DE2921418C2

DE2921418C2 - Vorrichtung zur Steuerung eines piezoelektrischen Positionierungselements

Info

Publication number: DE2921418C2
Application number: DE2921418A
Authority: DE
Inventors: Albert Maria Arnold Eindhoven Rijckaert
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1978-05-29
Filing date: 1979-05-26
Publication date: 1987-02-26
Also published as: JPS54156614A; CA1132229A; NZ190545A; JPS6055905B2; NO791747L; ATA391679A; US4259605A; FR2427660A1; GB2021891A; NL7805802A; IT1120911B; IT7923061A0; CH657470A5; AU4735579A; DE2921418A1; NO150898B; AT368652B; AU523655B2; ES480911A1; NO150898C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Piezoelektrische Positionierungselemente werden z. B. in Recordern (z. B. magnetischen und optischen Recordern mit einem band- oder plattenförmigen Aufzeichnungsträger) zur Positionierung eines Aufnahme- und/oder Wiedergabeelements verwendet. Es ergeben sich dabei Situationen, in denen es erwünscht ist, daß das Piezoelement eine gut definierte Ruhelage einnimmt, z. B. wenn das Piezoelement ein kombiniertes Aufnahme- und Wiedergabeelement auf den Befehl eines Steuersignals positioniert, das aus dem wiedergegebenen Signal abgeleitet wird. Es System, bei dem dies der Fall ist, ist in der niederländischen Patentanmeldung Nr. 78 05 803 der Anmelderin beschrieben. Bei diesem System wird die Lage des Aufnahme- und Wiedergabeelementes nicht während der Aufnahme gesteuert und soll dieses Aufnahme- und Wiedergabeelement eine gut definierte Ruhelage einnehmen.
Wenn, um das Einnehmen einer Ruhelage zu bewirken, die Spannung über dem piezoelektrischen Element auf einen Referenzwert gebracht wird, ist diese Ruhelage infolge von Hystereseeffekten nicht genau definiert und wird auch durch die Höhe und die Polarität der Spannung, die, um diese Spannung auf den Referenzwert zu bringen, über dem piezoelektrischen Element vorhanden war, und durch die Lage bestimmt, die das piezoelektrische Element dabei einnahm.
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Ruhelage genau definiert ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.
Dadurch, daß die Spannung über dem piezoelektrischen Element oszillierend auf den Referenzwert gebracht wird, wird der Einfluß von Hysterese auf die endgültige Ruhelage des piezoelektrischen Elements beseitigt.
Eine Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Schaltung einen Schwingkreis enthält, in dem das piezoelektrische Element als Kapazität angeordnet ist, und daß erste Mittel vorgesehen sind, die bewirken, daß die Speisespannung für diese Schaltung mit der Zeit abnimmt, damit die Amplitude dieser Schwingung mit der Zeit abnimmt.
In bezug auf den Schwingkreis kann diese Ausführungsform weiter dadurch gekennzeichnet sein, daß der Schwingkreis einen Transformator mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung enthält, wobei das piezoelektrische Element über erste Schaltmittel zu der Sekundärwicklung parallel geschaltet ist, und daß erste Mittel zum Schließen dieser ersten Schaltmittel vor dem Anfang der genannten elektrischen Schwingung vorhanden sind.
Um eine Schwingung in diesem Schwingkreis auf einfache Weise hervorzurufen, ist diese Ausführungsform weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung eine Mittelanzapfung aufweist, die über eine erste Verbindung mit einem ersten Speisungsanschlußpunkt verbunden ist; daß ein Ende dieser Primärwicklung mit dem Kollektor eines ersten Transistors und das andere Ende dieser Primärwicklung mit dem Kollektor eines zweiten Transistors verbunden sind; daß die Emitter-Elektroden des ersten und des zweiten Transistors über eine zweite Verbindung mit einem zweiten Speisungsanschlußpunkt verbunden sind; daß die Basis- Elektrode des ersten Transistors in gegenkoppelndem Sinne mit dem Kollektor des zweiten Transistors verbunden ist, und daß die Basis-Elektrode des zweiten Transistors in gegenkoppelndem Sinne mit der Kollektor-Elektrode des ersten Transistors verbunden ist, wobei zweite Mittel zum Anlassen der genannten elektrischen Schwingung vorhanden sind.
Der erste und der zweite Transistor samt dem Schwingkreis, der aus dem Transformator und der Kapazität des piezoelektrischen Elements besteht, können dann als Multivibrator wirken.
Der erste und der zweite Transistor können auch als Schalter verwendet werden, mit deren Hilfe über den Transformator Stromimpulse von und zu dem piezoelektrischen Element geschickt werden, wie in der niederländischen Patentanmeldung Nr. 78 05 804 der Anmelderin beschrieben ist. Um die Ausführungsform der Erfindung auf diese Weise und gemäß der Erfindung anwenden zu können, ist diese Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß die Basis-Elektrode des ersten bzw. des zweiten Transistors mit einem ersten bzw. einem zweiten Steuereingang verbunden ist, und daß die genannten ersten und zweiten Mittel durch eine zweite Schaltung gebildet werden, deren Ausgänge mit dem ersten und dem zweiten Steuereingang verbunden sind und die derart umgeschaltet werden kann, daß die Ausgänge einen ersten Zustand, in dem diese Ausgänge eine verhältnismäßig niedrige Ausgangsimpedanz aufweisen und Steuerspannungen an die Basis-Elektroden des ersten und des zweiten Transistors weiterleiten können, und einen zweiten Zustand annehmen können, in dem diese Ausgänge eine verhältnismäßig hohe Ausgangsimpedanz aufweisen und somit schwebend sind, wodurch kreuzweise Gegenkopplungen zwischen den Basen und Kollektoren des ersten und des zweiten Transistors wirksam werden und die elektrische Schwingung erzeugt wird.
