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Passiver elektrischer Zweipol in Form eines dreidimensionalen Körpers
aus halbleitendem Material und daraus aufgebautes Netzwerk Die vorliegende Erfindung
betrifft einen passiven elektrischen Zweipol in Form eines dreidimensionalen Körpers
aus halbleitendem Material, der für reine oder mit einer Gleichstromkomponente überlagerte
Wechselströme mit Frequenzen innerhalb eines bestimmten Bereiches eine aus wenigstens
einem ohmschen Widerstand vorgegebener Größe und wenigstens einem Kondensator vorgegebener
Größe bestehende Schaltung ergibt, sowie aus derartigen passiven elektrischen Zweipolen
aufgebaute Netzwerke.
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Elektrische Netzwerke, die aus Widerständen und Kapazitäten von vorbestimmten
Werten nach einem vorbestimmten Schaltbild aufgebaut sind, werden in verschiedensten
Arten für viele Zweige der Elektrotechnik und Elektronik, für Rechenmaschinen u.
dgl. hergestellt. Das einfache Verfahren zur Fertigung solcher Stromkreise besteht
darin, daß einzelne, im vorbestimmten Schaltbild angegebene Elemente, d. h. Widerstände,
Kapazitäten und Induktivitäten, mit vorbestimmten Werten angefertigt werden, wonach
sie miteinander nach dem erwünschten Schaltbild leitend verbunden werden, z. B.
durch Verkabeln, Löten usw.
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Eine der wichtigsten Bestrebungen der modernen Elektrotechnik ist
es, Abmessungen der Stromkreise so klein wie nur möglich zu machen. Zu diesem Zwecke
wurden bereits verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen, die darin bestehen, daß gewisse
Kombinationen von Bauelementen durch ein einziges Bauelement kleinerer Abmessung
ersetzt werden. So ist es z. B. bekannt, Miniaturbauteile für elektrische Stromkreise
derart herzustellen, daß ein aus Isolierstoff gefertigter Körper auf einer Seite
einen Film aus Widerstandsmaterial und auf der gegenüberliegenden Seite einen leitenden
Film trägt. Ein solcher Körper hat dann die Eigenschaften der Kombination einer
Kapazität und eines Widerstandes. Nachteilig ist es aber, daß es nötig ist, dünne
Filme auf einen Körper von zwei verschiedenen Seiten her aufzutragen, was ein verhältnismäßig
kompliziertes und teueres Verfahren erfordert. Außerdem kann ein solcher Körper
nur eine einfache Reihenkombination eines Widerstandes und einer Kapazität ersetzen.
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Auch ist es bereits bekannt, Stoffe verschiedener Art übereinanderzulegen
und die unterschiedlichen Eigenschaften solcher Stoffe derart auszunutzen, daß im
Inneren eines oder mehrerer solcher Körper oder auf ihren Berührungsflächen erwünschte
elektrische Wirkungen eintreten. Solche Kombinationen, die manchmal als »function
blocks« bezeichnet werden, sind bereits in verschiedenen Ausführungen vorgeschlagen
worden. So ist z. B. bekannt, daß für gewisse Parameter die Reihenkombination eines
Widerstandes und einer Kapazität durch eine Kombination zweier übereinandergelegter
Körper mit verschiedenen spezifischen Widerständen ersetzt werden kann. Auf der
Berührungsfläche der beiden Körper entsteht eine kapazitive Wirkung, so daß die
Kombination der beiden Körper ein RC-Glied bildet. Eine andere Kombination dieser
Art besteht aus drei übereinandergelegten Schichten verschiedener Materialien, die
derart gewählt sind, daß die erste Schicht aus einem Widerstandsstoff, die zweite
aus einem zwar elektrisch, nicht aber thermisch isolierenden Stoff und die dritte
aus thermoelektrischem Stoff besteht. In die erste Schicht wird Wechselstrom geleitet,
wodurch sie erwärmt wird. Die sich bildende Wärme geht durch die zweite Schicht
hindurch und erwärmt die dritte Schicht, in welcher durch den Seebeckeffekt eine
Gleichspannung entsteht. Diese bekannte Kombination kann daher als Gleichrichter
dienen.
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Sonst hat die elektronische Technik jedoch bisher hauptsächlich Widerstände
hergestellt, die so gebaut waren, daß sie bis zu höchsten Frequenzen eine möglichst
kleine Kapazität aufwiesen. Ebenso hat die elektronische Technik Kondensatoren hergestellt,
die einen möglichst hohen elektrischen Widerstand aufwiesen. Diese Kondensatoren
und Widerstände wurden auf Schaltleisten und in neuerer Zeit auf gedruckten Schaltungen
eingelötet. Die besonders
kapazitätsarm entwickelten Widerstände
und die besonders hochohmig entwickelten Kondensatoren sind in der Herstellung teuer.
Ihre Verlötung auf Schaltleisten oder gedruckten Schaltbrettchen bringt viel Arbeit
mit sich. Die Nebeneinanderordnung von Widerständen und Kondensatoren beansprucht
relativ viel Platz in der Schaltung.
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Die vorliegende Erfindung will die bisher als störend empfundenen
Kapazitäten eines Ohmschen Widerstandes und die bisher als störend empfundenen niedrigeren
Widerstandswerte eines Kondensators ausnutzen zum Bau von Netzwerken, die eine aus
einer Kombination von wenigstens einem Ohmschen Widerstand und wenigstens einem
Kondensator bestehende Schaltung darstellen. Aufgabe der Erfindung ist es, ein aus
einem einzigen Körper bestehendes elektrisches Netzwerk zu schaffen, das mehrere
Arten passiver Zweipole für periodische Ströme in diesem einen Körper, in manchen
Ausführungen auch mehrere Zweipole von derselben Art, vereinigt und das somit zu
einer Verkleinerung des Netzwerkes führt, wobei die Herstellung billig und die gefertigten
Netzwerke zuverlässig und von langer Lebensdauer sind.
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Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst. Die vorliegende
Erfindung schafft auch für komplizierte Zweipole eine Möglichkeit, diese als nur
einen einzigen Körper herzustellen.
