeräts. Durch ein ständiges AnsteuernWith the aid of the invention, the generation of accompanying drops in an inkjet recording device is reduced by that an excitation control circuit is created which follows the resonance frequency of the excitation transducer and the control frequency changes as a function of this. on in this way the excitation transducer is driven at its resonance frequency and its output energy remains relatively constant. This in turn regulates the length of the inkjet filaments and the generation of accompanying drops is suppressed. Although this causes the excitation of the rays with a frequency that differs with respect to their natural frequency can change slightly, but these small deviations have no adverse effect on the Operation of the recorder. By constantly driving
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des Anregungswandlers bei seiner Resonanzfrequenz "sieht"
die Ansteuerschaltung ständig die gleiche Ausgangsimpedanz, und es wird ein wesentlich verbessertes Gesamtverhalten
erzielt.of the excitation converter "sees" at its resonance frequency
the drive circuit constantly has the same output impedance, and there is a significantly improved overall behavior
achieved.
Wenn der Anregungswandler exakt bei seiner Resonanzfrequenz
(oder bei einer von mehreren Resonanzfrequenzen) schwingt,
dann hat die für die Ansteuerschaltung zu erkennende
Impedanz ein örtliches Minimum. Bei einem Betrieb gemäß
den obigen Ausführungen ergibt sich somit eine weitere
günstige Wirkung aus der Tatsache,daß die Ansteuerschaltung bei einer relativ niedrigen Spannung betrieben werden kann.
Es besteht somit kein Bedarf nach Hochspannungs-Schaltungselementen,
und es ergeben sich beträchtliche Kosteneinsparungen. If the excitation transducer oscillates exactly at its resonance frequency (or at one of several resonance frequencies),
then has to be recognized for the control circuit
Impedance a local minimum. When operating in accordance with
The above explanations thus result in a further one
beneficial effect from the fact that the drive circuit can be operated at a relatively low voltage. There is thus no need for high voltage circuit elements and there are significant cost savings.
Die zum1 Ansteuern des Anregungswandlers verwendete Schaltung
enthält einen Verstärker, einen Lastwiderstand, sowie einen Mitkopplungszweig und einen Gegenkopplungszweig zum Eingang
des Verstärkers. Der Lastwiderstand ist im Gegenkopplungszweig angeordnet, und das Eingangssignal für den Anregungswandler wird von der Ausgangsseite des Lastwiderstandes abgenommen.
Es sind Einrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe die Rückführungszweige so eingestellt werden können, daß
eine ungedämpfte Schwingung stattfindet. Diese Schwingung
erfolgt bei der Resonanzfrequenz des Anregungswandlers,
da die impedanzkennlinie des Wandlers zur Folge hat, daß
die GesamtSchleifenverstärkung über den Verstärker bei allen
anderen Frequenzen kleiner als 1 ist. Wenn sich die Resonanzfrequenz des Wandlers verschiebt, dann findet eine entsprechende
Verschiebung der Frequenz statt, für die das Schwingen ermöglicht ist. Somit folgt die Ansteuerschaltung der
Resonanzfrequenz des Wandlers. Es ist somit zuThe circuit used to control the excitation converter 1 contains an amplifier, a load resistor, as well as a positive feedback branch and a negative feedback branch to the input of the amplifier. The load resistor is arranged in the negative feedback branch, and the input signal for the excitation converter is taken from the output side of the load resistor. Devices are provided with the help of which the return branches can be set so that
an undamped oscillation takes place. This vibration
takes place at the resonance frequency of the excitation converter,
because the impedance characteristic of the converter has the consequence that
the total loop gain across the amplifier is less than 1 at all other frequencies. If the resonance frequency of the transducer shifts, then there is a corresponding shift in the frequency for which the oscillation is enabled. The control circuit thus follows the
Resonance frequency of the transducer. It is thus closed
erkennen, daß mit Hilfe der Erfindung die Erzeugung von Begleittropfen in einem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät verhindertrecognize that with the help of the invention, the generation of accompanying drops prevented in an ink jet recorder
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werden soll. Feiner soll mit Hilfe der Erfindung die Fadenlänge der Aufzeichnungsflüssigkeit in einem solchen Aufzeichnungsgerät geregelt werden. Der Resonanzfrequenz des Anregungswandlers soll mit Hilfe der Erfindung nachgefolgt werden, und die Schwingungsfrequenz der Ansteuerschaltung des Wandlers soll entsprechend eingestellt werden.shall be. The thread length should be finer with the help of the invention the recording liquid can be controlled in such a recording apparatus. The resonance frequency of the Excitation converter is to be followed with the help of the invention, and the oscillation frequency of the control circuit of the converter should be set accordingly.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawing. Show in it:
