DE2747851A1 - Schaltung fuer die mechanische aufzeichnung eines signals, insbesondere fuer eine bildplatte - Google Patents

Description

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TED Bildplatten Aktiengesellschaft AEG-Telofuuken-Toldec Bahnhofstr. 28, Postfach

GH-6501 2i3ß / Schweiz

Hannover, den 07.10.1977 KE2-Wp/gn

Schaltung für die mechanische Aufzeichnung eines Signal insbesondere für eine Bildplatte

Für die Aufzeichnung eines breitbandigen Signals mit mehreren KHz Bandbreite, insbesondere eines Videosignals auf einer Bildplatte, ist es bekannt (DT-PS 15 74 489), das Signal in Fora eines frequenzmodulierten Trägers mechanisch entlang einer spiralförmigen Spur auf einer Platte aufzuzeichnen und nach dem Prinzip der sogenannten Druckabtastung abzutasten. Bei eiuer solchen mechanischen Aufzeichnung müßte an sich der Schneidstichel mechanische Schwingungen in der Größenordnung von mehreren MHz ausführen. Dieses ist jedoch in Folge der Trägheit des Schneidestichels nicht ohne weiteres möglich.

Es ist bekannt, das Videosignal in einen Zwischenspeicher einzugeben, insbesondere auf einem Film aufzuzeichnen, mit verringerter Geschwindigkeit abzutasten und mit dieser z.B. um den Faktor 25 verringerten Geschwindigkeit auf der Platte mechanisch aufzuzeichnen. Ein solcher Zwischenspeicher· stellt aber einen zusätzlichen Aufv.-and dar. Außerdem wird dadurch die sum Schneiden notwendige Zeit vervielfacht. Hon ist daher bemüht, die obere Frequens^ronze, mit der der Schneidstichel schneiden kann, lnöglichßt weit zu erhöhen.

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Bei einem bekannten Aufzeichnungsgerät (DT-PS 2.2 03 095) test eht der elektro-mechanische Wandler aus einem Längssehwinger aus einen amorphen Piezooxyd mit einem hohen Kopplung.«?- koeffizienten von etwa 0,6 und mehr, das aus einem Gemisch von Metalloxyden, insbesondere von Blei-, Zirkon- und Titanoxyd hergestellt ist. Die Abmessungen des Wandlers sind so gewühlt, daß seine Eigenfrequenz etwas oberhalb der höchsten aufzuzeichnenden Frequenz liegt, wobei der ohmsche elektrische Widerstand des elektrischen Stromkreises so bemessen ist, daß die Resonanz überhöhung der Kernresonanz des Wandlers genügend klein gehalten wird. Einer weiteren Heraufsetzung der Eigenfrequenz und danit der oberen Frequenzgrenze ist dadurch eine Grenze gesetzt, daß die mechanischen Abmessungen des Wandlers immer kleiner werden und dann die zugeführte elektrische Energie nicht mehr einwandfrei in die gewünschte Stichelauslenkung umgesetzt werden kann.

Eine weitere Möglichkeit, den Frequenzbereich nach oben zu erweitern, besteht darin, die Eigenfrequenz des Wandlers innerhalb des Arbeits-Frfcquenzbereiches zu legen und zusätzliche Mittel vorzusehen, die den schädlichen Einfluß der Eigenfrequenz verlängern. Dieses kann insbesondere durch mechanische oder elektrische Dämpfungsmittel erreicht werden.

Anhand der Figuren 1 bis 3 werden zunächst das elektrische Ersatzschaltbild und die Eigenschaften des beschriebenen Wandlers erläutert.