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In dem einfachen Falle eines Parallel- oder Serienresonanzkreises
wird dieses erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Zweipol aus einem festen Körper
aus einem einheitlichen Material besteht, dessen Verlustfaktor größer als 0,1 ist,
bei dem auf zwei gegenüberliegenden Seiten je ein leitender Belag fest aufgebracht
ist, und der im Falle einer Serienschaltung eines vorgegebenen Widerstandes R mit
einer vorgegebenen Kapazität C als ein einziger, mit zwei leitenden Belägen versehener
fester, . aus nur einem Material gefertigter Körper der Dicke A, gemessen in Richtung
des angelegten elektrischen Feldes sowie des Querschnittes S, gemessen senkrecht
zum angelegten elektrischen Feld, unter Erfüllung der Bedingung
gebildet ist, dessen. elektrische Leitfähigkeit (Ir dessen Relaxationszeitkonstante
t = RC, dessen optische Dielektrizitätskonstante e, und dessen statische Dielektrizitätskonstante
e, die Bedingungen
erfüllen mit J;" als höchster Frequenz des verwendeten Wechselstromes, während im
Falle einer Parallelschaltung eines Widerstandes R und einer Kapazität C diese Parallelschaltung
als ein einziger mit zwei leitenden Belägen versehener, fester, aus nur einem Material
gefertigter Körper der Dicke A, gemessen in Richtung des angelegten elektrischen
Feldes, sowie des Querschnittes S, gemessen senkrecht zum angelegten elektrischen
Feld, unter Erfüllung
gebildet ist, dessen statische Dielektrizitätskonstante es, elektrische Leitfähigkeit
und Relaxationszeitkonstante t seiner Dipole die Bedingungen
erfüllt mit f", als der höchsten Frequenz des im Netzwerk verwendeten Wechselstromes.
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Das Schaltbild dieser Resonanzkreise ist in der Zeichnung in F i g.
1 und F i g. 2 dargestellt.
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Ein Zweipol, welcher eine Parallelkombination zweier Elemente, von
denen das erste Element eine vorgegebene Kapazität C2 und das zweite Element eine
Serienverbindung eines vorgegebenen Widerstandes R und einer vorgegebenen Kapazität
Cl ist, darstellt, wie F i g. 3 der Zeichnung ihn zeigt, wird erfindungsgemäß so
hergestellt, daß er aus einem festen Körper mit dem Verlustfaktor größer als 0,1
sowie der Dicke A, gemessen in Richtung des angelegten elektrischen Feldes, und
des Querschnittes S, gemessen senkrecht zum elektrischen Feld, unter Einhaltung
der Bedingung
gebildet ist, für den ein Dielektrikum gewählt ist, dessen elektrische Leitfähigkeit
cis, statische Dielektrizitätskonstante e,, optische Dielektrizitätskonstante e,
und Relaxationszeilkonstante t seiner Dipole die Bedingungen J., _<_ 10-'°
Ohm-' cm-' ,
t = R-C, erfüllen.
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Ein Zweipol, welcher eine Serienkombination zweier Elemente, von denen
das erste Element eine vorgegebene Kapazität Cl und das zweite Element eine Parallelverbindung
eines vorgegebenen Widerstandes R und einer vorgegebenen Kapazität C2 ist; darstellt,
dessen Schaltbild in F i g. 4 der Zeichnung dargestellt ist, ist erfindungsgemäß
so gestaltet, daß der Zweipol aus einem festen Körper mit einem Verlustfaktor größer
als 0,1 sowie der Dicke A, gemessen in Richtung des angelegten elektrischen Feldes,
und des Querschnittes S, gemessen senkrecht zum elektrischen Feld, unter Erfüllung
der Bedingung
gebildet ist, für den ein Material gewählt ist, dessen elektrische Leitfähigkeit
g=, statische Dielektrizitätskonstante es, optische Dielektrizitätskonstante e,
und Relaxationszeitkonstante t seiner Dipole die Bedingungen y, <_ 10-s Ohm-'
cm-' ,
t = R - (C, + C,)
erfüllen.
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Ein Zweipol, welcher eine Parallelkombination zweier Elemente, von
denen das erste Element ein vorgegebener Widerstand R2 und das zweite Element eine
Serienverbindung eines vorgegebenen Widerstandes R1 und einer vorgegebenen Kapazität
C isf,
darstellt, dessen Schaltbild in F i g. 5 der Zeichnung dargestellt
ist, ist erfindungsgemäß so gestaltet, daß der Zweipol aus einem festen Körper mit
einem Verlustfaktor größer als 0,1 sowie der Dicke A, gemessen in Richtung des angelegten
elektrischen Feldes, und des Querschnittes S, gemessen senkrecht zum elektrischen
Feld, unter Erfüllung der Bedingung
gebildet ist, für den ein Material gewählt ist, dessen elektrische Leitfähigkeit
g,, optische Leitfähigkeit g, und Relaxationszeitkonstante t seiner Dipole die Bedingungen
t=R,-C erfüllen.
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Ein Zweipol, welcher eine Serienkombination zweier Elemente, von denen
das erste Element eine Parallelverbindung eines vorgegebenen Widerstandes R, und
einer vorgegebenen Kapazität C, und das zweite Element eine Parallelverbindung eines
vorgegebenen Widerstandes R2 und einer vorgegebenen Kapazität C2 ist, darstellt,
dessen Schaltbild in F i g. 6 der Zeichnung dargestellt ist, ist erfindungsgemäß
so gestaltet, daß der Zweipol aus einem festen Körper mit einem Verlustfaktor größer
als 0,1 sowie der Dicke A, gemessen in Richtung des angelegten elektrischen Feldes,
und des Querschnittes S, gemessen senkrecht zum elektrischen Feld, unter Erfüllung
der Bedingung
gebildet ist, für den ein Material gewählt ist, dessen optische Leitfähigkeit g"
elektrische Leitfähigkeit g,, optische Dielektrizitätskonstante e, und Relaxationszeitkonstante
t seiner Dipole die Bedingungen
erfüllen. Ein Zweipol, welcher eine Parallelkombination dreier Elemente, von denen
das erste Element ein vorgegebener Widerstand R,, das zweite Element eine vorgegebene
Kapazität C, und das dritte Element eine Serienverbindung eines vorgegebenen Widerstandes
R, und einer vorgegebenen Kapazität C, ist, darstellt, dessen Schaltbild in F i
g. 7 der Zeichnung dargestellt ist, ist erfindungsgemäß so geschaltet, daß der Zweipol
aus einem festen Körper mit einem Verlustfaktor größer als 0,1 sowie der Dicke A.
