DE1766036A1

DE1766036A1 - Schalteinrichtung

Info

Publication number: DE1766036A1
Application number: DE19681766036
Authority: DE
Inventors: Yukihiko Ise
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1967-04-18
Filing date: 1968-03-26
Publication date: 1972-11-09
Also published as: FR1567358A; US3522382A; NL6804841A; GB1218610A; NL146999B; DE1766036B2

Description

Λ 2370

766036

B₁Z

Cipl.-lrs.UilNZASULAR

BERLIN 33 AuDuete-Vlktoria-StraB· ff

Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma / Osaka (Japan)

Schalteinrichtung

Gegenstand der Erfindung ist eine Schalteinrichtung mit einem Schaltkreis und einem piezoelektrischen keramischen Resonator, der aus einer rechteckigen dünnen Plat be besteht und dessen Resonanzschwingungen aus Längenausdehnungen bestehen. Der Resonator ist an beiden großen Flächen längs der Längsachse mit Elektrodenpaaren versehen, an die Verbindungsmittel angeschlossen sind, die in drei Gruppen eingeteilt sind und zwar in Eingangsanschlüsse, Ausgangsanschlüsse und Erdanschlüsse. Einer der Eingangsanschlüsse empfängt ein Unterträgersignal, das den Resonator in Schwingungen versetzt, während den anderen Anschlüssen ein zusammengesetztes Signal zugeführt wird, das aus einem Gemisch von zwei

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verschiedenen Signalen besteht. Ein Teil der Ausgangsanschlüsse leitet ein erstes Signal ab, das vom Signal des Unterträger im Resonator mit der großen Amplitude demoduliert wird, während ein anderer Teil der Ausgangsanschlüsse ein zweites Signal ableitet, das demoduliert wird und in bezug auf das erste Signal gegenphasig ist, wie später noch beschrieben wird. Der Schaltkreis ist mit zwei Eingangsanschlüssen versehen, denen das erste und das zweite Signal zugeführt wird, sowie mit zwei Ausgangsanschlüssen. An dem einen der beiden Ausgangsanschlüsse wird ein einzelnes Signal abgeleitet, das vom ersten Signal demoduliert ist, sowie ein weiteres einzelnes Signal, das vom zweiten Signal demoduliert ist.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Schalteinrichtung mit einem piezoelektrischen keramischen Resonator und mit einem mit dem Resonator in Verbindung stehenden Schaltkreis, welche Schalteinrichtung ein zusammengesetztes Signal demoduliert, das aus einem Gemisch von zwei verschiedenen Signalen besteht, die gesondert abgeleitet werden·

Bei einer herkömmlishcne Schaltung zum Demodulieren eines amplitudenmodulierten Signals ist eine den Träger unterdrückende Schaltung mit einem Schalttransformator vorgesehen, der mit Wicklungen und Kondensatoren ausgestattet ist. Die Wicklungen arbeiten jedoch im allgemeinen nicht einwandfrei, sind temperaturabhängig und altern.

Die Spulen müssen daher genau abgeglichen werden, damit das modulierte Signal mit höchster Treue wiedergegeben wird.

Als elektrisches Wellenfilter oder als frequenzselektiver. Transformator wird weitgehend ein piezoelektrischer keramischer Resonator verwendet, wurde jedoch bisher nicht für eine Schalteinrichtung benutzt, im besonderen nicht für eine Schalt-

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einrichtung eines FM-Stereo-Multiplex-Schaltkreises.

Der herkömmliche piezoelektrische keramische Resonator konnte bisher nicht den Anforderungen genügen, die für eine Schalteinrichtung erforderlich sind.

