DE3143158C2 - Digitale Schaltungsanordnung zur Steuerung der Spannung eines durch einen Capstan angetriebenen Bandes - Google Patents

Abstract

In einer digitalen Spannungs-Steuerschaltungsanordnung zur automatischen Steuerung eines Motordrehmomentes und damit einer Bandspannung, beispielsweise in einem Bandgerät, wird der Bandwickeldurchmesser einer Aufspul- oder Abspulspule digital bestimmt und damit das zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Bandspannung bei Aufzeichnungs- oder Wiedergabebetrieb erforderliche Drehmoment festgelegt. Eine den Augenblicks-Bandwickeldurchmesser anzeigende Binärzahl wird erzeugt und gespeichert, bis eine neue Zahl verfügbar ist. Jede gespeicherte Zahl wird einer Digital-Analog-Wandler-Schaltung (20) zugeführt, welche durch vor- gegebene Parallel- oder Serien-Widerstandsfolgen (36, 38, 40; 134) gebildet wird, wobei sukzessive spezielle Widerstandskombinationen ausgewählt werden, um eine entsprechende Änderung des Widerstandswertes in Anpassung mit dem durch die sich ändernde Größe der Binärzahl repräsentierten sich ändernden Bandwickeldurchmesser erzeugt wird. Eine resultierende analoge Motorsteuerspannung wird in einen Motortreiberverstärker eingespeist, um das Motordrehmoment kontinuierlich zu steuern und damit bei sich änderndem Bandwickeldurchmesser eine konstante Bandspannung zu gewährleisten.

Description

von Motorcharakteristiken nicht möglich.

Zwar ist aus der DE-OS 24 61 717 eine Steuerschaltungsanordnung, also eine Schaltungsanordnung mit offener Schleife, für einen Spulenantriebsmotor bekanntgeworden, bei der das Drehmoment des Spulenantriebsmotors abhängig vom Durchmesser der Spule gesteuert wird Dazu erzeugen Lichtschranken digitale Signale, die einen in Stufen schaltbaren Vorwiderstand steuern. Die Ausgangs;;gnale der Lichtschranken stellen im Effekt eine Binärzahl und der Vorwiderstand einen Digital-Analog-Wandler dar. Auch dabei ist jedoch eine Korrektur von Nichtlinearitäten von Motorcharakteristiken nicht möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der in Rede stehenden Art anzugeben, mit der auch eine Korrektur von nichtlinearen Motorcharakteristiken möglich ist

Diese Aufgabe wird bei einer digitalen Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 2 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden Prftzisionswiderstände selektiv parallel oder in Serie zu vorgegebenen Kombinationen miteinander geschaltet, diß durch eine Wandlersteuerschaltung festgelegt werden. Die Wandlersteuerschaltung spricht dabei auf die Größe der Binärzahl und/oder auf die logischen Zustände entsprechender Bits der Binärzahl an. Die Widerstandskombinationen bilden den unteren Teil einer Widerstands-Spannungsteilerschaltung, welche die Spannungssteuerschaltung, d. h., die Aufspulmotor-Steuerspannung zum Motortreiberverstärker liefert Die Widerstände der aufeinanderfolgenden Widerstandskombinationen sind direkt auf da; für die Bandwickeldurchmesser-Änderungen erforderliche Motordrehmoment und damit auf die entsprechende notwendige Spannung bezogen. Die Widerstände sind vorgegeben, um Nichtlinearitäten in der Motorcharakteristik zu kompensieren.

Durch uie erfindungsgemäße digitale Bandspannungs-Steuerschaltungsanordnung wird also die Spannung des Bandes gesteuert, wenn dieses während des Aufzeichnungs- oder Wiedergabebetriebes auf eine Spule gezogen wird.

Die digital erzeugte, den Augenblicks-Bandwickeldurchmesser anzeigende Binärzahl steuert die Motorsteuerspannung als Funktion des zur Aufrechterhaltung einer konstanten Bandspannung notwendigen Motordrehmomentes.

Die durch die kontinuierlich wählbaren Kombinationen von Parallel- oder Serienwiderständen gebildete Digital-Aiialog-Wandlerschaltung ist auf diese Weise an den sich ändernden Bandwickeldurchmesser und damit an die zur Realisierung der geforderten Bandspannung notwendige Motorsteuerspannung angepaßt.

Weitere Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet.

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

F i g. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;

F i g. 2 ein detaillierteres Blockschaltbild der Schaltungsanordnung nach Fig. 1;

F i g. 3A und 3D ein Schaltbild einer Realisierung der Schaltungsanordnung nach den F i g. 1 und 2; und

Fig.4 und 5 ein Schaltbild bzw. ein Blockschaltbild jeweils einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Gemäß Fig. 1 wird eine Folge von Spulentachometerimpulsen, welche die Drehzahl einer Spule beispielsweise eines Bandgerätes anzeigt, über einen Spuientachometereingang 14 in eine Zähler/Puffer-Schaltung 10 und eine Servosteuerschaltung 16 eingespeist Eine die Bandgeschwindigkeit anzeigende Folge von Capstan-Referenzimpulsen wird über einen Capstan-Referenzeingang 18 ebenfalls in die Zähler/Pufferschaitung 10

