DE1449301A1 - Spitzendetektorschaltung - Google Patents

Description

DiPL.-InG.F.WeICKMANN, DR-INCA₁ ^-WeICKMANN, DiPL.-InG.H.'WeICKMANN

Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Patentanwälte

S MÜNCHEN 27, MOHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 483921/22

AMPEX ΟΟΒΡΟΒΑΪΙΟΝ, 934, Charter Si&eet, Redwood City, California, USA

California, USA

H49301

Spitaendetektorschaltung

Bie Erfindung bezieht sich auf eine Spitzendetektorschaltung und insbesondere auf eine transistorschaltung zum Abschneiden der Spitzen eines Ablesesignals, das von einen sich bewegenden magnetischen Speichermedium abgeleitet wird und zur Erzeugung scharfer Ausgangsimpulse aus dem Abechneidevorgang«

In der digitalen Rechentechnik ist es üblich, binäre informationen auf einem sich bewegenden magnetischen Medium zu speichern, wie etwa !Trommel oder Band. Es ist äusserst erwünscht, die binären Digits so dicht wie möglich auf das magnetische Speichermedium zu packen, um Raum zu sparen· Gleichermassen ist es erwünscht, Tor dem gespeicherte Informationen so rasch wie möglich abzulesen, ohne Informationen zu verlieren und ohne fehlerhafte Ablesesignale zu erhalten·

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Binäre Informationen können mit hoher Dichte auf Magnetbändern oder dergleichen mittels der modernen Systeme aufgezeichnet werden< > ffrössere technische Probleme entstehen häufig dann, wenn man ein Ablesesignal erhalten will, das frei von Fehlern und Zweideutigkeiten isto Die Spitzen der wellenförmigen Ausgangssignale, die von dem magnetischen Ablesekopf abgeleitet werden, der dem magnetischen Medium zugeordnet ist, müssen abgeschnitten werden, damit eine Unterscheidungsmöglichkeit gegenüber Rauschen gegeben ist» Rauschen erzeugt Spannungsschwankungen geringerer Amplitude als ein binäres Signal« Die abgeschnittenen Spitzen ähneln übrigens keinesfalls mehr d&n Impulsen, die in einem Digitalsystem verarbeitbar sind» Dementsprechend müssen die abgeschnittenen Impulsspitzen in scharfe Impulse umgewandelt werden, deren Yorderflanken den Spannungsspitzen des wellenförmigen ursprünglichen Signals entsprechen,.

Bei der Methode der Aufzeichnung binärer Informationen auf einem sieh bewegenden magnetischen Medium mittels nicht auf lull zurückkehrender Signale hat das Ablesesignal sowohl positive als auch negative Spannungsspitzen_e Bei dieser Aufzeichnungsmethode müssen eine Abschneideschaltung und eine Spitzendetektorschaltung vorgesehen sein, die die Spannungsspitzen beider Polaritäten abschneiden und scharfe Ausgangsimpulse erzeugen, deren Vorderflanke oder Vorderkante zeitlich mit der Spitze der abzulesenden Spanmmgswelle koinzidiert.

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Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Spitzendetektor anzugeben, der insbesondere zur Wiederformung des abgelesenen Signals geeignet ist, das von einem sich bewegenden magnetischen Medium abgeleitet ist, und zwar zur Wiederformung in Ausgangsimpulse, die in einem Digitalrechner verwertbar sindo

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abschneideschaltung zu schaffen, die Spannungsspitzen beider Polaritäten abschneidet,.

