DE1298129B - Verfahren fuer die Zaehlcodierung fuer Mehrkanal-Pulscodemodulation - Google Patents

Description

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Bei der Analog-Digital-Umsetzung, die insbesondere benachbarten Kanälen auftritt und bei dem gegenbei der Pulscodemodulation (PCM) verwendet wird, über dem Vorschlag noch weniger Aufwand erfordersind zwei Möglichkeiten bekannt, nämlich Rückkopp- lieh wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erlungscodierung und eine Codierung durch Modula- reicht, daß die Kanäle in zwei gleiche Gruppen auftion der Dauer, bei der ein zu codierender Spannungs- 5 geteilt werden und die Dauer eines Codierzyklus zwei abtastwert einer Binärzahl gleichgemacht wird, deren Veränderungsperioden der Vergleichsspannung um-Wert die Amplitude dieses Spannungswertes kenn- faßt, daß während der ersten Hälfte eines Codierzyklus zeichnet. Die letzte Art der Codierung ist als Zähl- die Vergleichsspannung parallel an die je Kanal der codierung bekannt. ersten Gruppe vorhandenen Vergleicher angelegt wird, Bei der bekannten Zählcodierung vergleicht man io an denen ständig das Analogsignal anliegt, daß bei das zu codierende Signal mit einer Sägezahnspannung Gleichheit der jeweilige Zählerstand in einem dem je-(oder einer Treppenspannung), deren Steuerung mit weiligen Kanal zugeordneten Speicher übertragen der des Impulsgenerators synchronisiert ist. Dieser wird, daß gleichzeitig die in den Speichern der zweiten Generator steuert einen Zähler und arbeitet so lange, Gruppe eingespeicherten Informationen für die Überbis die zu vergleichenden Amplituden den gleichen 15 tragung ausgelesen werden und daß während der Wert haben. Die maximale Amplitude, die die Säge- zweiten Hälfte des Codierzyklus in entsprechender zahnspannung einnehmen kann, entspricht der maxi- Weise die Codewerte für die zweite Gruppe festgestellt malen Amplitude des zu codierenden Signals und ist und die der ersten Gruppe für die Übertragung ausdurch die größte Zahl gekennzeichnet, die der Zähler gelesen werden.

darstellen kann. Unter diesen Bedingungen stellt die 20 Die Erfindung wird nun an Hand des in den Zeich-Zahl, die in dem Zähler beim Sperren des Generators nungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher ereingespeichert ist, den codierten Wert der zu codie- läutert. Es zeigen

renden Spannung dar. Die Dauer der Codierung ist Fig. la bis Id Diagramme von Signalen, die in dabei unterschiedlich und proportional zur Amplitude dem Coder gemäß der Erfindung auftreten, des zu codierenden Signals. Bei einer Zeitmultiplex- 25 Fig. 2a bis 2d Diagramme von Signalen, die in codierung ist sie außerdem proportional zur Zahl der einer speziellen Ausührungsfform des Coders aufKanäle, treten, und

Jedes zu codierende Analogsignal muß einmal je F i g. 3 ein Schaltbild dieser speziellen Ausführungs-

Wiederholungsperiode TR abgetastet und dann in art.

einem Kondensator gespeichert werden, wozu Strom- 30 Zuerst soll das Prinzip der Arbeitsweise im allgekreise nötig sind, deren Realisierung schwierig ist, meinen Fall beschrieben werden, bei dem die Zahl der wenn der Coder eine bestimmte Zahl von analogen Kanäle m und die Zahl der Ziffern η beliebig sind mit Spannungen von unterschiedlichen Quellen im Zeit- der einzigen Bedingung, daß m eine gerade Zahl ist. multiplex verarbeiten soll. Wenn die Codiergeschwin- In F i g. 1 sind die zwei aufeinanderfolgenden Zyklen digkeit groß ist, ergibt sich das Problem des Über- 35 TzI und TzI des Sägezahn-Bezugssignals dargestellt, Sprechens zwischen benachbarten Kanälen, da nur dessen Anstiegs- und Abfallzeit mit TM und TR beeine kurze Zeit zur Entladung des Kondensators ver- zeichnet sind. Fig. Ib stellt die Zeitlagensignale für fügbar ist, bevor der nächste abgetastete Wert in ihm _{die Kanäle VQ V1} v(j?L— ±\ v(-) usw gespeichert wird. ' "" V 2 /' \2)"'