ίο und die Servosteuerschaltung 16 eingespeist Die Servosteuerschaltung 16 liefert verschiedene Lösch-, Takt- und Sperrbefehle für die Zähler/Pufferschaltung 10 und eine Wandlersteuerschaltung 12. Die Augenblicks-Rotationsperiode der Spule wird über die Zähler/Pufferschaltung 10 erhalten, welche die Anzahl der Capstan-Referenzimpulse zählt welche zwischen den Spulentachometerimpulsen auftreten. Die resultierende Zählung und damit die den Augenblicks-Bandwickeidurchmesser anzeigenden Digitaldaten werden durch eine 8-Bit-Binärzahl repräsentiert welche in eine nicht-lineare Digital-Analog-Wandlerschaltung 20 eiiit espeist wird. Diese Wandierschaltung wird durch vorgegebene Folgen von parallelen Präzisionswiderständen gebildet Ein Teil der Zahl wird in die Wandlersteuerschaltung 12 eingespeist wodurch festgelegt wird, welche der Widerstandsfolgen die dui-ch die Größe der Zahl, d. h., den Durchmesser des Bandspulenwickels festgelegte Binärzahl empfangen soll. Die logischen Zustände der entsprechenden Bits wählen die tatsächlichen Widerstände in den Paralleäkombinationen jeder Folge, wenn sich der Wickeldurchmesser ändert Die Parallelkombination von Widerständen bildet den unteren Teil einer Widerstands-Spannungsteilerschaltung, weiche die Spannungssteuerschaltung in Form einer Aufspulmotor-Steuerschaltung an einem Ausgang 22 liefert. Die Spannung wird in den nachfolgenden Motortreiberverstärker eingespeist, welcher den entsprechenden Spulenmotor in konventioneller Weise ansteuert.

F i g. 2 zeigt weitere Einzelheiten der Spannungs-Steuerschaltungsanordnung, wobei gleiche Komponente -i mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Spulen-Tachometereingang 14 ist über eine Tachomelerprozessorschaltung 28, eine Gatterleitung 30 und einen Datenbus 32 an einen Zähler 24 und einem F-jffer 26 der Zähler/Pufferschaltung 10 angekoppelt Die Prozessorschaltung 28 liefert weiterhin über eine Leitung 31 einen inversen Gatterbefehl für die Servosteuerschaltung 16. Der Puffer 26 speichert die aufeinanderfolgenden, den Augenblicks-Bandwickeldurchmesser anzeigenden Binärzahlen und liefert sie über einen Datenbus 34 zu einer von drei Prüzisionswiderstandsfolgen 36, 38 und 40 der Digital-Analog Wandlerschaltung 20, was im folgenden noch genauer erläutert wird. Die Widerstandsiolgen bilden den unteren Teil (als nach Masse geschaltete variable Widerstände 42, 44, 46 dargestellt) der Widerstands-Spannungsteilerschaltung, weiche die Aufwickelmotor-Steuerschaltung am Ausgang 22 liefert. Ein fester Präzisionswiderstand 48 definiert den oberen Teil der Spannur.^steuerschaltung.

Der Capstan-Referenzeingang 18 ist an eine Taktteilerschaltung 50 angekoppelt, welche über eine Leitung 52 einen nicht-geteilten Referenztakt f_e fü;· die Servosteurschaltung 16 liefert. Über eine Leitung 54 wird ein halbierter Takt /,72 in eine programmierte Spannungsregelschaltung 70 eingespeist Ein durch 6 geteilter Zählertakt /c/6 wird über eine Leitung 56 in den Zähler 24 eingespeist.

Ein Servoabschaltsignal an einem Eingang 58 wird in

οι

die Tachometerprozessorschaltung 28, die Spannungsregelschaltung 70 und die Servosteuerschaltung 16 eingespeist. Die Spannungsregelschaltung 70 nimmt weiterhin von einem Eingang 60 ein Breitenwählsignal auf. Als Funktion der verschiedenen Eingangssignale liefert die Servosteuerschaltung 16 verschiedene Steuer- und Zeittaktsignale. Über eine Leitung 62 wird ein Zähler-Löschbefehl in den Zähler 24 eingespeist. Über eine Leitung 64 wird ein Puffertakt in den Puffer 26 eingespeist, während über eine Leitung 66 ein Wandler-Sperrbefehl in die Wandlersteuerschaltung 12 eingespeist wird. Die programmierte Spannungsregelschaltung 70 enthält ein Paar von Spannungsjustier-Potentiometern 72 und 74. die der Verwendung eines Bandes mit einem bzw. zwei Zoll zugeordnet sind, was im folgenden noch genauer beschrieben wird. Die Regelschaltung ist an den festen Widerstand 48 angekoppelt und liefert die Spannung für die Widerstands-Spannungsteilerschaltung, welche den Ausgang 22 bildet.

Die Wandlersteuerschaltung 12 nimmt einen vorgegebenen Teil der Binärzahl am Ausgang des Puffers 26 über einen Datenbus 35 auf und liefert als Funktion dessen einen von drei Wandlerwählbefehlen für die Widerstandsfolgen 36, 38 bzw. 40 über Leitungen 76, 78 bzw. 80.