Fig.1 ein allgemeines Schaltbild einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung für einen Anregungswandler,1 shows a general circuit diagram of an inventive Control circuit for an excitation converter,
Fig.2 ein genaues Schaltbild einer Ansteuerschaltung für einen Anregungswandler mit einer allgemeinen Darstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungs-Kopfs,2 shows a detailed circuit diagram of a control circuit for an excitation transducer with a general representation of an ink jet recording head,
Fig.3 ein Wurzelortdiagramm für die Schaltung von Fig.2 undFIG. 3 shows a diagram of the roots of the circuit of FIG. 2 and FIG
Fig.3a einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Diagramm von Fig.3.3a shows an enlarged excerpt from the diagram of Fig. 3.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, wie sie in Fig.1 allgemein dargestellt ist, enthält eine Ansteuerschaltung 11, die zur Erregungssteuerung an einem Anregungswandler 12 angeschlossen ist. Der Anregungswandler 12 kann in einem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf 13 angebracht sein, wie er allgemein in Fig.2 dargestellt ist. Der Aufzeichnungskopf kann einen Tintenzuführunganschluß 14, einerLochplatte 15, eine Laderingplatte 16, zwei Ablenkelektroden 17 und einen Auffänger 18 aufweisen. Ein Tintenvorrat 21 wird in der Zuführung 14 unter Druck gehalten, und er tritt aus der Zuführung 14 über eine Reihe von Öffnungen 22 (von denen nurA preferred embodiment of the invention, as shown generally in FIG. 1, contains a drive circuit 11, which is connected to an excitation converter 12 for excitation control. The excitation converter 12 can may be mounted in an ink jet recording head 13 as shown generally in FIG. The recording head may have an ink supply port 14, a perforated plate 15, a charging ring plate 16, two deflection electrodes 17 and a catcher 18. An ink supply 21 is in the Feeder 14 is kept under pressure, and it emerges from feeder 14 through a series of openings 22 (of which only
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die eine Öffnung 22 dargestellt ist) zur Bildung einer Reihe von Fäden 23 aus. Wie in der US-PS 3 739 393 und in der US-PS 3 701 476 genau beschrieben ist, kann der Anregungswandler 12 eine Sonde enthalten, die sich nach unten zur Berührung mit der Lochplatte 15 erstreckt. Eine Vertikalschwingung der Sonde erzeugt an einem Ende der Lochplatte 15 eine schwingende Störung, und die sich daraus ergebenden Schwingungen wandern längs der Lochplatte 15, so daß sie die Fäden 23 gleichmässig in Tropfen 24 aufspalten. Bei der hier beschriebenen Anordnung werden die Tropfen 24 erzeugt, ohne daß gleichzeitig eine übergroße Anzahl von (nicht dargestellten Begleittropfen ) entsteht.one opening 22 is shown) to form a row from threads 23 out. As described in detail in US Pat. No. 3,739,393 and US Pat. No. 3,701,476, the excitation transducer 12 may include a probe extending downwardly towards the Contact with the perforated plate 15 extends. A vertical oscillation of the probe is generated at one end of the perforated plate 15 an oscillating disturbance, and the resulting oscillations migrate along the perforated plate 15, so that they the threads 23 split evenly into drops 24. In the arrangement described here, the drops 24 generated without an excessive number of (not shown accompanying droplets) at the same time.
Bei dem Aufzeichnungskopf 13 ist zu erkennen, daß einige Tropfen 24 auf eine sich bewegende Bahn 20 fallen, während andere Tropfen 24 zum Auffänger 18 abgelenkt werden. Ein selektives Auffangen von Tropfen 24 wird durch selektives Anlegen von Ladungssteuersignalen an eine Reihe von Ladungsringeni9 in der Laderingplatte 16 erreicht. Zwischen den Ablenkelektroden 17 wird ein elektrisches Feld erzeugt, und diejenigen Tropfen 24, die von den Laderingen 19 (wobei jeder Strahl seinen eigenen Ladering hat) von dem elektrischen Feld' in den Auffänger 18 abgelenkt.Wie in den USA-Patentschriften 3 739 393 und 3 701 476 dargestellt ist,können zwei Strahlreihen und zwei Auffänger vorgesehen sein, wobei jeder Auffänger eine Fläche aufweist, die als Ablenkelektrode für eine zugehörige Reihe von Strömen dient.In the case of the recording head 13 it can be seen that a few drops 24 fall onto a moving web 20 while other drops 24 are deflected towards the catcher 18. A selective collection of drops 24 is achieved by selective Applying charge control signals to a series of rings of charge i9 reached in the loading ring plate 16. An electric field is generated between the deflection electrodes 17, and those drops 24, which are carried by the charging rings 19 (each jet having its own charging ring) by the electric field ' deflected into interceptor 18. As in U.S. patents 3,739,393 and 3,701,476, two rows of beams and two interceptors may be provided, with each interceptor has an area which serves as a deflection electrode for an associated series of currents.