Um ein Übersprechen zu vermeiden, ist bereits vor- 40 dar, die benötigt werden, um nach der Codierung die

geschlagen worden, daß in einem ersten Zeitabschnitt Übertragung der entsprechenden Codewerte für die

die Vergleichsspannung parallel an einen je Kanal vor- _{Kanäle 0}, 1 ...... _usw. zu steuern. Die Code-

handenen Vergleicher abgelegt wird, an dem standig ' 2

das zu codierende Analogsignal anliegt daß bei Gleich- _d erstenGruppe mit ^- Sprechkanälen werden heit der Zahlerstand meinen dem jeweiligen Kanal zu- 45 2 ^F geordneten ersten Speicher übertragen wird und daß während des Zyklus TzI übertragen, und die der zweiin einem zweiten Zeitabschnitt der Inhalt der ersten ten Gruppe während des Zyklus TzI. Diese Zeitlagen-Speicher in zweite Speicher übertragen wird, aus denen signale werden von einem Übertragungszähler abdie Information während des darauffolgenden ersten gegeben.

Zeitabschnittes für die Übertragung in der gewünsch- 50 Die maximale Amplitude Ec des Sägezahnsignals

ten Form ausgelesen werden. legt die obere Grenze für den Spannungsbereich, der

Ein solcher Coder enthält weder einen Abtastkreis codiert werden kann, fest. Die Codewerte werden von

noch einen Speicher für das zu codierende Signal. einem Codierzähler mit einer Kapazität von η Ziffern

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver- abgegeben. Die Dezimalwerte dieser Code sind in

fahren für die Zählcodierung für Merkanal-Pulscode- 55 F i g. Ic dargestellt, und man erkennt, daß die 2ⁿ—1

modulation, bei dem die zu codierenden Analogsignale ersten Codewerte der Anstiegszeit TM der Sägezahn-

mit einer mit der Zeit in gleicher Richtung sich ver- spannung entsprechen. Das Auftreten des letzten

ändernden Vergleichsspannung verglichen werden, Codewertes (2^W—1) ruft die Erzeugung eines Si-

wobei während jeder Veränderungsperiode der Ver- gnals F hervor, das in der F i g. Id dargestellt ist und

gleichsspannung ein Zähler von 0 beginnend fort- 60 das die Sperrung des Codierzählers und den Abfall der

geschaltet wird und in einem jedem Kanal zugeordne- Sägezahnspannung auf den Wert Null veranlaßt. Wenn

ten Vergleicher die Vergleichsspannung mit der Ampli- _d Übertragungszähler die Stellung W-£) erreicht, tude des Analogsignals verglichen wird, wobei bei ^{& & ö} V 2 J ' Übereinstimmung die momentane Stellung des Zählers wird dieses Signal F unterdrückt, und es beginnt ein in einem diesem Kanal zugeordneten Speicher über- 65 neuer Zyklus für die Sägezahnspannung. Die Codetragen wird und von dort als Codewort entnommen werte der ersten Gruppe der Sprachkanäle sind wähwerden kann, zu schaffen, bei dem ebenfalls bei hohen rend des Zyklus TzI übertragen und die zu codierenden Codiergeschwindigkeiten kein Übersprechen zwischen Spannungen aus den Kanälen der zweiten Gruppe wäh-

rend dieser Zeit codiert. Im folgenden Zyklus TzI werden die Codewerte dieser Gruppe übertragen und die in der ersten Gruppe empfangenen Analogspannungen codiert usw.

Wenn man mit ta und tb (s. Fig. Ic und Ib) die Dauer der Anzeige eines Codewertes im Codierzähler bzw. die Dauer für einen Kanal bezeichnet, erhält man die nachfolgenden Gleichungen:

Tz=

tb,

T = Clⁿ — "Π ta
Tr-y -ta, y ganzzahlig Tz = Tm + Tr = (2ⁿ — 1 + y) · ta. (2) Durch Gleichsetzen von (1) und (2) erhält man: tb _ 2(2ⁿ — 1 + j)

Wenn man m, η und Tz kennt, genügt es, einen

Wert vony zu wählen, so daß das Verhältnis von f

* ta

eine ganzzahlige Zahl ist oder eine Bruchzahl, bei der Zähler und Nenner nur kleine Werte sind. Unter diesen Bedingungen können die Fortschaltesignale für die zwei Zähler über ein oder zwei Teilerkreise von dem gleichen Impulsgenerator abgeleitet werden.