Um die Speisespannung für den Multivibrator mit der Zeit abnehmen zu lassen, ist die Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel einen in entweder die erste oder die zweite Verbindung aufgenommenen Schalter und einen Pufferkondensator enthalten, der zwischen der von dem zugehörigen Speisungsanschlußpunkt abgekehrten Seite dieses Schalters und der anderen Verbindung angeordnet ist, wobei dieser Schalter während der Erzeugung der genannten Schwingung geöffnet ist.
Wenn der Schalter geöffnet wird, wird der Multivibrator aus dem Pufferkondensator gespeist, wodurch die Speisespannung für diesen Multivibrator mit der Zeit abnimmt.
Um zu bewirken, daß der genannte Schalter ebenfalls von der zweiten Schaltung betätigt wird, ist es vorteilhaft, daß der genannte Schalter einen dritten Transistor enthält, dessen Kollektor mit dem Pufferkondensator, dessen Emitter mit dem zu diesem Schalter gehörigen Speisungsanschlußpunkt und dessen Basis über eine Impedanz mit dem Kollektor und mit einem Ausgang der zweiten Schaltung verbunden ist, wobei dieser Ausgang während des ersten Zustandes eine derartige Spannung führt, daß dieser Transistor leitend ist.
In bezug auf die ersten Schaltmittel ist es vorteilhaft, daß die ersten Schaltmittel einen vierten Transistor von einem ersten Leitungstyp und einen fünften Transistor von einem zweiten Leitungstyp enthalten, wobei die Emitter dieses vierten und dieses fünften Transistors mit einem an einer festen Spannung liegenden Punkt verbunden und die Kollektor-Emitterwege dieser Transistoren zu der Reihenschaltung der Sekundärwicklung und des piezoelektrischen Elements parallel geschaltet sind, wobei die Basis- Elektroden des vierten und des fünften Transistors mit Ausgängen der zweiten Schaltung und über Impedanzen mit Punkten verbunden sind, die an einer derartigen Spannung liegen, daß, wenn sich die Ausgänge dieser zweiten Schaltung in dem zweiten Zustand befinden, der vierte und der fünfte Transistor leitend sind.
Um den genannten Schalter auch nachdem die Ausgänge in den zweiten Zustand gelangt sind, einschalten zu können, ist es vorteilhaft, daß die Vorrichtung einen Schalter enthält, der einerseits über ein RC-Netzwerk mit der Basis des dritten Transistors und über einen Widerstand mit dem Kollektor dieses dritten Transistors und andererseits mit einem Punkt verbunden ist, der an einer festen Spannung liegt, derart, daß, wenn dieser Schalter geschlossen wird, der dritte Transistor während einer bestimmten Zeitdauer leitend wird.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 ein Beispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen impulsförmiger Steuersignale für die Vorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2 einige Signalformen zur Erläuterung der Wirkung der Schaltung nach Fig. 1,
Fig. 3 das Prinzipschaltbild einer Vorrichtung zum Anlegen einer Steuerspannung über einem piezoelektrischen Element,
Fig. 4 den Prinzipaufbau eines möglichen piezoelektrischen Positionierungselements,
Fig. 5 einige Signalformen zur Erläuterung der Wirkung der Vorrichtung nach Fig. 3,
Fig. 6 den Prinzipaufbau einer Vorrichtung nach der Erfindung, mit deren Hilfe ein piezoelektrisches Positionierungselement in eine Ruhelage gebracht wird,
Fig. 7 eine Signalform zur Erläuterung der Wirkung der Vorrichtung nach Fig. 6,
Fig. 8 eine praktische Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung und
Fig. 9 eine integrierte Schaltung zum Weiterleiten von Steuersignalen an die Vorrichtung nach Fig. 8.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Lieferung impulsförmiger Signale, die ein Maß für den Phasenunterschied zwischen zwei Signalen sind. Diese Vorrichtung kann in Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform eines Verstärkers zur Steuerung eines piezoelektrischen Elements verwendet werden. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird diese Vorrichtung zur Regelung der Lage eines Wiedergabekopfes 2 in bezug auf das auf einen bandförmigen Aufzeichnungsträger 1 eingeschriebene Signal ("Azimutregelung") verwendet. Wenn nämlich ein Kopf mit seinem Spalt nicht entsprechend dem eingeschriebenen Signal angeordnet ist, d. h. daß er in bezug auf das Band nicht zu dem Spalt, der das Signal geschrieben hat, parallel liegt, wird die Kennlinie der Signalübertragung von dem Aufnahmekopf über das Band zu dem Wiedergabekopf beeinträchtigt.