Die Konstruktionseinzelheiten des Wandlers 12 sind in der oben erwähnten US-PS 3 701 476 beschrieben, in der dargestellt ist, daß das Hauptelement ein piezoelektrischer Kristall sein kann, der ein elektrisches Eingangssignal in Ausgangsschwingungen umsetzt. Diese Ausgangsschwingungen werden über eine Lastmasse und eine Hornanordnung an die oben erwähnte Sonde angekoppelt, damit sie der Lochplatte 15 zugeführt werden. Allgemein weisenThe details of construction of the transducer 12 are described in the aforementioned U.S. Patent No. 3,701,476, shown in FIG is that the main element can be a piezoelectric crystal which converts an electrical input signal into output oscillations implements. These output vibrations are coupled to the above-mentioned probe via a load mass and a horn arrangement, so that they are fed to the perforated plate 15. Generally wise
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diese Wandler mehrere Resonanzfrequenzen auf, von denen eine der Eigenfrequenz der Fäden 23 entsprechen sollte. Die Ansteuerschaltung 11 ist so ausgelegt, daß sie den Wandler 12 mit der richtigen Resonanzfrequenz ansteuert, und daß sie dieser Frequenz nachfolgt, wenn sie sich normalerweise infolge einer Erwärmung oder aus anderen Gründen während des Routinebetriebs des Aufzeichnungsgeräts ändert.these transducers have several resonance frequencies, one of which should correspond to the natural frequency of the threads 23. The control circuit 11 is designed so that it controls the converter 12 with the correct resonance frequency, and that it tracks this frequency when it is normally during heating or for other reasons the routine operation of the recorder changes.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Ansteuerschaltung 11 für den Wandler einen Differenzverstärker 30, einen Leistungsverstärker 31, einen Lastwiderstand 32 sowie eine Gegenkopplungsschleife und eine Mitkopplungsschleife zu den negativen und positiven Eingangsklemmen 34 und des Differenzverstärkers 3.0. Es ist nicht notwendig,daß der Verstärker 30 ein Differenzverstärker ist, wenn nur Summierungsverbindungen für die Gegenkopplungsschleife und die Mitkopplungsschleife vorhanden sind. Außerdem sei bemerkt, daß der Leistungsverstärker 31 kein notwendiges Element der hier beschriebenen Anordnung darstellt, sondern lediglich zur Stromverstärkung ohne Spannungsverstärkung verwendet wird. Es ist jedoch wichtig, daß die Gegenkopplungsschleife an die Ausgangsseite des Lastwiderstandea 32 angeschlossen ist, und daß die Mitkopplungsschleife so angeschlossen ist,daß sie den Lastwider stand 32 ausschließt. In a preferred embodiment, the control circuit contains 11 for the converter a differential amplifier 30, a power amplifier 31, a load resistor 32 and a negative feedback loop and a positive feedback loop to the negative and positive input terminals 34 and of the differential amplifier 3.0. It is not necessary that the amplifier 30 is a differential amplifier if only summing connections for the negative feedback loop and the feedforward loop are present. It should also be noted that the power amplifier 31 is not a necessary one Element of the arrangement described here, but only for current amplification without voltage amplification is used. It is important, however, that the negative feedback loop be connected to the output side of the load resistor a 32 is connected, and that the positive feedback loop is connected so that it stood the load resistance 32 excludes.
Wie in Fig.1 hervorgeht, verläuft die erwähnte Gegenkoppplungsschleife von der Ausgangsklemme 53 des Differenzverstärkers zurück zur negativen Eingangsklemme 34. Die Gegenkopplungsschleife enthält dazu den Lastwiderstand 32 und sie ist an ihrem Ausgang in zwei Zweige aufgeteilt. Einer dieser zwei negativen Zweige enthält nur den Widerstand 33, während der andere Zweig einen Spitzenwertdetektor 35, einen Differenzverstärker 36 und einen öpannungsabhängigen Widerstand aufweist. Die Mitkopplungsschleife verläuft von der Ausgangs-As can be seen in FIG. 1, the aforementioned negative feedback loop runs from the output terminal 53 of the differential amplifier back to the negative input terminal 34. For this purpose, the negative feedback loop contains the load resistor 32 and it is on their exit divided into two branches. One of these two negative branches only contains resistor 33 while the other branch has a peak value detector 35, a differential amplifier 36 and a voltage-dependent resistor having. The positive feedback loop runs from the output
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klemme 53 des Verstärkers 30 über eine RC-Schaltung zurück zur positiven Eingangsklemme 42. Allgemein ist der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 30 extrem hoch, doch das Signal, das verstärkt wird, ist nur ein sehr kleines Differenzsignal, das sich beim Zusammenführen der positiven und negativen Rückkopplungssignale ergibt. Beim Berechnen der Gesamtschleifenverstärkung längs der den Mitkopplungsweg enthaltenden Schleife muß daher der subtrahierende Einfluß der Gegenkopplungsschleife berücksichtigt werden. Damit die Ansteuerschaltung 11 den Wandler 12 ein Ansteuerschwingungs-Dauersignal zuführt, muß die Schleifenverstärkung längs der positiven Schleife exakt den Wert 1,0 haben; der Widerstand 33 ist so ausgewählt, daß dieser Verstärkungszustand erzeugt wird.Terminal 53 of amplifier 30 via an RC circuit back to the positive input terminal 42. The gain is general of amplifier 30 is extremely high, but the signal that is being amplified is only a very small difference signal, that results from merging the positive and negative feedback signals. When calculating the Total loop gain along the loop containing the feedforward path must therefore be the subtracting Influence of the negative feedback loop must be taken into account. In order for the control circuit 11 to provide the converter 12 with a continuous control oscillation signal supplies, the loop gain along the positive loop must have exactly the value 1.0; the Resistor 33 is selected to produce this boosted condition.
