DE2845158A1 - Piezoelektrische schwingeranordnung - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

Dr.-Ing.H.Li ska

_DXIIIH * MÜNCHEN 86. DEN _t. . ^

POSTIACH S60S20
MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

Ampex Corporation
Broadway, Redwood City, California 94063,- V.St.A.

Piezoelektrische Schwingeranordnung

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ORIGINAL INSPECTED Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schwingeranordnung mit einem piezoelektrischen Schwinger sowie einer Ansteuerschaltung für einen solchen Schwinger.

In der älteren deutschen Patentanmeldung P 27 11 691.2-32 ist bereits .vorgeschlagen worden, ein Paar von piezokeramisehen Elementen miteinander zu verbinden und den Elementen eine Ablenkspannung aufzuprägen, wodurch diese sich in Längsrichtung biegen bzw. ausgelenkt werden. Eine derartige Anordnung kann also Zweielementenschwinger bezeichnet, werden. Wird ein solcher Zweielementenschwinger elektrisch ausgelenkt, so entspricht seine Wirkung generell derjenigen eines Motors. Die einzelnen keramischen Elemente, welche den Zweielementenschwinger bilden, bestehen aus polykristallinem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante, wobei bei Einwirkung einer starken in einer Richtung wirkenden Spannung piezoelektrische Eigenschaften auftreten, wodurch das Material als Funktion der Polarität der angelegten Spannung polarisiert wird. Das polarisierte Material besitzt somit eine "Polungsrichtung" und zeigt ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, wenn es nachfolgend mit weiteren Spannungen beaufschlagt wird. Kann sich beispielsweise die Oberseite eines langen dünnen piezoelektrischen Elementes frei bewegen, während Bewegungen seiner Unterseite unterbunden werden, was der Fall ist, wenn ein solches Element mit einem stabilen Substrat verbunden wird, so biegt sich ein solches Element, wenn eine Spannung zwischen seiner Oberseite und seiner Unterseite angelegt wird.

Eine bekannte Möglichkeit zur Verstärkung des Biegeeffektes besteht darin, auf jeder Seite des Substrates ein piezokeramisches Element zu befestigen und eine Spannung

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zwischen das Substrat und die beiden Elemente anzulegen, so daß die Spannung :-:i der Polungsrichtung eines Elementes und gegen die Polungsrichtung des anderen Elementes liegt. Damit wird ein Gegentakteffekt erreicht, wodurch das miteinander verbundene Paar von Elementen im Vergleich zu einem Einzelelement um einen größeren Betrag gebogen wird. Durch Umkehr der Polarität der angelegten Spannung kann die Biegerichtung der Elemente umgekehrt werden.

In bestimmten Anwendungsfällen, insbesondere bei der vorstehend angegebenen Anordnung, in der eine Auslenkspannung in Polungsrichtung eines Elementes und gegen die Polungsrichtung des zweiten Elementes angelegt wird, ergeben sich zufriedenstellende Ergebnisse. Werden jedoch große Biegebeträge gefordert., so sind auch große Auslenkspannungen erforderlich. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei Anlegen einer großen Spannung in einer der Polungsrichtung des piezokeramischen Elementes entgegenlaufenden Richtung (d.h., mit einer der Polarität der ursprünglichen Polarisierungsspannung entgegengerichteten Polarität) eine Tendenz zur Entpolarisierung des Elementes vorhanden ist, wodurch die Biege- bzw. Auslenkfähigkeit reduziert wird,

Ein Beispiel für einen Anwendungsfall/ in dem große Auslenkungen in zwei Richtungen erforderlich sind,.ist ein Bandgerät mit rotierender Abtastung, in dem ein magnetischer Wandler auf einem Zweielementenschwinger montiert ist, wodurch der Wandler genau auf eine Aufzeichnungsspur ausgerichtet werden kann, so daß eine optimale Informationsaufzeichnung oder Informationswiedergabe erreicht werden kann. Das Bandgerät enthält eine elektronische Schaltung 2ur Erfassung der Position des Wandlers relativ zur Spur sowie zur Ausrichtung des Wandlers auf die Spur. Ein der-

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artiges Gerät zur Aufzeichnung und Wiedergabe von breitbandigen Fernsehsigna^ en ist in den deutschen Patentanmeldungen P 27 12 504.8-53 und P 27 11 970.6-53 beschrieben. Bei einer Ausführungsform eines in den beiden letztgenannten Patentanmeldungen beschriebenen Gerätes, bei dem es sich um ein Videobandgerät handelt, ist ein Wandler an einem Ende eines Zweielementenschwingers montiert, wobei in diesen zwei Elementen Schwingerauslenkspannungen eingespeist werden., um ihn in eine Lage auszulenken, in dem der Wandler richtig zu einer abgetasteten Spur ausgerichtet ist.

