DE2845158C2 - Schwingeranordnung mit einem Zweielementenschwinger - Google Patents
Schwingeranordnung mit einem ZweielementenschwingerInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schwingeranordnung mit einem Zweielementenschwinger, der als
Auslegerarm mit einem fest eingespannten Ende und mit einem frei auslenkbaren Ende montiert ist und der
durch ein Paar von elektrisch gepolten piezokeramiichen Elementen gebildet ist, die in zueinander
fegensinnigen Polungsrichtungen mit einem elektrisch leitenden Substrat verbunden sind, und mit einer
Anstnuerschaltung zur Einspeisung von Betriebspotentialen in den Zweielementenschwinger.
In der älteren deutschen Patentanmeldung P 11691.2-32 ist bereits vorgeschlagen worden, ein
Paar von piezokeramischen Elementen miteinander zu Verbinden und den Elementen eine Ablenkspannung
aufzuprägen, wodurch diese sich in Längsrichtung biegen bzw, aüsgelenkt werden« Eine derartige Anordnung
kann als Zweielementenschwinger bezeichnet werden, Wifd ein solcher Zweielemertlenschwinger
elektrisch ausgelenkt, so entspricht seine Wirkung generell derjenigen eines Motors. Die einzelnen
Iceramischen 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
ίο 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 zwischen das Substrat und die
beiden Elemente anzulegen, so daß die Spannung 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 Polungsrichtu * des zweiten Elementes
angelegt wird, ergeben sich Ljfriedenstellende 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
entgegengerichte'en Polarität) eine Tendenz zur Entpolarisierung des Elementes vorhanden
ist, wodurch die Biege- bzw. Auslenkfähigkeit reduziert wird.
Ein Beispiel für inen 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 iit, 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 zur Erfassung der Position des Wandlers relativ zur Spur
sowie zur Ausrichtung des Wandlers auf die Spur. Ein derartige^ Gerät zur Aufzeichnung und Wiedergabe
Von breitbandigen Fernsehsignalen 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 derri es sich um ein Videobandgerät handelt, ist ein Wandler an einem Ende
eines Zweielementenschwingers montiert, Wobei in
diesen zwei Elementen Schwingerausienkspannungen eingespeist werden. Um ihn in eine Läge äüszülenken, in
dem der Wändlei' richtig zu einer abgetasteten Spur
ausgerichtet ist.
Die erforderliche Auslenkung zur Bewegung eines magnetischen Wandlers in einem derartigen Gerät kann
in Abhängigkeit 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 Zweielementenschwingers zu realisieren. Wird der Zweielementenschwinger in
bisher vorgeschlagener Weise aufgebaut und angesteuert, so ergibt sich wegen des obenerwähnten
depolarisierenden Effektes eine reduzierte Auslenkempfindlichkeit Der depolarisierende Effekt stellt
daher sowohl für ein Video-Bandgerät als auch in anderen Anwendungsfällen eine Auslenkempfindlichkeitsbegrenzung
dar. In der obengenannten 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 Zweiclcrncntenschwingcrs niemals gegen
die Polungsrichtung liegt
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schwingeranordnung der in Rede
stehenden Art für große Auslenkamplituden bzw. mit großer Auslenkempfindlichkeit anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Schwingeranordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß
vorgesehen, daß die Ansteuerschaltung eine an den Zweielementenschwinger angekoppelte Gleichspannungsquelle
zur Einspeisung einer Vorspannung gleicher Polarität zwischen dem Substrat und den
piezokeramischen Elementen aufweist, so daß die Vorspannung in Polungsrichtung der piezokeramischen
Elemente liegt, und daß die Ansteuerschaltung eine an den Zweielementenschwinger angekoppelte Wechselspannungsquelle
zur Einspeisung einer variablen Auslenkspannung zwischen dem Substrat und den piezokeramischen
Elementen aufweist, wobei die Auslenkspannung der Vorspannung der piezokeramischen Elemente
überlagert ist und die in ein piezokeramisches Element eingespeiste Auslenkspannung invers zu Her in das
andere piezokeramische Element eingespeisten Auslenkspannung ist, und wobei die an den piezokeramischen
Elementen stehende effektive Spannung eine Polarität besitzt, welche lediglich in Po.ungsrichtung des
jeweiligen piezokeramischen Elementes liegt.
Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
nähe.· erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung, welche zur Erzeugung von Auslenkungen
in zwei Richtungen eines eine Magnetwandleranordnung tragenden Zweielemenienschwingers verwendbarist,
F i g. 2 die Art der Auslenkung eines Zwsielementenschwmgers
gemäß der obengenannten deutschen Patentanmeldung P 27 11 691.2-32.
Fig.3 ein Diagramm der in die Elemente des
Zweielementenschwingers gemäß Fig-2 eingespeisten
Spannungen,
Fig.4 ein Diagramm der in die Elemente des
ZWeielementenschwingers nach Fig. 1 eingespeisten effektiven Spannung sowie der resultierenden Auslen*
kungund
Fig. 5 ein Schaltbild einer speziellen Ausführungsform einer Schahungsanordnung zur Realisierung des
Blockschaltbildes nach F i g. 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.
ίο 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 piezokeramischen Elementen eingespeist werden, wobei
die piezokeramischen Elemente in gegensinnigen Polungsrichtungen zueinander ausgerichtet sind, so daß
die Polaritäten in Polungsrichtung derjenigen Elemente liegen, in die sie eingespeist werden. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in jedes keramische Element in Pol gsrichtung des
Elementes είπε Gleichvorspannung eingespeist, weicher
zur Steuerung der Auslenkung des Zweieiemen:enschwingers 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.
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 Ausführvngsfo-m ist ein langgestreckter biegbarer Zweielementenschwinger
vorgesehen, welcher an seinem äußeren freien Ende eine . Wandlerkopf trägt, während sein anderes Ende
fest montiert ist Eine derartige Ausführungsform eignet sich insbesondere für Video-Bandgerä*e mit schraubenförmiger
Abtastung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung in derartigen Bandgeräteit 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.
Die in F i g. 1 dargestellte erfindungsgemf.ße Ausfuhrungsform
besitzt einen generell mit 10 bezeichneten langgestreckten auslenkbaren Zweielementenschwinger,
welcher durch mehrere miteinander verbundene Schichten gebildet ,ird und als piezoelektrischer Motor
wirkt. Speziell besitzt dieser Zweielementenschwinger 10 ein oberes piezokeramisches Element 12, ein unteres
piezokeramisches Element 14 sowie i\(l elektrisch
leitendes Zwischensübstral 16, das mit dem oberen Element 12 und dem unteren Element 14 verbunden ist.
Das Substrat 16 begrenzt dte 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 Schallungsanordnungen für
Aufzeichnüngs- und Wiedergabesignale, welche auf einem Magnetband aufgezeichnet bzw. von diesem
wiedergegeben werden sollen.
Um den Elementen 12 und 14 ein elektrisches Auslenkpotcntial 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 26 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 der beiden piezokeramischen Elemente
ab. Die Polungsrichtung eines piezokeramischen 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 Fig. 1 eingetragene Pfeile 30 und 32 zeigen die Polungsrichlung
der Elemente 12 und 14 an.
F i g. 2 zeigt schcniatisch einen Zweielementenschwinger
40 mit einem Paar von piezokeramischen Elementen 42 und 44, welche entsprechend der
Anordnung 10 nach Fig. 1 mit einem Substrat 46 verbunden sind. Diese Anordnung ist ebenfalls in einer
Halterung 48 eingespannt, so daß sie durch eine Ober Leitungen 50, 52 und 54 eingespeiste Spannung
auslenkbar ist. Die Auslenkung der Anordnung 40 prfnloj in Hpr in rlpr Hpiiterhpn Patentanmeldung P
27 11 691.2-32 beschriebenen Weise. Die piezokeramischen
Elemente gemäß F i g. 2 unterscheiden sich von den entsprechenden Elementen nach F i g. 1 dadurch,
daß beide Elemente 42 und 44 eine gemeinsame Polungsrichtung besitzen, welche durch in die gleiche
Richtung weisende Pfeile 56 und 58 angedeutet ist. Dies steht im Gegensatz zu den gegensinnigen Polungsrichtungen
bei der Anordnung nach F i g. t.