Eine Schalteinrichtung muss eine Kanaltrennung bewirken können. Dies kann durch Verwenden eines piezoelektrischen Resonators erreicht werden, mit dem die Polarität ausgewählt werden kann, während eine unerwünschte Ansprache vermieden wird. Die Erfindung sieht daher vor:

eine Schalteinrichtung für eine den Träger unterdrückende Kiehrfachübertragungsanlage einer elektrischen Fernmeldeeinrichtung, in der eine ausgezeichnete Kanaltrennung erfolgt,

eine Schalteinrichtung, in der eine Kanaltrennung erfolgt, die in bezug auf Temperatur und Zeit sehr stabil ist,

eine Schalteinrichtung, die klein ist und sehr leicht hergestellt werden kann, und in der eine ausgezeichnete Trennung von zusammengesetzten stereophonischen FM-Signalen erfolgt.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In den beiliegenden Zeichnungen ist die
Fig.1 ein Blockschaltbild einer FM-Stereo-Multiplexschaltung mit einer Schalteinrichtung nach d er Erfindung,

Pig·2 eine schaubildliche Darstellung eines in der Längsrichtung schwingenden piezoelektrischen Resonators mit sechs Anschlüssen nach der Erfindung, Fig.3 eine graphische Darstellung der Übertragungsmerkmale des in der Fig.2 dargestellten Resonators,

Fig.4 ein Schaltplan, der die mit den Anschlüssen hergestellten Verbindungen bei dem Resonator nach der Fig.2 zeigt, Fig.5 ein Schaltplan mit einer an die Anschlüsse des Resonators angeschlossenen Schaltung,

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Figo6 eine schaubildliche Darstellung eines Resonators mit

zehn Anschlüssen nach der Erfindung, Fig«7 eine Darstellung der mit den Anschlüssen des Resonators

nach der Fig»6 hergestellten Verbindungen und die Fig.8 eine graphische Darstellung der Übertragungsmerkmale des in der Fig_e6 dargestellten Resonators.

Unter Hinweis auf die Fig_e1 wird zuerst ein Demodulator für ein Mehrfachsendesignal mit Trägerunterdrückung, z.B. für ein stereophonisches Tonsignal einer FM-Stereo-Sendeanlage beschrieben.

In der Fig.1 ist symbolisch dargestellt bei 1 ein FM-Tuner zum Ableiten eines gewünschten stereophonischen zusammengesetzten Signals, das aus einem Gremisch von zwei verschiedenen Signalen besteht, das durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt werden kann:

A = (L+R) + (L-R) cos Wt + ρ cos —₂~ +S (1) wobei ist

A die Amplitude des stereophonischen Signals, L die Amplitude des einzelnen Signals für einen linken Kanal, R die Amplitude eines einzelnen Signals für einen rechten Kanal,

die Winkelfrequenz des Unterträgers « 2 itfs und fs die Frequenz des Unterträgers,
ρ die Amplitude der Frequenz des Steuersignals, S die Amplitude des Signals im Autorisations-Hilfsverbindungs-

kanals (abgekürzt SCA) und
(L+R) das Hauptkanalsignal und
(L-R) das Unterkanalsignal.

Bei dem modulierten Signal einer FM-Sterepsendung wird das Unterkanalsignal des stereophonischen Signals in ein

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Doppelseitenband-Trägerunterdrückungssignal umgewandelt.

Das gewünschte stereophonisch^ zusammengesetzte Signal wird von einem Zurückweisungsfilter 2 so abgeändert, dass das SCA-Signal S entfernt und einem Verstärker 3 zugeführt wird, von dessen zwei Ausgängen.ein Ausgang über einen Dämpfer 4 mit einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluss E und 1 eines piezoelektrischen keramischen Resonators 8 verbunden ist, der einen Erdungsanschluss G aufweist, während ein weiterer Ausgang des Verstärkers mit einem Steuersignalabgreifer 5 verbunden ist, der ein Steuersignal ρ cos -~₂~- aufnimmt« Das genannte Steuersignal wird von einem Verdoppler 6 später in ein Unterträgersignal umgewandelt. Das Unterträgersignal wird von einem an den Verdoppler 6 angeschlossenen Verstärker 7 verstärkt. Das verstärkte Unterträgersignal wird einem Eingangsanschluss G des piezoelektrischen keramischen Resonators 8 zugeführt, dessen Resonanzfrequenz gleich der Frequenz des Unterträgersignals ist. Das Unterträgersignal versetzt den piezoelektrischen Resonator 8 in Resonanzschwindungen.