gemessen in Richtung des angelegten elektrischen Feldes, und des Querschnittes S,
gemessen senkrecht zum elektrischen Feld, unter Erfüllung der Bedingung
gebildet ist, für den ein Material gewählt ist, dessen optische Leitfähigkeit g,,
elektrische Leitfähigkeit g5, optische Dielektrizitätskonstante e, und Relaxationszeitkonstante
t seiner Dipole die Bedingungen
t = R,-C, erfüllen.
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Ein Zweipol, welcher eine Serienkombination zweier Elemente, von denen
das erste Element ein vorgegebener Widerstand R, und das zweite eine Parallelverbindung
eines vorgegebenen Widerstandes R2 und einer vorgegebenen Kapazität C ist, darstellt,
dessen Schaltbild in F i g. 8 der Zeichnung dargestellt ist, ist erfindungsgemäß
so gestaltet, daß er aus einem festen Körper mit einem Verlustfaktor größer als
0,1 sowie der Dicke A, gemessen in Richtung des angelegten elektrischen Feldes,
und des Querschnittes S, gemessen senkrecht zum elektrischen Feld, unter Erfüllung
der Bedingung
gebildet ist, für den ein Material gewählt ist, dessen optische Leitfähigkeit g,,
elektrische Leitfähigkeit g, und Relaxationszeitkonstante t seiner Dipole die Bedingungen
erfüllen. Ein Zweipol, welcher eine Parallelkombination von n + 1 Elementen (n =
2), von denen das eint Element eine vorgegebene Kapazität C und jedes der weiteren
Elemente eine Serienverbindung eines vorgegebenen Widerstandes R, und einer vorgegebenen
Kapazität Ci (i = 1 ... n) ist, darstellt, dessen Schaltbild in F i g. 9
der Zeichnung dargestellt ist, ist erfindungsgemäß so gestaltet, daß er aus einem
festen Körper mit einem Verlustfaktor größer als 0,1 sowie der Dicke A, gemessen
-in Richtung des angelegten elektrischen Feldes, und des Querschnittes .S, gemessen
senkrecht zum elektrischen Feld, unter Erfüllung der Bedingung
gebildet ist, für den ein Material gewählt ist, dessen optische Dielektrizitätskonstante
e" statische Dielektrizitätskonstante e" optische Leitfähigkeit g, und die Relaxationszeitkonstante
ti (i = 1 ... n) seiner molekularen Dipole die Bedingungen
ti = Ri * Ci (i = 1 , . . n)
erfüllen.
Ein Zweipol, welcher
eine Parallelkombination von n Elementen (n = 2), von denen jedes
eine Serienverbindung eines vorgegebenen Widerstandes R; und einer vorgegebenen
Kapazität C; (i = 1 ... n) ist, darstellt, ist erfindungsgemäß so gestaltet,
daß er aus einem festen Körper mit einem Verlustfaktor größer als 0,1 sowie der
Dicke A, gemessen in Richtung des angelegten elektrischen Feldes, und des Querschnittes
S, gemessen senkrecht zum elektrischen Feld, unter Erfüllung der Bedingung
gebildet ist, für den ein Material gewählt ist, dessen optische Dielektrizitätskonstante
er, statische Dielektrizitätskonstante es, optische Leitfähigkeit g, und die Relaxationszeitkonstanten
t; (i = 1 ... n) seiner molekularen Dipole die Bedingungen
er = 0,001 es ,
t; = Ri - C; (i = 1 ... n)
erfüllen.
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Derartige Zweipole nach der vorliegenden Erfindung sind zweckmäßig
so ausgebildet, daß der feste Körper die Form eines Quaders, eines Prismas, eines
Zylinders oder eines Zylindersegmentes hat.
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Es ist möglich, daß der auf einer Fläche des festen Körpers aufgebrachte
Belag nur einen Teil dieser Fläche bedeckt. Dieses wird dann der Fallsein, wenn
durch die Größe dieser Fläche die erzielte Impedanz erreicht wird, es kann auch
dann der Fall sein, wenn ein Körper mit mehreren Belägen so belegt wird, daß mehrere
Zweipole durch den einen Körper gebildet werden.
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Die genannten Zweipole nach der vorliegenden Erfindung lassen sich
dadurch zu einem passiven elektrischen Netzwerk in einfacher Weise zusammenbauen,
daß an den leitend belegten Flächen und/oder den nicht mit einem leitenden Belag
- versehenen Flächen eines Netzwerkes ein oder mehrere Netzwerke dieser Art befestigt
sind, indem die Körper aneinander und übereinander in mehreren Schichten gelegt
sind. Hierbei ist es in vielen Fällen zweckmäßig, daß ein oder mehrere Beläge in
an . sich bekannter Weise durch angelötete Drähte untereinander verbunden sind.
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Es ist auch möglich, daß von den Zweipolen wenigstens ein Körper in
ein magnetisches Feld gelegt ist, das durch wenigstens ein Induktionselement erzeugt
ist.
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Das Wesen der vorliegenden Erfindung ist im folgenden an Hand der
Zeichnungen, welche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen, näher
erläutert.