Figur 1 zeigt das Ersatzschaltbild des Wandlers 3· I** stellt die schwingende Masse des Wandlers, CL die Nachgiebigkeit des Wandlers, R^ die Nutzlast, hervorgerufen durch die abgestrahlte Energie und der Verluste im Wandler, und C₀ die Parallelkapazität des mechanisch festgehaltenen Wandlers dar. Da C. die Nachgiebigkeit des Wandlers darstellt, ist für die mechanische Auslenkung des Wandlers und damit des Stichels, also die Schneidamplitude, die Spannung IL,^ an der Kapazität C/. maßgebend, und zwar ist die ir.ocharvische Auslenkung des Wandlers 3 dieser· Spannung prOportional. Für einen gleichmäßigen Frequenzgang der Schnoid-

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amplitude kommt es also darauf an, daß die Spannung U^ bei konstanter Eingangsspannungen Uq an den Eingangsklemmen 1, 2 des Wandlers 3 von der Frequenz der Spannung Uq möglichst unabhängig ist.

Figur 2 zeigt den Verlauf des Leitwertes Y des Wandlers 3 zwischen den Klemmen 1, 2 in Abhängigkeit von der Frequenz dor anliegenden Spannung Uq und damit auch den Verlauf des Gesamtstromes durch den Wandler bei konstanter Amplitude der speisenden Spannung. Der Wandler 3 hat eine Reihenresonanzspitze bei der Frequenz f,., die im wesentlichen durch die Werte von L^ und C. bestimmt ist, sowie eine Parallelresonanzspitze bei der Frequenz fp, die im wesentlichen durch Cq bestimmt ist. Es ist ersichtlich, daß bei einem derartigen Verlauf des Leitwertes auch im Frequenzgang in der Auslenkung des Wandlers 3 starke ResonanzÜberhöhungen oder Absenkungen auftreten. Ein solcher bekannter Wandler ist näher beschrieben in dom Buch "Piezoxide-Wandler" von VaIvo 1968, Seiten 51 bis 52.

Da Uq₁ die mechanische Auslenkung des Wandlers 3 bestimmt, ist der Frequenzgang in der mechanischen Auslenkung proportional der Spannung am Kondensator C*. Diese Spannung ist jedoch ebenso wie die Spannungen an L^, und R,. wie auch die Ströme durch den Reihenkreis und durch die Kapazität C_Q von außen nicht zugänglich, da der Wandler 3 nur an seinen Eingangsklemmen 1, 2 zugänglich ist und nur dort gespeist oder beschaltet werden kann.

Figur 3 zeigt die Spannung Uq₁ an der Kapazität C^ und somit die mechanische Auslenkung des Wandlers 3 in normierter Darstellung. Die Kurvenmaxima in Figur 2 und Figur 3 stimmen um so besser überein, je geringer die durch den Widerstand R^ dargestellte innere Wandlerdämpfung ist. Der Frequenzgang in der mechanischen Auslenkung hat also eine starke überhöhung bei der Frequenz f^.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in Figur 3 dargestellte Resonanzüberhöhung im Frequenzgang in der mechanischen Auslenkung des Wandlers zu verringern.

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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Erfindung gelöyt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sinl in den Unteranüprüohen beschrieben.

Die orfindungagemäße Lösung besteht also aus zwei Schritten. Zunächst einmal wird der Strom durch die Parallelkapazität Cq kompensiert. Erst dadurch wird der zweite Schritt ermöglicht, bei dein durch die Gegenkopplung die störende Erhöbung in der Spannung IL·* direkt erfaßt und ausgeglichen werden kann. Wenn die Spannung am Widerstand R- zugänglich wäre, so könnte birii diese Spannung direkt zur Gegenkopplung verwenden, wenn man diese Spannung von der Speisespannung Uq für den Wandler subtrahiei't. Eine solche theoretisch denkbare Schaltung ist in Figur 4 dargestellt. Da die Spannung am Widerstand R,. aber nicht zugänglich ist, wird diese Spannung künstlich geschaffen, nämlich durch die Kompensation des durch Cq fließenden Stromes gemäß dem ersten Schritt. Auch die Spannung an einem Widerstand, der unmittelbar mit dem V/andler 3 in Reihe geschaltet, also z.B. zwischen der Klemme ?. und Erde liegt, wäre dazu unmittelbar nicht geeignet. Durch ihn würde nämlich o.ußer dem Strom durch den Reihenkreis L^, C^, R^ auch der Strom durch C_Q fließen, der eine andere Phasenlage als der Strom durch R^ hat. Bei der erfindungsgemäßen Lösung indessen wird direkt der Strom durch H^ ausgewertet.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel anhand der Figuren 5 bis 7 erläutert. Darin zeigen: Figur 5 im Prinzip die mechanische Aufzeichnung eines Videosignals,