Eine Realisierung der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 ist in den F i g. 3A und 3B dargestellt, anhand derer die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung vollständig erläutert werden kann. Gleiche Komponenten sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Spulentachometerimpulse am Eingang 14 werden durch einen nicht-dargestellten optischen Sensor erzeugt, welcher sechs Löcher in der Aufspulmotor-Bremstrommel erfaßt und während jeder Umdrehung der Spule sechs Tachometerimpulse erzeugt Die Impulse werden über ein Paar von Schmitt-Triggerschaltungen 82 verarbeitet, d. h, in Rechteckform überführt und sodann zur Verbesserung ihrer Genauigkeit durch ein D-Flip-Fiop 84 halbiert. Die Schmitt-Triggerschaltungen 82 und das Flip-Flop 84 bilden die Tachometer-Prozessorschaltung 28, welche den Gatterbefehl und den inversen Gatterbefehl mit der Hälfte der anfänglichen Tacnometerimpulsfrequenz für den Zähler 24 und die Servosteuerschaltung 16 Über die Leitungen 30 und 31 liefert

Ersichtlich können auch andere an sich bekannte Wandleranordnungen zur Gewinnung der die Spulendrehung anzeigenden Spulentachometerimpulse als Gatterimpulse für den Zähler 24 verwendet werden.

Die Capstan-Referenzimpulse werden durch einen Kristalloszillator des Aufzeichnungsgerätes erzeugt, welcher die Drehzahl des Capstan-Motors festlegt Sie können beispielsweise jedoch auch durch eine an den Capstan angekoppelte Tachometeranordnung erzeugt werden. Die Impulse werden über einen Puffer in die Taktteilerschaltung 50 und speziell in den Takteingang eines ersten von drei D-Flip-Flops 88,90,92 eingespeist, welche je im Effekt eine Teilung durch 2 durchführen. Die Capstan-Referenzfrequenz f_c wird weiterhin über die Leitung 52 in die Servosteuerschaltung 16 eingespeist Die Capstan-Referenz-Frequenz fJ2 vom Flip-Flop 88 taktet die Flip-Flops 90 und 92 und wird weiterhin über die Leitung 54 in die programmierte Spannungsregelschaltung 70 eingespeist Die Capstan-Referenzfrequenz fc/6 wird vom Flip-Flop 92 über die Leitung 56 in den Takteingang des Zählers 24 eingespeist Der Zähler 24 zählt somit die Zahl der Capstan-Referenzimpulse, weiche zwischen den halbierten Spulentachometerimpulsen auftreten, die den Gatterbefehl auf der Leitung 30 bilden. Der Zähler 24 zählt also die Zahl von Impulsen, welche während einer Sechstel Umdrehung der Spule auftreten, um eine digitale Berechnung des Bandwickeldurchmessers durchzuführen.

Die Servosteuerschaltung 16 enthält miteinander gekoppelte D-Flip-Flops 94 und 96, die durch die Capstan-Referenzfrequenz f_c auf der Leitung 92 getaktet werden, sowie ein drittes durch das Ausgangssignal des Flip-Flops 94 getaktetes Flip-Flop 98. Als Funktion der Capstan-Referenzfrequenz f_c und des inversen Gatterbefehls auf der Leitung 31 erzeugt die Servosteuerschaltung 16 den Zählerlöschbefehl und den Puffertakibefehl auf den Leitungen 62 und 64 über das Flip-Flop % bzw.

94. Das Flip-Flop 98 liefert den Sperrbefehl für den Sperreingang der Wandlersteuerschaltung 12 auf der Leitung 66.

Der Zähler 24 liefert eine 8-Bit-Binärzahl auf seinem Ausgangsdatenbus 32, welche ein Maß für den Bandwik-

a> keidurchrricsser ist und we!<:b^p über den Puffertaktbefehl auf der Leitung 64 von der Servosteuerschaltung 16 in den Puffer 26 getaktet wird. Die 7 signifikantesten Bits der Binärzahl im Puffer 26 werden selektiv über Inverter, die durch NAND-Gatter 100 bis 112 mit offenein Kollektor gebildet werden, in die Digital-Analog-War.dlerschaltung 20 eingespeist. Das geringstwertige Bit ist aufgrund der Bandwickelexzentrizität unstabil und wird daher nicht benutzt.

Die di-.'i signifikatnesten Bits der Binärzahl im Puffer 26 werden über Datenbus 35 in die Wandlersteuerschaltung 12 und insbesondere in die Steuereingänge einer 1 :8-Multiplex/Demultiplex-Scha)lung 114 eingespeist. Diese letztgenannte Schaltung wirkt als Drehschalter zur Bildung eines Wandlerwählbefehls auf einer der Wählleitungen 76,78 oder 80 als Funktion eines wahren logischen Zustandes auf der entsprechenden Leitung des Datenbus 35.

Nimmt der Gatterbefehl auf der Leitung 30 für den Zähler 24 einen hohen logischen Pegel an, so wird der Zähler wirksamgeschaltet und zählt die ankommenden Capstan-Referenzimpulse auf der Leitung 56, welche ein Sechstel der ursprünglicher Capstan-Referenzfrequenz besitzen. Nimmt der Gatterbefehl einen tiefen Pegel an, so wird der Zähler 24 abgeschaltet, die Zählung gestoppt und die resultierende Binärzahl im Zähler geliefert Liegt der Gatterbefehl auf einem tiefen Pegel, so nimmt der inverse Gatterbefehl auf der Leitung 31 einen hohen Pegel an, so daß die Servosteuerschaltung 16, d. h, das Flip-Flop 94 über die Letiung 64 einen Puffertakt für den Puffer 26 liefert Die Zahl im Zähler 24 wird damit in den Puffer 26 getaktet. Unmittelbar danach löscht das Flip-Flop 96 den Zähler 24 ü^v ir die Leitung 62 auf Null, so daß der Zähler für den nächsten Zyklus bereit ist Füllt die Zahl den nächsten Zähler auf,

