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Schaltungsanordnung zur Anzeige eines in einer bestimmten Richtung
fahrenden Zuges Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Anzeige eines
in einer bestimmten Richtung fahrenden Zuges, bei der längs des Gleises hintereinander
zwei durch bestimmte Teile des Zuges beeinflußbare, aus elektronischen Bauteilen
bestehende Oszillatoren angeordnet sind, wobei in der bestimmten Richtung der .erste
Oszillator ein Ausgangssignal liefert, das eine Anzeigeeinrichtung beeinflußt, und
in der Gegenrichtung der zweite Oszillator ein Ausgangssignal liefert, das der Beeinflussung
der Anzeigeeinrichtung durch das Ausgangssignal des ersten Oszillators überlagert
ist und dadurch eine Anzeige verhindert.
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Bekannte Vorrichtungen dieser Art enthalten im allgemeinen mechanisch
bewegte Teile, die von denn Zug in eine bestimmte Lage gebracht werden und auf diese
Weise einen Schalter betätigen. In der Praxis erfüllen diese Vorrichtungen nicht
die höchsten Anforderungen in bezug auf Zuverlässigkeit.
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Es ist bereits bekannt, für die Anzeige der Anwesenheit eines Zuges
auf einem Schienenweg einen sogenannten elektronischen Schienenkontakt zu verwenden,
wobei längs des Bahnkörpers ein Oszillator angeordnet ist, der durch bestimmte Teile
des Zuges, z. B. durch -die Räder, beeinflußt und dessen Ausgangssignal einer Anzeigeeinrichtung
zugeführt wird. Der Oszillator kann z. B. durch den Zug bedämpft werden, so daß
das Ausgangssignal unterbrochen oder wenigstens auf einen bestimmten Wert geschwächt
und nicht mehr von einer Schwellwertvorrichtung durchgelassen wird. Es ist auch
möglich, den Oszillator zu verstimmen, so daß ,das Ausgangssignal eine andere Frequenz
hat und mittels eines Filters unterdrückt werden kann. Diese Einrichtung hat somit
keine mechanisch bewegten Teile, die direkt von dem Zug betätigt werden. Ein weiterer
Vorteil ist, daß sie mit Ruhestrom arbeitet, d, h., daß normalerweise der Anzeigeeinrichtung
ein Signal zugeführt wird, das sowohl bei Anwesenheit eines Zuges als auch beim
Auftreten einer Störung oder beim Wegfall des Speisestroms verschwindet, so daß
eine Störung nicht zu Unfällen führen kann. Mit Rücksicht auf die Sicherheit ist
die Fehlanzeige eines nicht vorhandenen Zuges gegenüber der Nichtanzeige eines tatsächlich
vorhandenen Zuges zu bevorzugen.
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Eine solche elektronische Zuganzeigevorrichtung ist jedoch nur für
die Anzeige eines Zuges an einem bestimmten Ort vorgesehen, nicht dagegen für die
Anzeige einer bestimmten Fahrtrichtung, insbesondere nicht dafür, daß lediglich
dann ein Signal gegeben wird, wenn ein Zug in eine bestimmte Richtung fährt und
für die entgegengesetzte Richtung kein Signal gegeben wird.
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Zwar ist eine Schaltungsanordnung der letztgenannten Art ebenfalls
bereits bekannt, wobei längs des Gleises zwei mit elektronischen Schaltelementen
aufgebaute Oszillatoren angeordnet sind, die durch bestimmte Teile des Zuges beeinflußt
werden und deren Ausgangssignal nur dann einer Anzeigeeinrichtung zugeführt wird,
wenn die Oszillatoren in einer bestimmten Reihenfolge beeinflußt werden. Sie weist
jedoch :den Nachteil auf, daß für die Auswertung der Signale Relais mit zahlreichen
mechanischen Kontakten verwendet werden, die kein Höchstmaß an Betriebssicherheit
gewährleisten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Schaltungsanordnung
dieser und der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln so auszubilden, daß
die angegebenen Nachteile vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der erste Oszillator
in an sich bekannter Weise unmittelbar mit der Anzeigeeinrichtung verbunden ist
und zwischen dem zweiten Oszillator und die Anzeigeeinrichtung eine monostabile
Kippschaltung und ein Hilfsoszillator geschaltet sind, wobei bei Fahrt in Gegenrichtung
die monostabile Schaltung von dem zweiten Oszillator von der Ruhelage in die Arbeitslage
gesteuert wird und dadurch den Hilfsoszillator zur Aufrechterhaltung des Ruhestroms
für die Anzeigeeinrichtung erregt.