Schliesslich soll durch die Erfindung noch eine relativ einfache und zuverlässige Transistorschaltung angegeben werden, die als Spitzendetektor und Impulsformer verwendbar ist β

Bach der Lehre der Erfindung wird eine Transistorschaltung vorgesehen, die eine Abschneidestufe lait einstellbarer Abschneidevorspannung hat und auf Amplitudenspitzen beider Polaritäten anspricht«. Der Abschneidestufe folgt ein Verstärker, dessen Ausgangsstrom die abgeschnittenen Spitzen repräsentierte Dem Verstärker folgt eine Differentiationsschaltung, die eine Ausgangsspannung liefert, welche proportional der Änderungsrate des AusgangsStroms ist, und die vorzugsweise aus einer oder mehreren Induktivitäten besteht, der bzw«, denen ein Dämpfungswiderstand parallelgeschaliet ist. Die Ausgangsspannung der Differentiationsschaltung ist eine Spannungswelle, die zunächst eine Polari-

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tat hat und dann rasch in die entgegengesetzte Polarität überwechselt·

sind Mittel vorgesehen, die einen Auegangsiapula entstehen lassen, dessen Torderkante seitlich mit dem IuIldurohgaxigspunkt der differenzierten Spannungewelle 3coinaidierto Dieser Null-Durchgangspunkt ist im wesentlichen identisch mit der Spitze des Ablesesignal·, das von dem sieh "bewegenden magnetischen Medium abgeleitet ist* Sie Schaltung gewährleistet dadurch die richtige zeitliehe lage der Ausgangsimpulse. Die Schaltung kann ferner eint oder zwei Verstärkerstufen für die differenzierte Spannung enthalten und eine Ausgangsstufe» die normalerweise gesperrt ist und Strom zu führen beginnt« wenn die differenzierte Spannungswelle den Nullpunkt kreuzt. So entstellt ein Ausgangsimpul·, dessen Torderkante zum gewünschtem Zeitpunkt auftritt*

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergehen sieh aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeisplel· unter Hinweis auf die Figuren₀

Figur 1 zeigt eine Transistorschaltung naoh der Erfindung,

figur Z zeigt verschiedene Spannungs- und StroMTerläufe in der Schaltung nach figur 1 in Abhangifkeit Ton der

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In figur 1 ist ein erf indungsgemässer Spitzendetektor und Impulsformer dargestellte Sie Schaltung nach, figur weist «wei Sransistoren 10 und 11 auf, die PHP-Transistoren sein können,, Die beiden Transistoren 10 und 11 bilden einen Spannungsabsohneiäer, der sowohl die positiven als auch, die negativen Spitzen eines Eingangssignals abschneidet, das Im Öegentakt oder aus β er Phase den beiden Eingangsanschlüasen 12 und 13 zugeführt wird» Die beiden, nicht an Phase liegenden Eingangswellen 14 und 15 , die den Eingangeanschlüssen 12 und 13 zugeführt werden, sind in figur 2 dargestellt· Die ausser Phase liegenden Eingangswellen, können mittels eines üblichen Phasenauf tellers gewonnen werden, etwa mittels eines Verstärkers, mit dem Gewiaa I₉ der die Polarität einer Ausgangswelle derart umkehrt, dass sswei relativ zu einer ausgewählten Basislinie spiegelbildlich verlaufende Wellen entstehen.· In figur 2 ist das die +1 V-Linie in den beiden Kurven*

Die beiden Transistoren 10 und 11 sind mit ihrem Kollektor geerdet· Die Kollektoren beider Transistoren sind also direkt mit einer negativen Spannüngsquelle verbunden, die bei 16 sohematiseh angedeutet ist· Ein Eingangsansohlusa 12 ist mit der Basis des Transistors IO duroh einen Kupplungskondensator 17 verbunden· In ähnlicher Weise ist die Basis des anderen Transistors 11 mit dem verbleibenden Eingangeanschluss 13 über einen Kupplungskondensator verbund·*. Der Emitter des ersten Transistors 10 ist über in Serie leitende Widerstände 20 und 21 mit einer positiven

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Spannungsquelle 22 verbunden· Der Emitter des zweiten > Transistors 11 ist mit der positiven Spannungsquelle^; 22 * durch in Serie leitende Widerstände 23 und 21 verbunden· Der Widerstand 21 gehört daher zu den Emitterkreisen beider Transistoren 10 und 11 über die Widerstände 20 und 25·