Die erforderliche Auslenkung zur Bewegung eines magnetischen Wandlers in einem derartigen Gerät kann in Abhängig- keit von den Auslegungsgrenzen des Gerätes bis zu 0,4318 mm und mehr betragen. In derartigen Fällen sind große Auslenkspannungen von bis zu beispielsweise 200 Volt erforderlich, um die notwendige Auslenkung des Zweielernentenschwingers zu realisieren. Wird der Zweielementenschwinger in bisher vorgeschlagener Weise aufgebaut und angesteuert, so ergibt sich wegen des oben erwähnten depolarisierenden Effektes eine reduzierte Auslenkempfindlichkeit. Der depolarisierende Effekt stellt daher sowohl für ein Video-Bandgerät als auch in anderen Anwendungsfällen eine Auslenkempf indlichkeitsbegrenzung dar. In der oben genannten deutschen Patentanmeldung P 27 11 691.2-32 wird eine Ansteuerschaltung zur Steuerung der Auslenkung eines Zweielementenschwingers beschrieben, bei welcher der unerwünschte entpolarisierende Effekt nicht auftritt, weil die Auslenkspannungen derart eingespeist werden, daß die Spannung an einem bestimmten piezokeramischen Element des Zweielementenschwingers niemals gegen die Polungsrichtung liegt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte und einfachere Schaltungsanordnung anzugeben,

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mit der Auslenkungen eines Zweielementenschwingers in zwei Richtungen mit großer Amplitude erzeugbar sind, ohne daß ein Element des Zweielementenschwingers entpolarisiert wird. - .

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Schwingeranordnung der eingangs genannten Art "erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

Einen Zweiölementenschwinger mit einem Paar von elektrisch gepolten piezokeramischen Elementen, die in gegensinnigen Polungsrichtungen zueinander angeordnet und mit einem zwischen ihnen liegenden Substrat verbunden sind, wobei das eine Ende des Paars von miteinander verbundenen piezokeramischen Elementen eingespannt und das andere Ende frei ' auslenkbar ist,

einen Kreis zur Einspeisung von Gleichvorspannüngen gleicher, jeweils in Polungsrichtung des jeweiligen piezokeramischen Elementes liegender Polarität zwischen das Substrat und die piezokeramischen Elemente, und einen Kreis zur Einspeisung von Auslenk-Wechselspannungen zwischen das Substrat und die piezokeramischen Elemente; welche den Gleichspannungen zur Steuerung der' Auslenkung des Zweielementenschwingers überlagert sind, wobei die Gleichvorspannungen so groß gewählt sind, daß die an den piezokeramischen Elementen stehende effektive Spannung eine in Polungsrichtung des jeweiligen piezokeramischen Elementes liegende Polarität besitzt und wobei die am einen piezokeramischen Element stehende Äuslenk-Wechselspannung gegenüber der am anderen piezokeramischen Element stehenden Auslenk-Wechselspannung gegenphasig ist.

Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung, welche zur Erzeugung von Auslenkungen in zwei Richtungen 'eines eine Magnetwandleranordnung tragenden Zweielementenschwingers verwendbar ist;

Figur 2 die Art der Auslenkung eines Zweielementenschwingers gemäß der oben genannten deutschen Patentanmeldung P 27 11 691.2-32;

Figur 3 ein Diagramm der in die Elemente des Zweielementenschwingers gemäß Figur 2 eingespeisten Spannungen;

Figur 4 ein Diagramm der in die Elemente des Zweielementenschwingers nach Figur 1 eingespeisten effektiven Spannung sowie der resultierenden Auslenkung; und

Figur 5 ein Schaltbild einer speziellen Ausführungsform e.iner Schaltungsanordnung zur Realisierung des Blockschaltbildes nach Figur 1.