Es soll jetzt ein bestimmtes Ausführungsbeispiel für einen Coder gemäß der Erfindung beschrieben werden, indem die folgenden Werte gewählt sind:

z^dni ucr ivandie in — j^ — z.

Zahl der Ziffern des zu übertragen-

den Codes η + 1 = 8

Zahl der Ziffern" des' Codes,' der den zu codierenden Spannungs-

wert darstellt· η = 7

Wert des Koeffizienten y '.'.'.'.'.'.'.'. 1

Man hat so

tb
—

₃ _

Man erkennt, daß diese spezielle Wahl der Parameter es erlaubt, daß man em Verhältnis-erhalt, das

genau der Zahl der Ziffern des zu übertragenden Codes entspricht, und daß die Zahl der Kanäle eine ganzzahlige Potenz von 2 ist. Wie schon oben beschrieben, ist der zu codierende Spannungsbereich in 2ⁿ — 1 = 127 gleiche Stufen aufgeteilt. Der übertragene Code enthält eine zusätzliche Ziffer, die verwendet wird, um entweder die Synchronisierung der Sprachkanäle beim Empfang sicherzustellen oder die Menge der übertragenen Informationen nach einem Verfahren zu erhöhen, wie es z. B. in der französischen Patentschrift 1 355 578 beschrieben ist.

In den Fig. 2a bis 2d sind zwei aufeinanderfolgende Zyklen TzI und TzI des Sägezahnsignals, die Kanalzeiten VO bis F31, die Dezimalwerte 0 bis 127 der vom Codierzähler abgegebenen Codewerte und das schon oben erwähnte Signal F dargestellt. Durch entsprechende Wahl des Wertes füry (y = 1) entspricht dieses Signal dem Codewert 127. Die Codierung wird ohne jede Abtastung durchgeführt, da die Sägezahn-

spannung jede Amplitude der zu codierenden Spannungen erreicht. Die während der Zyklen Tz 1 und TzI durchgeführten Arbeitsvorgänge sind die folgenden:

^a) Wahrend des Zyklus TzI werden die m den Ka- *^ale* ^{U bis 31} empfangenen Signale codiert und Je Codewerte aus den Kanälen 0 bis 15 gesteuert durch die Signale VO bis F15 übertragen;

b) während des Zyklus TzI werden die in den Kanälen 0 bis 15 empfangenen Signale codiert und die Codewerte aus den Kanälen 16 bis 31 gesteuert durch die Signale VU bis F31 übertragen.

F i g. 3 stellt das Schema eines Coders dar, der den Zähler CiV, den Signalgenerator AG, die Gruppe der Vergleicher CM den Speicher MR und den Übertragungskreis TA enthalt.
In dem Zähler CN sind zur Vereinfachung nur die Kippschaltungen Cl bis C8 dargestellt, auf die Darstellung der Verbindungen zwischen diesen Elementen wurde verzichtet. Die Kippschaltung CS, an die die F°rtschaltesignale Aa angelegt werden ist diejenige, die die am wenigsten wichtige Ziffer darstellt, die Kippschaltung Cl ist diejenige, die die höchstwertige Ziffer darstellt. Durch die Wahl der Parameter hat dieser Zähler die Aufgabe, als Codierzähler, als Übertragungszähler und als Zeitlagenzähler zu arbeiten. Der Ausdruck »Zeitlage« kennzeichnet dabei die Zeit, die für die Übertragung jeder der η + 1 Ziffern des Codes vorgesehen ist, wenn diese Übertragung in Serienform stattfindet. Die sieben Kippschaltungen C2 bis CS liefern die Codewerte mit η = 7 Ziffern, die für die £° ^dl*™% ^¹S* ^werdf> ^df Kippschaltungen Cl bis C5 hefern die m = 32 Codewerte, die den Zeiten ^ Je Kanäle entsprechen, und die Kippschaltungen ^C.^{6 b}f «geben die « + 1 = 8 Codewerte ab, die den einzelnen Zeitlagen entsprechen. Jedesmal, wenn ein ^^klus _r ^des Sägezahnsignals durch aufeinanderfolgendes Auftreten von 2ⁿ Codewerten m den Kippschaltungen Cl bis CS beendet ist, ändert die Kippschaltung Cl ihren Zustand, so daß die Signale CIl und ClO an den Ausgängen 1 bzw. 0 auftreten und damit ^j₆ Zeiten für die Codierung der ersten bzw. zweiten Gruppe von Kanälen festlegen.