Eine einstellbare Absohneide-Vorspannungsquelle ist an beide Transistoren 10 und 11 gekoppelt· Pur diesen Zwee'c kann eine Spannungsquelle 25 vorgesehen sein, deren negativer ■Pol geerdet ist« Ein Widerstand 26 überbrückt diese Spannungequelle 25ο Er weist einen einstellbaren Abgriff 27 auf, von dem die einstellbare Vorspannung abzunehmen ist· Diese Absohneidevorspannung wird der Verbindungsstelle zwischen den beiden Widerständen 28 und 30 zugeführt, die zwischen die Basen der Transistoren 10 und 11 geschaltet sind» In noch näher zu beschreibender Weise werden die beiden Transistoren 10 und 11 so vorerregt, dass sie bei Abwesenheit eines Eingangssignals normalerweise nicht leitend sind·

Den Abschneidern 10 und 11 ist ein weiterer PNP-Transistor 35 nachgesohalteto Der Transistor 35 ist mit seiner Basis geerdet· Seine Basis ist unmittelbar mit einer Erdleitung verbunden. Der Emitter des Transistors 35 ist über eine Leitung 37 mit der Verbindungsstelle der Widerstände 23» verbunden« Die Emitterströme der drei Transistoren 10, 11 und 35 fHessen also alle durch den Widerstand 21· Der Kollektor des Transistors 35 ist über eine Belastungsinduktion mit der negativen Spmnnungsquelle 16 verbunden«

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Transistor 35 ist «In· TransiBtorstufe 40 naohgeseaaltet, die kolleirtereeitig geerdet ist« Bur Emitter ist mit dex näeheten Stufe verbanden· Der Kollektor dee Translator· 40» dex ein ΡΪΡ-Traneietor 8«in kann, liegt daher direkt «el der negativen Spannungequelie 16· Sie Baeie des EmittexverstärkertransietorB 40 ist an den Kollektor des Transistors 35 Über einen &leiolietro»-Blooki«rung«kondeiieator 42 gekoppelt« der bei den Signal frequenssn eine vernaehlässigbare Impedans aat. Der Transistor 40 ist jederseit IiUt end» Sie Basis des Transistors 40 ist über eine Induktivität 43, die parallel xn einem ©SmpfungBwiderstand 44 liegt, geerdet. BIe Induktivitäten. 38 und 43 bilden zusammen mit dem Widerstand 44 eine atrem^pannung-W-fferentiationsechaltting, wie im folgenden nfiner erläutert wird*

Emitter des Transistors 40 ist mit der positiven Spannungequelle 22 über einen Belastungsnid erstand 45 verbunden· Weiterhin ist der Emitter des Transistors 40 direkt mit der Basis eines Transistors 41 verbunden, der zusammen mit einem anderen Transietor fO eine Biffereniscaaltung bildet* Sie Emitter der Transistorem 41 und 50 sind auch über einen Belastungswiderstand 46 mit der positiven Spannungsquelle 22 verbunden· He Transietoren 41 und 50 können daher als Verstärkerstufe tür das differenzierte Signal angesehen werden, das der Basis des Transistors 40 zugeführt wird und von einem Emitter abge—

Sex mit meiner Basis geerdete Trane is tor 50 in dem Differens-/ 90960 7/0757

bildner arbeitet als Impulsgenerator oder Impulsformer* Es kann sich, um einen PIiP-Iransistör handeln. Ein Spannungsteiler aus den Widerständen 51 und 52 kann zwischen die positive Spannungsquelle 22 und die Erdleitung 36 geschaltet werden«» Die Terbindungs stelle der Widerstände 51» 52 ist mit der Basis des Transistors 50 verbunden. Der Emitter des Transistors ,50 ist direkt mit dem Emitter des Transistors 41 verbunden, so dass die Emitterströme beider Transistoren durch den Widerstand 46 fliessen«» Eine AuegangslastimpedanZj, wie etwa der Widerstand 53* ist zwischen den Kollektor dee üJa?ansistors 50 und die negative Spannung®quelle 16 sum Aufbau der .Ausgangsimpulse geschaltete Die Ausgangsimpulse können