Es ist wichtig, dass der piezoelektrische keramische Resonator aus einer dünnen rechteckigen Platte besteht und bei der Resonanzfrequenz des Unterträgersignals längsausdehnungs-3chwingungen ausführt.

Am Ausgangsanschluss U des Resonators 8 wird ein erstes Signal abgeleitet, das ein Unterträgersignal mit einer großen Amplitude enthält, das einen Schaltkreis 9 betätigen kann. An dem Ausgangsanschluss V wird ein zweites Signal abgeleitet, das einen Unterträger mit einer großen Amplitude enthält, einen Schaltkreis 9 betätigt und in bezug auf das erste Signal die umgekehrte Phase aufweist. Das genannte erste Signal kann ungeführ durch die

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nachstehende Gleichung (2) ausgedrückt werden:

A₁ = (L+R) + (L-R) coscyt + Vc cosw t (2) wobei ist Ve» L, und R (3)

A₁ die Amplitude des genannten ersten Signals, und Vc die Amplitude des vom piezoelektrischen Resonators 8 abgeleiteten ünterträgersignals.

Das genannte zweite Signal kann ungefähr durch die nachstehende Gleichung (4) ausgedrückt werden:

A₂ a (L+R) + (L-R) coscüt - Vc coso) t U) Ve»L, und R (5)

wobei Ap die Amplitude des genannten zweiten Signals ist. Das erste Signal wird von einem Schaltkreis 9 zu einem einzelnen Signal A₁ ¹ = 2L abgeändert und zum Ausgangsanschluss 11 für das Signal durch ein Filter 10 geleitet, das unerwünschte Signale entfernt. Das zweite Signal wird vom Schaltkreis 9 zu einem einzelnen Signal A₂ ¹ = 2R umgewandelt und dem Ausgangsanschluss 13 für das andere Signal über ein Filter 12 zugeführt, das unerwünschte Signale entfernt.

Die Fig.2 zeigt einen als Ganzes mit 8 bezeichneten piezoelektrischen keramischen Resonator, der aus einer piezoelektrischen keramischen, rechteckigen dünnen Platte 14 besteht. Die großen Seiten des keramischen Körpers 14 sind auf der Längsachse drei Paare entgegengesetzt gerichteter Elektroden 15,16; 17,18 und 19,20 angeordnet. Diese Elektrodenpaare 15,16: 17,18 und 19,20 sind im wesentlichen symmetrisch zur Längsmittelachse X-X¹ des Körpers 14 angeordnet und mit den Anschlussmittels C,G} E,U und V,F versehen. Der piezoelektrische keramische Körper 14 ist in Richtung der Dicke polarisiert. Wird an zwei Anschlüssen, z.B. C und G ein elektrischer Eingang angelegt, so kann an je zwei

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anderen Anschlüssen E,U und F,V ein elektrisches Signal abgeleitet werden, dessen Höchstwert bei der Resonanzfrequenz erreicht wird, wenn der Resonator Longitudinalschwingen ausführt, wie inder Fig.3 dargestellt.

In der Figβ3 ist V₁ eine an den Eingangsanschluss O und an den Erdanschluss G angelegte Eingangsspannung, während V₂ eine Ausgangs spannung ist, die von den Anschlüssen E,II oder P₉V abgeleitet wird.In der Fig.3 zeigt die senkrechte Achse das Verhältnis V₂ZV₁ in dB an, während die waagerechte Achse die Frequenz anzeigt. Der piezoelektrische Resonator 8 weist f+nf charakteristische Frequenzen auf und zwar ds.., fC₁, fCp, f.. und fSp, wie in der Fig,3 dargestellt. Die Frequenz f.. ist bei den Longitudinalschwingungen eine Resonanzfrequenz, während die anderen Frequenzen unerwünschte Ansρrächefrequenzen des Resonators 8 sind. Die Frewuenzen fs., und fS₂ entsprechen dem Grundton und dem ersten Oberton bei einer Resonanz in Flächenbiegeschwingungen. Die Frequenzen fc. und fc₂ sind die Frequenzen am Pol der Dämpfung durch die elektrostatische Verkopplung zwischen einem der Eingangsanschlüsse und einem der Ausgangsanschlüsse, z.B. C und E.