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F i g. 1 bis 10 zeigen verschiedene Kombinationen von Widerständen
und Kapazitäten, die erfindungsgemäß durch einen Körper aus nur einem Dielektrikum
ersetzt werden können, dessen Verlustfaktor größer als 0,1 ist und dessen dielektrische
Materialeigenschaften bestimmte Werte aufweisen; F i g. 11 zeigt im Längsschnitt
einen erfindungsgemäß hergestellten Zweipol; F i g. 12 ist eine Vorderansicht desselben
Ausführungsbeispiels wie in F i g. 11, und zwar in Richtung des in F i g. 11 angedeuteten
Pfeiles XII; F i g. 13 ist eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß erzeugten
Zweipoles mit leitenden Belägen; F i g. 14 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß gefertigten Zweipoles; F i g. 15 zeigt ein Schaltbild eines
komplizierteren Netzwerkes, das erfindungsgemäß durch Zusammenfügen übereinander-
und nebeneinandergelegter erfindungsgemäßer Zweipole verwirklicht werden kann; F
i g. 16 zeigt im Schnitt den Zusammenbau von erfindungsgemäßen Zweipolen, durch
die die Schaltungsanordnung nach F i g. 15 verwirklicht wird; F i g. 17 zeigt die
in F i g. 16 dargestellte Kombination von Zweipolen im Schnitt entlang der Linie
XVII-XVII in F i g. 16; F i g. 18 zeigt die Draufsicht eine Schicht von nebeneinandergelegten
erfindungsgemäßen Zweipolen mit leitenden Belägen; F i g. 19 zeigt eine ähnliche
Schicht von Zweipolen mit leitenden Belägen, und F i g. 20 zeigt die beiden Schichten
übereinandergelegt, wobei die Ansicht ih Richtung der in F i g. 18
und 19
angedeuteten Pfeile genommen ist.
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F i g. 1 zeigt eine Serienkombination eines vorgegebenen Widerstandes
R und einer vorgegebenen Kapazität C. Nach der Erfindung wird diese Kombination
durch einen festen Körper ersetzt, der aus einem Dielektrikum gefertigt ist, dessen
Verlustfaktor größer als 0,1 ist und für den ein Dielektrikum gewählt ist, dessen
elektrische Leitfähigkeit g=, optische Dielektrizitätskonstante er, statische Dielektrizitätskonstante
es und Relaxationszeitkonstante t seiner Dipole die Bedingungen g, <_ 10-'o Ohm-'
cm-',
t = R C,
erfüllen, wo f;" die höchste Frequenz bedeutet, für die der Stromkreis verwendet
werden soll, wonach aus einem derart gewählten Dielektrikum ein Körper gefertigt
wird, dessen Dicke A, gemessen in der Richtung des auf den Körper wirkenden elektrischen
Feldes, und dessen Querschnitt S, gemessen senkrecht zu dieser Richtung, die Bedingung
erfüllen. Wie aus der letzten Formel ersichtlich ist, kann einer der beiden Werte
A oder S beliebig gewählt werden, wonach jedoch der andere Wert zwangsweise derart
gewählt werden muß, daß die vorgeschriebene Bedingung
erfüllt wird. In der Praxis ist es vorteilhaft, den Wert von A so klein zu wählen,
wie es überhaupt mit Rücksicht auf die mechanische Festigkeit des
verwendeten
Dielektrikums möglich ist, wonach der Wert von S nach der angeführten Formel bestimmt
werden muß. Dasselbe gilt auch für alle übrigen Ausführungsbeispiele, die im weiteren
angegeben sind.
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Die vorgegebenen Werte können z. B. R = 25 Kiloohm und C = 40 nF betragen.
Derartige Serienkombinationen werden z. B. in physiologischen Lautstärkereglern
von Rundfunkempfängern verwendet, wobei die maximale in Frage kommende Frequenz
.f' " = 12 kHz ist. Erfindungsgemäß kann eine solche ZKombination
durch einen Körper ersetzt werden, der aus nur einem Dielektrikum, z. B. aus Bariumtitanat,
gefertigt ist, welches nachstehende Eigenschaften besitzt: e,, = 10000.e0,
e, = 9,6 eo, t = 10-3 sec, g,, = 10-"'Ohm-'cm-', so daß die Relax
ationszeitkonstante t der erforderlichen Ungleichung t < 1,38 - 10-3 sec für
f;" = 12 kHz genügt. Stoffe mit solchen Eigenschaften sind an sich bekannt, so daß
es keine Schwierigkeiten bietet, einen derartigen Stoff zu finden, der die obenerwähnten
Parameter aufweist.
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Mit eo ist hier und im weiteren Inhalt der Beschreibung die Dielektrizitätskonstante
des Vakuums bezeichnet, eo = 8,85 - 10-'4 F/M. Alle Zahlenangaben sind im MKSA-System
(G i o r g i) angegeben.
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Sodann ist aus dem gewählten Dielektrikum ein Körper derart zu bilden,
daß seine Abmessungen die Formel
erfüllen. Mit Rücksicht auf die mechanische Festigkeit und Bearbeitbarkeit des verwendeten
Materials ist es z. B. zweckmäßig, den Wert A = 0,2 zu wählen, so daß der erforderliche
Querschnitt des Körpers S = 181 mm' beträgt. Der Körper kann z. B. als eine Kreisscheibe
mit einem Durchmesser von etwa 15 mm und einer Dicke von 0,2 mm hergestellt werden.
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Für andere Werte von R und C, z. B. für R = 500 Kiloohm, C = 200 nF
werden die erforderlichen Eigenschaften des Dielektrikums folgende Werte annehmen:
g, = 8 - 10-" Ohm-' cm-', es = 20000e0, e, = 8 e0, t = 10 -' sec,
A = 0,2 mm, S = 2,26 cm'.
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Der Körper kann z. B. in Form einer Kreisscheibe mit etwa 17 mm Durchmesser
und 0,2 mm Dicke gefertigt werden. Ein RC-Glied mit angeführten Eigenschaften kann
z. B. in der Telephonie als Verzögerungsglied verwendet werden..