so werden Überträge über ein NAND-Gatter 111 auf den Zähler zurückgeführt, um dessen Überlauf zu verhindern, bis der Zähler den Löschimpuls auf der Leitung 62 erhält
Das Servoabschaltsignal auf der Leitung 58 schaltet die Spannungssteuerschaltung jedes Mal dann ab, wenn der Capstan, beispielsweise während eines Abstoppens, eines Rückspulens oder eines schnellen Vorlaufs des Bandgerätes nicht läuft Liegt die Servoabschaltleitung 58 auf einem tiefen Pegel, so wird das Flip-Flop 84 gelöscht gehalten, wodurch verhindert wird, daß Spulentachometerimpulse zum Zähler 24 gelangea Weiterhin wird das Flip-Flop 98 vorgesetzt, wodurch die Wandlersteuerschaltung 12 gesperrt und die Wandlerwählleitun-

gen 76,78 und 80 abgeschaltet werden. Liegt das Servoabschaltsignal auf tiefem Pegel, so wird weiterhin ein Flip-Flop 122 der Spannungsregelschaltung 70 (im folgenden noch ger.auer erläutert) gelöscht, wodurch eine Spannung von +5 V an dessen nicht wahrem Ausgang erzeugt wird. Ein zugehöriger Transistor wird wirksam geschaltet, wobei das Potentiometer 74 für zwei Zoll die volle· Spannung (beispielsweise 27 V) für den Spulenmotor über den Widerstand 48 und den Ausgang 22 liefert, wie dies in den genannten Betriebsarten erwünscht ist.

Wird das Bandgerät in den Aufzeichnur.^s- oder Wiedergabebetrieb geschaltet, so bedeutet die Tatsache, daß das Flip-Flop 84 durch das Servoabschaltsignal gelöscht gehalten wurde, daß der Gatterbefehl auf der Leitung 30 auf tiefem Pegel liegt. In diesem Zeitpunkt hält das Flip-Flop 98 den Sperrbefehl auf der Leitung 66 noch auf hohem Pegel, wodurch die Wandlerwählleitungen abgeschaltet werden, so daß die Spannungs-Steuermesser und damit dem zur Aufrechterhaltung einer konstanten Bandspannung nötigen Drehmoment.

Erreicht der Bandwickel einen vorgegebenen Durchmesser, so wird die zweite Piuzisionswiderstandsfolge 38 entsprechend an vorgegebene Gatter der NAND-Gatter 100 bis 110 angekoppelt. Das bedeutet, daß 6 Transistoren 118 und zugehörige Widerstände 44 der Folge 38 an Gatter 100 bis 110 und damit an ein 6 Bit-Wort, das durch alle außer dem höchstwertigen Bit gebildet wird, angekoppelt werden. Die Transistoren 118 ziehen die zugehörigen Widerstände als Funktion eines Wählbefehls auf der Leitung 78 und eines tiefen logischen Pegels auf den den entsprechenden Emittern entsprechenden Leitungen auf Erde. Da die Parallelwider-Standskombination der Folge 38 größer ist, wird zur Erhöhung des Drehmomentes eine entsprechend größere Steuerspannung am Ausgang 22 erzeugt.

Erreicht der Bandwickel den nächsten vorgegebenen

r Hpp <ϊγ»ιι!ρ Hac ΠιίΓρΗπιρςςρΓ cn wird pnKnrprhpnH den .S

vplle Drehmoment für den Spulenmotor liefert. Nach der Beschleunigung der Spule auf die Betriebsdrehzahl bewirkt dann das Auftreten des ersten Spulentachometerimpulses, daß die Leitung 30 einen hohen Pegel annimmt, wodurch ein Zählzyklus im Zähler 24 gestartet wird. Im Zähler 24 wird eine gültige Zahl erzeugt und in den Puffer 26 getaktet. Gleichzeitig wird das Flip-Flop 98 getaktet, wodurch ein tiefer Pegel auf der Sperrleitung 66 erzeugt wird, so daß die Multiplex/Demultiplex-Schaltung 114 sofort die entsprechende Wandlerwiderstandsfolge 36, 38 oder 40 auswählen kann, wie dies dürr ι die Größe der Zahl festgelegt wird, die durch den Datenbus 35 in die Schaltung 114 eingespeist wird, was im folgenden noch genauer erläutert wird. Der Spulenmotor beschleunigt bei vollem Drehmoment, bis der Zähler 24 eine gültige Zahl erzeugt, wonach die Spannungs-Steuerschaltungsanordnung die Funktion übernimmt und das Drehmoment und damit die Bandspannung als Funktion des Bandwickeldurchmessers zu steuern beginnt.