Aus unten erörterten Gründen schwingt die Ansteuerschaltung 11 mit einer Frequenz,' die dicht an die Resonanzfrequenz des Wandl'ers 12 angepaßt ist. Im Spezialfall eines Wandlers mit nur einer Resonanzfrequenz kann die oben erwähnte Mitkopplungsschleife aus einer einfachen Verbindung vom Ausgang des Verstärkers 30 zurück zur positiven Klemme des Verstärkers 30 bestehen. Im allgemeinen hat der Wandler 12 jedoch mehrere Resonanzfrequenzen, und es ist erwünscht, den Wandler 12 mit derjenigen dieser Resonanzfrequenzen anzusteuern, die am dichtesten an die Eigenfrequenz der Flüssigkeitsfäden 23 angenähert ist. Demzufolge enthält die Mitkopplungsschleife um den Verstärker 30 eine RC-Schaltung, die so ausgelegt ist, daß ein Schwingen des Verstärkers 30 mit einer Frequenz erzeugt wird, die nahe bei dieser einen Resonanzfrequenz des Wandlers liegt, die nachgeführt werden soll. Wie in Fig.1 dargestellt ist, enthält die Mitkopplungsschleife somit die Widerstände 38 und 39 und die Kondensatoren 40 und 41, die in einer Wien-Brückenschaltung angeschlossen sind. Die Brückenschaltung hat eine Dämpfung von etwa 3 (oder eine Verstärkung von 1/3) bei der gewünschten Nachführfrequenz, und daher ist die GegenkopplungsschleifeFor reasons discussed below, the drive circuit 11 oscillates at a frequency which is close to the resonance frequency of the Wandl'ers 12 is adapted. In the special case of a converter with Only one resonance frequency can be achieved by the above-mentioned positive feedback loop from a simple connection from the output of amplifier 30 back to the positive terminal of amplifier 30. In general, the transducer has 12 however, several resonance frequencies, and it is desirable to use the transducer 12 with that of these resonance frequencies to control which is most closely approximated to the natural frequency of the liquid threads 23. As a result, the Feedback loop around the amplifier 30 an RC circuit which is designed so that an oscillation of the amplifier 30 with a frequency is generated which is close to this one resonance frequency of the transducer, which are tracked target. As shown in Figure 1, contains the feedforward loop thus the resistors 38 and 39 and the capacitors 40 and 41, which are connected in a Vienna bridge circuit. The bridge circuit has attenuation of about 3 (or a gain of 1/3) at the desired tracking frequency, and therefore the negative feedback loop
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(mit den zwei oben beschriebenen Zweigen) so ausgelegt, daß eine effektive Verstärkung am Verstärker 30 mit dem Wert 3 von der Eingangsklemme 42 zur Ausgangsklemme 53 erzeugt wird. Die Gesamtverstärkung der Schleife mit dem Mitkopplungszweig hat somit bei der Nachführfrequenz den Wert 1,0.(with the two branches described above) designed so that an effective gain at amplifier 30 with the value 3 is generated from the input terminal 42 to the output terminal 53. The overall gain of the loop with the feedforward branch thus has the value 1.0 at the tracking frequency.