Der Signalgenerator AG enthält einen Impulsgenerator A, der über seinen Ausgang Aa die Fortschaltesignale für den Zähler CiV abgibt, weiterhin den Säge_za ⁸ _{hngenerator W; den Ot}J_a^_{Dh der} die Signfle VO, Vl ... F31 erzeugt, und den Decoder D 2, der die Zeitlagensignale /0, ti ... ti abgibt. Er enthält weiterhin die UND-Schaltung Pl und die ODER-Schaltung Pl, die ein Signal F abgeben, wenn ein Signal ti zur gleichen Zeit anliegt wie ein Signal F15 oder F31, die die Tatsache kennzeichnen, daß alle Kippschaltungen Cl bis CS im Zustand 1 sind, d. h.

daß der durch diese Kippschaltungen dargestellte Wert den Wert 2"-I = 127 hat.

Der Generator SG liefert ein Signal Z, dessen Amplitude linear mit der Zeit ansteigt, solange die UND- SchaltungPl gesperrt ist. Wenn diese ein SignalFabgibt, fällt die Amplitude des Signals Z auf den Wert 0 ab, sie steigt jedoch wieder an, wenn das Signal .Ff ortfällt. Man sieht daraus, daß, wie es auch schon in den F i g. 2 a und 2 c dargestellt ist, die Amplitude des Signals Z in Synchronismus mit dem Fortschalten der Codewerte ansteigt, die von den Kippschaltungen Cl bis C8 abgegeben werden.

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Die Gruppe CAi der Vergleicher enthält m Ver- Wert von 1 auf 127 ansteigt. Während dieser Zeit

gleicher MO, Ml ... M31, an diese wird angelegt: bleibt die Kippschaltung Cl im Zustand 0 und gibt

. . . _t „_Λ ,„ _Ar„ ein Signal ClO ab, mit dem die Vergleicher M16 bis

diezucodierenden AnalogsignaleNQNl... N31 _M31 freigegeben werden. Der folgende Impuls läßt

das Sagezahnsignal Z das von dem Generator SG ₅ ^ Kippschaltung Cl in den Zustand 1 kippen und

abgegeben wird, und _{alle anderen} Kippschaltungen in den Zustand 0, so

ein Entsperrsignal, das entweder das Signal CIl daß der von den Kippschaltungen Cl bis CS darge-

für die Vergleicher MO bis M15 oder das Si- stellte Wert wieder den Wert Null darstellt und danach

gnal ClO für die Vergleicher M16 bis M31 ist. von 1 auf 127 ansteigt. Während dieser Zeit gibt das

ίο Signal CIl die Vergleicher MO bis MlS frei.

Jeder der Vergleicher gibt auf seinem Ausgang SO, Der oben beschriebene Coder arbeitet auf folgende

Sl ... bzw. 531 ein Signal ab, wenn die zu verglei- Weise: Wenn die Kippschaltung Cl ein Signal ClO chenden Spannungen gleich sind und wenn das Frei- abgibt, können die Analogsignale iV16 bis iV31 der

gabesignal angelegt ist. zweiten Gruppe von Kanälen durch Vergleich mit Der Speicher MR, der insgesamt mZeilen und 15 dem SignalZ codiert werden (Zyklus TzI, Fig. 2a).