1st das Band einmal auf die richtige stationäre Geschwindigkeit beschleunigt und beinnt das Band auf den kleinsten Bandwickeldurchmesser gezogen zu werden, so werden die 7 Bit des binären Wortes an entsprechenden Gattern 100 bis 112 selektiv auf die Emitter von 7 Schalttransistoren 116 der ausgewählten Präzisionswiderstandsfolge 36 gekoppelt. Inzwischen werden die Basen der Transistoren an die Wählbefehlsleitung 76 der Multiplex-Demultiplex-Schaltung 114 gekoppelt. Die Kollektoren sind an die entsprechenden Präzisionswiderstände 42 gekoppelt, welche allein oder in vorgegebenen Parallelkombinationen die Präzisionswiderstandsfolge 36 bilden, die ihrerseits den unteren Teil der entsprechenden vorgenannten Widerstands-Spannungsteilerschaltung bildet. Liegt beispielsweise der Wählbefehl auf der Leitung 76 auf einem hohen Pegel, so wird allen Transistoren 116 Basisstrom zugeführt. Die Emitter der Transistoren floaten, bis sie beispielsweise durch einen tiefen logischen Pegel am Ausgang der entsprechenden invertierenden NAND-Gatter 100 bis 112 geerdet werden. In dem Zeitpunkt, in dem der entsprechende Emitter geerdet wird, wird der entsprechende Widerstand der Folge 42 auf Erde gezogen, wodurch er parallel in den unteren Teil der Spannungsteilerschaltung eingefügt wird. Gemäß der Festlegung durch die Parallelkombination von Widerständen, d. L·, durch die Binärzahl an den Ausgängen der Gatter 100 bis 112 entspricht die Aufspulmotor-Steuerspannung am Ausgang 22 dem Augenblicks-Bandwickeldurchtigen Bits der 7 Bit-Binärzahl über 5 Transistoren 120 die dritte Folge 40 an vorgegebenen NAND-Gatter 100 bis 108 angekoppelt. Bei Triggerung über die Wählleitung 80 und tiefen logischen Pegeln an den Gattern ziehen die gewählten Widerstände 120 die zugehörigen Widerstände 46 auf Erde, um eine wiederum größere Aufspulmotor-Steuerspannung am Ausgang 22 zu erzeugen, welche ein Maß für den zunehmenden Bandwikkeldurchmesser ist.
Ersichtlich sind für eine Binärzahl größer als 223, welehe anzeigt, daß die Spule ihren stationären Betrieb noch nicht erreicht hat, die drei signifikantesten Bits der Binärzahl alle »1«, wobei die Multiplex-Demultiplex-Schaltung 114 ihre Ausgangsziffer 7 wählt, welche nicht angeschlossen ist und damit keinen Wählbefehl liefert.

Dabei werden alle Transistoren 116, 118 und 120 gesperrt, so daß keine Widerstandslast am unteren Teil des Spannungsteilers vorhanden ist. Somit wird die volle Spannung von der programmierten Spannungsreglerschaltung 70 (beispielsweise 27 V) über den Widerstand 48 auf den Ausgang 22 geliefert. Ein derartiger Zustand tritt unmittelbar nach der Auslösung des Starts des Aufzeichnungsgerätes auf, wenn dieses beschleunigt, oder wenn das Gerät im Rückspulbetrieb, im schnellen Vorlaufbetrieb oder im Stillstand arbeitet. Dabei wird die Spannungs-Steuerschalcungsanordnung nicht ausgenutzt. Nach der Beschleunigung, wenn einmal eine gültige Zählung durchgeführt wurde und damit eine gültige Binärzahl vom Zähler 24 geliefert wird, so wird die Spannungs-Steuerschaltungsanordnung wirksam geschaltet und erzeugt im oben beschriebenen Sinne die sich kontinuierlich ändernden Spannungs-Steuerspanni«ngen.

Arbeitet das Gerät nicht im Aufzeichnungs- oder Wiedergabebetrieb, so wird die Multiplex/Demultiplex-Schaltung 114 durch das Servoabschaltsignal, die Servosteuerschaltung 16 und die Leitung 66 gesperrt, wobei die Aufspulmotor-Steuerspannung zur Realisierung des vollen Motordrehmomentes für die Spule wiederum maximal ist

Die vorgenannte programmierte Spannungsregelschaltung 70 liefert die für das volle Drehmoment erforderliche Motorspannung von 27 V, wenn ein Band von 2 Zoll durch das Gerät transportiert wird. Ein weiteres Potentiometer dient zur Reduzierung der Spannung für das volle Drehmoment, wenn ein Band von 1 Zoll transportiert wird. Da der obere Teil des Spannungsteilers, d. h, der Widerstand 48 einen festen Wert besitzt ist es erforderlich, die Speisespannung zu ändern, um das not-

wendige volle Motordrehmoment für unterschiedliche Bandbreiten ohne Änderung der Widerstandswerte der Folgen 36 und 40 zu realisieren. Daherzeigt das Breitenwählsighal auf der Leitung 60 an, ob ein Band mit einem Zoll oder mit zwei Zoll transportiert wird. Dieses Signal wird in das o.g. D-Flip-Flop 122 eingespeist, das über die Leitung 54 durch die Capstan-Referenzfrequenz fJ2 getaktet wird. Der wahre und der nicht wahre Ausgang des Flip-Flops 122 sind über zugehörige Transistoren an das Potentiometer 72 bzw. 74 für einen Zoll bzw. zwei Zoll angekoppelt. Der Ausgang des Potentiometers, das wirksam geschaltet wird, ist an einem Justiereingang eines Spannungsreglers 124 sowie an den festen Widerstand 48 angekoppelt. Eine vorgegebene Treiberschaltung (beispielsweise 39 V) wird über einen Eingang 126 in den Regler 124 eingespeist. Wird ein Band von zwei Zoll verwendet, so liefert das Potentiometer 74 die vollen 27 V. Wird ein Band mit einem Zoll verwendet, so liefert das Potentiometer 72 eine vorgegebene kleinere Spannung, beispielsweise 25.5 V, wodurch der Spulenmotor das halbe Drehmoment erzeugt, das zum Transport eines Bandes mit der halben Breite und der Hälfte der für ein breiteres Band nötigen Spannung erforderlich ist.