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Es wird nur für die Gesamtheit der Schaltungsanordnung Patentschutz
beansprucht, nicht für die zum Teil bereits bekannten Einzelheiten des Schaltungsaufbaus.
Wenn
beider erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ein Zug in Gegenrichtung zuerst den
zweiten Oszillator passiert, führt der Hilfsoszillator der Anzeigeeinrichtung ein
Signal zu, so daß in dem Augenblick, indem der Zug anschließend den ersten Oszillator
passiert, der Wegfall des Ausgangssignals des ersten Oszillators durch das Ausgangssignal
des Hilfsoszillators überbrückt wird. Der Hilfsoszillator muß somit nach .dem Vorüberfahren
des Zuges längs des zweiten Oszillators wenigstens so lange arbeiten, daß,die Periode
der Beeinflussung des ersten Oszillators durch den Zug überbrückt wird. Diese Zeit
wird durch die monostabile Kippschaltung bedingt, die normalerweise in einer bestimmten
Ruhelage ist und in ihre Arbeitslage gebracht werden kann, aus der sie nach gewisser
Zeit selbsttätig in ihre Ruhelage zurückkehrt. Die Zeit bis zum Zurückkippen in
die Ruhelage kann grundsätzlich einen vorherbestimmten Wert haben. Sie ist aber
vorzugsweise derart veränderbar, @daß sie um -so kürzer wird, je größer die Geschwindigkeit
des Zuges ist, da hierbei auch die Zeit, die der Zug zum Passieren des ersten Oszillators
braucht, kürzer ist.
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Die Anordnung ist daher vorzugsweise derart ausgebildet, @daß die
monostabile Kippschaltung einen Kondensator enthält, der zwischen dem Kollektor
eines ersten Transistors und der Basis eines zweiten Transistors eingeschaltet ist,
wobei jeder dieser beiden Anschlußpunkte über einen Widerstand mit einer negativen
Spannungsquelle verbunden ist, und daß die Emitter der beiden Transistoren geerdet
sind und daß die Basis des ersten Transistors durch das verstärkte und gleichgerichtete
Ausgangssignal des zweiten Oszillators derart gesteuert wird, daß die Transistoren
normalerweise leitend sind und der erste Transistor während der Zeit gesperrt wird,
in welcher der zweite Oszillator durch einen Zug beeinflußt wird, und daß der Hilfsoszillator,
dessen Eingang über einen Widerstand ebenfalls mit der negativen Spannungsquelle
verbunden ist, über den Kollektor des zweiten Transistors gesteuert wird.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g.1 schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
F i g. 2 :ein Schaltungsbeispiel für eine einfache Ausbildung der monostabilen Kippschaltung,
deren Rückkippzeit von der Zuggeschwindigkeit abhängig ist, und F i g. 3 ein Schaltungsbeispiel
für eine verbesserte Ausbildung der monostabilen Kippschaltung mit dem von ihr gesteuerten
Hilfsoszillator.
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Bei der Schaltungsanordnung nach F ig. 1 sind zwei Oszillatoren G1
und G2 in unmittelbarer Nähe der Schienen IZC angeordnet, so daß die Räder auf induktivem
Wege die Oszillatoren =beeinflussen und diese z. B. dämpfen können. In :der Lage
W 1 eines Rades wird der Oszillator G1 gedämpft, und in der Lage W 2 wird der Oszillator
G 2 gedämpft, während in der Zwischenlage W 3 keine Beeinflussung auftritt. Bekanntermaßen
erfolgt die Beeinflussung derart ausgebildeter elektronischer Schienenkontakte über
eine gewisse Strecke.
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Der Oszillator G1 führt normalerweise der Anzeigeeinrichtung
ND ein Wechselspannungssignal zu. Die Räder eines Zuges, der von rechts nach
links führt (normale Fahrtrichtung) folgen dem Pfeil D 1 und passieren zunächst
den Oszillator G1 und darauf den Oszillator G2, so daß diese OsziIlatoren innerhalb
einer kurzen Zeit nacheinander gedämpft werden. Die Anzeigeeinrichtung
ND spricht in bekannter Weise auf das Verschwinden des Ausgangssignals des
Oszillators G1 an und steuert darauf in bekannter, hier nicht wesentlicher Weise
weitere Signaleinrichtungen. Zwar wird kurze Zeit später der Oszillator G2 gedämpft,
aber wie weiter unten erläutert wird, hat dies keine weiteren Wirkungen auf die
Anzeige des Zuges, da das der Anzeigeeinrichtung ND zugeführte Signal wenigstens
während einer gewissen Zeit unterbrochen ist.
