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Steuervorrichtung zum Betrieb von insbesondere zu Leuchtsäulen zusammengefaßten
Elektrolumineszenz-Leuchtkondensatoren Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung
zum Betrieb von insbesondere zu Leuchtsäulen zusammengefaßten Elektrolumineszenz-Leuchtkondensatoren.
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Es sind Steuervorrichtungen bekannt, bei denen die eine Elektrode
aller Leuchtkondensatoren fest mit der einen Klemme eines Spannungsgenerators, insbesondere
Sinusgenerators, zum Erzeugen eines für die Erregung der Kondensatoren erforderlichen
Wechselfeldes verbunden ist; zur Ansteuerung einzelner Leuchtkondensatoren sind
dabei die freien Elektroden über eine der Anzahl der Köndensatoren entsprechende
Zahl von den Kondensatoren zugeordneten steuerbaren Hochspannungsschaltern, beispielsweise
Hochspannungstransistoren, Thyristoren od.dgl., mit der anderen Klemme des Spannungsgenerators
verbindbar.
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Nachteile derartiger Steuervorrichtungen ergeben sich aus der Vielzahl
der benötigten Hochspannungsschalter. Gebräuchliche, beispielsweise in Anzeigegeräten
zur digitalen Anzeige einer Megröße verwendete Leuchtsäulen benötigen, sofern sie
noch einwandfrei 1 % einer maximal meßbaren Größe anzeigen sollen, insgesamt 100
Leuchtkondensatoren und entsprechend eine gleiche Anzahl von Hochspannungsschaltern.
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Anzeigegeräe mit derartigen Steuervorrichtungen sind bezUglich ihrer
räumlichen Abmessungen zu groß und damit unhandlich. Sie sind außerdem zu teuer,
weil die benötigten Hochspannungsschalter teuer sind.,
Die der Erfindung
zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Steuervorrichtung der eingangs genannten
Art anzugeben, bei der die Anzahl der zur Ansteuerung der Leuchtkondensatoren benötigten
Hochspannungsschalter auf ein Minimum reduziert ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die eine Elektrode
aller Kondensatoren mittels eines smeinsamen oszillierenden Hauptschalters abwechselnd
auf ein erstes und ein demgegenUber unterschiedliches zweites Gleichpotential schaltbar
ist, daß die freien Elektroden mehrerer Kondensatoren über ohmsche Widerstände zu
vorzugsweise gleichstarken Gruppen zusammengefaßt sind und zur Ansteuerung aller
Kondensatoren einer Gruppe diese über einen Gruppensehalter im Gegentakt zum Hauptschalter
wechselweise an das erste oder zweite Gleichpotential anlegbar ist, daß eine der
Anzahl der Kondensatoren einer Gruppe entsprechende Zahl von Anwahlschaltern vorgesehen
ist, von denen Jeder in geschlossenem Zustand Je eine der freien Elektroden aus
Jeder Gruppe mit dem iweiten Gleichpotential über ein Entkopplungsglied, z4B. eine
Diode, und eine einen Strom von mindestens der Größe der maximalen Kondensatorentladeströme
erzeugende Konstantstromquelle veF bindet und daß zur Ansteuerung bestimmter Kondensatoren
einer Gruppe diese mittels des Gruppenschalters an das erste Gleiche potential gelegt
wird und die den anzusteuernden Kondensatoren zugeordneten Anwahlschalter im Gegentakt
zum Hauptschalter geschlossen werden.
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Sind beispielsweise k Kondensatoren zu n Gruppen zusammengefaßt, so
ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Lösung die Anzahl A der eingesparten Hochspannungsschalter
zu A = k k n - (k + n + i), beispielsweise bei k n = 100 und bei einer Aufteilung
der LeuStsäule in zehn Dekaden, d.h. k = n = 10, zu A = 79.
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Im Rahmen der Erfindung ist es möglich als Versorgungsspannung für
die Kondensatoren Gleichspannungen zu verwenden, die sich verhältnismäßig einfach
gewinnen lassen, beispielsweise mittels einer Batterie oder durch Gleichrichten
der Netzspannung.