Generell gesprochen betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Anordnung zur Realisierung von Auslenkungen mit großer Amplitude eines auslenkbaren Zweielementenschwingers bzw. eines Biegeelementes, wobei die Auslenkung ohne unerwünschte Entpolarisierung des Zweielementenschwingers realisierbar ist. Eine solche Auslenkung ist dabei durch eine einfachere und damit billigere Schaltungsanordnung erzeugbar. Gemäß vorliegender Erfindung wird die unerwünschte Entpolarisierung dadurch vermieden, daß Auslenkspannungen in ein miteinander verbundenes Paar von piezokeramisehen Elementen eingespeist werden, wobei die piezokeramischen Elemente in gegensinnigen Polungsri^chtungen zueinander ausgerichtet sind, so daß die Polaritäten in Polungsrichtung derjenigen Elemente liegen,

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in die sie eingespeist werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in jedes keramische Element in Polungsrichtung des Elementes eine Gleichvorspannung eingespeist, welcher zur Steuerung der Auslenkung des Zweielementenschwingers eine Auslenk-Wechselspannung überlagert wird. Die in ein, piezokeramisches Element eingespeiste Auslenk-Wechselspannung· ist gegenphasig zu der in das andere Element eingespeisten Auslenk-Wechselspannung, wobei die Größe der Gleichvorspannung so gewählt wird, daß eine effektive Spannung - das ist die Summe der Gleichvorspannung und des Augenblickswertes der Auslenk-Wechselspannung - an einem Element ansteht, deren Polarität immer in Polungsrichtung dieses Elementes liegt.

Aus den noch folgenden Ausführungen ergibt sich, daß eine erfindungsgemäße Schwingeranordnung für viele Anwendungsfälle, insbesondere für Bandgeräte mit schraubenförmiger Abtastung sowie für Floppy-Disk-Geräte geeignet ist. Bei der im folgenden genauer beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein langgestreckter biegbarer Zweielementenschwinger vorgesehen, welcher an seinem äußeren freien Ende einen Wandlerkopf trägt_f während sein anderes Ende fest montiert ist. Eine derartige Ausführungsform eignet sich insbesondere für Video-Bandgeräte mit schraubenförmiger Abtastung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung in derartigen Bandgeräten mit schraubenförmiger Abtastung beschränkt.

In der oben bereits genannten deutschen Patentanmeldung P 27 11 691.2-32 ist ein Magnetbandgerät mit rotierender schraubenförmig abtastender Trommel beschrieben, wobei die entsprechenden magnetischen Wandler auslenkbar montiert sind. Hinsichtlich der speziellen Ausgestaltung derartiger Magnetbandgeräte kann daher auf diese deutsche Patentanmeldung Bezug genommen werden.

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Die in Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße Ausführungsform besitzt einen generell mit 10 bezeichneten, langgestreckten auslenkbaren Zweielementenschwinger, welcher durch mehrere miteinander verbundene Schichten gebildet wird und als piezoelektrischer Motor wirkt. Speziell besitzt dieser Zweielementenschwinger 10 ein oberes piezokeramisches Element 12, ein unteres piezokeramisch.es Element 14 sowie ein elektrisch leitendes Zwischensubstrat· 16, das mit dem oberen Element 12 und dem unteren Element 14 verbunden ist. Das Substrat .1.6 begrenzt die Bewegung des Zweielementenschwingers auf eine Biegebewegung als Funktion eines eingespeisten elektrischen Potentials,

Um den Elementen 12 und 14 ein elektrisches Potential- aufzuprägen, sind auf den Außenflächen der Elemente leitende Schichten 18 und 20 vorgesehen. Die Anordnung 10 ist an ihrer linken Seite in einer schematisch dargestellten Halterung 22 eingespannt, während das andere freie Ende einen Wandler 25 trägt. Die nicht dargestellten elektrischen Verbindungen dieses Wandlers führen zu Schaltungsanordnungen für Aufzeichnungs- und Wiedergabesignale,, welche auf einem Magnetband aufgezeichnet bzw. von diesem wiedergegeben werden sollen.

Um den Elementen.12 und 14 ein elektrisches Auslenk— potential aufzuprägen, wird an Leitungen 24 und 26 eine Spannung angelegt, wobei die Leitung 24 mit der Schicht 18 und die Leitung 26 mit der Schicht 20 verbunden ist. Das Substrat 16 zwischen den Elementen 12 und 14 liegt an einer Erdleitung 28. Die über die Leitungen 24 und gegen.Masse am Substrat 16 eingespeisten Potentiale erzeugen die gewünschte Ablenkung der Anordnung 10.