Der Frequenznachführvorgang der Ansteuerschaltung 11 erfolgt deshalb, weil der Lastwiderstand 32 im oben erwähnten Gegenkopplungszweig angebracht ist und weil die Eingangsklemme des Wandlers 12 mit der Ausgangsseite des Lastwiderstandes 32 verbunden ist. Diese Schaltung hat zur Folge, daß sich der Lastwiderstand 32 und der Wandler 12 wie ein Spannungsteiler verhalten; da der Spannungsabfall am Wandler 12 frequenzabhängig ist, gilt dies auch für den Spannungsabfall am Widerstand 32. Wegen der Rückkopplungsverbindung zur Eingangsklemme 34 ist somit zu erkennen, daß ein frequenzabhängiger Verstärkungszustand vorliegt, bei dem die effektive Verstärkung in der Schleife mit dem Mitkopplungszweig einen Maximalwert bei der Frequenz hat, bei der der Spannungsabfall am Widerstand 32 ebenfalls ein Maximum hat.The frequency tracking process of the control circuit 11 takes place because the load resistor 32 is in the above-mentioned negative feedback branch is attached and because the input terminal of the converter 12 with the output side of the load resistor 32 connected is. This circuit has the consequence that the load resistor 32 and the converter 12 act like a voltage divider behavior; since the voltage drop across the converter 12 is frequency-dependent, this also applies to the voltage drop across the converter Resistor 32. Because of the feedback connection to input terminal 34 it can be seen that a frequency-dependent There is a gain state in which the effective gain in the loop with the positive feedback branch Has maximum value at the frequency at which the voltage drop across resistor 32 also has a maximum.
Die Frequenz, bei der der Spannungsabfall am Widerstand 32 einen Maximalwert hat, muß notwendigerweise diejenige Frequenz sein, bei der die Impedanz des Wandlers 12 und der Spannungsabfall an ihm einen minimalen Wert haben.Die Frequenz, bei der dies auftritt, ist die Resonanzfrequenz des Wandlers, und somit liegen bei dieser Frequenz solche Bedingungen vor, daß eine maximale Anstiegsgeschwindigkeit für vom Rauschen erzeugte Störungen gefördert wird. Der über den Spitzenwertdetektor 35, den Verstärker 36 und den spannungsabhängigen Widerstandf 37 führende Gegenkopplungszweig stellt die Systemverstärkung ständig so ein, daß ein stabiler Schwingungszustand unabhängig von der vorhandenen Schwingungsfrequenz aufrecht erhalten wird. Das bedeutet, daß die Schleifenverstärkung für die oben erwähnte ResonanzfrequenzThe frequency at which the voltage drop across resistor 32 has a maximum value, must necessarily be that frequency at which the impedance of the transducer 12 and the voltage drop have a minimum value on it; the frequency at which this occurs is the resonant frequency of the transducer, and thus conditions exist at this frequency that a maximum slew rate for vom Noise generated interference is promoted. The via the peak detector 35, the amplifier 36 and the voltage-dependent Resistance 37 leading negative feedback branch adjusts the system gain so that a stable Vibration state is maintained regardless of the existing vibration frequency. That means that the Loop gain for the resonance frequency mentioned above
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den Wert 1,0 und für alle anderen Frequenzen einen kleineren Wert als,1,0 aufweist. Daraus ergibt sich, daß der Verstärker 30 und die Ansteuerschaltung 11 nur bei einer Frequenz schwingen können, die einer Resonanzfrequenz des Wandlers 12 entspricht.the value 1.0 and a smaller one for all other frequencies Value as, 1.0. It follows that the amplifier 30 and the control circuit 11 only at one Can oscillate frequency that corresponds to a resonance frequency of the transducer 12.
Die oben erwähnte Verstärkungseinstellung tritt auf, weil der Spitzenwertdetektor 35 ständig den Spitzenwert der an der Ausgangsseite des Widerstandes 32 auftretenden sinusförmigen Spannung überwacht und ein entsprechendes Steuersignal über den Verstärker 36 an den spannungsabhängigen Widerstand 37 anlegt. Der Verstärker 36 führt dem spannungsabhängigen Widerstand 37 eine negative Spannung zu, und die Größe dieser Spannung nimmt zu, (d.h. steigt in der negativen Richtung), wenn die Amplitude des sinusförmigen Signals an der Ausgangsseite des Widerstandes 32 größer wird. Dies hat dann einen Anstieg des Widerstandswerts des spannungsabhängigen Widerstandes 37 und eine Zunahme des an ihm auftretenden Spannungsabfalls zur Folge. Der angestiegene Spannungsabfall am spannungabhängigen Widerstand 37 erhöht das der Eingangsklemme 34 zugeführte Gegenkopplungssignal, wodurch die Amplitude der Schwingung herabgesetzt wird. In dieser Hinsicht arbeitet die Verstärkungseinstellungsanordnung in einer Weise, die analog zur Arbeitsweise einer Wolframdrahtlampe oder einer ähnlichen Vorrichtung ist, die häufig in bekannten Oszillatorschäl tungen verwendet wurden. In diesem Fall ändert sich jedoch die Schwingungsfrequenz der Schaltung in kontrollierter Weise, während die Verstärkungseinstellungsanordnung des übrigen Oszillators ein ungedämpftes Schwingen mit einer sich nicht ändernden Frequenz ermöglicht.The above-mentioned gain adjustment occurs because the peak detector 35 is constantly peaking the monitored sinusoidal voltage occurring on the output side of the resistor 32 and a corresponding Control signal via the amplifier 36 to the voltage-dependent Resistor 37 applies. The amplifier 36 leads the voltage-dependent resistor 37 a negative Voltage increases, and the magnitude of that voltage increases (i.e. increases in the negative direction) as the Amplitude of the sinusoidal signal on the output side of the resistor 32 becomes larger. This then has an increase in the resistance of the voltage-dependent Resistance 37 and an increase in the voltage drop occurring across it result. The increased voltage drop at the voltage-dependent resistor 37 increases the negative feedback signal fed to the input terminal 34, thereby increasing the amplitude the vibration is reduced. In this regard, the gain adjustment arrangement operates in one Way that is analogous to the operation of a tungsten wire lamp or similar device that is common in known Oszillatorschäl lines were used. In this case, however, the oscillation frequency changes the circuit in a controlled manner while the gain adjustment arrangement of the rest of the oscillator an undamped oscillation with an unchanging one Frequency allows.