Um die Lage des Wiedergabekopfes 2 in bezug auf das auf das Band 1 aufgezeichnete Signal steuern zu können, ist der Spalt des Wiedergabekopfes 2 in zwei Teile 3 und 4 aufgeteilt, die je eine eigene in der Figur nicht dargestellte Spule besitzen, die ein Signal S&sub1; bzw. S&sub2; liefern. Diese Signale sind in Fig. 2a bzw. 2b dargestellt und weisen im vorliegenden Beispiel zu den Zeitpunkten t&sub1; und t&sub2; Phasenunterschiede verschiedener Polarität auf. Die Signale S&sub1; bzw. S&sub2; werden einer Schaltung 5 bzw. 6 zugeführt, wobei diese Schaltungen die Signale S&sub1; und S&sub2; reinigen, z. B. dadurch, daß der Rauschpegel herabgesetzt wird, und ein Ausgangssignal S&sub3; bzw. S&sub4; liefern, welche Signale rechteckförmig sind und mit den Nulldurchgängen der Signale S&sub1; bzw. S&sub2; synchron sind. Diese Rechteckform kann z. B. dadurch erhalten werden, daß die Signale S&sub1; und S&sub2; einem begrenzenden Verstärker zugeführt werden. Diese Signale S&sub3; bzw. S&sub4; sind in Fig. 2c bzw. 2d dargestellt. Die Signale S&sub3; bzw. S&sub4; werden Schaltungen 7 bzw. 8 zugeführt, die Impulse konstanter und gleicher Dauer synchron mit den positiven Nulldurchgängen der Signale S&sub3; bzw. S&sub4;, also auch synchron mit den positiven Nulldurchgängen der Signale S&sub1; bzw. S&sub2;, liefern. Diese Schaltungen 7 und 8 können z. B. monostabile Vibratoren oder auch Zähler sein. Fig. 2e bzw. 2f zeigen dieses Signal. Über Inverter 9 bzw. 10 wird ein Signal S&sub5; bzw. S&sub6; invertiert. Dieses invertierte Signal S&sub7; bzw. S&sub8; zeigt Fig. 2g bzw. Fig. 2h. Das Signal S&sub7; bzw. S&sub8; wird dem Eingang 13 bzw. 15 eines Flipflops 11 bzw. 12 zugeführt, während das Signal S&sub6; bzw. S&sub5; Eingängen 14 bzw. 16 des Flipflops 11 bzw. 12 zugeführt wird. Das Flipflop 11 bzw. 12 ist von einem Typ, bei dem das Signal S&sub9; bzw. S&sub1;&sub0; (siehe Fig. 2i bzw. 2j) am Ausgang 17 bzw. 18 niedrig ist, wenn das Signal S&sub6; bzw. S&sub5; am Eingang 14 bzw. 16 niedrig ist, und seinen Zustand während einer ansteigenden Flanke des Signals S&sub7; bzw. S&sub8; am Eingang 13 bzw. 15 ändert, vorausgesetzt, daß das Signal S&sub6; bzw. S&sub5; am Eingang 14 bzw. 16 hoch ist. Die Inverter 9 und 10 entfallen, wenn für die Flipflops 11 und 12 Flipflops verwendet werden, die an den negativen Flanken der Signale an den Eingängen 13 und 15 ihren Zustand ändern. Im Beispiel nach Fig. 2i ändert das Ausgangssignal S&sub9; ihren Zustand an der ansteigenden Flanke des Signals S&sub7; zum Zeitpunkt t&sub4; nicht, weil das Signal S&sub6; zu diesem Zeitpunkt niedrig ist. Zum Zeitpunkt t&sub7; ändert sich dieses Signal S&sub9; von niedrig zu hoch an der ansteigenden Flanke des Signals S&sub7; zu diesem Zeitpunkt und wieder von hoch zu niedrig zu einem Zeitpunkt t&sub8;, wenn das Signal S&sub6; wieder niedrig wird. Auf diese Weise wird am Ausgang 17 ein Impuls mit einer Zeitdauer entsprechend dem Phasenunterschied zwischen den Signalen S&sub1; und S&sub2; erzeugt, welcher Impuls nur auftritt, wenn das Signal S&sub1; in der Phase gegenüber dem Signal S&sub2; voreilt. Auf entsprechende Weise wird am Ausgang 18 ein solcher Impuls erzeugt, aber nur dann, wenn das Signal S&sub1; in der Phase gegenüber dem Signal S&sub2; nacheilt. Die Vorrichtung nach Fig. 1 erzeugt also Impulse, die ein Maß für den Phasenunterschied zwischen den Signalen S&sub1; und S&sub2; und somit für die fehlerhafte Lage des Kopfes 2 in bezug auf das eingeschriebene Signal sind. Die Vorrichtung nach Fig. 1 ist allgemeiner und detaillierter in der niederländischen Patentanmeldung Nr. 78 05 803 der Anmelderin beschrieben.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Umwandlung des Ausgangssignals der Vorrichtung nach Fig. 1 in eine Spannung über ein kapazitives Element 29, in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein piezoelektrisches Element zur Positionierung des Kopfes 2.
Fig. 4 zeigt zur Illustrierung den Aufbau einer Ausführungsform eines solchen Piezoelements. Es enthält zwei Schichten piezoelektrischen Materials 33 und 34, die beim Anlegen eines elektrischen Feldes in entgegengesetzter Richtung ihre Längen ändern, um eine Biegung zu bewirken. Diese Schichten 33 und 34 sind auf einer gemeinsamen leitenden Schicht 35 angebracht und auf den dieser Schicht 35 gegenüberliegenden Seiten mit Elektroden 36 und 37 versehen, die mit Anschlußpunkten 30 und 31 verbunden sind. In elektrischer Hinsicht zwischen diesen Anschlußpunkten 30 und 31 verhält sich dieses Piezoelement wie eine Kapazität 29.