Wie bereits erwähnt, hängt die.Richtung, in welcher der Zweielementenschwinger ausgelenkt wird, von der Polarität der eingespeisten Spannung und von der Polungsrichtung

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der beiden piezokeraitiischen Elemente ab. Die Polungsrichtung eines piezokeraitiischen Elementes wird dadurch festgelegt, daß ein elektrisches Gleichfeld eingeprägt wird, welches das Element gemäß der.Feldrichtung- polarisiert. Das polarisierte piezokeramische Element besitzt damit eine "Polungsrichtung", so daß es bei Einspeisung weiterer Spannungen eindeutige mechanische Eigenschaften zeigt. In Figur 1 eingetragene Pfeile 30 und 32 zeigen die Polungsrichtung der Elemente 12 und 14 an.

Figur 2 zeigt schematisch einen Zweielementenschwinger 40 mit einem Paar von piezokeramisehen Elementen 42 und 44, welche entsprechend der Anordnung 10 nach Figur 1 mit einem Substrat 46 verbunden sind. Diese Anordnung, ist ebenfalls in einer Halterung 48 eingespannt, so daß sie durch eine über Leitungen 50, 52 und 54 eingespeiste Spannung auslenkbar ist. Die Auslenkung der- Anordnung erfolgt in der in der deutschen Patentanmeldung P 27 11 691. 2-32 beschriebenen Weise. Die piezokeramischen Elemente gemäß Figur 2 unterscheiden sich von den entsprechenden Elementen nach Figur 1 dadurch, daß beide Elemente 42. und 44 eine gemeinsame Polungsrichtung besitzen, welche durch in die gleiche Richtung weisende Pfeile 56 und angedeutet ist. Dies steht im Gegensatz zu den gegensinnigen Polungsrichtungen bei der Anordnung nach Figur 1.

Im einzelnen sind bei der Anordnung nach Figur 1 Vorspannungsquellen 60 und 62 vorgesehen, welche eine sich einem Wechselsignal bzw. einer Auslenk-Wechselspannung von einer Quelle 64 überlagert. Speziell liegt die Vorspannungsquelle 60 zwischen der Quelle 64 und dem Eingang eines Verstärkers 66, dessen Ausgang über die Leitung 50 mit dem Element 42 gekoppelt ist. Die Vorspannungsquelle 62 liegt zwischen der Quelle 64 und dem Eingang eines Verstärkers .68, dessen Ausgang über die Leitung 52 an das Element 44-angekoppelt ist.

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In die Elemente 42 und 44 werden derartige Auslenkspannungen eingespeist, daß die Polarität immer in Polungsrichtung des Elementes liegt, in welches die entsprechende Spannung eingespeist wird,, so daß ein g-roßer Auslenkungsbetrag des Zweielementenschwingers ohne Entpolarisierung der piezokeramischen Elemente realisierbar ist. Sind die Elemente, in" der durch die Pfeile 56 und 58 angegebenen Weise polarisiert, so ist die Vorspannungsquelle 60 mit ihrer positiven Klemme an das Element 42 und mit ihrer negativen Klemme an die Quelle 64 angekoppelt. Die Vorspannungsquelle 62 ist Umgekehrt geschaltet, so daß ihre negative Klemme an das Element 44 und ihre positive Klemme an die Quelle 64 angekoppelt ist.

Die Quellen 60 und 62 erzeugen vorzugsweise eine positive und eine negative Gleichspannung, deren Größe gleich

1/2 V ist, wobei V die Spitzenamplitude des größmax max

ten an die Elemente 42 und 44 angelegten Auslenksignals ist. Die Elemente 42 und 44 sind daher gegensinnig auf 1/2 V "vorgespannt", so daß der Zweielementenschwin-

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ger 40 bei Fehlen einer weiteren Ablenkspannung keine Auslenkung zeigt. Zur Erzeugung verschiedener Ablenkbeträge des Zweielementenschwingers ist die Auslenk-Wechselspannungsquelle 64 über die Gleichspannungsquellen 60 und 62 sowie die Verstärker 66 und 68 an die Elemente 42 und 44 angekoppelt. Die Spitzenamplitude der in die Elemente 42 und 44 eingespeisten Auslenk-Wechselspannung sollte nicht größer als V sein, wenn in die Elemente nicht eine effektive Spannung mit einer Polarität eingespeist wird, die der Polungsrichtung des jeweiligen Elementes entgegengerichtet ist. Wenn sich die Auslenkspannung der Quelle 64 sinusförmig ändert,'so ergibt sich am Element 42 eine effektive Spannung gemäß" dem oberen Diagramm nach Figur 3 und am Element 44 eine effektive