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F i g. 2 zeigt eine Parallelkombination eines vorgegebenen Widerstandes
R und einer vorgegebenen Kapazität C. Nach der Erfindung wird diese Kombination
durch einen festen Körper gebildet, der aus einem Dielektrikum gebildet ist, dessen
Verlustfaktor größer als 0,1 ist und für den ein Dielektrikum gewählt ist, dessen
statische Dielektrizitätskonstante es, elektrische Leitfähigkeit g, und Relaxationszeitkonstante
t seiner Dipole die Bedingungen
erfüllen, wo f;" die höchste Frequenz bedeutet, für die der Zweipol verwendet werden
soll. Aus einem derart gewählten Dielektrikum ist ein Körper gefertigt, dessen Dicke
A, gemessen in der Richtung des auf den Körper wirkenden dielektrischen Feldes,
und dessen Querschnitt S, gemessen senkrecht zu dieser Richtung, die Bedingung
erfüllen. Die vorgegebenen Werte können z. B. R = 150 Ohm, C = 50 (j.F, .f;" = 6
kHz betragen. Solche Parallelschaltungen werden in Kathodenkreisen von Elektronenröhren
in Verstärkerstufen verwendet. Erfindungsgemäß wird eine solche Kombination durch
eine Scheibe aus einem Dielektrikum §ebildet, bei der e., = 6,7 ' 105 eo, g., =
7,9 ' 10- Ohm-' cm-', t = 2 - 10-' sec, A = 0,2 mm und S = 16,9 cm'
zu wählen ist.
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RC-Parallelkombinationen der in F i g. 2 dargestellten Art werden
auch in Demodulationskreisen von Stereo-Uberlagerungs-Empfängern benutzt, wo die
vorgegebenen Werte z. B. R = 47 Kiloohm, C = 10 pF, f", = 10 kHz betragen können.
Diese Bedingungen können erfindungsgemäß durch die nachstehenden Werte erfüllt werden:
e, = 11500 eo, g, = 2,19 - 10-' Ohm-' cm-', t = 1,2 - 10-o sec, A=2mm, S=2mm2.
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F i g. 3 zeigt eine Parallelkombination zweier Elemente, von denen
das erste Element eine vorgegebene Kapazität C2 und das zweite Element eine Serienverbindung
eines vorgegebenen Widerstandes und einer vorgegebenen Kapazität C, ist. Nach der
Erfindung wird diese Kombination durch einen festen Körper gebildet, der aus einem
Dielektrikum gefertigt ist, dessen Verlustfaktor größer als 0,1 ist und für den
ein Dielektrikum gewählt ist, dessen elektrische Leitfähigkeit g5, statische Dielektrizitätskonstante
es, optische Dielektrizitätskonstante e, und Relaxationszeitkonstante - t seiner
Dipole die Bedingungen g5 <_ 10-'o Ohm-' cm-',
t = R - Cl erfüllen.
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Aus einem derart gewählten Dielektrikum ist ein Körper gefertigt,
dessen Dicke A, gemessen in der Richtung des auf den Körper wirkenden elektrischen
Feldes, und dessen Querschnitt S, gemessen senkrecht zu dieser Richtung, die Bedingung
erfüllen. Derartige Kombinationen werden in Fernsehempfängern verwendet, wo die
erwünschten Werte z. B. Cl = 3 nF, R = 1 Kiloohm, C2 = 500 pF betragen. Erfindungsgemäß
wird eine solche Kombination durch einen Körper aus nur einem Dielektrikum gebildet,
z. B. aus Bariumtitanat mit g, = 10-'0 Ohm-' cm-', es = 2000 e0, e, = 285 eo, t
= 3 - 10-' sec, A = 0,2 mm, S = 40 mmz.
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F i g. 4 zeigt eine Serienkombination zweier Elemente, von denen das
erste Element eine vorgegebene Kapazität C, und das zweite Element eine Parallelverbindung
eines vorgegebenen Widerstandes R und einer vorgegebenen Kapazität C2 ist. Erfindungsgemäß
wird diese Kombination durch einen festen Körper gebildet, der aus einem Dielektrikum
gefertigt
ist, dessen Verlustfaktor größer als 0,1 ist und für den
ein Dielektrikum gewählt ist, dessen elektrische Leitfähigkeit gs, statische Dielektrizitätskonstante
es, optische Dielektrizitätskonstante er und Relaxationszeitkonstante t seiner Dipole
die Bedingungen g, <_ 10-$ Ohm-' cm-' ,
t = R-(C, +C2)
erfüllen. Aus einem derart gewählten Dielektrikum ist
ein Körper gefertigt, dessen Dicke A, gemessen in der Richtung des auf den Körper
wirkenden elektrischen Feldes, und dessen Durchschnitt S, gemessen senkrecht zu
dieser Richtung, die Bedingung
erfüllen. Solche Kombinationen werden z. B. in Fernsehempfängern verwendet, wo die
erwünschten Werte z. B. C, = 120 pF, R = 0,22 Megohm, C2 = 150 pF betragen können.
Erfindungsgemäß wird eine solche Kombination durch einen Körper aus nur einem Dielektrikum
gebildet, beispielsweise aus keramischem Material mit gs = 10-9 Ohm-' cm-', e, =
5,5 e", e, = 3 eo, t = 6,77 - 10-5 sec, A = 0,2 mm, S = 5 cm2.
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F i g. 5 zeigt eine Parallelkombination zweier Elemente, von denen
das erste Element ein vorgegebener Widerstand R2 und das zweite Element eine Serienverbindung
eines vorgegebenen Widerstandes R, und einer vorgegebenen Kapazität C ist. Erfindungsgemäß
wird diese Kombination durch einen festen Körper gebildet, der aus einem Dielektrikum
gefertigt ist, dessen Verlustfaktor größer als 0,1 ist und für den ein Dielektrikum
gewählt ist, dessen elektrische Leitfähigkeit g,, optische Leitfähigkeit g, und
Relaxationszeitkonstante t seiner Dipole die Bedingungen
t = R, - C erfüllen. Aus einem derart gewählten Dielektrikum ist ein Körper gefertigt,
dessen Dicke A, gemessen in der Richtung des auf den Körper wirkenden elektrischen
Feldes, und dessen Querschnitt S, gemessen senkrecht zu dieser Richtung, die Bedingung
erfüllen. Derartige Kombinationen werden in Korrektionsgliedern von Tonabnehmern
verwendet, wobei die erwünschten Werte z. B. R, = 330 Kiloohm, R2 = 2,2 Megohm und
C = 22 pF betragen. Erfindungsgemäß wird eine solche Kombination durch einen Körper
aus nur einem Dielektrikum, z. B. aus Ferrit, gebildet, z. B. mit g, = 2.27 - 10-6
Ohm-' cm-', g, = 1,74 - 10-5 Ohm-' cm-', t = 7,26 - 10-6 sec, A = 0,5 mm,
S = 1 mm2.