Die Vorrichtung nach Fig. 3 enthält einen Transformator 20 mit einer aus zwei Hälften 21 und 22 bestehenden Primärwicklung, von der eine Mittelanzapfung zu einem Speisungsanschlußpunkt 23 führt, und einer Sekundärwicklung 24. Das Piezoelement 29 ist in Reihe mit zwei parallelen Schaltern 26 und 27 zu der Sekundärwicklung 24 parallel geschaltet, während die Primärwicklung 21, 22 einerseits über den Schalter 25 und andererseits über den Schalter 26 mit einer Stromquelle 32 verbunden ist. Die Schalter 25 und 26 werden von dem Signal S&sub9; am Ausgang 17 einer Vorrichtung 19 z. B. der in Fig. 1 dargestellten Art betätigt, während die Schalter 27 und 28 vom Signal S&sub1;&sub0; am Ausgang 18 betätigt werden.
Zur Erläuterung der Wirkung der Vorrichtung nach Fig. 3 zeigt Fig. 5a ein Beispiel des Signals S&sub9;, Fig. 5b ein Beispiel des Signals S&sub1;&sub0; und Fig. 5c die Spannung S&sub1;&sub1; über dem Piezoelement 29 als Reaktion auf die Signale S&sub9; und S&sub1;&sub0;.
Zum Zeitpunkt t&sub0; in Fig. 5 ist eine bestimmte Spannung V _o über dem Piezoelement 29 vorhanden. Wenn zum Zeitpunkt t&sub1; ein Impuls am Ausgang 17 erscheint, werden die Schalter 25 und 26 geschlossen und fließt der Strom I von der Stromquelle 32 zu dem Speisungsanschlußpunkt 23. Dieser Strom wird zu der Sekundärwicklung 24 transformiert und lädt über den Schalter 26 die Kapazität des Piezoelements 29 auf. Fließt sekundär ein Strom I _o, ist der Wert der Kapazität 29 gleich C und ist die Dauer des Impulses = T, so steigt die Spannung am Piezoelement um einen Wert
dV = &udf53;bs&udf54;@O:°KI°kø°KT°k:°KC°k&udf54;&udf53;be&udf54; an; z. B. für T = 10^-6 sec, I _o = 10 mA und C = 2,5 · 10^-9 F ist dV = 4 V.
Zum Zeitpunkt t&sub2; ist der Impuls im Signal S&sub9; beendet und öffnen sich die Schalter 25 und 26, wodurch das Aufladen der Kapazität 20 stoppt. Bei jedem weiteren Impuls im Signal S&sub9; wird die Spannung S&sub1;&sub1; über der Kapazität 29 weiter erhöht. Wenn zum Zeitpunkt t&sub3; ein Impuls im Signal S&sub1;&sub0; auftritt, werden die Schalter 27 und 28 geschlossen. Der Strom I fließt dann über die Primärwicklung 21 und transformiert zu der Sekundärwicklung 24 und entlädt über den Schalter 27 die Kapazität 29, bis zum Zeitpunkt t&sub4; der Impuls im Signal S&sub1;&sub0; endet und sich die Schalter 27 und 28 öffnen. Weitere Impulse im Signal S&sub1;&sub0; entladen die Kapazität 29 weiter.
Die Ausführungsform nach Fig. 3 ist nicht die einzige Möglichkeit, das sich wie eine Kapazität verhaltende Piezoelement 29 durch eine impulsgesteuerte Ladungszufuhr und -abfuhr mit einer verhältnismäßig hohen Steuerspannung zu versehen, ohne daß eine Quelle verhältnismäßig hoher Speisespannung erforderlich ist. So kann die Mittelanzapfung des Transformators entfallen, wenn z. B. die Stromrichtung in der Primär- oder Sekundärwicklung durch Kommutation in Abhängigkeit von dem Ausgang 17 oder 18, an dem der Impuls erscheint, gepolt wird. Es ist auch möglich, durch eine Drosselspule und Schalter oder gleichrichtende Elemente Ladungsimpulse einer Kapazität zuzuführen, derart, daß die Spannung über dieser Kapazität die vorhandene Speisespannung weit überschreiten kann. Außerdem ist auch eine Stromquelle nicht von wesentlichem Interesse. So kann auch eine Spannungsquelle in Reihe mit einem Ladewiderstand benutzt werden. Weiter kann sekundär ein einziger Schalter statt zweier Schalter 26 und 27 verwendet werden, vorausgesetzt, daß dieser Schalter sowohl vom Signal S&sub9; als auch vom Signal S&sub1;&sub0; gesteuert wird. Auch ist es möglich, einen Transformator mit einer sekundären Mittelanzapfung zu verwenden, wobei das piezoelektrische Element einerseits mit dieser Mittelanzapfung und andererseits über einen Schalter abhängig von den Steuersignalen mit einer oder der anderen Seite der Sekundärwicklung verbunden ist.