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Spannung gemäß dem unteren Diagramm nach Figur 3, Sind die Elemente 42 und 44 gegensinnig auf 1/2 V ' vorge-

max

spannt und wird dieser Vorspannung für beide Elemente ein Auslenk-Wechselsignal überlagert, so hat die effektive Spannung an den Elementen 42 und 44 immer eine Polarität, welche in der Polungsrichtung des Elementes liegt. Die Auslenkkurven gemäß Figur 3 zeigen, daß der Zweielementenschwinger 40 mit der doppelten Augenblicksamplitude der von der Quelle 64 gelieferten Auslenk-Weohselspannung ausgelenkt wird. Wenn die effektive Spannung am Element 42 mehr (oder weniger) positiv als etwa 1/2 V wird, so wird die effektive Amplitude der

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Spannung am Element 44 entsprechend weniger (oder mehr) negativ. Wegen der durch die Quelle 62 gelieferten Gleichvorspannung liegt die effektive Spannung am Element-44 so lange immer in der Polungsrichtung, so lange die Spitzenamplitude der Auslenk-Wechselspannung den Wert V nicht überschreitet.

Aus der schematischen Darstellung nach Figur 2 ist zu ersehen, daß sowohl eine positive als auch eine negative Vorspannung zur Gewährleistung der richtigen Vorspannung für die beiden Elemente 42 und 44 des Zweielementenschwingers erforderlich sind, wenn die Polungsrichtungen der beiden piezok'eramisehen Elemente gleich sind.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist lediglich eine Vorspannungsquelle erforderlich, da die Polungsrichtungen der Elemente 12 und 14 des Zweielementenschwingers im oben bereits erläuterten Sinne gegensinnig liegen, wie dies durch die Pfeile 30 und 32 in Figur 1 für den Zweielementenschwinger 10 angedeutet ist. Sind die Polungsrichtungen in der dargestellten Weise gegensinnig, so kann eine einzige Vorspannungsquelle verwendet werden, wodurch der Aufwand für die Schaltung wesentlich reduziert wird.

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Speziell besitzt die Anordnung nach Figur 1 eine einzige Gleichvorspannungsquelle 70, deren negative Klemme über eine Leitung 74 an Summationspunkte 76 und 77 angekoppelt ist, welche ihrerseits an den entsprechenden invertierenden Eingang von Verstärkern 78 und SO angekoppelt sind, deren Ausgänge an Leitungen 24 und 26 liegen. Die positive-Klemme der Gleichvorspannungsquelle 70 liegt an Masse. Eine Quelle 82 für Auslenk-Wechselsignale ist über Leitungen 84 und 86 an einen invertierenden Verstärker 88 angekoppelt, welcher die Phase des von der Quelle 82 gelieferten Signals invertiert und das invertierte Signal über eine Leitung 90 in den nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 78 einspeist. Die Quelle 82 ist weiterhin über die Leitung 84 sowie eine Leitung 92 direkt an den nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 80 angekoppelt. Zwischen den Ausgang des Verstärkers 78 und den Summationspunkt 76 ist ein Rückkoppelwiderstand 79 gekoppelt, während in entsprechender Weise zwischen den Ausgang des Verstärkers 80 und den Summationspunkt 77 ein Rückkoppelwiderstand 81 geschaltet ist.

Nimmt man an, daß die Quelle 82 ein sinusförmiges Auslenk-Wechselsignal auf der Ausgangsleitung S4 erzeugt, so besitzt die am Ausgang des Verstärkers 84 auftretende Spannung den Verlauf einer Kurve 94 im Diagramm gemäß Figur 4. Das durch den Verstärker 88 invertierte Signal erscheint auf der Leitung 24 am Ausgang des Verstärkers gemäß einer Kurve 96 in Figur 4.