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vom Ausgangsansehluss abgenommen werden und dann einer Futzschaltung zugeführt werden«» Wie weiter unten näher erläutert, wird der Transistor 50 derart vorgespannt, dass er normalerweise nicht leitend ist„ Der {Transistor 50 führt also nicht Strom, sofern nicht die Basis des !transistors 41 positiver wird als die Basis des Transistors 5O₃

Die Transistoren 10, 11, 35, 40 und 41 sowie 50 können durch ΪΤΡίί-Transistoren ersetzt werdeno In diesem lall wird die Polarität der Spannungsquelle umgekehrte Die Schaltung arbeitet dann im wesentlichen genau wie die bisher beschriebene, mit der Ausnahme, dass die Polarität der Ausgangsimpulse umgekehrt verläuft©

Die Schaltung nach Figur 1 arbeitet in folgender Weiset Die Emitterströme der drei Transistoren 10, 11 und 35 fliessen

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duroh den gemeinsamen Emitterwiderstand 21_O Der Emitterstrom des Transistors 10 fliesst durch den Widerstand 20 und der des Transistors 11 fliesst durch den Widerstand 23» Der Emitterstrom des !Transistors 35 fliesst nur durch den Emitterwiderstand 21· Da die Basis des Transistors 35 direkt geerdet iet und da der Emitter des Transistors 35 über den Widerstand 21 mit der positiven Spannungsquelle 22 verbunden ist und daher auf etwas positiver Spannung gehalten wird, ist der Transistor 35 normalerweise leitend« Ein PNP-Transistor leitet nämlich Strom» wenn sein Emitter positiv in Bezug zu seiner Basis ist·

Der Spannungsabfall des Transistors 35 zwischen seinem Emitter und seiner Basis kann etwa 0,25 V betragene Daher ist der Emitter des Transistors 35 normalerweise etwa 0,25 V positiv© Die Absohneidevorspannung, die den Basen der Transistoren 10 und 11 über einen verstellbaren Arm 27 des Potentiometers 26 zugeführt wird, kann etwa 1,0 V positiver Spannung betragene Dementsprechend sind bei Abwesenheit eines Eingangssignals beide Transistoren 10 und 11 gesperrte Solange der Emitter des Transistors 35 auf etwa + 0,25 V liegt, haben die Emitter der Transistoren 10 und 11 ebenfalls diese Spannung_o Da ihre Basen auf + 1,0 V liegen, können sie nicht Strom führen, da ihre Emitter negativ in Bezug zu ihren Basen sind«

Nunmehr selen die nicht in Phase liegenden EingangsSpannungsverläufe 14 und 15t die in Figur 2 dargestellt sind, an die beiden Eingangsanschlüsse 12 und 13 gelegt«, Da die Basen der Transietoren 10 und 11 durch die Abschneidevorspannung auf

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+1,OV vorgespannt sind, und da der Emitter-Basis-Spannungsabfall auf etwa O_?25 Y angenommen wurde» beginnen die !Transistoren 10 oder 11 Strom su führen, wenn der Eingangsspanmuagsverlauf» der innen zugeführt ist, ins negative geht und sich 0 T nähert» Wie aus figur 2 ersichtlich» wird der lingangsspannungsverlauf 15 in dem schattierten Abschnitt 60 n@gat.iYo» Wenn der Seil des Spannungsverlaufes, der durch den schattierten Abschnitt 60 gekennzeichnet ist, auftritt^ wird der transistor 11, dem dieser Spannungsverlauf zugeführt wird, leitende Ba der Strom durch den gemeinsamen Emitterwiderstand 21 im wesentlichen konstant bleibt, muss der Strom durch den transistor 35 verringert werden«» Dies hat einen entsprechenden Abfall seines Kollektorausgangsstroms zur Folge« Dies ist bei 61 in Figur 2 dargestellt«. Dort ist nämlich der Kollektorstrom des Transistors 35 aufgezeichnet<> Wenn dar Eingangs« spanniffigsirerlauf 14 negativ wird, wie durch den schattierten Abschnitt 62 angedeutet, beginnt 3β2? andere Abschneidetransistor 10 Strom zu führen^ Bei? Kollektorstrom, des Transistors 35 wird dadurch wieder verringert, wie durch den gekrümmten Abschnitt 63 angedeutete G-eringere Schwankungen des Eingangespannungsverlaufes, die von Hauschen verursacht sein können, werden durch die Abschneidevorspannung abgeschnitten und "bewirken keine Schwankungen in. dem Kollektors tr-om des Transistors 55»