Es können sich Situationen ergeben, in denen die Vorrichtung 19 keine Signale abgibt, z. B. bei der Vorrichtung nach Fig. 1, wenn der Kopf 2 als Aufnahmekopf verwendet wird und keine Signale wiedergibt. In einem solchen Falle kann es wünschenswert sein, zu sichern, daß das Piezoelement eine Ruhe- oder Bezugslage einnimmt, z. B. dadurch, daß die Spannung über diesem Element beseitigt oder eine Bezugsspannung über diesem Piezoelement angelegt wird. Dadurch, daß ein solches Piezoelement, gegebenenfalls einschließlich der Bewegungsmechanismen, Hysterese aufweist, ist die Ruhelage aber bei dieser Ruhespannung von dem letzten erregten Zustand abhängig und also nicht gut definiert. Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, daß dafür gesorgt wird, daß die Spannung über dem Piezoelement symmetrisch um die gewünschte Ruhespannung mit einer Frequenz unterhalb der Resonanzfrequenz des Elements und mit einer auf Null abnehmenden Amplitude schwingt. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, daß das Piezoelement als Kapazität in einen Schwingkreis aufgenommen wird, der von einem Multivibrator gesteuert wird, der mit einer mit der Zeit abnehmenden Spannung gespeist wird.
Fig. 6 zeigt das Prinzipschaltbild eines solchen Multivibrators. Dieser enthält Transistoren 40 und 41 mit gemeinsamen Emitterwiderstand 46 und kreuzweisen Kollektor- Basis-Gegenkopplungen über Widerstände 42, 43 und 44, 45. Das Piezoelement 29 ist zwischen den Kollektor-Elektroden der beiden Transistoren 40 und 41 angeordnet und bildet zusammen mit in die Kollektorleitungen aufgenommenen Induktivitäten 38 und 39 einen Schwingkreis. Die Kollektoren beider Transistoren sind über die Induktivitäten 38 und 39 über einen Speisungsschalter 48 mit einem Speisungsanschlußpunkt 49 verbunden. Zu dem Multivibrator ist ein Speisungspufferkondensator 47 parallel geschaltet.
Fig. 7 zeigt die Spannung S&sub1;&sub1; über dem Piezoelement 29 als Funktion der Zeit. Anfänglich ist über dem Piezoelement eine Spannung V _o vorhanden. Zu dem Zeitpunkt t&sub0; wird der Multivibrator auf eine in Fig. 6 nicht dargestellte Weise gestartet, z. B. dadurch, daß das Piezoelement in den Schwingkreis eingeschaltet wird oder daß die kreuzweisen Gegenkopplungsnetzwerke aktiviert werden. Zu demselben Zeitpunkt wird der Speisungsschalter 48 geöffnet. Nach dem Zeitpunkt t&sub0; entlädt sich das Piezoelement 29 über die beiden niederohmigen Induktivitäten, so daß die mittlere Spannung über dem Piezoelement von einer Anfangsspannung V _o sehr schnell auf eine Ruhespannung V _r abnimmt, die im Beispiel nach Fig. 6 gleich 0 V ist, wodurch die Schwingung symmetrisch zu der Bezugsspannung liegt. Wenn die Entladung der der Anfangsspannung V _r entsprechenden Spannung nicht genügend schnell ist, kann dennoch eine symmetrische Schwingung dadurch erhalten werden, daß die Spannung über dem Piezoelement z. B. mit Zenerdioden symmetrisch in bezug auf die Bezugsspannung begrenzt wird. Die oszillierende Spannung über dem Piezoelement nimmt mit der Zeit in der Amplitude ab, weil der Multivibrator nach dem Öffnen des Schalters 48 aus dem Pufferkondensator 47 gespeist wird. Endgültig wird die Spannung über dem Piezoelement gleich V _r und das Piezoelement 29 nimmt räumlich eine zu der Spannung V _r gehörige definierte Lage ein, bei der Hystereseeffekte durch die Schwingung überwunden sind. Wenn keine Schwingung stattgefunden hätte, wäre nach Entladung des Piezoelements 29 auf die Spannung V _r die räumliche Lage des Piezoelements infolge von Hystereseeffekten von dem Wert und der Polarität der Spannung V _o abhängig.
Die in Fig. 6 gezeigte Schaltung ist nicht die einzige Möglichkeit, eine mit der Zeit abklingende Schwingung zu erzeugen. Statt eines Multivibrators können zahlreiche Oszillatorschaltungen verwendet werden. Auch die Abnahme der Amplitude der Schwingung kann auf andere Weise, z. B. mit Hilfe eines regelbaren Begrenzers oder Ausgangsverstärkers, bewirkt werden.
Fig. 8 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel der Prinzipschaltung nach Fig. 3, das derart ausgebildet ist, daß damit auch das Prinzip nach Fig. 6 angewandt werden kann. Der Schalter 25 bzw. 28 ist mit einem Transistor 41 bzw. 40 ausgeführt, dessen Kollektor zu der einen Hälfte 21 bzw. der anderen Hälfte 22 der Primärwicklung des Transformators 20 führt, wobei die Mittelanzapfung dieser Primärwicklung mit dem Speisungsanschlußpunkt 49 verbunden ist, der eine Spannung V _b führt. Die Emitter der Transistoren 40 und 41 sind mit der Stromquelle 32 verbunden, die aus einem Transistor 56 mit Emitterwiderstand 57 besteht, dem eine Basisbezugsspannung aus einer Gleichspannungsquelle (+5 V) über einen Spannungsteiler zugeführt wird, der aus den Widerständen 58, 59 und 60 besteht. Die Basis des Transistors 40 bzw. 41 ist über einen Widerstand 64 bzw. 65 mit dem Steuereingang 52 bzw. 53 und über den Widerstand 43 bzw. 45 mit der negativen Speisung, in diesem Falle Masse, verbunden.
