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Schaltungsanordnung für einen akustischen Signalgeber
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Akustische Signalgeber werden u.a. in Schreib- und Druckmaschinen
zu Meldezwecken eingesetzt. Dabei wird vom Bedienungspersonal ein Signal, das ähnlich
einem Klingelzeichen ist, als angenehm empfunden. Das Klingelzeichen ist durch einen
Hammerschlag zu Beginn, und durch ein langsames Abklingen gekennzeichnet. Bei modernen
Maschinen erfolgt die Ansteuerung des akustischen Signalgebers durch elektrische
Impulse. Verwendet man Lautsprecher oder Piezokeramiken zur Umwandlung der elektrischen
Impulse in akustische Signale, so ist es notwendig, den elektrischen Impulsen eine
solche Form zu geben, daß der akustische Signalgeber Signale ähnlich einem Klingelzeichen
abgibt.
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Es ist bekannt, derartige elektrische Impulse durch Verwendung mehrerer
integrierter Schaltkreise oder eines hochintegrierten Schaltkreises zu erzeugen.
Der Platzbedarf oder die Kosten für solche Schaltungsanordnungen sind hoch.
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Weiter ist es bekannt, Piezokeramiken als Schallwandler mit einer
unmodu-lierten Spannung anzusteuern, z.B. zur Erzeugung von Warnsignalen bei medizinischen
Geräten. Hierbei entstehen unangenehme Pfeiftöne und kein als angenehm empfundenes
Klingelzeichen, wie es zu Meldezwecken bei Schreib- und Druckmaschinen erwünscht
ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfache Schaltungsanordnung zur
Erzeugung eines Klingelzeichens in einem akustischen Signalgeber anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Wesentliche Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind
ein geringer Platzbedarf und eine hohe Betriebssicherheit, die durch die Verwendung
weniger, bewährter Bauelemente gewährleistet ist.
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Bei einer besonders vorteilhaften Schaltungsanordnung wird als Modulator
ein Operationsverstärker verwendet.
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Es ist weiter vorteilhaft, als akustischen Signalgeber eine Piezokeramik
zu verwenden.
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Im folgenden wird die Schaltungsanordnung anhand der Figuren erläutert.
Dabei zeigen Fig. 1 ein Blockschaltb-ild einer Schaltungsanordnung, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel
der Schaltungsanordnung mit einem Operationsverstärker und Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Schaltungsanordnung.
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Zunächst wird der, der Erfindung zugrundeliegende Gedanke zur Erzeugung
eines Klingelzeichens anhand des in Fig. 1 dargestellten Blockschaltbildes erläutert.
Das Blockschaltbild zeigt einen Taktgenerator TG, einen Impuls IG, einen Impulsformer
IF, einen Modulator M mit einem ersten Eingang El, einem zweiten Eingang E2 und
einem Ausgang A, und
einen akustischen Signalgeber SG. Der Taktgenerator
TG ist am ersten Eingang El des Modulators M angeschlossen und liefert kontinuierlich
eine Signalspannung mit einer konstanten Frequenz im Hörbereich. Dies ist im einfachsten
Fall beispielsweise eine Rechteckspannung. Der Impulsgeber IG gibt einen Auslöseimpuls,
beispielsweise einen Rechteckimpuls, an den Impulsformer IF. Dieser bildet aus dieem
einen Impuls mit steiler Anstiegs-flanke und einer langsam abfallenden Rückflanke.
Die steile Anstiegs-flanke erzeugt den Hammerschlag zu Beginn des Klingelzeichens,und
die langsam abfallende Rückflanke bewirkt das langsame Abklingen. Dieser Impuls
liegt am zweiten Eingang E2 des Modulators. M an.
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Der Modulator M moduliert die Amplitude der am ersten Eingang El anliegenden
Signalspannung, und gibt ihr eine Hüllkurve, die durch den am zweiten Eingang E2
anliegenden Impuls gegeben ist. Vom Ausgang A des Modulators M wird diese modulierte
Signalspannung an den akustischen Signalgeber SG gegeben, wodurch dieser ein Klingelzeichen
abgibt.