Im einzelnen siri bei der Anordnung nach Fig. 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 isL
In die Elemente 42 und 44 werden derartige Auslenkspannungen eingespeist, daß die Polarität
immer in Poiungsrichtung des Elementes liegt, in
welches die entsprechende Spannung eingespeist wird,
so daß ein großer Auslenkungsbetrag des Zweieiementenschwingers ohne Entpolarisiening 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
ίο Größe gleich Ui Vmax ist, wobei Vmax die Spitzenamplitude
des größten an die Elemente 42 und 44 angelegten Auslenksignals ist. Die Elemente 42 und 44 sind daher
gegensinnig auf Ui Vmax »vorgespannt«, so daß der
Zweielementenschwinger 40 bei Fehlen einer weiteren
is Ablenkspannung keine Auslenkung zeigt. Zur Erzeugung verschiedener Ablenkbeträge des Zweielementenschwingers
ist die Auslenk-Wechselspannungsquelle 64 über die Gleichspannungsquellen 60 und 62 sowie die
Verstärker SG uiiii SS an die Elcinciiic 42 ufid 44
angekoppelt Die Spitzenamplitude der in die Elemente 42 und 44 eingespeisten Auslenk-Wechselspannung
sollte nicht größer als Vmax sein, wenn in die Elemente
nicht eine effektive Spannung mit einer Polarität eingespeist wird, die der Poiungsrichtung des jeweiligen
Elementes entgegengerichtet ist. Wenn sich die Auslenkspannung der Quelle 64 sinusförmig ändert, so
ergibt sich am Element 42 eine effektive Spannung gemäß d.vn oberen Diagramm nach F i g. 3 und am
Element 44 eine effektive Spannung gemäß dem unteren Diagramm nach Fig.3. Sind die Elemente 42
und 44 gegensinnig auf Ui Vmat vorgespannt und wird
dieser Vorspannung für beide Eitmente ein Auslenk-Wechselsignal überlagert, so hat die effektive Spannung
an den Elementen 42 und 44 immer eine Polarität.
welche in der Poiungsrichtung des Elementes liegt. Die Auslenkkurven gemäß Fig.3 zeigen, daß der Zweielementenschwinger
40 mit der doppelten Augenblicksamplitude der von der Quelle 64 gelieferten Auslenk-Wechselspannung
ausgelenkt wird. Wenn die effektive
•40 Spannung am Element 42 mehr (oder weniger) positiv
als etwa Ui Vmax wird, so wird die effektive Amplitude
der Soannuns am Element 44 entsprechend wenieer
(oder mehr) negativ. Wegen der durch die Quelle 62 gelieferten Gleichvorspannung liegt die effektive
■45 Spannung am Element 44 so lange immer in der
Poiungsrichtung, so lange die Spitzenamplitude der Auslenk-Wechselspannung den Wert Vm„ nicht überschreitet.
Aus der schematischen Darstellung nach F i g. 2 ist zu ersehen, daß sowohl eine positive als auch eine negative
Vorspannung zur Gewährleistung der richtigen srspannung für die beiden Elemente 42 und 44 des
Zweielementenschwingers erforderlich sind, wenn die Polungsrichtungen der beiden piezokeramischen EIemente
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 F i g. 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.
Spezieü besitzt die Anordnung nach Fig. ί 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 80 angekoppelt sind, deren Ausgänge an Leitungen 24 und ?,6 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
gelieferte') 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
Rückkoppelwidersland 81 geschaltet ist.
Nimmt man an, daß die Quelle 82 ein sinusförmiges Auslenk-Wechselsignal auf der Ausgangsleitung 84
erzeugt, so besitzt die am Ausgang des Verstärkers 84 auftretende Spannung den Verlauf einer Kurve 94 im
Diagramm gemäß Fig.4. Das durch den Verstärker 88
invertierte Signal erscheint auf der Leitung 24 am Ausgang des Verstärkers 78 gemäß einer Kurve % in
Fig. 4.