Wie oben beschrieben wurde, übt der Lastwiderstand 32 eine notwendige Funktion beim Betrieb der hier beschriebenenAs described above, load resistor 32 performs a necessary function in the operation of those described herein
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Anordnung beim Erleichtern des Nachfolgens der Resonanzfrequenz des Wandlers 12 aus· Die allgemeine Ansteuerschaltung 11 stellt sich leichter auf die Resonanzfrequenz des Wandlers 12 starr ein, wenn der Lastwiderstand 32 einen relativ hohen Widerstandswert hat. Die Widerstandserwärmung am Widerstand 32 verursacht jedoch einen Energieverlust, so daß daher ein optimaler Widerstandswert für den Widerstand 32 vorhanden ist. Vorzugsweise sollte der Widerstandswert des Widerstands 32 entsprechend der Impedanz des Wandlers 12 bei de- Resonanzfrequenz gewählt werden (also bei der Frequenz, bei der dielmpedanz fast vollständig ohmisch ist).Arrangement in facilitating the tracking of the resonant frequency of the transducer 12 from · The general drive circuit 11 adjusts itself rigidly to the resonance frequency of the transducer 12 more easily if the load resistor 32 has a relatively high resistance value. However, the resistance heating at resistor 32 causes a loss of energy, so that there is therefore an optimal resistance value for resistor 32. Preferably the Resistance value of the resistor 32 selected according to the impedance of the transducer 12 at the resonance frequency (i.e. with the frequency, with the dielectric impedance almost is completely ohmic).
Experimente mit Ansteuerschaltungen wie der Ansteuerschaltung 11 haben gezeigt, daß der Lastwiderstand 32 vorzugsweise einen Widerstandswert haben soll, der wenigstens 10% des Widerstandswerts des Wandlers 12 beträgt, wobei ein Widerstandsverhältnis von etwa 25% optimal ist. Vom Standpunkt der Verlustleistung her sollte der Widerstand 32 keinen Widerstandswert haben, der größer als der ohmische Impedanzwert des Wandlers 12 bei seiner Resonanzfrequenz ist. In einem typischen Fall liegt die Resonanzfrequenz, der nachzufolgen ist,bei etwa 50 kHz, wenn der Wandler 12 bei dieser Frequenz in Resonanz ist, kann er eine innere Impedanz von etwa 200 0hm haben. Unter diesen Bedingungen hat sich ein Widerstandsweri; von 47 0hm für den Widerstand 32 als höchst zufriedenstellend erwiesen.Experiments with control circuits such as the control circuit 11 have shown that the load resistance 32 preferably should have a resistance that is at least 10% of the resistance of transducer 12 with a resistance ratio of about 25% being optimal. From the point of view of power dissipation resistor 32 should not have a resistance that is greater than the ohmic impedance value of transducer 12 is at its resonance frequency. In a typical case the resonance frequency to be followed is around 50 kHz, when the transducer 12 resonates at this frequency, it can have an internal impedance of about 200 ohms. Under a resistance against these conditions; of 47 ohms for resistor 32 proved to be highly satisfactory.