Die Sohaltungsparameter der drei transistoren 10, 11 und werden so ausgewählt, dass der Transistor 35 stets Strom führt W0.Ü nicht in dem Sättigungszustanä ausgesteuert wirä oder gesperrt wird» Bas Resultat ist, dass die abgeschnittenen Spitzen des Eingangspannungsverlaufes getreu, wie bei 61 und

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63 angedeutet, wiedergegeben werden«.

Die Ausgangsimpedanz,vom Kollektor des Transistors 35 aus betrachtet, ist im wesentlichen durch den Induktivitätswert der Induktivitäten 38 und 43, durch den Widerstandswert des Widerstandes 44 und duroh die Eingangsimpedana des Transistors 40 gegebene Alle diese Impedanzen liegen parallel, Me Impedanz des Blockierungskondensators 42 ist bei den Signalfrequenzen so klein, dass sie vernachlässigt werden kann. Die Induktivitäten 38, 43 und der Widerstand 44 bilden eine Differentiationsschaltung, die eine Ausgangsspannung abgibt, welche der Änderungerate des Kollektorstroms entspricht« Der Widerstand 44 kann als Dämpfung swi der stand betrachtet werden,, Er dämpft die Spannung, die an den Induktivitäten 38 und A3 liegto

Die Spannung, die der Basis des Emitterverstärkertransistors

40 aufgedrückt wird, entspricht im wesentlichen der Änderungsrate des KollektorStroms des Transistors 35, die sehr nahe der Änderungsrate der Spannung des abgeschnittenen Spannungsverlaufes proportional ist, also etwa des Spannungsverlaufes

zufolge

60 und 62. Dem/entspricht der Spannungsverlauf an den Induktivitäten 43 und 38 im wesentlichen der Zeitableitung der abgeschnittenen Eingangespannunge Der Nulldurchgang der Spannung an der Basis des Transistors 40 entspricht nahezu den abgeschnittenen Spitzen der Eingangsspannungo Der ins Positive gehende Nulldurohgang der Zeitableitungsspannung wird nunmehr im wesentlichen ohne Zeitverzug von den Verstärkertransistoren'

41 und 50 aufgegriffen und verstärkte

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Die Basis des Emitterverstärker-Transistors 40 ist bei Abwesenheit eines Signals im wesentlichen auf Erdpotential, da der Widerstand der Induktivität 43 vernachlässigter ist· Der Widerstand 45 hält den Emitter des Transistors 40 auf etwa + 0,25 Y· Der Transistor 40 hat als Emitterverstärker eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedana und einen Spannungsgewinn von etwa 1· Der Spannungsteiler, der aus den Widerständen 51 und 52 besteht, hat eine niedrige Impedanz und ist derart proportioniert, dass er die Basis des Transistors 50 auf etwa + 0,60 Y hält, d.h· 0,35 V positiver als die Basis des !Transistors 41, die auf + 0,25 T liegt, also auf dem gleichen Potential, auf dem auoh der Emitter des !Transistors 40 ist, mit dem sie verbunden ist· Die Emitter der beiden Transistoren 41 und 50 können durch den Widerstand 46 auf etwa + 0,50 T gehalten werden· Unter statischen Verhältnissen ist daher der Transistor 41 leitend, während der Transistor 50 gesperrt ist· Der Emitter des Tran» sistors 41 ist positiv in Bezug zu seiner Basis, während die Basis des Transistors 50 positiver ist als sein Emitter·

Der differenzierte Spannungsverlauf 64 tritt an der Basis des Transistors 41 mit der gleichen Polarität auf wie der Spannungsverlauf an der Bais des Transistors 40· Der Spannungsverlauf 64 hat einen negativen Abschnitt 65 und einen positiven Abschnitt 66, die durch den Uulldurchgang des Spannungsverlaufes voneinander getrennt sind· Der negative Abschnitt entspricht der Abnahme des Kollektorstroms des Transistors 35» Dies ist durch den Stromverlauf 61 dargestellt· Der-positive