Wenn die Spannung am Eingang 53 hoch und die am Eingang 52 niedrig ist, leitet der Transistor 41 den Strom I von der Stromquelle 32 zu der Hälfte 21 der Primärwicklung des Transformators 20, und wenn die Spannung am Eingang 53 niedrig und die am Eingang 52 hoch ist, leitet der Transistor 40 diesen Strom I zu der Primärwicklungshälfte 22. Indem das Signal S&sub9; bzw. S&sub1;&sub0; dem Steuereingang 53 bzw. 52 zugeführt wird, wirkt dieser Teil der Schaltung nach Fig. 8 auf gleiche Weise wie der Primärteil der Prinzipschaltung nach Fig. 3.
Die Sekundärwicklung 24 des Transformators 20 ist einerseits über Schalter 26 und 27 und andererseits über das Piezoelement 29 mit einem Speisungspunkt (+5 V) verbunden. Der Schalter 26 bzw. 27 besteht aus einem npn- Transistor 78 bzw. einem pnp-Transistor 79, wobei diese Transistoren 78 und 79 über ihre Emitter mit dem Speisungspunkt (+5 V) verbunden sind. Zum Schützen vor inversem Betrieb sind in die Kollektorleitungen der Transistoren 78 und 79 Dioden 117 und 118 aufgenommen. Parallel zu der Sekundärwicklung ist die Reihenschaltung zweier Zenerdioden 100 und 101, deren Zenerdurchschlagrichtungen entgegengesetzt gepolt sind, zum Schützen vor zu hohen Spannungen angeordnet. Die Basis-Elektrode des Transistors 78 bzw. 79 ist über einen Widerstand 80 bzw. 83 mit einem Steuereingangsanschlußpunkt 50 bzw. 51 verbunden. Wenn die Spannungen an den Steuereingängen 50 und 51 hoch sind, leitet der Transistor 78 den Strom, der in der Sekundärwicklung 24 erzeugt wird, und wenn die Spannungen an den Steuereingängen 50 und 51 niedrig sind, leitet der Transistor 79 den Strom in entgegengesetzter Richtung. Wenn dem Steuereingang 50 bzw. 51 das Signal S&sub9; bzw. das invertierte Signal S&sub1;&sub0; zugeführt wird, ist die Wirkung dieses sekundären Teiles völlig gleich der Wirkung des sekundären Teiles der Schaltung nach Fig. 3.
Da die Güte der Kapazität von Piezoelementen manchmal niedrig ist (sie weisen z. B. oft einen verhältnismäßig hohen Leckwiderstand auf), kann es erwünscht sein, z. B. zur Erhöhung der RC-Zeitkonstante, einen Kondensator 109 zu dem Piezoelement 29 parallel zu schalten. Dies kann eine dauernde Befestigung sein, wie in Fig. 8 gestrichelt dargestellt ist, aber es kann auch eine Befestigung über Schalter sein, um diesen Kondensator 109 nach Wunsch einschalten zu können.
Um die Schaltung nach Fig. 9 auf eine an Hand der Fig. 6 und 7 beschriebene Weise wirken zu lassen, ist ein Widerstand 42 bzw. 44 zwischen den Eingang 52 bzw. 53 und den Kollektor des Transistors 41 bzw. 40 und ist ein Widerstand 81 bzw. 82 zwischen den Eingang 50 bzw. 51 und den Speisungsanschlußpunkt 49 bzw. Masse aufgenommen.
Wenn die Eingänge 50, 51, 52 und 53 mit den Signalen S&sub9;, S&sub1;&sub0; und &wedgeq;&sub1;&sub0; erregt werden, beeinflussen die Widerstände 42, 44, 81 und 82 die Wirkung der Schaltung nicht. Wenn diese Eingänge aber schwebend werden, werden die Transistoren 78 und 79 leitend, so daß sich die Kapazität des piezoelektrischen Elements 29 über den Transformator entladen kann, wobei über die Widerstände 42 und 44 kreuzweise Gegenkopplungen zwischen den Basis- und Kollektor- Elektroden der Transistoren 40 und 41 wirksam werden, so daß diese als Multivibrator wirken, wobei der Schwingkreis durch die transformierte Kapazität des Piezoelements 29 und die Induktivitäten des Transformators 20 gebildet wird. Die Schaltung verhält sich dann wie die Schaltung nach Fig. 6. Dabei begrenzen die Zenerdioden 100 und 101 sekundär die Amplitude der Schwingung auf Werte, die symmetrisch um 0 V liegen.
Um eine Abnahme der Amplitude der Schwingung mit der Zeit zu bewirken, sind, wie an Hand der Fig. 6 beschrieben ist, ein Pufferkondensator 47 und ein Speisungsschalter 48 aufgenommen. Dieser Schalter 48 besteht aus einem pnp-Transistor 71, dessen Emitter mit dem positiven Speisungsanschlußpunkt 49 und über den Widerstand 72 mit seiner Basis verbunden ist. Die Basis des Transistors 71 ist weiter über einen Widerstand 75 mit einem Steuereingang 55 verbunden.
Wenn die Spannung am Steuereingang 55 niedrig ist, ist der Transistor 71 leitend und wird der primäre Teil der Schaltung mit der Spannung V _b gespeist, die dann auch über dem Pufferkondensator 47 vorhanden ist. Wenn der Eingang 55 (zugleich mit den Eingängen 50, 51, 52 und 53) schwebend wird, sperrt der Transistor 71 und wird der primäre Teil der Schaltung aus dem Pufferkondensator 47 gespeist, so daß die Amplitude der Schwingung mit der Zeit abnehmen wird.