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F i g. 6 zeigt eine Serienkombination zweier Elemente, von denen das
erste Element eine Parallelverbindung eines vorgegebenen Widerstandes R, und einer
vorgegebenen Kapazität C, und das zweite Element eine Parallelverbindung eines vorgegebenen
Widerstandes R2 und einer vorgegebenen Kapazität C2 ist. Erfindungsgemäß wird diese
Kombination durch einen festen Körper gebildet, der aus einem Dielektrikum gefertigt
ist, dessen Verlustfaktor größer als 0,1 ist und für den ein Dielektrikum gewählt
ist, dessen optische Leitfähigkeit g" elektrische Leitfähigkeit g5, optische Dielektrizitätskonstante
e, und Retaxationszeitkonstante t seiner Dipole die Bedingungen
erfüllen. Aus einem derart gewählten Dielektrikum ist ein Körper gefertigt, dessen
Dicke A, gemessen in der Richtung des auf den Körper wirkenden elektrischen Feldes,
und dessen Querschnitt S, gemessen senkrecht zu dieser Richtung, die Bedingung
erfüllen. Derartige Kombinationen kommen in elektrischen Filtern vor, wobei die
erwünschten Werte z. B. R1 = 1,5 Megohm, C, = 10 nF, R2 = 1 Kiloohm, C2 = 2 ,..F
betragen. Erfindungsgemäß ist eine solche Kombination durch einen Körper aus nur
einem Dielektrikum, z. B. aus Bariumtitanat gebildet, z. B. mit g, = 1,1 - 10-'Ohm-cm-1,
' g, = 1,07-10-' Ohm-' cm-', e, = 300 eo, t = 1,2 - 10"1 sec, A = 0,2 mm,
S = 1,25 cm2.
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F i g. 7 zeigt eine Parallelkombination dreier Elemente, von denen
das erste Element ein vorgegebener Widerstand R2, das zweite Element eine vorgegebene
Kapazität C2 und das dritte Element eine Serienverbindung eines vorgegebenen Widerstandes
R, und einer vorgegebenen Kapazität C, ist. Erfindungsgemäß ist diese Kombination
durch einen festen Körper ersetzt, der aus einem Dielektrikum gefertigt ist, dessen
Verlustfaktor größer als 0,1 ist und fite' den ein Dielektrikum gewählt ist, dessen
optische Leitfähigkeit g,, elektrische Leitfähigkeit g, optische Dielektrizitätskonstante
e, und Relaxationszeitkonstante t seiner Dipole die Bedingungen
t = R,'C, erfüllen, wonach aus einem derart gewählten Dielektrikum ein Körper gefertigt
ist, dessen Dicke A, gemessen in der Richtung des auf den Körper wirkenden elektrischen
Feldes, und dessen Querschnitt S, gemessen senkrecht zu dieser Richtung, die Bedingung
,
erfüllen.
Solche Kombinationen werden in Kathodenkreisen von Elektronenröhren
in Videoverstärkern von Fernsehempfängern verwendet, wobei die erwünschten Werte
z. B. R1 = 47 Ohm, Cl = 5 nF, R2 = 47 Ohm, C2 = 2 nF betragen. Erfindungsgemäß ist
eine solche Kombination durch einen Körper aus nur einem Dielektrikum, beispielsweise
aus Spinel, gebildet, z. B. mit g, = 5,6 - 10-4 Ohm-' cm-', g, = 2,8 10-4 Ohm-'
cm-', e, = 300 eo, t = 2,35 - 10-' sec, A = 0,2 mm, S = 1,52 cm'.
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F i g. 8 zeigt eine Serienkombination zweier Elemente, von denen das
erste Element ein vorgegebener Widerstand R, und das zweite Element eine Parallelverbindung
eines vorgegebenen Widerstandes R2 und einer vorgegebenen Kapazität C ist. Erfindungsgemäß
ist diese Kombination durch einen festen Körper gebildet, der aus einem Dielektrikum
gefertigt ist, dessen Verlustfaktor größer als 0,1 ist und für den ein Dielektrikum
gewählt ist, dessen optische Leitfähigkeit g,, elektrische Leitfähigkeit g, und
Relaxationszeitkonstante t seiner Dipole die Bedingungen
erfüllen. Aus einem derart gewählten Dielektrikum ist ein Körper gefertigt, dessen
Dicke A, gemessen in der Richtung des auf den Körper wirkenden elektrischen Feldes,
und dessen Querschnitt S, gemessen senkrecht zu dieser Richtung, die Bedingung
erfüllen. Derartige Kombinationen kommen in Kathodenkreisen von Fernsehempfängern
vor, wobei die erwünschten Werte z. B. R, = 33 Ohm, R2 = 180 Ohm und C = 3300 pF
betragen. Erfindungsgemäß wird eine solche Kombination durch einen Körper aus nur
einem Dielektrikum gebildet, dessen Eigenschaften und Abmessungen z. B. folgende
Werte haben: y, = 1,26 - 10-' Ohm-'cm-', J, = 2 - 10-2 Ohm-' cm-', t = 9,23
- 10-'- sec, A = 0,5 mm, S = 1,2 mm?.