Da die Suminationspunkte 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 Fig.4 ergibt Der Wert der
Gleichvorspannung wird vorzugsweise auf die Hälfte der Maximalspannung eingestellt, wobei die Quelle 82
vorzugsweise eine maximale Auslenk-Wechselspanhung 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 Nuii. 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 Fig.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 Zwetelementenschwingers in Polungsrichtung zugeführt wird, biegt sich der Zweielementenschwinger
in F i g. i gesehen nach oben. Besitzen die Spannungen Werte gemäß einem Punkt B im
Diagramm nach F i g. 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 piezoke*
ramischen Elementes 12, so daß sich der Zweielemen-
■> tenschwinger nach unten biegt 1st keine Auslenkung
erwünscht, so ist die Auslenk-Wechselspannung gemäß
Punkt C gleich Null, wobei jedes piezokeramische
Element die gleiche Gleichvorspannüng erhält.
Ein sinusförmiges Signal der Quelle 82 wurde
ίο Vorstehend nur zur Vereinfachung der Erläuterung der
Wirkungsweise der erfindungsgerhäßen Anordnung angenommen. Tatsächlich kann diese Quelle eine
komplexere Schaltung sein, welche ein Ablenksignal liefert, das einen Wandler auf einem vorgegebenen
π Weg, etwa auf einer bespielten Spur oder auf einer zu
bespielenden Spur eines Aufzeichnungsmediums führt Eine spezielle Schaltung zur Realisierung des
Blockschaltbildes gemäß F i g. 1 ist in F i g. 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 wurden
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
Transistoren 114 und 116 bilden eine Gegentaktstufe
)5 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
AO Verstärkung von etwa 10 für den im Diagramm nach
Fig.4 dargestellten Spannungsverlauf, wenn der Zweielementenschwinger maximale Auslenkspannungen
von etwa 2UO Volt zur Realisierung von großen Auslenkungen benötigt
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
W 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 automatisehen
Abtastführungssystem eines Video-Bandgerätes
sowie in anderen Geräten, in denen große Auslenkungen eines Zweielementenschwingers in zwei Richtungen
erforderlich sind, verwendbar.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Schwingeranordnung mit einem Zweielementenschwinger, der als Auslegerarm mit einem fest
eingespannten Ende und mit einem frei auslenkbaren Ende montiert ist und der durch ein Paar von
elektrisch gepolten piezokeramischen Elementen gebildet ist, die in zueinander gegensinnigen
Polungsrichtungen mit einem elektrisch leitenden Substrat verbunden sind, und mit einer Ansteuerschaltung
zur Einspeisung von Betriebspotentialen in den Zweielementenschwinger, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ansteuerschaltung (70, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 88) eine an den
Zweielementenschwinger (10) angekoppelte Gleichspannungsquelle (70) zur Einspeisung einer Vorspannung
gleicher Polarität zwischen dem Substrat (16) und den piezokeramischen Elementen (12, 14)
aufweist, so daß die Vorspannung in Polungsrichtung der piezokei !mischen Elemente (12, 14) liegt, und
daß die Ansteuerschaltung (70, 76,77, 78, 79,80, 81,
82, 88) eine an den Zweielementenschwinger (10) angekoppelte Wechselspannungsquelle (78, 80, 82,
88) zur Einspeisung einer variablen Auslenkspannung zwischen dem Substrat (16) und den piezokeramischen
Elementen (12, 14) aufweist, wobei die Auslenkspannung der Vorspannung der piezokeramischen
Elemente (12, 14) überlagert ist und die in ein piezokeramisches Element eingespeiste Auslenkspannung
invers zu der in das andere piezokeramische Element eingespeisten Auslenkspannung ist,
und wobei die an den piezokeramischen Elementen (12, 14) stehende effektive Sps.inung eine Polarität
besitzt, welche lediglich in Polungsrichtung des jeweiligen piezokeramischen EIe. ientes liegt.
2. Schwingeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Gleichvorspannungen gleiche
Größe besitzen.
3. Schwingeranordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem
Zweig der Wechselspannungsquelle (78, 80, 82, 88) ein Phaseninverter (88) für ein piezokeramisches
Element (12) vorgesehen ist.
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