Die Fig.4 zeigt einen piezoelektrischen keramischen Resonator 8 mit drei Paaren von Anschlüssen E-U, C-G und V-F, die an den betreffenden drei Paaren von Elektroden 15-16, 17-18 und 19-20 angebracht sind. Die in der Mitte gelegenen beiden Anschlüsse C-G sind die Eingangsanschlüsse für ein Unterträgersignal bezw. für ein Erdungssignal. Von den übrigen Anschlüssen wirkt ein Paar z.Bο E-U als ein ersten Eingang für ein zusammengesetztes Signal bezwο als erster Ausgangsanschlüsse Z.B. Kann U einen ersten Ausgangsanschluss und E eimen ersten Eingangsanschluss darstellen. Die letzten beiden Anschlüsse F-V wirkt als zweiter Eingang für das

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zusammengesetzte Signal bezw. als zweiter Ausgang. Es ist wichtig, dass der erste Eingangsanschluss nicht gegenüber dem zweiten Eingangsanschluss angeordnet wird, z.B. P als zweiter Eingang und V als zweiter Ausgang.

Die in der Pig.5 dargestellte Schaltung stellt eine Brückenschaltung mit vier Zweigen dar. In jeden Brückenzweig ist eine Diode und ein Widerstand eingeschaltet. Es kann jeder Schaltkreis verwendet werden, der imstande ist, das vorgenannte erste und zweite Signal in ein einzelnes bestimmtes Signal umzuwandeln.

Jis wurde entdeckt/ dass der piezoelektrische keramische Resonator nach der Erfindung als Schelteinrichtung die besten Leistungen aufweist, wenn er mit einem SchaltbrücLenkreis nach der Fi£.5 zusammengeschaltet wird. Die Fig.5 zeigt einen als Ganzes mit 9 bezeichneten Schaltbrückenkreis mit vier Zweigen, von denen jeder Zweig eine Diode 21 und einen V/iderstand 22 enthält. Die Verbindungspunke 23 und 24 zwischen je zwei Zweigen wirken als Eingänge, während die Verbindungspunkte 25 und 26 als Ausgänge dienen. An die Verbindungspunkte zwischen den Dioden 21 und den Widerständen 22 sind zwei. Kondensatoren so angeschlossen, dass die Anschlusslinien parallel zu den beiden Eingangsanschlüssen 23 und 24 verlaufen.

Ein solcher Schaltbrückenkreis wird an einen piezoelektrischen keramischen Resonator 8 angeschlossen, der einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss E, P, einen Eingangsanschluss C, einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluss U, V und einen Erdungsanschluss G aufweist, und zwar derart, dass der Eingang 23 des Schaltbrückenkreises mit dem Ausgangsanschluss ü und der Eingang 24 mit dem zweiten Ausgangsanschluss V verbundern ist« Zwecks Vereinfachung können im Schaltbrückenkreis die

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Widerstände 22 und/oder die Kondensatoren 27 weggelassen werden.

Nach der bisherigen Beschreibung war der piezoelektrische keramische Resonator mit sechs Anschlüssen versehen. Jedoch kann mit einem, zehn Anschlüsse aufweisenden piezoelektrischen keramisphen Resonator eine bessere Leistung in bezug auf die Frequenzcharakteristik erzielt werden, wenn der Resonator mit einem vorhandenen Schaltkreis, vorzugsweise jedoch mit dem Schaltbrückenkreis nach der Mg,5 nach der Erfindung zusammengesehaltet wird.

Die Fig.6 zeigt einen als Ganzes mit 8 bezeichneten piezoelektrischen keramischen Resonator mit einem aus einer rechteckigen dummen Platte bestehenden keramischen Körper 14, an dessen beiden großen Seiten fünf Paare von Elektroden 28-29, 30-31, 32-33, 34-35 und 36-37 vorgesehen und im wesentlichen symmetrisch zur Lviig3mittelachse X-X¹ des Körpers angeordnet sind. An diesen fünf Paar Elektroden sind fünf Paar Anschlussglieder E-U, V-P, C-G, V'-i¹¹ und E'-U' angebracht. Der keramische Körper 14 ist in einer Dickenrichtung polarisiert.