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F i g. 9 zeigt eine Parallelkombination von mehr als zwei Elementen,
von denen das erste Element eine vorgegebene Kapazität C und jedes der w.;iteren
Elemente eine Serienverbindung eines vorgegebenen Widerstandes R; und einer vorgegebenen
Kapazität Ci ist (i = 1,2). Obwohl in F i g. 9 nur zwei solche Serienglieder gezeigt
sind, können im allgemeinen ia Glieder vorkommen (n >_ 2), so daß die ganze Parallelkombination
dann n + 1 Elemente (einschließlich der Kapazität C) aufweist. Erfindungsgemäß ist
diese Kombination durch einen festen Körper gebildet, der aus nur einem Dielektrikum
gefertigt ist, welches einen Verlustfaktor größer als 0,1 und n Relaxationszeitkonstanten
ti (i = 1 ... n) verschiedener molekularer Dipole aufweist, zu welchem Zwecke
ein Dielektrikum gewählt ist, dessen optische Dielektrizitätskonstante e" statische
Dielektrizitätskonstante es, optische Leitfähigkeit g, und die Relaxationszeitkonstanten
ti (i = 1 ... n) seiner molekularen Dipole die Bedingungen
. ti=Ri*Ci (i= 1...n)
erfüllen.
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Aus einem derart gewählten Dielektrikum ist ein Körper gefertigt,
dessen Dicke A, gemessen in der Richtung des auf den Körper wirkenden elektrischen
Feldes, und dessen Durchschnitt S, gemessen senkrecht zu dieser Richtung, die Bedingung
erfüllen. Derartige Kombinationen werden in Filterkreisen verwendet, wobei die erwünschten
Werte z. B. C = 50 pF, R, = 1 Kiloohm, C, = 230 pF, R2 = 2,5 Megohm, C2 = 3000 pF
betragen. Erfindungsgemäß ist eine solche Kombination durch einen Körper aus einem
Dielektrikum gebildet, das zwei Arten von Molekulardipolen aufweist, z. B. aus einem
ferroelektrischen Material der genannten Art, z. B. mit e,=300eo, e,=19500eo, g,
=5,26-10-40hm-'cm-', t, = 2,3 - 10-' sec, t2 = 7,5 - 10-' sec, A = 0,2 mm,
S = 3,8 mm'.
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F i g. 10 zeigt eine Parallelkombination von zwei Elementen, von denen
jedes aus einer Serienverbindung eines vorgegebenen Widerstandes R, bzw. R2 und
einer vorgegebenen Kapazität C, bzw. C2 besteht. Obwohl in F i g. 10 nur zwei solche
Serienglieder Ri, Ci (i = 1,2) gezeigt sind, kann ihre Anzahl im allgemeinen
n sein (n >__ 2). Erfindungsgemäß ist eine solche Kombination durch
einen festen Körper gebildet, der aus nur einem Dielektrikum gefertigt ist, welches
einen Verlustfaktor größer als 0,1 und n Relaxationszeitkonstanten ti (i = 1
... n) verschiedener molekularer Dipole aufweist, zu welchem Zwecke ein Dielektrikum
gewählt wird, dessen optische Dielektrizitätskonstante e" statische Dielektrizitätskonstante
es, optische Leitfähigkeit cg, und die Relaxationszeitkonstanten ti (i = 1
... n) seiner molekularen Dipole die Bedingungen e, = 0,001 es ,
ti = R1 - Ci (i = 1 ... n)' erfüllen. Aus einem derart gewählten Dielektrikum
ist ein Körper gefertigt, dessen Dicke A, gemessen in der Richtung des auf den Körper
wirkenden elektrischen Feldes, und dessen Querschnitt S, gemessen senkrecht zu dieser
Richtung, die Bedingung
erfüllen. Derartige Kombinationen werden in Filterkreisen verwendet und die erwünschten
Werte können z. B. C, = 5 nF, R, = 1 Kiloohm, C2 = 150 n F,
R2 =
0,2 Megohm betragen. Erfindungsgemäß kann eine solche Kombination -durch einen Körper
aus einem Dielektrikum, z. B. aus gemischtem Ferroelektrikum, ersetzt werden, welches
zwei Arten molekularer Dipole aufweist, mit e, = 300 eo, e, = 54700e0, cg, = 3,13
- 10-5 Ohm-' cm-', t1 = 5 10-6 sec, t2 = 3 - 10-2 sec.
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Die aus einem solchen Dielektrikum gefertigten Körper der Erfindung
können in ein magnetisches Feld gelegt werden, welches durch ein oder mehrere Induktionselemente
erzeugt ist. Eine solche Anordnung ist schematisch in F i g. 11 und 12 gezeigt.
Körper 11 und 12 aus dielektrischen Stoffen mit hohem Verlustfaktor sind auf ihren
gegenüberliegenden Seiten mit leitenden Belägen 13, 14, 15 und
16
versehen. Diese Beläge sind in F i g. 11 in übertriebener Dicke dargestellt.
Die Körper 11 und 12
sind miteinander durch die Berührung ihrer beiden
Beläge 14 und 15 elektrisch verbunden. Die äußeren Beläge 13, 16 dieser
Körper sind mit Leitern 17, 18 verbunden, die ihrerseits z. B. an eine nicht dargestellte
Stromquelle angeschlossen werden können. Parallel zu den Körpern 11 und 12 ist über
eine Anzapfung 19 eine Wicklung 20 angeschlossen, die ein magnetisches, die Körper
11 und 12 umgebendes Feld erzeugt. Durch diese Anordnung ist es möglich, nicht nur
die Dielektrizitätskonstanten der Körper 11
und 12 zum erwünschten Zwecke
auszunutzen, sondern auch deren Permeabilitäten und Frequenzcharakteristiken ihrer
Dielektrizitätskonstanten und Permeabilitäten. Außer der Wicklung 20 kann noch eine
weitere, nicht dargestellte Wicklung angeordnet werden, die zur Steuerung der Feldstärke
des durch die Wicklung 20 erzeugten magnetischen Feldes, unabhängig von der Wicklung
20, verwendet werden kann.
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Einzelne Körper aus dielektrischen Stoffen mit hohem Verlustfaktor
können in Form von Platten oder Prismen ausgebildet sein, wie es in F i g. 13 dargestellt
ist, oder von Zylindern, wie es F i g. 14 zeigt, oder sie können andere Formen haben.