Figur 6 eine erfindungsgeraäße Schaltung und Figur 7 durch die Anwendung der Erfindung erzielt Kennlinien.

In Figur 5 kommt von dem Signalgeber 4 der mit dem Viedeosignal frequenzmodulierte Träger. Dieser wird dem Wandler 3 nicht direkt, sondern über den Entzerrer 5 zugeführt, der die erfindungsgümäßo Schaltung zur Erzielung eines Frequenzgangeβ in doi- mechanischen Auslenkung ohne Resonanzüberhöhung erhält. Der Wandler 3 steuert; den Schneidstichel 7» der auf der rotieren-

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den Bildplatte 8 bei Bewegung in Radialrichtung 6 das Signal entlang einer spiralförmigen Spur mechanisch aufzeichnet.

In Figur 6 wird das Signal vom Signalgeber 4 über den Widerstand 9 und den Verstärker 10 der Primärwicklung 11 des Übertragers 13 zugeführt, dessen Sekundärwicklung 12 einen geerdeten Mittelabgriff aufweist. Der übertrager 13 speist den Wandler 3 mit dem Strom i,. Die Klemme 2 des Wandlers 3 ist nicht direkt, sondern über den Widerstand Rp geerdet. Durch den Widerstand Ro fließt der Strom i- durch den Reihenkreis L-, C^, R^ und der Strom ±q durch die Kapazität C_Q, wobei i^ + i_Q = i, ist. Durch die Einschaltung des Kondensators C₂ gelingt es nun, in den Widerstand R₂ einen weiteren Strom i₂ einzuspeisen. Wenn der Übertrager 13 symmetrisch ist und die Werte C₀ und Co einander gleich sind, so hebt der Strom i₂, der aufgrund der am Mittelpunkt geerdeten Wicklung 12 dem Strom 1q entgegengesetzt ist, am Widerstand Rp den Strom i~ auf. Der durch die Kapazität C_Q des Wandlers 3 erzeugte, unvermeidbare, störende Strom i_Q wird also am Widerstand R₂ durch den mit der Wicklung 12 und dem Kondensator Cp künstlich erzeugten Strom i₂ kompensiert. Der Strom durch den Widerstand Rp wird dann gleich dem Strom i- durch den Reihenkreis L-, C-, R-. Dadurch sind die Spannungen an R^ und Rg einander direkt proportional. Es wird also der in Figur 4 als theoretisch angedeutete, zunächst als nicht möglich bezeichnete Zustand erreicht.

Nachdem in der Schaltung nach Figur 6 der Strom i₀ am Widerstand R₂ ausgeschaltet ist, ist die zweite Maßnahme möglich, nämlich die Gegenkopplung zur Beseitigung der Resonanzüberhöhung bei f- in Figur 3· Zu diesem Zweck wird die Spannung U₀ am Widerstand R₂ über die Leitung 15 auf den Eingang des Verstärkers 10 zurückgeführt. Durch diese Gegenkopplung wird die Resonanzüberhöhung gemäß Figur 3 beseitigt. Das Maß der Gegenkopplung läßt sich durch Bemessung der Widerstände R₂ und 9 so wählen, daß die Resonanzspitze bei der Frequenz f- gemäß Figur 3 gedämpft wird. Der Widerstand 9 enthält dabei auch den Innenwi<3erstand des Signalgebers 4.