Wird eine andere Bandgeschwindigkeit gewählt, so ändert der Capstan-Referenztakt auf der Leitung 18 entsprechend seine Frequenz. Die grundlegende Frequenz zur Erzeugung der Binärzahl wird damit geändert, wodurch die richtige Bandspannung auch bei unterschiedlichen Bandspannungen automatisch erhalten bleibt.

Da es sich bei der digitalen Spannungs-Steuerschaltungsanordnung um eine Schaltungsanordnung mit offener Schleife handelt, kann eine Fehlfunktion nicht sofort festgestellt werden. Daher sind entsprechende Transistor/Lichtemissionsdioden-Schaltungen 128, 130, 132 an die Wandlerwählleitungen 76, 78, 80 angekoppelt, um anzuzeigen, wann eine Leitung einen hohen logischen Pegel annimmt, um eine entsprechende Digital-Analog-Widerstandsfolge 36, 38 oder 40 auszuwählen. Am Beginn der Operation leuchtet daher die Transistor-Uchtemissionsdioden-Schaltung 128, um anzuzeigen, daß der Bandwickel seinen kleinsten Durchmesser besitzt. Wenn der Bandwickeldurchmesser, beispielsweise bis auf etwa zehn Zoll zunimmt, so wird die Transistor/Lichtemissionsdioden-Schaltung 128 abgeschaltet und die Transistor/Lichtemissionsdioden-Schaltung 130 wirksam geschaltet. Wenn der Durchmesser sodann vierzehn Zoll erreicht, wird die Transistor/Lichtemissionsdioden-Schaltung 130 abgeschaltet und die Transistor/Lichtemissionsdioden-Schaltung 132 wirksam geschaltet Daher ist jede Abweichung von der richtigen Lichtfolgesequenz eine visuelle Anzeige einer Fehlfunktion der digitalen Spannungs-Steuerschaltungsanordnung.

Zwar wurden vorstehend drei Widerstandsfolgen zur Realisierung der Spannungssteuerung für einen Bandwickeldurchmesser bis zu sechzehn Zoll erläutert Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß bei kleinerem maximalen Bandwickel von beispielsweise vierzehn Zoll (etwa bei Verwendung einer zehn Zoll Spule) lediglich zwei Folgen 36, 38 zur Durchführung der Spannungssteuerung benutzt werden. Bei noch kleineren Bandwickeldurchmessern ist zur Realisierung der Steuerung lediglich eine Folge erforderlich.

Anstelle der Verwendung der Spannungs-Sieuerschaitungsanordnung in einem Magnetband-Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät kann die Schaltungsanordnung in jedem ein flexibles Band transportierenden Gerät verwendet werden, bei dem es wünschenswert ist, die Bar.dspannun/ und/oder das Drehmoment eines zugehörigen Antriebsmotors zu steuern. Ebenso sind anstelle der speziell angegebenen Werte für Spannungen, Widerstände, usw. in Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall auch andere Werte möglich. Weiterhin kann die Spannungs-Steuerschaltungsanordnung zur Überwachung einer Bandaufwickelspule bei zunehmendem Bandwickeldurchmesser oder zur Überwachung einer Bandabwickelspule mit abnehmendem Bandwikkeldurchmesser verwendet werden.

Die Fi g. 2 und 3 zeigen die Verwendung verschiedener Kombinationen paralleler Widerstände zur Bildung des unteren Teils der Spannungsteilerschaltung der Analog-Digital-Wandlerschaltung 20. Es kann jedoch auch eine Folge von in Serie liegenden Widerständen anstelle der parallelen Widerstandsfolgen 36, 38 und 4»' zur Bildung des unteren Teils der Spannungsteilerscbal· tung verwendet werden. Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 ist die Spannungsregeischaitung 70 über den Widerstand 48 (welcher den oberen Teil der Spannungsteilerschaltung bildet) an eine Serienwiderstandsfolge 134 einer vorgegebenen Anzahl von Präzisionswiderständen (beispielsweise sieben) angekoppelt, welche den unteren Teil der Spannungsteilerschaltung bilden. Die Widerstandsfolge 134 ist zwischen Erde und den Verbindungspunkt des Widerstandes 48 und des Ausgangs 22 geschaltet Sie enthält beispielsweise in Serie geschaltete Widerstände 136, 138, 140, 142 und 144. Die Anzahl und die Widerstandswerte der Widerstände ist in Anpassung an den Bereich von Bandwickeldurchmessern gewählt, wobei die Werte der Widerstände 136 bis 144 gegen Erde zunehmen. Der Widerstand 136 liegt immer in der Folge, wobei die Spannung an der durch die Widerstände 48 und 136 gebildeten Spannungsteilerschaltung den Minimalwert in Anpassung an das bei dem kleinsten Bandwickeldurchmesser erzeugten minimalen Drcirinorncni uarstcllt

Mehrere Feldeffekttransistoren 146,148,150 und 152 liegen jeweils über den Widerständen 138 bis 144 und bilden dabei eine Möglichkeit für den Kurzschluß verschiedener Widerstände zwecks entspreci inder Einstellung des Widerstandswertes des unteren Teils der Spannungsteilerschaltung. Die Steuerelektroden der Feldeffekttransistoren sind über entsprechende Widerstände an eine Steuerspannung 154 und an entsprechende Schaltstufen 156,158,160 und 162 angekoppelt. Diese Stufen enthalten beispielsweise jeweils ein Paar von als Inverter geschalteten Transistoren. Die Basen der ersten Transistoren in jeder Schaltstufe sind an entsprechende ODER-Gatter 164, 166, 168 und 170 angekoppelt Ein Eingang jedes ODER-Gatters ist über den Datenbus 34 an einen entsprechenden Q-Ausgang des Puffers 26 angekoppelt, während die anderen Eingänge der ODER-Gatter zusammen an die vom Flip-Flop 98 der Servosteuerschaltung 16 kommende Sperrbefehlsleitung 66 angekoppelt sind. Es ist darauf hinzuweisen, daß die NAND-Gatter 100 bis 112 in der Ausführungsform nach F i g. 4 nicht erforderlich sind.