Um die Schwingung aufs neue starten zu können, ist ein Druckschalter 77 zwischen der Basis des Transistors 71 und Masse angebracht. Ein kurzzeitiges Eindrücken dieses Schalters bewirkt, daß der Transistor 71 kurzzeitig leitend wird, so daß der Pufferkondensator 47 aufs neue aufgeladen wird. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 ist dem Druckknopf 77 ein Impulsformer zugeordnet, um die Zeit, in der der Transistor 71 leitend ist, unabhängig von der Zeit zu machen, in der der Druckknopf 77 eingedrückt ist. Dazu ist zwischen den Schalter 77 und die Basis des Transistors 71 ein RC-Netzwerk mit einem Widerstand 114 und einem Kondensator 115 und zwischen den Schalter 77 und den Speisungsanschlußpunkt 49 ein Widerstand 116 aufgenommen.
Wenn der Schalter 77 geöffnet und der Ausgang 55 schwebend ist, ist die Spannung über dem Kondensator 115 gleich 0 V. Wenn der Schalter 77 geschlossen wird, wird die Basis des Transistors 71 zu 0 V gezogen und wird der Transistor 71 leitend. Zu gleicher Zeit lädt sich der Kondensator 115 über den Widerstand 114 auf, so daß nach einer Zeitspanne, die durch die Zeitkonstante des RC-Netzwerks 114, 115 bestimmt wird, der Transistor 71 wieder nichtleitend wird.
Im genannten Anwendungsbeispiel bei Kassetten- Recordern kann der Schalter 77 z. B. zugleich mit dem Aufnahmeschalter betätigt werden, so daß, auch wenn keine Wiedergabe nach dem Einschalten des Gerätes stattgefunden hat, das Piezoelement dennoch in seine Ruhelage gebracht wird.
Fig. 9 zeigt ein Beispiel zum Zuführen von Signalen zu den Eingängen 50, 51, 52, 53 und 55 der Schaltung nach Fig. 8. Es wird eine logische Schaltung 110 verwendet, die Signale an den Eingängen an niederohmige Ausgänge weiterleitet, wobei es möglich ist, diese Ausgänge schwebend (= hochohmig) zu machen. Ein Beispiel einer solchen Schaltung 110 ist eine integrierte Schaltung, die von Philips unter dem Typ Nr. HEF 4104 B vertrieben wird. Die Ein- und Ausgangsbezeichnungen auf dem in Fig. 9 dargestellten IC 110 entsprechen denen in der Beschreibung dieser integrierten Schaltung HEF 4104 B in "Philips data handbook, Semiconductors and integrated circuits", Band 6, Oktober 1977.
Die Wirkung des IC 110 ist folgende. Wenn die Spannung am Eingang E&sub0; hoch ist, entsprechen die Signale an den Ausgängen Z&sub0;, Z&sub1;, Z&sub2; bzw. Z&sub3; diesen Signalen an Eingängen I&sub0;, I&sub1;, I&sub2; bzw. I&sub3;, wobei die Ausgänge &wedgeq;&sub0;, &wedgeq;&sub1;, &wedgeq;&sub2; bzw. &wedgeq;&sub3; die Inversen der Signale an den Eingängen I&sub0;, I&sub1;, I&sub2; bzw. I&sub3; darstellen. Ist die Spannung am Eingang E&sub0; niedrig, so sind die Ausgänge Z&sub0;, Z&sub1;, Z&sub2;, Z&sub3;, &wedgeq;&sub0;, &wedgeq;&sub1;, &wedgeq;&sub2; und &wedgeq;&sub3; schwebend.
Um die Schaltung nach Fig. 8 auf die beschriebene Weise wirken zu lassen, sind die Steuereingänge 50, 51, 52, 53 bzw. 55 mit den Ausgängen Z&sub3;, &wedgeq;&sub2;, Z&sub2;, Z&sub1; bzw. Z&sub0; verbunden. Dem Eingang I&sub2; wird das Signal S&sub1;&sub0; und den Eingängen I&sub1; und I&sub3; das Signal S&sub9; zugeführt. Der Eingang I&sub0; ist mit Masse (= "Niedrig") und der Eingang E&sub0; mit einem Schalter 111 verbunden, der eine Verbindung entweder mit Masse oder mit der positiven Speisespannung V _b herstellt.
Wenn der Eingang E&sub0; mit Masse verbunden ist, entsprechend die Signale an den Steuereingängen 50, 51, 52 bzw. 53 den Signalen S&sub9;, &wedgeq;&sub1;&sub0;, S&sub1;&sub0; bzw. S&sub9;. Der Steuereingang 55 ist dann niedrig, so daß die Schaltung nach Fig. 8 auf die beschriebene Weise mit eingeschaltetem Speisungsschalter 48 wirkt.
Wird der Schalter 111 umgelegt, so daß der Eingang E&sub0; mit der Speisespannung V _b verbunden wird, so wird der Speisungsschalter 48 geöffnet und beginnt die Schaltung mit abnehmender Amplitude zu oszillieren.