η Spalten enthält, ist in zwei Unterspeicher MRl und Sobald ein Gleichheitssignal auftritt, steuert es das

,,„„ „ . „. j . j m „ ., JCi Einschreiben des Codewertes, der für diesen Zeitpunkt

MRl aufgeteilt, von denen jeder _Ύ Zeilen und η Spal- _{durch die} Kippschaltungen Cl bis CS im Zähler CiV

ten enthält. Der erste dieser Unterspeicher ist für die ansteht, auf der für diesen Kanal reservierten Zeile im Codewerte der Kanäle 0 bis 15 und der zweite für die 20 Speicher MR. Zur gleichen Zeit steuern die Kanal-Codewerte der Kanäle 16 bis 31 bestimmt. Die Tor- Zeitsignale VO bis F15, die vom Decoder Dl abgeschaltungen P3 bis P 6 steuern die Auswahl der Unter- geben werden, das Ablesen der Codewerte, die zur speicher, gesteuert durch die Signale ClO und CIl. ersten Gruppe von Kanälen gehören. Diese Ablesung Die Auswahl bei der Einspeicherung in den Speicher erfolgt in Serienform, gesteuert durch die Zeitlagen-MRl geschieht durch Koinzidenz von zwei Signalen. 25 signale ti bis ti. Wenn die Kippschaltungen Cl bis Die Signale für die Auswahl der Zeilen, die an den CS den Code 127 anzeigen, gibt die Torschaltung Pl Eingang WL angelegt werden, sind die Signale SO ein Signal F für die Dauer des Anstehens dieses bis 515 und die Signale für die Auswahl der Spalten, Codes ab, das die Rückstellung der Sägezahnspannung die an den Eingang WC angelegt werden, sind die auf den Wert Null steuert. Unmittelbar danach ändert Signale, die von den Kippschaltungen Cl bis CS des 30 die Kippschaltung Cl ihren Zustand und lieferte ein Zählers CiV abgegeben werden, wenn die Torschaltung Signal CIl. Die Kippschaltungen Cl bis CS stellen P3 durch ein Signal ClO geöffnet ist. Im Speicher MR2 den Codewert Null und darauf die folgenden Codeempfängt der Eingang WL die Signale S16 bis £31 werte dar, das Signal Z beginnt während des Zyklus und der Eingang WC die von den Kippschaltungen C2 TzI (F i g. la) wieder für die Codierung der Analogbis CS abgegebenen Signale, wenn die Torschaltung 35 signale iVO bis iV15 anzusteigen, und die im vorher-P4 durch ein Signal CIl geöffnet ist. gehenden Zyklus codierten Informationen werden

Die Auswahl bei der Ablesung geschieht in gleicher abgelesen, gesteuert durch die Signale F16 bis F31. Weise für eine Serienauslese durch die Koinzidenz Man erkennt, daß bei dem verwendeten Codiervon zwei Signalen. Die Auswahlsignale für die Zeilen, prinzip zwei oder mehr Vergleicher gleichzeitig ein die an den Eingang AL des Speichers MRl angelegt 40 Auswahlsignal für die Zeilen im Speicher MR abwird, sind die Zeitsignale für die Kanäle F16 bis F31, geben können. Es wird der gleiche Code gleichzeitig die vom Decoder Dl abgegeben werden, und die Si- in diese Zeilen des Speichers eingeschrieben, wenn gnale für die Auswahl der Spalten, die an den Ein- die von den Signalgeneratoren der Spalten abgegebene gang RC angelegt werden, sind die Zeitlagensignale ti Leistung ausreichend ist.

bis ti, die vom Decoder Dl abgegeben werden, 45 Aus der Beschreibung des Generators SG ist zu

wenn die Torschaltung P5 ein Signal CIl empfängt. entnehmen, daß der Code Null einem Wert Null des

Im Speicher MR2 empfängt der Eingang RL die Signals Z entspricht. Andererseits hängt der Wert

Signale FO bis F15 und der Eingang RC die Signale ti des Signals Z, der dem Code 127 entspricht, von der

bis ti, wenn die Torschaltung P6 ein Signal ClO Stabilität des Generators SG ab und kann von Ec

empfängt. Die Ausgangsleitungen der zwei Unter- 50 abweichen. Um die Fehler bei der Quantisierung zu

Speicher sind mit der ODER-Schaltung Pl verbunden. vermeiden, die dadurch auftreten können, kann man