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Das Ausgangssignal des Oszillators G2 wird normalerweise über die
Einrichtung VD, die z. B. aus einem Verstärker und darauffolgendem Gleichrichter
besteht, der monostabilen Kippschaltung M zugeführt. Wenn ein Zug in Gegenrichtung
von links nach rechts fährt, in Richtung des Pfeiles D 2, werden die Räder zunächst
den Oszillataor G2 und eine gewisse Zeit später den Oszillator G1 passieren. Dies
hat zur Folge, ,daß das Ausgangssignal des Oszillators G2 eine gewisse Zeit gedämpft
bzw. unterbrochen wird. Infolgedessen wird die monostabile Kippschaltung M von der
Ruhelage in die Arbeitslage gebracht, wodurch der Hilfsoszillator OS entsperrt,
d. h. zum Schwingen gebracht wird. Der Hilfsoszillator OS liefert während der Zeit,
in der die monostabile Kippschaltung in der Arbeitslage ist, ein Wechselstromsignal
für die Anzeigeeinrichtung ND. Wenn die Räder des Zuges einige Zeit später
den Oszillator G1 erreichen, wird zwar dieser Oszillator ebenfalls gedämpft, so
daß das Ausgangssignal verschwindet, doch hat dies keinen Einfluß auf die Anzeigeeinrichtung
ND, da diese in der Zwischenzeit das Signal von dem Hilfsoszillator
OS empfängt. Zu :diesem Zweck ist es somit notwendig, daß der Hilfsoszillator
OS während einer hinreichend langen Zeit nach dem Passieren des Oszillators
G2 wirksam bleibt, bis das während der Vorbeifahrt verschwundene Signal des Oszillators
G1 wiederkehrt.
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Grundsätzlich könnte bei der monostabilen Kippschaltung eine konstante,
hinreichend lange Rückkippzeit vorgesehen werden, aber dies ergäbe gegebenenfalls
Schwierigkeiten wegen der verschiedenen Geschwindigkeiten der Züge. Die Rückkippzeit
muß dabei für den Zug mit der geringsten Geschwindigkeit gewählt werden. Es ist
jedoch notwendig, nicht nur das Passieren des ersten Rades eines in Gegenrichtung
D 2 fahrenden Zuges beim Oszillator G1, sondern auch das Passieren der a_ nderen
Räder zu überbrücken.
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Ist diese Rückkippzeit verhältnismäßig lang, so kann eventuell die
monostabile Schaltung gerade in dem Augenblick in die Ruhelage zurückkehren, in
dem ein weiteres Rad den Oszillator G1 passiert, während sie nicht hinreichend schnell
in die Ruhelage gebracht werden kann, um .der Anzeigeeinrichtung ND über
den Hilfsoszillator OS ein Markiersignal zuzuführen.
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Mit Rücksicht darauf ist es erwünscht, die Rückkippzeit der monostabilen
Kippschaltung M an die Zuggeschwindigkeit anzupassen.
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In der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 sind die Kollektoren der Transistoren
T 1 und T 2 und die Basis des Transistors T2 über WiderständeR1, R2
und R 3 mit einer Quelle negativer Spannung -V verbunden, während die Emitter geerdet
sind. Vom Verstärker mit Gleichrichter VD her wird normalerweise
eine
negative Gleichspannung der Basis des Transistors T1 zugeführt. Die beiden Transistoren
sind unter diesen Umständen leitend, und die Potentiale an den Punkten
a und b sind gleich dem Erdpotential, so daß der zwischen dem Kollektor
des Transistors T 1 und der Basis des Transistors T 2
eingeschaltete
Kondensator C nicht aufgeladen ist. Wenn. in Gegenrichtung ein Rad eines Zuges den
Oszillator G2 passiert, verschwindet die negative Spannung an der Basis des Transistors
T1, der somit gesperrt wird. Der Kondensator C lädt sich in einem Kreis auf, der
von Erde über den Emitter und die Basis des Transistors T2 (der somit noch leitend
bleibt), den Kondensator C und den Widerstand R 1 zur negativen Spannungsquelle
-V verläuft. Während der Aufladeperiode bleibt die Spannung des Punktes b gleich
dem Erdpotential, während die Spannung am Punkt a absinkt. Die Aufladung setzt sich
fort, solange der Oszillator G 2 von dem Rad gedämpft wird, und die endgültig von
dem Kondensator C aufgenommene Ladung ist um so größer, je länger die Aufladeperiode
ist und somit je kleiner die Geschwindigkeit des Zuges ist.