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Der akustische Signalgeber SG ist beispielsweise eine Piezokeramik,
er kann aber auch ein Lautsprecher oder ähnliches sein.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele werden anhand der Figuten im folgenden
näher erläutert. Dabei werden der Taktge--nerator TG, der beispielsweise ein RC-Oszillator,
eine astabile Kippstufe oder ähnl. sein kann, und der Impulsgeber IG, der im einfachsten
Fall ein Schaltkontakt ist, nicht näher beschrieben.
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In Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung mit einem Operationsverstärker
OP zur Erzeugung des Klingelzeichens dargestellt.
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Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP ist über einen
Widerstand R6 mit einem Spannungsteilerpunkt ST1 verbunden. Dieser ist über einen
Widerstand R1 mit einer Speisespannung U und über einen Widerstand R2 mit Masse
verbunden. Der nicht invertierende Eingang des Operationsver-
stärkers
OP ist mit einem Spannungsteilerpunkt ST2 verbunden. Dieser ist über einen Widerstand
R3 mit der Speisespan nung U und über einen Widerstand R4 mit Masse verbunden. Parallel
zu dem Widerstand R4 ist ein Kondensator Cl geschaltet. Durch die Spannungsteilerpunkte
ST1 und ST2 werden die positive und die negative Schwelle des Operationsverstärkers
OP festgelegt. Der Ausgang des Operationsverstärkers OP ist über ein Potentiometer
PO und einen Widerstand R7 auf den invercierenden Eingang rückgekoppelt. Am Ausgang
ist eine Piezokeramik P angeschlossen, wobei auch stattdessen ein Lautsprecher über
einen Auskoppelkondensator angeschlossen werden kann. Der Taktgenerator TG ist über'einen
Widerstand R5 mit dem Spannungsteilerpunkt ST1 verbunden. Am nicht invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers OP ist über eine Diode D der Impulsgeber IG angeschlossen.
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Impulsformer IF durch die Diode D, den Widerstand
R4 und den Kondensator C1 gebildet. Die minimale Verstärkung des Operationsverstärkers
OP ist so zu wählen, daß im Ruhezustand, d.h. wenn der Impulsgeber IG kein Signal
abgibt, auch bei der am invertierenden Eingang anliegenden Signalspannung aus dem
Taktgenerator TG der Ausgang in der Nullsättigung bleibt. Der Ansteuerimpuls aus
dem Impulsgeber ç darf in der Dauer zwischen 500/usec und 20msec variieren, ohne
daß das Klingelzeichen entscheidend beeinflußt wird. Die maximale Ausgangsverstärkung
des Operationsverstärkers OP wird durch die Kenndaten der Piezokeramik P oder eines
verwendeten Lautsprechers begrenzt.
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Zur Erzeugung eines Klingelzeichens wird vom Impulsgeber IG ein positiver
Auslöseimpuls abgegeben. Dabei wird der Kondensator C1 aufgeladen und die positive
Schwelle des Operationsverstärkers so weit. angehoben, daß er die maximale Amplitude
an seinen Ausgang bringt, die begrenzt ist durch die Verstärkung. Diese ist auf
den Signalgeber SG und die erwünschte Lautstärke mit dem Potentiometer PO abzustimmen.
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Entsprechend der Entladung des Kondensators C1 über den Widerstand
R4 und gegebenenfalls den Operationsverstärker OP klingt die Amplitude der Signalspannung
am Ausgang des Operationsverstärkers OP exponentiell auf den Ruhepegel ab. Entscheidend
für einen guten Anklingeffekt des Klingelzeichens ist die Flankensteilheit des Impulses
und die Mindestdauer von 500/usec des Auslöseimpulses.
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Mit einem Kondensator C2, der mit dem Ausgang und dem invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers OP verbunden ist, können eventuell störende Oberwellen
wirksam kurzgeschlossen werden, was bei den meisten Piezokeramiken P bei günstiger
Lage der Frequenz der Signalspannung aus dem Taktgenerator TG unnötig ist.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 dargestellt.
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Dabei ist der Taktgenerator TG am Kollektor eines Transistors T1 angeschlossen.
Die Basis eines Transistors T2 ist über einen Widerstand R10 mit der Speisespannung
U verbunden. Der Impulsgeber IG ist über ein negierendes Oder-Verknüpfungsglied
OD und einen Widerstand R11 ebenfalls mit der Basis des Transistors T2 verbunden.