Ein »1«-Bit am Puffer 26 schaltet den ersten Emitterfolger in der Schaltstufe ein, welcher den zweiten Inverter sperrt Dadurch wird der entsprechende Feldeffekttransistor gesperrt und der zugehörige Widerstand in die Serienwiderstandsfolge 134 eingeschaltet. Liegt ein Bit am Puffer 26 tief (»0«), so wird der entsprechende Feldeffekttransistor durchgcschaltct und der Widerstand damit durch Kurzschluß aus der Widcrsiandsfolgc

11

134 eliminiert.

Nimmt der Sperrbefehl auf der Leitung 66 einen tiefen Pegel an, so werden alle ODER-Gatter 164 bis 170 wirksam geschaltet und alle Feldeffekttransistoren durchgeschaltet und gesperrt, wie dies durch den Status der Ausgangssignale des Puffers festgelegt wird. Die Zustände der Feldeffekttransistoren bestimmen, welche Widerstände in die Schaltung eingeschaltet sind. Der Gesamtwiderstandäwert legt die Motorsteuerspannung am Ausgang 22 fest. Nimmt der Sperrbefeh! einen hohen Pegel an, was der Fall ist, wenn die Spannungs-Steuerschaitungsanordnung abgeschaltet werden soll, so werden alle Feldeffekttransistoren gesperrt, wodurch alle Widerstände 136 bis 144 in Serie geschaltet werden und die maximale Spannung erzeugt wird. Dies ist beispielsweise im oben beschriebenen Sinne bei Beschleunigung der Fall.

Fl g. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Digital-Anaiog-Wandier-Schaitungsanordnung, weiche in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ver- 2υ wendbar ist. Dabei ist der Puffer 26 mit seinem Ausgangsdatenbus 34 an einen programmierbaren Festwertspeicher 152 angekoppelt, der seinerseits an einen Digital-Analog-Wandler 20 angekoppelt ist, wobei es sich beispielsweise um eine Parallel- oder Serien-Wider-Standsfolge der o. g. Art handeln kann. Ein Sperrbefehl, wie er beispielsweise auf der Leitung 66 von der Servosteucrschaltung 16 vorhanden ist, wird über eine Leitung 174 in den Digital-Analog-'Vandier 20 eingespeist. Die Wirkungsweise entspricht dabei der oben anhand der Ausführungsform nach den F i g. 3 und/oder 4 beschriebenen Wirkungsweise.

Der programmierbare Festwertspeicher 172 wird so programmiert, daß er eine Digitalzahl an seinem Ausgang liefert, welche die gleiche Funktion wie die Binärzahl im Puffer 26 ausübt. Diese Digitalzahl bestimmt also den Barsdwickeldurchmesser und das erforderliche Motordrehmoment zur Aufrechterhaltung einer konstanten Wandspannung. Der programmierbare Festwertspeicher kann in einfacher Weise zur Kompensation unterschiedlicher Motorcharakteristiken programmiert werden, ohne daß Widerstandswerte im Digital-Analog-Wandler 20 geändert werden müßten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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55

60

65

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Digitale Schaltungsanordnung zur Steuerung der Spannung eines durch einen Capstan angetriebenen Bandes, das durch einen Spulenmotor auf eine Spule aufgewickelt wird, mit einem Referenzimpulsgeber, welcher Referenzimpulse mit einer der Bandgeschwindigkeit proportionalen Rate liefert, mit einem Spulentachometer, welcher Tachometerimpulse mit einer der Spulendrehzahl proportionalen Rate liefert, mit einer die Referenzimpulse zwischen aufeinanderfolgenden Tachometerimpulsen zählenden und in Form von Binärzahlen speichernden Zählerund Pufferschaltung (10) und mit einer Digital-Analog-Wandlerschaltung (20) zur Erzeugung einer analogen Spulenmotor-Steuerspannung als Funktion der gespeicherten Binärzahl, dadurch gekennzeichnet, daß die Digital-Analog-Wandlerschaltung (20) mehrere Sätze von Präzisionswiderständen (42,44,46) umfaßt, daß die Präzisionswiderstände (42.44,46) jedes Satzes in vorbestimmten Kombinationen entsprechend der gespeicherten Binärzahl als Teil einer an eine Spannungsquelle (70) angeschlossenen, die Spulenmotor-Steuerspannung liefernden Widerstand-Spannungsteilerschaltung einschaltbar sind, daß eine auf mehrere der signifikantesten Bits der gespeicherten Binärzahl ansprechende Wandlersteuerschaltung (12) jeweils einen der Sätze von Präzisionswiderständen für die Erzeugung der Spulenmotor-Steuerspannung freigibt und daß die Widerstandswerte der Kombinationen von Präzisionswidvrständen jedes Satzes so bemessen sind, daß die entsprechend den Binärzahlen erzeugte Spulenmotor-Steuerspannung das für eine konstante Bandspannung erforderliche Motordrehmoment unter Berücksichtung von Nichtlmearitäten der Spuienmotorcharakteristik einstellt