Die Schaltung nach den Fig. 8 und 9 wird mit den nachstehenden Einzelteilen ausgeführt:

110 HEF 4104 B
40, 41, 56 BD 335
78, 103 BF 442
79, 104 BF 423
71 BD 262
100, 101 BZX 61 C120
117, 118 BY 206
47 150 µF
109 0,15 µF
115 4,7 µF
43, 45 6800 Ω
64, 65, 80, 83 4700 Ω
42, 44, 81, 82, 105, 108, 114, 116 10 000 Ω
57 4,7 Ω
58 1000 Ω
60 2200 Ω
72, 106, 107 47 000 Ω
75 22 000 Ω
59 Potentiometer 2200 Ω
Transformator 20 Primär 2×180 Windungen, sekundär 5400 Windungen
V _b 10-15 V

Claims

1. Vorrichtung mit einem piezoelektrischen Positionierungselement und mit Steuermitteln zur Steuerung des Positionierungselementes in einer bestimmten Position, insbesondere zur Positionierung eines Aufnahme- und/oder Wiedergabeelementes in bezug auf eine Informationsspur, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel eine Schaltung enthalten zum Ansteuern des Positionierungselementes mit einer um eine Bezugsspannung verlaufenden, mit der Zeit in der Amplitude auf Null abklingenden Schwingung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Schaltung einen Schwingkreis enthält, in den das piezoelektrische Element als Kapazität aufgenommen ist, und daß erste Mittel vorgesehen sind, die bewirken, daß die Speisespannung für diese Schaltung mit der Zeit abnimmt, um zu sichern, daß die Amplitude dieser Schwingung mit der Zeit abnimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis einen Transformator mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung enthält, wobei das piezoelektrische Element über erste Schaltmittel zu der Sekundärwicklung parallel geschaltet ist, und daß erste Mittel vorhanden sind, mit deren Hilfe diese ersten Schaltmittel vor dem Anfang der genannten elektrischen Schwingung geschlossen werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung eine Mittelanzapfung aufweist, die über eine erste Verbindung mit einem ersten Speisungsanschlußpunkt verbunden ist, daß das eine Ende dieser Primärwicklung mit dem Kollektor eines ersten Transistors und das andere Ende dieser Primärwicklung mit dem Kollektor eines zweiten Transistors verbunden ist, daß die Emitter-Elektroden des ersten und des zweiten Transistors über eine zweite Verbindung mit einem zweiten Speisungsanschlußpunkt verbunden sind, daß die Basis-Elektrode des ersten Transistors in gegenkoppelndem Sinne mit dem Kollektor des zweiten Transistors verbunden ist und daß die Basis-Elektroden des zweiten Transistors in gegenkoppelndem Sinne mit der Kollektor-Elektrode des ersten Transistors verbunden ist, wobei zweite Mittel zum Starten der genannten elektrischen Schwingung vorhanden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis-Elektrode des ersten bzw. zweiten Transistors mit einem ersten bzw. einem zweiten Steuereingang verbunden ist, und daß die genannten ersten und zweiten Mittel durch eine zweite Schaltung gebildet werden, deren Ausgänge mit dem ersten und dem zweiten Steuereingang verbunden sind, wobei diese zweite Schaltung derart umschaltbar ist, daß die Ausgänge einen ersten Zustand, in dem diese Ausgänge eine verhältnismäßig niedrige Ausgangsimpedanz aufweisen und Steuerspannungen an die Basis-Elektroden des ersten und des zweiten Transistors weiterleiten können, und einen zweiten Zustand annehmen können, in dem diese Ausgänge eine verhältnismäßig hohe Ausgangsimpedanz aufweisen und somit schwebend sind, wodurch die kreuzweisen Gegenkopplungen zwischen den Basen und Kollektoren des ersten und des zweiten Transistors wirksam werden und die elektrische Schwingung erzeugt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel einen in entweder die erste oder die zweite Verbindung aufgenommenen Schalter und einen Pufferkondensator enthalten, der zwischen der von dem zugehörigen Speisungsanschlußpunkt abgekehrten Seite dieses Schalters und der anderen Verbindung angeordnet ist, wobei dieser Schalter beim Erzeugen der genannten Schwingung geöffnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Schalter einen dritten Transistor enthält, dessen Kollektor mit dem Pufferkondensator, dessen Emitter mit dem zu diesem Schalter gehörigen Speisungsanschlußpunkt und dessen Basis über eine Impedanz mit dem Kollektor und mit einem Ausgang der zweiten Schaltung verbunden ist, wobei dieser Ausgang während des ersten Zustandes eine derartige Spannung führt, daß dieser Transistor leitend ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Schaltmittel einen vierten Transistor von einem ersten Leitungstyp und einen fünften Transistor von einem zweiten Leitungstyp enthalten, wobei die Emitter dieses vierten und dieses fünften Transistors mit einem an einer festen Spannung liegenden Punkt verbunden und die Kollektor-Emitterwege zu der Reihenschaltung der Sekundärwicklung und des piezoelektrischen Elements parallel geschaltet sind, wobei die Basis-Elektroden des vierten und des fünften Transistors mit Ausgängen der zweiten Schaltung und über Impedanzen mit Punkten verbunden sind, die an einer derartigen Spannung liegen, daß, wenn sich die Ausgänge dieser zweiten Schaltung in dem zweiten Zustand befinden, der vierte und der fünfte Transistor leitend sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Schalter enthält, der einerseits über ein RC-Netzwerk mit der Basis des dritten Transistors und über einen Widerstand mit dem Kollektor dieses dritten Transistors und andererseits mit einem Punkt fester Spannung verbunden ist, derart, daß, wenn dieser Schalter geschlossen wird, der dritte Transistor während einer bestimmten Zeitdauer leitend wird.