Mach der Pig»7 wirken die an den beiden Elektroden 32-33 angebrachten beiden Anschlussglieder G-G als Eingang und Erdungsverbindung für das genannte Unterträgersignal. Die Elektroden 28 und 36 an beiden Enden einer Seite wirken zusammengeschaltet als erster Eingang E für das genannte zusammengesetzte Signal. Die Elektroden 30 und 35 beiderseite der Elektrode 32 ^irken zusammengeaehaltet als zweiter Ausgang V« Die Elektroden 29 und 37 an beiden Enden der anderen Seite des Körpers sind zusamfsengeechaltet und wirken als erster Ausgang U. Die Elektroden 31 und 35 beiderseite der Mitteleketrode 33 sind zusammengeschaltet und wirken als zweiter Eingang P für das genannte zusammengesetzte Signal. Es ist wichtig, dass die Eingangselektroden 28 und 36 an

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der einen Seite dee keramischen Körpers nioht gegenüber den Singangeelektroden 31 und 35 an der anderen Seite angeordnet «erden·

JsIn eoloher Heaonator mit fünf Paaren τοη Elektroden weist eine weit bessere frequenzcharakteristik auf» wie in der Fig.8 dargestellt» in der f₁ die Resonanagrundfrequenz bei Longitudinalaohwingungen let. wie lelobt einzusehen ist» erzeugt ein Resonator θ mit fünf Paaren von Slektroden keine unerwünschten Resonanzfrequenzen bei Pläohenbiegungeeohwingungen·

Wird der Resonator nach der Fig.6 mit einem Schaltkreis nach den figuren 1 und 5 zusammengeschaltet, eo wird eine ausgezeichnete Schalteinrichtung nach der Erfindung geschaffen.

Bin piezoelektrischer keramisoher Resonator nach der Erfindung kann unter Verwendung einee piezoelektrischen keramisohen Materials hergestellt werden» das in der amerikanischen Patentschrift Hr* 326 843 beschrieben wird» und weist die Abmessungen 47»7 χ 6,0 χ o,7 mm auf· Dieses piezoelektrische keramisohe Material weist die in der nachstehenden Tabbel 1 angeführten Merkmale auf ι

tabelle 1

frequenz» konstant 1600 kHz-mm

frequenz*tabilität mit 0,05*/Dekade

der Zelt und der Temperatur 37xiO"⁶/°O

Dielektrisitätekonatante 1390 KupazlttitsrerhältnlB 25

mechanischer Q-Wert 900

Bin solcher piezoelektrischer keramisoher Resonator weist drei Paare τοη Anschluasgliedern auf, die an drei Paaren τοη llektroden nach der flg.2 angebracht sind, und ist mit einem aohaltbrüokenkreis nach der fig.5 zusammengeeohaltet, der die

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BAD ORIGINAL

nachstehend angeführten Schaltungselemente enthält:

Diode 21 Type OA79 Widerstand 22 47 Kiloohm Kondensator 27 1000 pf

\ it einer Schalteinrichtung aus dem genannten Hesonator und d em Schaltbrückenkreis kann eine Kanaltrennung mit mehr als 20 db in einem Frequenzbereich von 100 Hz bis 10 kHz durchgeführt werden, die gekennzeichnet iot durch eine hohe Stabilität mit der Temperatur, der Zeit und der Feuchtigkeit, wie ausder nachstehenden Tabelle 2 z\x ersehen ist.