Ein Schaltbild der Ansteuerschaltung 11 ist in Fig.2 dargestellt. Wie gezeigt ist, enthält der Leistungsverstärker zwei Transistoren 43 und 44 in einer Gegentaktschaltung. Der Verstärker 31 hat einen Spannungsverstärkungsfaktor 1, und er dient als niedrige Ausgangsimpedanz für den Differenzverstärker 30. Der spannungsabhängige Widerstand 37 enthält einen Widerstand 35, der in Serie zu einem Feldeffekttran-A circuit diagram of the control circuit 11 is shown in FIG. As shown, the power amplifier includes two transistors 43 and 44 in a push-pull circuit. Of the Amplifier 31 has a voltage gain of 1 and it serves as a low output impedance for the differential amplifier 30. The voltage-dependent resistor 37 contains a resistor 35, which is connected in series to a field effect trans
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sistor 46 geschaltet ist. Die Gate-Spannung des Feldeffekttransistors 46 ändert sich mit der Ausgangsspannung des Verstärkers 36, was wiederum den Widerstandswert zwischen der Drain-Elektrode und der Source-Elektrode des Feldeffekttransistors zur Folge hat. Als Folge davon folgt das an die Eingangsklemme 34 des Differenzverstärkers 30 angelegte Gegenkopplungssignal den vom Spitzenwertdetektor 35 festgestellten Spannungsspitzen nach.sistor 46 is switched. The gate voltage of the field effect transistor 46 changes with the output voltage of amplifier 36, which in turn changes the resistance value between the drain electrode and the source electrode of the field effect transistor. As a consequence of this this follows at input terminal 34 of the differential amplifier 30 applied negative feedback signal from the peak value detector 35 detected voltage peaks.
Der Spitzenwertdetektor 35 enthält eine Diode 47, zwei Widerstände 48 und 49 und einen Kondensator 50, und er ist gemäß der Darstellung an die negative Eingangsklemme des Verstärkers 36 angeschlossen, der vorzugsweise ein hochverstärkender Differenzverstärker ist.Die der positiven Eingangsklemme des Verstärkers 36 zugeführte Bezugsspannung wird durch einen angezapften Widerstand 52 erzeugt, der parallel zu einer Zenerdbde 51 und zu Quellen positiver und negativer Potentiale (typischerweise mit etwa 12 Volt) gemäß der Darstellung von Fig.2 angeschlossen ist.The peak detector 35 includes a diode 47, two Resistors 48 and 49 and a capacitor 50, and it is shown connected to the negative input terminal of amplifier 36, which is preferably is a high gain differential amplifier. The reference voltage applied to the positive input terminal of amplifier 36 is generated by a tapped resistor 52, the parallel to a Zener earth 51 and to sources of positive and negative potentials (typically with about 12 volts) is connected as shown in Fig.2.
Wie oben bereits "beschrieben wurde, ist die an die positive Eingangsklemme 42 des Differenzverstärkers 30 angeschlossene Schaltung so ausgelegt, daß ein Schwingen des Verstärkers bei einer Frequenz aufrechterhalten wird, die dicht bei einer speziellen Resonanzfrequenz des Wandlers 12 liegt. Für eine typische Resonanzfrequenz von etwa 50 kHz haben die Widerstände 38 und 39 Widerstandswerte von etwa 1,6 kOhm, und die Kondensatoren 40 und 41 haben jeweils eine Kapazität von etwa 2 000 pF. Wie in Fig.2 ferner dargestellt ist, können die Widerstände 38 und gekoppelte veränderliche Widerstandselemente 38· und 39' für eine gleichzeitige Einstellung aufweisen. Die gekoppelten veränderlichen Widerständselemente 38« und 39' sindAs has already been "described above, this is the positive one Input terminal 42 of the differential amplifier 30 connected circuit designed so that an oscillation of the amplifier is maintained at a frequency close to a particular resonant frequency of the transducer 12. For a typical resonance frequency of about 50 kHz, resistors 38 and 39 have resistance values of about 1.6 kOhm, and capacitors 40 and 41 each have a capacitance of about 2,000 pF. As in Fig.2 is also shown, the resistors 38 and coupled variable resistance elements 38 and 39 ' for simultaneous adjustment. The coupled variable resistance elements 38 'and 39' are
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vorgesehen, damit eine anfängliche starre Frequenzeinstellung auf die gewünschte Resonanzfrequenz des Wandlers 12 erleichtert wird. Diese anfängliche Frequenzeinstellung kann durch Einstellen der Widerstandselemente 38* und 39' und durch Beobachten der Schwingungsfrequenz der Anordnung erzielt werden. Die Schwingungsfrequenz ändert sich mit einer veränderten Einstellung der Widerstandselemente 38' und 39', bis eine· Frequenzstarreinstellung mit dem Wandler 12 erreicht worden ist. An dlieser Stelle erzeugt eine weitere Verstellung der gekoppelten Widerstandselemente keine weitere Änderung der Schwingungsfrequenz der Anordnung.provided for an initial rigid frequency setting to the desired resonance frequency of the transducer 12 is facilitated. This initial frequency setting can be made by tuning the resistance elements 38 * and 39 'and by observation the oscillation frequency of the arrangement can be achieved. The oscillation frequency changes with a changed one Adjust the resistance elements 38 'and 39' until a · Frequency locking with the transducer 12 has been achieved. At this point, a further adjustment of the coupled resistance elements no further change in the oscillation frequency of the arrangement.