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlersteuerschaltung (12) einen Digitalschalter (114) aufweist, dessen Steuereingängen (A, B, C) die signifikantesten Bits der von der Zähler- und Pufferschaltung (10) gespeicherten Binärzahl zuführbar sind und dessen jeweils eine der Sätze von Präzisionswiderständen (42, 44, 46) zugeordnete Ausgänge (OO bis O 7) durch jeweils einen der Steuereingänge (A, B, C) wirksam schaltbar sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlersteuerschaltung (12) durch ein Sperrsignal steuerbar ist und auf das Sperrsignal hin sämtliche Sätze von Präzisionswiderständen (42, 44, 46) sperrt, so daß die Digital-Analog-Wandlerschaltung (O) die dem maximalen Motordrehmoment zugehörige Spulenmotor-Steuerspannung erzeugt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an jeden der jeweils einem Satz von Präzisionswiderständen (42, 44, 46) zugeordneten Ausgang des Digitalschalters (114) eine Leuchtdiodenschaltung (128—132) angeschlossen ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Spannungsquelle (70) an die Widerstands-Spannungsteilerschaltung abgegebene Spannung zur Anpassung an Bänder unterschiedlicher Breite in Stufen änderbar ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine digitale Schaltungsanordnung zur Steuerung der Spannung eines durch einen Capstan angetriebenen Bandes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Beispielsweise in Band-Aufzeichnungs- und Wiedergabegeräten sind verschiedene Spannungs-Regelschaltungsanordnungen vorhanden, bei denen Spannungssensoren zur Feststellung der Augenblicksbandspannung verwendet werden. Ein entsprechendes Rückkopplungssignal dient dabei zur Regelung des Drphmomentes des zugehörigen Motors oder zur Justierung eines Bandspannungsarmes, um eine vorgegebene Bandspannung aufrecht zu erhalten. Typische Beispiele für derartige Regelschaltungsanordnungen sind beispielsweise in den US-Patentschriften 35 35 441 und 3? 36 008 beschrieben. Darüber hinaus stehen verschiedene Spannungs-Steuerschaltungsanordnungen mit Analogschakungen zur Verfügung, bei denen Bandspannungssensoren nicht erforderlich sind. Eine typische Steuerschaltungsanordnung dieser Art ist in der Bandzubehör-Steueranordnung eines professionellen Tonaufzeichnungsgerätes der Anmelderin mit der Bezeichnung AG-440 vorhanden und in dem Handbuch für das Spannungszubehör-Steuermodell TS-40 mit der Katalog-Nummer 4 890 404 beschrieben. Weitere typische analoge Spannungs-Steuerschaltungsanordnungen sind beispielsweise in den US-Patentschriften 38 71598, 4 084 768 und 4 090 679 beschrieben. In Fällen, in denen Bandspannungssensoren nicht verfügbar sind, oder in denen es unerwünscht ist, Spannungssensoren vorzusehen, ist es zweckmäßig, zur Steuerung der Bandspannung Servo-Steuerschaltungsariordnungen zu verwenden. Analoge Steuerschaltungsanordnungen unterliegen jedoch Drifterscheinungen und sind schwierig an Motorcharakteristiken anzupassen. Darüber hinaus sind integrierte Schaltkreise, wie beispielsweise lineare Operationsverstärker, welche bei den in Bandgeräten vorkommenden höheren Spannungen arbeiten können, nicht leicht erhältlich. Aufgrund der ihnen eigenen Stabilitätsvorteile werden daher digitale Spannungs-Steuerschaltungsanordnungen in Systemen verwendet, in denen Bandspannungswandler nicht zur Verfügung stehen oder nicht erwünscht sind. Typische digitale Spannungs-Steuerschaltungsanordnungen sind beispielsweise in den US-Patentschriften 39 49 244 und 39 82 160 beschrieben. Derartige digitale Schaltungsanordnungen sind jedoch generell aufwendig, erfordern zusätzliche Eingangssignale und bilden keine Digital-Analog-Wandlerschaltungsanordnung, welche in einfacher Weise an die Motorcharakteristiken angepaßt werden kann.

Es ist weiterhin aus der DE-OS 26 48 396 eine digitale Schaltungsanordnung der gattungsgemäßen Art bekanntgeworden, bei der abhängig von einem Spulentachometer und einem die Bandgeschwindigkeit messenden Bandtachometer eine auf dem Spulenradius proportionale Binärzahl über eine Steuerschaltung erzeugt und in Digital-Analog-Wandler zur Erzeugung von analogen Spulenmotor-Steuerspannungen eingespeichert wird. Die Steuerschaltung enthält weiterhin einen Festwertspeicher (ROM), in dem zur Kompensation von Trägheitsmomenten eine eine nichtlineare Charakteristik repräsentierende Größe gespeichert werden kann, die abhängig von einer dem Spulenradius entsprechenden Binärzahl für die Steuerung der Digital-Analog-Wandler ausgelesen werden kann. Abgesehen davon, daß es sich dabei um eine Schaltungsanordnung mit geschlossenen Schleifen, also um eine Regelschaltung handelt, ist dabei eine Korrektur von Nichtlinearitälen