Man erkennt, daß die zwei Unterspeicher MRl und einen der Kanäle, z. B. den Kanal 31, als Vergleichs-

MR2 beim Einspeichern und Auslesen abwechselnd kanal verwenden, an den ein Bezugssignal mit dem

arbeiten und daß das Signal ClO z. B. die Ein- _ΛΧΤα , Ec . . , _ . , „ ., „ ,

. , .j α · ι. im -ι * i J1-1. Wert —τ- angelegt wird. Der in der Zeile 31 des

speicherung m den Speicher MR 1 steuert und gleich- 55 2 ^{6 ö}

zeitig das Auslesen aus dem Speicher MR2. Speichers eingeschriebene Wert muß entweder der

% f-

formationen über die ODER-Schaltung Pl, und das Man kann in Abhängigkeit von dem erhaltenen Code

Zeitlagensignal t0, das die Übertragung der «-ten 60 nun eine Änderung des Anstiegs des Sägezahnsignals Z

Ziffer festlegt, angelegt werden, steuert die Auswahl steuern. Dieser Vorgang wird während des Auf-

der Werte 0 und 1 für diese Ziffer, und die vollständi- tretens des folgenden Signals F durchgeführt. Die

gen Codewerte sind am Ausgang B verfügbar. Zeit des Kanals F31 wird dann dazu verwendet, um

Bei der Betrachtung der F i g. 3 erkennt man, daß einen Synchronisationscode zu übertragen,

dann, wenn zu Beginn alle Kippschaltungen des 65 Das Sägezahnsignal Z kann auch durch ein treppen-

Zählers CN im Zustand 0 sind, die von dem Genera- f örmiges Signal ersetzt werden, das man mit einem

tor A abgegebenen Impulse das aufeinanderfolgende Digital-Analog-Wandler erhält, an den die Ausgänge

Anzeigen der Codewerte hervorrufen, deren dezimaler der Kippschaltungen C2 bis CS angeschaltet sind.

Für die Codierung können dann 2ⁿ = 128 Quantisierungsstufen verwendet werden, da bei einem auf diese Weise erhaltenen Bezugssignal keine Zeit für eine Rückstellung vorgesehen sein muß.

Claims (5)

5 Patentansprüche:

1. Verfahren für die Zählcodierung für Mehrkanal-Pulscodemodulation, bei dem die zu codierenden Analogsignale mit einer mit der Zeit in gleicher Richtung sich verändernden Vergleichsspannung verglichen werden, wobei während jeder Veränderungsperiode der Vergleichsspannung ein Zähler von 0 beginnend fortgeschaltet wird, und in einem jedem Kanal zugeordneten Vergleicher die Vergleichsspannung mit der Amplitude des Analogsignals verglichen wird, wobei bei Übereinstimmung die momentane Stellung des Zählers in einem diesem Kanal zugeordneten Speicher übertragen wird und von dort als Codewert ent- ao nommen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle in zwei gleiche Gruppen aufgeteilt werden und die Dauer eines Codierzyklus zwei Veränderungsperioden der Vergleichsspannung umfaßt, daß während der ersten Hälfte eines Codierzyklus die Vergleichsspannung parallel an die je Kanal der ersten Gruppe vorhandenen Vergleicher angelegt wird, an denen ständig das Analogsignal anliegt, daß bei Gleichheit der jeweilige Zählerstand in einem dem jeweiligen Kanal zugeordneten Speicher übertragen wird, daß gleichzeitig die in den Speichern der zweiten Gruppe eingespeicherten Informationen für die Übertragung ausgelesen werden und daß während der zweiten Hälfte des Codierzyklus in entsprechender Weise die Codewerte für die zweite Gruppe festgestellt und die der ersten Gruppe für die Übertragung ausgelesen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleichsspannung ein treppenförmiges Signal verwendet wird, das aus dem Zähler abgeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das treppenförmige Signal durch Digital-Analog-Umsetzung des Zählerausgangssignals erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einen Kanal eine vorgegebene Spannung angelegt wird, daß der entsprechende Zählerwert im Speicher geprüft wird und bei Abweichung vom Sollwert die Änderungsgeschwindigkeit der Vergleichsspannung nachgeregelt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 909 526/304