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Der in F i g. 13 dargestellte plattenförmige Körper 21 hat leitende
Beläge 22 auf beiden gegenüberliegenden Seiten. Diese Beläge überdecken jedoch nicht
die ganze Fläche der gegenüberliegenden Seiten des Körpers 21, so daß sie nicht
bis zum Rand der Flächen reichen. Deswegen ist in F i g. 13 nur der auf der Oberseite
des Körpers vorgesehene Belag 22 sichtbar.
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Der in F i g. 14 dargestellte zylinderförmige Körper 23 hat auf seinen
gegenüberliegenden Seiten leitende Beläge 24, 25, die in diesem Falle die
ganze Oberfläche dieser gegenüberliegenden Seiten des Körpers 23 bedecken.
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Wie schon oben erwähnt, können die aus Zweipolen gebildeten Netzwerke
außer Körpern, die aus dielektrischen Stoffen mit einem Verlustfaktor größer als-
0,1 bestehen, auch noch- Körper enthalten, die aus Stoffen mit einem Verlustfaktor
kleiner oder gleich 0,1 gefertigt sind, und/oder Körper aus Halbleitern und/oder
aus Widerstandsstoffen. Derartige Körper können ebenfalls auf ihren gegenüberliegenden
Seiten mit leitenden Belägen versehen sein und können nebeneinander- und übereinandergelegt
werden.
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F i g. 15 zeigt ein verhältnismäßig kompliziertes Schaltbild mit fünf
Widerständen R11 bis R15, vier Kapazitäten C11 bis C14 und sechs Klemmen S1 bis
SE,. Wie in F i g. 16 und 17 gezeigt ist, kann ein derartiges elektrisches Netzwerk
erfindungsgemäß aus Körpern zusammengebaut sein, die aus dielektrischen Stoffen
hohen Verlustfaktors, dielektrischen Stoffen niedrigen Verlustfaktors und aus Widerstandsstoffen
gefertigt sind. Die Parallelkombination des Widerstandes R14 und der Kapazität C14
wird erfindungsgemäß durch einen Körper 31 aus einem verlustreichen Dielektrikum
ersetzt, wie schon oben im Zusammenhang mit F i g. 2 erläutert wurde. Die Kapazität
C11 wird durch einen Körper 32 aus verlustarmem Dielektrikum gebildet. In ähnlicher
Weise wird die Kapazität C12 durch einen Körper 33 und die Kapazität C13 durch einen
Körper 34 ersetzt, wobei die beiden Körper aus verlustarmen dielektrischen Stoffen
gefertigt sind. Der Widerstand R12 wird durch einen Körper 35 aus Widerstandsstoff
verwirklicht und ebenso wird der Widerstand R12 durch einen Körper 36, der Widerstand
R13 durch einen Körper 37 und der Widerstand R15 durch einen Körper 38, alle aus
Widerstandsstoff, gebildet. Klemmen S1 bis S6 sind mit gleichen Bezugszeichen @
wie in F i g. 15 versehen. Dicke Linien 39 zwischen einzelnen Körpern stellen leitende
Beläge der Körper dar.
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Wie aus F i g. 16 und 17 ersichtlich, sind die Körper aus verlustreichen
dielektrischen Stoffen, aus verlustarmen dielektrischen Stoffen und aus Widerstandsstoffen
nebeneinander und übereinander in mehreren Schichten gelegt. In dem hier gezeigten
Ausführungsbeispiel gibt es vier solche Schichten. Die erste, unterste Schicht besteht
aus den Körpern 35, 33 und 36, wobei der Körper 33 in zwei weitere, darüberliegende
Schichten hineinragt. Die zweite Schicht besteht aus den Körpern 32 und 38 sowie
aus dem schon erwähnten Körper 33, die dritte Schicht besteht aus den Körpern 37,
34 und 33. Die vierte Schicht enthält nur einen Körper 31. Es ist ersichtlich, daß
die übereinanderliegenden Körper in der ersten, zweiten und dritten Schicht Grundrißflächen
gleicher Form und Größe aufweisen, wie in F i g. 17 für die unterste Schicht gezeigt
ist. Dagegen hat der Körper 31 in der vierten Schicht eine unterschiedliche, rechteckförmige
Gestalt.
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F i g. 18 und 19 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel zweier Schichten
plattenförmiger Körper. Die erste, in F i g. 18 gezeigte Schicht besteht aus einem
Zentralkörper 40 in Form einer Kreisscheibe und aus weiteren Körpern
41, 43, 44, 45, 46 und 47,
von denen jeder die Form eines Zylindersegmentes
hat. Die zweite, in F i g. 19 gezeigte Schicht besteht aus einem Zentralkörper
48 in der Form einer Kreisscheibe und aus weiteren Körpern 49,
50, 51,'`52 und 53, von denen jeder die Form eines Zylindersegmentes hat.
Schraffierte Flächen auf den Oberflächen der Körper 40 bis 53 stellen
leitende Beläge dar, die nicht bis zum Rand der Körper reichen. Die Körper 40 bis
53 haben leitende Beläge nicht nur auf ihren Oberseiten, wie in F i g. 18 und 19
sichtbar ist, sondern auch auf ihren Unterseiten. Sind daher die beiden in F i g.
18 und 19 dargestellten Schichten übereinandergelegt, wie in F i g. 20 in einer
in Richtung der in F i g. 18 und 19 gezeichneten Pfeile X genommenen Ansicht dargestellt
ist, dann werden z. B. die Körper 44 und 45 in der unteren Schicht
an den Körper 51 in der oberen Schicht parallel ngeschlossen, während z. B. der
Körper 41 in der unteren Schicht mit dem Körper 49 in der oberen Schicht
in
Reihe geschaltet wird usw. Auch in diesem Ausführungsbeispiel haben die übereinanderliegenden
Körper in verschiedenen Schichten verschiedene Gestalten ihrer Grundrißflächen.