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Nachdem das Rad den Oszillator G2 passiert hat, führt dieser dem Verstärker
VD wieder ein Signal zu, der somit wieder eine Ausgangsgleichspannung liefert
für die Basis des Transformtors T1, der somit leitend wird. Die Spannung am Punkt
a steigt dabei bis zum Erdpotential, während die Spannung am Punkt b um einen gleichen
Wert zunimmt und somit gegenüber dem Emitter des Transistors T2 positiv wird, wodurch
dieser Transistor gesperrt wird.
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Der Hilfsoszillator OS wird durch die Spannung am Kollektor des Transistors
T2 derart gesteuert, daß der Oszillator schwingt und ein Signal der Anzeigeeinrichtung
ND zuführt, wenn der Transistor T 2
gesperrt ist. Der Kondensator C
entlädt sich darauf in dem Stromkreis von Erde, über den Emitter und den Kollektor
des Transistors T1, den Kondensator C und den Widerstand R 3 nach der negativen
Spannungsquelle -V. Nachdem der Kondensator C sich entladen hat, wird der Transistor
T2 wieder leitend und der Oszillator OS gesperrt. Die Entladezeit ist um so größer,
je größer die Anfangsladung des Kondensators C gewesen ist oder, mit anderen Worten,
je kleiner die Geschwindigkeit des Zuges ist.
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Bei der einfachen Schaltungsanordnung nach 171 g. 2 ist die
Sicherheit nicht unter allen Umständen gewährleistet, da die Schaltungsanordnung
derart eingerichtet sein muß, daß beim Auftreten einer Störung der Hilfsoszillator
OS nicht schwingen kann und somit in diesem Fall auch das Passieren eines
Zuges in Richtung des Pfeiles D 1 nicht anzeigen würde. In der Schaltungsanordnung
nach F i g. 2 würde z. B. ein Bruch der Widerstände R 2 oder R 3 oder ein Kurzschluß
zwischen Basis und Emitter des Transistors T2 :die gleiche Wirkung haben, als ob
der Transistor T2 gesperrt und somit der Hilfsoszillator OS schwingen würde.
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In der Schaltungsanordnung nach F i g. 3 wird der Hilfsoszillator
OS über zwei verschiedene Kreise gesteuert, und zwar in der Weise; daß an
den Punkten P und Q bestimmte Spannungsänderungen auftreten müssen, damit :der Oszillator
schwingt. Wenn somit in einem der Kreise eine Störung auftritt, ändert sich nur
die Spannung an einem dieser Punkte, was nicht genügt, um den Oszillator zu entsperren.
Die Schaltungsanordnung entspricht teilweise der nach F i g. 2 in bezug auf die
Transistoren T 1 und T2, den Kondensator C 1 und die Widerstände R 1, R 2 und R
3. Die Transistoren T 1 und T 2 sind auch in diesem Fall normalerweise
leitend. Der Kollektor des Transistors T2 ist über den Widerstand R4 mit der Basis
des Transistors T3 verbunden, dessen Emitter geerdet ist. Der Kollektor .des Transistors
T3 ist mit dem Steuerpunkt P des Oszillators OS und weiter über den Widerstand R
5 mit der negativen Spannungsquelle -V verbunden. Das obere Ende des Widerstandes
R 1 ist nicht, wie in der Schaltungsanordnung nach F i g. 2, direkt, sondern über
den Widerstand R5 mit der Speisequelle -V verbunden. Die Schaltungsanordnung enthält
einen zweiten Kreis zum Steuern der Spannung am Punkt Q, der der Schaltung des Kondensators
C 1 und des Transistors T2 entspricht. Der Kondensator C2, die Widerstände R 6 und
R 7 und der Transistor T 4 entsprechen dem Kondensator C 1, den Widerständen R 2
und R 3 und dem Transistor T 1, und die Wirkungsweise ist die gleiche. Die Transistoren
T1, T2 und T4 sind normalerweise leitend, und der Transistor T3 ist normalerweise
gesperrt, da die Spannung an der Basis und am Emitter gleich dem Erdpotential ist.