Da die Summationspunkte an die invertierenden Eingänge der Verstärker 78 und 80 angekoppelt sind, wird in die Elemente 12 und 14 eine effektive Spannung in der Weise eingespeist, daß an beiden Elementen niemals eine negative Spannung auftritt, wie sich dies aus dem Diagramm nach

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Figur 4 ergibt. Der Wert der Gleichvorspannung wird vorzugsweise auf die Hälfte der Maximalspannung eingestellt, wobei die Quelle 82 vorzugsweise eine maximale Auslenk-Wechselspannung liefert, welche gleich der-Gleichvorspannung ist, so daß in der positiven Halbwelle der Wechselspannung die in ein piezokeramisches Element eingespeiste Spannung den Maximalwert erreicht. Ist die Auslenk-Wechselspannung negativ in Bezug auf die Gleichvorspannung, so reduziert sich die zusammengesetzte Spannung etwa auf Null. Zur Realisierung der gleichen Ergebnisse können die angegebenen Polaritäten auch umgekehrt werden.

Aufgrund des invertierenden Verstärkers 88 ist das am Summationspunkt 76 auftretende Auslenk-Wechselsignal immer gegenphasig zum Auslenk-Wechselsignal am Summationspunkt 77, wodurch die entsprechende Auslenkung bzw. Biegung des Zweielementenschwingers realisiert wird.. Nimmt man an, daß die Auslenk-Wechselspannung einen Wert gemäß Punkt A im Diagramm nach Figur 4 besitzt, so besitzt die in das Element eingespeiste Spannung gemäß Kurve 94 ihren Maximalwert, während die Kurve 96 (welche die in das Element 12 eingespeiste Spannung repräsentiert) etwa den Wert Null besitzt. Da die Maximalspannung dem unteren Element des Zweielementenschwingers in Polungsrichtung zugeführt wird, biegt sich der Zweielementenschwinger in Figur 1 gesehen nach oben. Besitzen die Spannungen Werte gemäß einem Punkt B im Diagramm nach Figur 4, d.h., wird -. in das piezokeramische Element 12 gemäß Kurve 96 die Maximalspannung und in das untere Element 14 gemäß Kurve 94 eine Spannung etwa des Wertes Null eingespeist, so liegt- eine positive Spannung in Polungsrichtung des piezokeramischen Elementes 12, so daß sich der Zweielementenschwinger nach unten biegt. Ist keine Auslenkung erwünscht, so ist die Auslenk-Wechselspannung gemäß Punkt C gleich Null, wobei jedes piezokeramische Element die gleiche Gl'eichvorspannung erhält.

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Ein sinusförmiges Signal der Quelle 82 wurde vorstehend nur zur Vereinfachung der Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung angenommen. Tatsächlich kann diese Quelle eine komplexere Schaltung sein, welche ein Ablenksignal liefert, das einen Wandler auf einem vorgegebenen Weg, etwa auf einer bespielten Spur oder auf einer zu bespielenden Spur eines Aufzeichnungsmediums führt.

Eine spezielle Schaltung zur Realisierung des Blockschaltbildes gemäß Figur 1 ist in Figur 5 dargestellt. Das Auslenk-Wechselsignal auf der Leitung 84 wird von einer Quelle geliefert, welche nicht Teil der erfindungsgemäßen Anordnung ist. Der invertierende Verstärker 88 wird durch einen Operationsverstärker 100 sowie Widerstände 102 und 104 gebildet. Er besitzt eine Verstärkung von -1, d.h., er liefert an einem Ausgang 90 ein Signal mit gegensinniger Phase, in Bezug auf das Signal auf den Eingangsleitungen 84. und 92, wobei die letztgenannte Leitung auf den Verstärker 80 führt. Die Verstärker 78 und 80 arbeiten gleichartig und würden durch einen Differenzverstärker mit einem Transistorpaar 106 und 108 gebildet, dessen Stromquelle durch einen Transistor 110 gebildet wird. Ein Transistor 112 bildet eine Stromquelle für den Transistor 108, welcher eine Verstärkerstufe bildet. Als Emitterfolger geschaltete Tranistoren 114 und 116 bilden eine Gegentaktstufe zur Stromverstärkung für die Ansteuerung des Zweielementenschwingers, welcher eine kapazitive Last . darstellt. Der Rückkopplungswiderstand 79 dient zur Stabilisierung der Verstärkung des Verstärkers. Die Verstärker 78 und 80 besitzen vorzugsweise eine Verstärkung von etwa 10 für den im Diagramm nach Fig. 4 dargestellten Spannungsverlauf, wenn der Zweielementenschwinger maximale Auslenkspannungen von etwa 200 Volt zur Realisierung von großen Auslenkungen benötigt.