Der Emitter des Transistors T2 ist'mit dem Kollektor des Transistors T1 verbunden.
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Zwischen einem Widerstand R12, der mit der Speisespannung- U verbunden
ist, und einem Widerstand R14, der mit Masse verbunden ist, befindet sich ein Spannungsteilerpunkt
ST3. Pa.-rallel zu dem Widerstand R14 liegt ein Kondensator C1. Die Basis des Transistors
T1 ist über einen Widerstand R13 mit dem Spannungsteilerpunkt ST3 verbunden. Der
Kollektor des Transistors T2 ist über einen'Kondensator C3 mit der Basis des Transistors
T1 und über eine Diode D mit dem Spannungsteilerpunkt ST3 verbunden. Am Emitter
des Transistors T1 ist über einen Widerstand R8 die Piezokeramik P angeschlossen.
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Der Widerstand R13 ist direkt mit der Speisespannung U verbunden,
damit der Kondensator C1 möglichst schnell aufgeladen werden kann. Um die Spannung
am Spannungsteilerpunkt ST3 möglichst konstant zu halten, ist der Widerstand R12
direkt mit der Speisespannung U verbunden.
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Falls der Taktgenerator TG am Ausgang einen offenen Kollektor besitzt,
muß der Kollektor des Transistors T1 über einen Widerstand R4 mit der Speisespannung
U verbunden werden.
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Das negierende Oder-Verknüpfungsglied OD ist natürlich nicht notwendig,
wenn der Impulsgeber IG negative Impulse abgibt.
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Es wird davon ausgegangen, daß der Taktgenerator TG kontinuierlich
eine Signalspannung liefert, und die Basis des Transistors T1 so eingestellt ist,
daß kein Strom vom Kollektor zum Emitter fließen kann. Zur Erzeugung eines Klingelzeichens
wird vom Impulsgeber IG ein psitiver Auslöseimpuls abgegeben. Dieser wird vom negierenden
Oder-Verknüpfungsglied OD invertiert, so daß die Spannung an der Basis des Transistors
T2 sinkt und der Transistor T2 leitend wird. Dadurch wird erstens durch den über
die Diode D aufgeladenen Kondensator C1 und zweitens durch die Spannungseinkopplung
über den Kondensator C3 die Spannung an der Basis des Transistors T1 angehoben.
Hierdurch wird der Transistor T1 leitend und die Signalspannung aus dem Taktgenerator
TG gelangt mit einer modulierten Amplitude über den Transistor T1 und den Widerstand
R8 an die Piezokeramik P. Die Amplitude wird dabei auf folgende Weise moduliert.
Durch die Spannungseinkopplung über den Kondensator C3 entsteht an der Basis des
Transistors T1 eine steile Anstiegsflanke, und durch die Entladung des über die
Diode D aufgeladenen Kondensators C1 über den Widerstand R14 wird eine langsam abfallende
Rückflanke erzeugt. Bei Verwendung einer sehr hochohmigen Piezokeramik P kann in
dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 die Parallelschaltung eines Widerstandes R15
zur Pie-
zokeramik P notwendig sein.
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Bei einem weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der
Schaltungsanordnung ist die Spannungsversorgung des Taktgenerators TG anstelle der
Piezokeramik P angeschlossen. Hierbei wird vorausgesetzt, daß sich die Amplitude
des Taktgenerators TG durch eine variable Speisespannung modulieren läßt. Die Piezokeramik
P ist dann mit dem Ausgang des Taktgenerators TG verbunden. In diesem Fall wird
durch die variable Speisespannung eine ebenfalls amplitudenmodulierte Signalspannung
am Ausgang des Taktgenerators TG erzeugt.
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Eine Spannungseinkopplung durch eine Differenzierschaltung, die aus
dem Kondensator C3 und dem Widerstand der gesamten Basissteuerleitung (Fig. 3) gebildet
wird, ist für das erste Ausführungsbeispiel (Fig. 2) zur Verbesserung des Klangbildes
nicht erforderlich.
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7 Patentansprüche 3 Figuren