Wie in Fig.2 ferner dargestellt ist, ist auch der Widerstand 33 veränderlich. Vorzugsweise ist der Widerstand 33 ein Potentiometer mit einem Widerstandswert von 50 kOhm, das zur Einstellung der Vorspannung des Feldeffekttransistors 46 auf den richtigen Arbeitsbereich verwendet werden kann. Wenn der Widerstand 33 auf den richtigen Wert eingestellt ist, dann kann die Amplitude der Ansteuerspannung für den Wandler 12 auf einen Wert im Bereich zwischen 0 und 20 Volt Spitze-Spitze eingestellt werden. Die Einstellung der Amplitude der Wandleransteuerspannung wird durch Einstellen der Lage des Abgriffs am Widerstand 52 bewirkt werden.As is also shown in Fig.2, the resistance is also 33 mutable. The resistor 33 is preferably a potentiometer with a resistance value of 50 kOhm, which is used for Setting the bias of the field effect transistor 46 to the correct working range can be used. If the resistor 33 is set to the correct value, then the amplitude of the drive voltage for the Converter 12 can be set to a value in the range between 0 and 20 volts peak-to-peak. Adjusting the amplitude the converter control voltage is brought about by adjusting the position of the tap on resistor 52.
Ein Wurzelortdiagramm für die Schaltung von Fig.2 ist in den Figuren 3 und 3a dargestellt. Der Ausdruck , für den· dieses Diagramm ausgeführt ist, hat allgemein die Form :A root locus diagram for the circuit of Figure 2 is in Figures 3 and 3a shown. The expression for which This diagram is executed generally takes the form:
KG(s)KG (s)
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£\sj + "32 . 39 41 £ \ sj + "32. 39 41
- TCiT" (R39C41S)2 + 3 R39 C41S + 1- TCiT "(R 39 C 41 S) 2 + 3 R 39 C 41 S + 1
Z ist die Übertragungsfunktion des Wandlers 12, für die in einem typischen' Fall eine durch die folgende Gleichung gegebene Näherung gefunden wurde:Z is the transfer function of transducer 12, for which in a typical case one is given by the following equation given approximation was found:
0,87 x 109CS2+ 0,5 x 103S +(3,157 x 105)2]0.87 x 10 9 CS 2 + 0.5 x 10 3 S + (3.157 x 10 5 ) 2 ]
Z(s) =Z (s) =
s[s2 + 0,5 x 103S + (3,252 χ 105)2]s [s 2 + 0.5 x 10 3 S + (3.252 χ 10 5 ) 2 ]
Wenn die Anordnung schwingt, ist der Widerstandswert des spannungsabhängigen Widerstandes 37 (und somit auch K) auf einen stabilen Zustand eingestellt. Dieser stabile Schwingungszustand entspricht dem Punkt, an dem zwei der Pole 60 und 61 die Achse 62 von Fig.3 und 3a schneiden. Wie in Fig.3 und insbesondere in dem vergrößerten Ausschnitt von Fig.3a dargestellt ist, erfolgt das Schneiden der Achse dann, wenn K den Wert von etwa 2,52 hat, damit ein Schwingen bei einer Frequenz von 3,158 χ 10^ Radian pro Sekunde oder etwa 50 kHz erzeugt wird. Es sei bemerkt, daß die Pole, die die reelle Achse bei dieser Verstärkung schneiden, solche Pole sind, die bei der Verstärkung Null einen Realteil von -250 und einen Imaginärteil von 3,157 x 10^ haben. Diese Pole werden bei den Nullstellen des Wandlers 12 erzeugt. Das Diagramm bestätigt somit, daß es die niedrige Resonanzimpedanz des Wandlers 12 ist, die die Schwingungsfrequenz der Anordnung steuert.If the arrangement oscillates, the resistance value of the voltage-dependent resistor 37 (and thus also K) is set to a stable state. This stable vibrational state corresponds to the point where two the poles 60 and 61 intersect the axis 62 of Figure 3 and 3a. As shown in FIG. 3 and in particular in the enlarged section of FIG. 3a, the axis is cut then, if K has the value of about 2.52, thus oscillating at a frequency of 3.158 χ 10 ^ radians per second or about 50 kHz is generated. It should be noted that the poles which intersect the real axis at this gain are those poles which, at zero gain, have a real part of -250 and an imaginary part of 3.157 x 10 ^. These poles are generated at the zero points of the transducer 12. The diagram thus confirms that it is the is the low resonance impedance of transducer 12 which controls the frequency of oscillation of the assembly.
Die beschriebene Anordnung stellt zwar eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar, doch ist die Erfindung nicht auf diese spezielle Ausführung beschränkt; im Rahmen der Erfindung sind vielmehr Änderungen möglich.While the arrangement described constitutes a preferred embodiment of the invention, it is the invention not limited to this particular design; Rather, changes are possible within the scope of the invention.
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