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Abschnitt 66 entspricht der Zunahme des Kollektorstroms 61» Venn die Basis des transistors 4-1 positiver wird, folgt also der Emitter des Transistors 50 in dem Differenzbildnero Gegebenenfalls wird der Emitter des Transistors 50 positiver als seine Basis, die auf + 0,60 7 gehalten wird, und der Transistors 50 beginnt dann Strom zu führen₀

Der resultierende Spannungsabfall am Belastungswiderstand 53 des Kollektors des Transistors 50 lässt einen positiven Ausgangsimpuls 67 entstehen (figur 2)· Die Vorderkante des Ausgangsiapulses entspricht nahezu der Spitze eines abgeschnittenen Eingangsspannungsverlaufes, etwa der Spitze 60 oder 62« Jede Spitze des Eingangsspannungsverlaufs, die oberhalb der Absohneidevorspannung liegt, liefert also einen Ausgangsimpuls, dessen Torderkante nahezu zum Zeitpunkt der Spitze auftritt« Die Vorderkante des Ausgangsimpulses liegt übrigens seitlich etwas später als die Spitze des abgeschnittenen Spannungsverlaufes« Das liegt daran, dass der transistor 50 nicht Strom zu führen beginnt, solange sein Emitter nicht etwas positiver ist als seine Basis· Die Vorderkante des Ausgangsimpulses entspricht also nicht ganz exakt dem Nulldurchgang, sondern tritt erst etwas später auf· aber in vorbestimmtem Masse«

Die Erfindung sohafft also einen !Transistorspitzendetektor und Impulsformer, der für ein magnetisches Aufzeiohnungssystem verwendbar ist, um binäre Ausgangsimpulse zu liefern» In einer erfindungsgemässen Schaltung sind !Transistoren als

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aktive Schaltelemente verwendet; insbesondere eignet sioh eine erfindungsgemässe Schaltung in Aufzeiohnungesystemen für nicht auf HTuIl rüokkehrende Signale· Die erfindungsgemässe Schaltung ist einfach und zuverlässig und gestattet eine Einstellung der Abschneidespannung, so dass sie den verschiedensten Arbeitsbedingungen und Geräuschpegeln anzupassen ist_o Die Vorderkante des Ausgangsimpulses entspricht nahezu den Spitzen des abgeschnittenen Eingangs-Spannungsverlaufs·

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Claims (1)

- 15 Patentansprüche *| 4493Q 1

1. Spitzendetektoraohaltung zur Erzeugung scharfer Ausgangeimpulse nach Mstesgabe der Spannungsspitzen eines Eingangasignals, gekennzeichnet duroh eine erste !Transistorstufe (10, 11, 35), die äie Spitzen wellenförmiger Eingangssignale abschneidet, welche oberhalb einer vorgegebenen Abschneidehöhe liegen und einen Ausgangsstrom liefert, der die abgeschnittenen Spitzen repräsentiert, duroh eine Differentiationsschaltung (38, 43, 44), die eine differenzierte Ausgangsspannung liefert, die die Änderungerate des Ausgangsetroms repräsentiert, und duroh eine Ausgangstransistorstufe (40, 41, 50), die einen Ausgangaimpuls mit einer Vorderkante abgibt, der an die Stelle des Hull-Durohgangspunktes der differenzierten Ausgangespannung tritt·

2· Spitsendebektoreohaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Transistorstufe (10, U, 35) zwei Transistoren (10, 11) aufweist, die im Gegentakt arbeiten und Eingangssignale entgegengesetzter Polarität abschneiden·

3· Spitzendetektor schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differentiationsschaltung (38, 43, 44) eine Induktivität (43) und einen Widerstand (44) aufweist, di« parallel geschaltet sind·

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Spitaendetekt©rschaltung nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Transistoren (10, 11) in Abwesenheit eines Singangssignale im nicht-leitenden Zustand ist«

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