Tabelle 2

Schwankungen bei der Kanaltrennung

Zeit 0

Temperatur 0,03#/°C

Feuchtigkeit 0,1 ?6 bei 90$ rel.Feuchtigkeit bei

40⁰C für 500 Stunden

An den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispilen der Erfindung können von Sachkundigen im Rahmen des Erfindungsgedankens Änderungen, Abwandlungen und Ersetzungen vorgenommen werden. Die Erfindung selbst wird daher nur durch die beiliegenden latentansprüche abgegrenzt.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

*\.J Schalteinrichtung, gekennzeichnet durch einen piezoelektrischen Resonator mit drei Eingangsanschlüssen, zwei Ausgangsanschlüssen und mit einem Erdanschluss, und dadurch gekennzeichnet, dass dem einen Eingangsanschluss ein Unterträgersignal zugeführt wird, dass den anderen beiden Eingangsanschlüssen ein zusammengesetztes, aus einem Gemisch von zwei verschiedenen Signalen bestehendes Signal zugeführt wird, dass an einem der beiden Ausgangsanschlüsse ein vom Resonator geschaltetes erstes elektrisches Signal abgeleitet wird, dass am anderen Anschluss der beiden Ausgangsanschlüsse ein zweites elektrisches Signal abgeleitet wird, das modifiziert ist und die entgegengesetzte Phase aufweist, wie das genannte erste Signal, und dass ein Schaltkreis vorgesehen ist, der aufweist zwei Eingänge für den Empfang des ersten und des zweiten Signals, zwei Ausgänge, wobei an dem einen Ausgang ein einzelnes Signal abgeleitet wird, das aus dem ersten Signal demoduliert ist, während am anderen Ausgang ein einzelnes Signal abgeleitet wird, das aus dem zweiten Signal demoduliert ist, und dass der piezoelektrische, keramische Resonator aus einer dünnen rechteckigen Platte besteht und bei der Frequenz des Unterträgersignals mit der Reeonanzgrundfrequenz longitudinal schwingt.
2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische keramische Resonator mit drei Paaren von Anschlussgliedern versehen ist, die an drei Paaren von Elektroden befestigt sind, die an den entgegengesetzten großen

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Flächen des Resonators parallel zu dessen Längsachse vorgesehen sind, dass von dem in der Mitte gelegenen Paar Anschlussgliedern das eine Glies als Erdanschluss und das andere Glied als Eingang für das Unterträgersignal wirkt, dass von dem einen Paar der übrigen Paare von Anschlussgliedern das eine Glied als erster Eingang für das zusammengesetzte Signal und das andere Glied als Ausgang wirkt, und dass von dem letzten Paar Anschluasgliedern das eine Glied als zweiter Eingang für das zusammengesetzte Signal und das andere Glied als zweiter Ausgang wirkt, wobei der erste Eingangsanschluss gegenüber dem zweiten Eingangsanschluss angeordnet ist.
3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische keramische Resonator fünf Paare von Anschlussgliedern aufweist, die an fünf Paaren von Elektroden angebracht sind, die an beiden großen Flächen des Resonators parallel zu dessen Längsachse vorgesehen sind, dass von dem in der Mitte gelegenen Paar Anschlussglieder ein Glied als Erdanschluss und das andere Glied als Eingang für das Unterträgersignal wirkt, dass zwei Anschlussglieder an den beiden Enden an der einen Seite zusammengeschaltet sind und als zweiter Eingang für das zusammengesetzte Signal wirken, das die beiden Anschlussglieder beiderseite des in der Mitte gelegenen Anschlussgliedes zusammengeschaltet sind und als ein erster Ausgang wirken, dass die beiden Anschlussglieder an den Enden der anderen Seite ζusammengesehaltet sind und als zweiter Ausgang wirken, dass die beiden Anschlussglieder beiderseite des in der Litte gelegenen Anschlussgliedes zusamniengesehaltet sind und als ein erster Eingang für das zusammengesetzte Signal wirken, wobei alle Eingangsanschlüsse an der einen Seite nicht allen Eingangsan3chlüssen an der anderen Seite gegenüberstehen.

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-H-

4« Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung einen Brückenkreis mit vier Briickenzweigen aufweist, von denen jeder Brückenzweig eine Diode und einen Widerstand enthält, und dass zwei Verbindungspunkte der vier-Brückenzweige als Eingang und die anderen beiden Verbindungspunkte der vier Brückenzweige als Ausgang wirken.

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