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Wenn ein Rad eines Zuges den Oszillator G2 passiert, wird der Transistor
T1, wie dies an Hand der F i g. 2 beschrieben ist, gesperrt, so daß die Kondensatoren
C1 und C2 sich über die Emitter-Basis-Kreise der Transistoren T 2 und
T 4 und die in Reihe geschalteten Widerstände R 1 und R 5 aufladen. Sobald
das Rad passiert hat, wird der Transistor T1 wieder leitend, wodurch das Potential
an den Punkten a, b und d steigt und die Transistoren T 2
und
T4 gesperrt werden. Das Sperren des Transistors T4 hat zur Folge, daß das Potential
am Punkt Q, das normalerweise gleich Erdpotential ist, negativ wird. Infolge des
Sperrens des Transistors T 2 sinkt die Spannung der Basis des Transistors
T 3
ab, so daß dieser Transistor leitend wird und das Potential am Punkt P,
das normalerweise einen negativen Wert hat, bis zum Erdpotential zunimmt. Die Wirkung
des Transistors T3 ist in erster Linie, die Spannungsänderung am Kollektor des Transistors
T2 (welche den gleichen Sinn hat wie die des Kollektors T4) umzuwandeln, so daß
die Spannungsänderungen an .den Punkten P und Q einander entgegengesetzt sind, d.
h. die Spannung des Punktes P steigt und die des Punktes Q sinkt, und zwar in der
Weise, daß die Spannung zwischen diesen Punkten ihr Vorzeichen umkehrt. Da der Punkt
P Erdpotential annimmt, verschwindet die Speisespannung am Kollektor des Transistors
T1, aber dies hat keine direkte Wirkung, da dieser Kollektor auch im leitenden Zustand
des Transistors Erdpotential führt.
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Der Oszillator OS enthält einen Transistor T5,
dessen
Emitter und Kollektor über Wicklungen L1 und L 2 des Transformators TR mit den Punkten
P und Q verbunden sind. Die Basis ist am Punkt E des Spannungsteilers R 8, R 9 angeschlossen,
der zwischen der negativen Spannungsquelle -V und Erde eingeschaltet ist. Die Wicklung
L2 bildet mit dem Kondensator C3 einen die Frequenz bestimmenden Schwingkreis, während
die Wicklung L1 eine Rückkopplung herbeiführt, so daß der Oszillator auf bekannte
Weise schwingen kann, sofern der Transistor die angemessene Spannung erhält, was
bedeutet,
daß der Emitter gegenüber der Basis positiv und der Kollektor
negativ sein muß, da sonst der Transistor nicht leitend ist oder nicht verstärkt.
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Dies bedeutet, daß die Punkte P und Q positiv bzw. negativ gegenüber
dem Punkt E des Spannungsteilers R 8, R 9 sein müssen. Der Hilfsoszillator wird
somit schwingen, wenn,, wie dies vorstehend beschrieben ist, der Transistor T3 leitend
wird und der Transistors T4 gesperrt ist.
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Die Kondensatoren C 1 und C 2 entladen sich darauf über den Transistor
T1 und die Widerstände R3 und R7, worauf die Transistoren T 2 und T 4 wieder leitend
werden und der Transistor T3 gesperrt wird. Der Punkt P nimmt darauf wieder eine
negative Spannung und der Punkt Q Erdpotential an, so daß der Hilfsoszillator QS
gesperrt und die Ruhelage wieerreicht wird.
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Wie bereits gesagt, ist es zum Betätigen des Hilfsoszillators OS notwendig,
daß das Potential des Punktes P verhältnismäßig hoch und das des Punktes Q verhältnismäßig
niedrig ist. In der Ruhelage ist umgekehrt das Potential des Punktes Q hoch und
das des Punktes P niedrig.
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Wenn ein Fehler in einem der Transistoren TZ und T3 oder in den damit
verbundenen Widerständen, z. B. ein innerer Kurzschluß in den Transistoren oder
sonstwe ein Kurzschluß oder ein Bruch der Verdrahtung, auftritt, so kann dies höchstens
zur Folge haben, daß die Spannung des Punktes .P gegenüber dem Erdpotential zunimmt,
aber der Oszillator OS kann dabei nicht schwingen,, solange auch :die Spannung am
Punkt Q hoch ist, da der Kollekter des Transistors T5 dabei gegenüber der Basis
positiv ist und der Transistor nicht verstärkt. Wenn jedoch infolge einer Störung,
z. B, eines Kurzschlusses zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors
T3, der Punkt P Erdpotential annimmt, fällt außerdem, die $peisung des Kollektors
des Transistors T1 über den Widerstand R 1 ab, so daß .die Wirkung dieses Transistors
verschindet und der Punkt a auf Erdpotential bleiben muß und die Kondensatoren C
IL und C2 nicht mehr aufgeladen werden können..
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Wenn umgekehrt ein Fehler im Transistor T4 oder in den damit verbundenen
Widerständen auftritt, kann lediglich -die Spannung am Punkt Q sich ändern. Wenn
somit nicht gleichzeitig eine Störung in den beiden Kreisen T2-T3 bzw. T4 auftritt,
kann der Oszillator OS nicht entsperrt werden.