Durch die Gegenkopplung über die leitung 15 wird an sich der

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Anstieg des Leitwertes Γ bei der Frequenz f^ gemäß Figur 2 nicht beseitigt, de. ja die Leitwerte von Iv., C^, R^ und Cq nicht bc.einf.lußbar sind. Verringert v.'ird jedoch, durch die beschriebene Gegenkopplung der an sich durch den Anstieg von Y hervorgerufene starke Strorcanctieg durch den Wandler 3 bei f,..

Anstelle der Gegenkopplung könnte auch ein Widerstand in Reihe zum Wandler 3 eingesetzt werden. Aber auch in diesem Fall wird zunächst der Strom i_fi durch die Kapazität Cq durch einen weiteren Anteil im Dämpf uiif.ywiderstand kompensiert.

Figur 7 zeigt die Kennlinie des Wandlers 3 für verschiedene Größen der Gegenkopplung über die Leitung 15 gemäß Figur 6. Die Kurve 16 stellt die Kennlinie dar für den Fall, daß die Gegenkopplung nicht vorhanden ist. Es ist ersichtlich, daß bei der Frequenz f- die unerwünschte starke Resonanzüberhöhung vorliegt. Die weiteren Kurven zeigen, daß mit erhöhter Gegenkopplung die störende Resonanzüberhöhung kleiner und schließlich sogar überkompensiert wird. Die Kurve 17 zeigt bereits einen weitgehend egalisierten Verlauf der Kennlinie, also des Betrages der mechanischen Auslenkung des Wandlers 3 in Abhängigkeit von der Frequenz bei konstanter Amplitude des steuernden Videosignals. Es ist ersichtlich, daß sich durch geeignete Wahl der Gegenkopplung über die Leitung 15 in Figur 6 ein den praktischen Anforderungen entsprechender Frequenzgang erreichen läßt.

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Claims (6)

1. H 77/G9

   Patentansprüche

   Schaltung für d.i.ο Mechanische Aufzeichnung eines Signals mit mehreren Viii?, Bandbreite, insbesondere für eine Bildplatte, mit einem piezoelektrischen Wandler, dessen Impedanz innerhalb der Signalbandbreite eine Parallelrosonauz·- spitze aufgrund dex· zi-iscnen seinen Elektroden wirksamen Parallelkapazität und eine Reinsuresonanzapitze aufgrund der Masse und Nachgiebigkeit Reiner schwingenden Teile aufweint, dadurch gekennzeichnet.. daß der durch die Parallelkapazität (Cq) fließende Strom (iq) kompensiert; und ira Signalweg eine vom verbleibenden Strom (i,,) durch den Wandler (3) abgeleitete Gegenkopplung (15) vorgesehen ist.
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzoichnet,, daß das Signal einem Übertrager (13) mjt einer mit Abgriff versehenen Sekundärwicklung (12) zugeführt ist, dessen einem Teil der Wandler (3) und dessen anderem Teil ein'Kondensator (Cp) parallelgeschaltet ist.
3. 3· Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgriff ein Mittelabgriff und der Wert des Kondensators (C₂) gleich dem der Parallelkapazität (C_Q) ist.
4. 4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C₂) einstellbar ist.
5. 5· Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgriff dirakt und der Verbindungspunkt von Kondensator (C₂) und Wandler (3) über einen Widerstand (I^O geerdet ist, an den der Gegenkopplungsweg (15) angeschlossen ist.
6. 6. Schaltung nach Anspruch 5» dadurch gekermzelchnefr, daß dsr Gegenkopplungcwsg (15) an einen Eingang eines vor dem Übertrager (13) liegenden Signalverstärkers (10) angeschlossen ist.

   7· Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekonnzeIchnet, daß dew

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   Wandler (;>,} ei·; eine negative Kapazität Verstärker par;:· lie] geschaltet; ist.

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