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Aus den vorstehenden Ausführungen folgt, daß die erfindungsgemäße Anordnung eine verbesserte Ansteuerschaltung zur Ansteuerung eines Zweielementenschwingers mit
einem Paar von piezokeramischen Elementen enthält,
durch die große Auslenkungen des Zweielementenschwingers erzeugbar sind, ohne daß nachteilige Entpolarisierungseffekte auftreten, wie sie aus der Einspeisung von gegen die Polungsrichtung der piezokeramischen Elemente des
Zweielementenschwingers gerichteten Spannungen resultieren. In der erfindungsgemäßen Anordnung kann eine einzige Gleichvorspannungsquelle verwendet werden, da die Gleichvorspannungen lediglich eine einzige Polarität besitzen
müssen. Die Anordnung ist neben anderen Anwendungsfällen insbesondere in einem automatischen Abtastführungssystem eines Video-Bandgerätes sowie in anderen Geräten, in
denen große Auslenkungen eines Zweielementenschwingers
d,n zwei Richtungen erforderlich sind, verwendbar.

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Claims (7)

1. 2 8 4 h 15

   Patentansprüche

   ' T.)Schwingeranordnung mit einem piezoelektrischen Schwinger sowie einer Ansteuerschaltung für einen solchen Schwinger, gekennzeichnet durch einen Zweielementenschwinger (10) mit einem Paar von elektrisch gepolten piezokerarmischen Elementen (12, 14), die.in gegensinnigen Polungsrichtungen zueinander angeordnet und mit einem zwischen ihnen liegenden Substrat (16) verbunden sind, wobei das eine Ende des Paars von miteinander verbundenen piezokeramischen Elementen (12, 14) eingespannt und das andere Ende frei auslenkbar ist, durch einen Kreis (70, 76, 77, 78, 79, 80, 81) zur Einspeisung von Gleichspannungen gleicher, jeweils in Polungsrichtung des jeweiligen piezokeramischen Elementes liegender Polarität zwischen das Substrat (16) und die piezokeramischen Elemente (12, 14), und durch einen Kreis (78, 80, 82, 88) zur Einspeisung von Auslenk-Wechselspannungen zwischen das Substrat (16) und die piezokeramischen Elemente (12, 14), welche den Gleichspannungen zur Steuerung der Auslenkung des Zweielementenschwingers (10) überlagert sind, wobei die gleichen Vorspannungen so groß gewählt sind, daß die an den piezokeramischen Elementen (12, 14) stehende effektive Spannung eine in Polungsrichtung des jeweiligen piezokeramischen Elementes (12, 14) liegende Polarität besitzt und wobei die am einen piezokeramischen Element stehende Auslenk-Wechselspannung gegenüber der am anderen piezokeramischen Element stehenden Auslenk-Wechselspannung gegenphasig ist.
2. 2. Schwingeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichvorspannungen gleiche Größe besitzen.

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3. 3. Schwingeranordnur.g für eine Wandleranordnung zur Aufzeichnung und/od ' Wiedergabe von Informationen auf Spuren eines Auf r-iichnungsmediums, gekennzeichnet durch einen auf dem frei auslenkbaren Ende des Zweielementenschwingers (10) montierten, mit dem Aufzeichnungsraedium in Wirkverbindung stehenden Wandler (25) .
4. 4. Schwingeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität"von .an den piezokeramischen Elementen (12, 14) stehenden Auslenkspannungen in deren Polungsrichtung liegt, so daß der Zweielementenschwinger (10) ohne Entpolarisierung der piezokeramischen Elemente (12, 14) in weiten Grenzen auslenkbar ist.
5. 5. Schwingeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkspannungen durch an den piezokeramischen Elementen (12, 14) anstehende positive Gleichspannungen und diesen überlagerten, die Auslenkung steuernden Wechselspannungen gebildet sind.
6. 6. Schwingeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Zweig des Kreises (78, 80, 82, 88) zur Einspeisung der Auslenk-Wechselspannungen ein Phaseninverter (88) für ein piezokeramisches Element (12) vorgesehen ist.
7. 7. Schwingeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die piezokeramischen Elemente (12, 14) verbindende gemeinsame Substrat (16) elektrisch leitend ist.

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