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Vorteilhaft ist es dabei, die nicht anzusteuernden Gruppen über ihre
Gruppenschalter konstant an das zweite Gleichpotential zu legen. An den Kondensatoren
dieser Qruppa llegS dann eine Exponential-Wechselspannung mit einem Spitzenwert,
der halb so groß ist wie der Spitzenwert der an denangesteuerten Kondensatoren liegenden
Exponentia.l-Wechselspannung, wodurch eine annähernd gleiche Alterung aller Leachtkondensatoren
erreicht wird.
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Werden die den Leuchtkondensatoren vorgeschalteten ohmschen Widerstände
so bemessen3 daß angesteuerte Kondensatoren zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schaltvorgängen
seitens des Haupt- und Gruppenschalters bzw. des-Hauptschalters und entsprechender
Anwahlschalter völlig umgeladen werden und wird der Potentialunterschied zwischen
dem ersten und zweiten Gleichpotential betvagsmäßig gleich dem für die Leuchtkondensatoren
maximal zulässigen Spannungsspitzenwert bei Sinusbetrieb gewählt, so ist.
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die Leuchtdichte der angesteuerten Kondensatoren optimale An den angesteuerten
Kondensatoren liegt dann eine symmetrische Exponential-Wechselspannung, deren positiver
als auch negativer Spitzenwert dem maximal zulässigen Spitzenwert bei Sinusbetrieb.
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entspricht.
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Von Vorteil ist es außerdem, die erfindungsgemäße Lösung mit eine
von einem Taktgeber gesteuerten aus zwei rückgekoppelten Transistoren bestehenden
bistabilen Kippstufe zu versehen, deren einer Transistor als Hauptschalter und der
andere als Gruppenschalter für dauernd zu erregende, beispielsweise für Schriftzeichen,
Skalen od.dgl., zusammengefaßte Leuchtkondensatoren verwendet ist.
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Damit kann auf schaltungstechnisch einfache Weise sowohl der Hauptschalter
als auch der Gruppenschalter für dauernd zu erregende Kondensatoren von einem einzigen
zentralen Taktgeber synchron gesteuert werden.
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Die Zahl der benötigten Schaltelemente kann weiter vorteilhaft dadurch
verringert werden, daß als Anwahischalter Schalttransistoren verwendet sind, die
gleichzeitig als Konstantstromquellen wirken. Die Transistoren müssen dabei-so geschaltet
und angesteuert werden, daß die sich einstellenden Kollektorströme zur völligen
Umladung der entsprechend angesteuerten Kondensatoren in der gewünschten Zeit ausreichen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig 1-5 im folgenden
näher erläutert. Bs zeigen: Fig; 1 das Prinzipschaltbild der eflndungsgemäßen Lösung
mit neun Leuchtkondensatoren, von denen jeweils immer drei zu einer Gruppe zusammengefaßt
sind, Fig. 2-4 eine Serienschaltung von einem Leuchtkondensator mit Vorschaltwiderstand
bei verschiedenen Stellungen des zugehörigen gruppenschalters sowie den Spannungsverlauf
an drei Punkten der Serienschaltung und am Leuchtkondensator selbst in Abhängigkeit
von der Zeit t, Fig. 5 ein AusfUhrungsbeispielder erfindungsgemäßen Lösung mit Hochspannungstransistoren
als Schalter.
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In Fig. t ist die den Leuchtkondensatoren 1-9 gemeinsame transparente
Elektrode 10 mittels eines oszillierenden Hauptschalters 23 wechselweise auf ein
erstes Gleichpotential U1 und ein demgegenüber unterschiedliches zweite Gleichpotential
U2 schaltbar. Der Potentialunterschied zwischen dem ersten und zweiten Gleichpotential
U1-U2 entspricht dabei betragsmäßig der maximal zulässigen Betriebsspannung der
Leuchtkondensatoren.
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Die freien Elektroden 11-13 der Kondensatoren 1-3 sind über ihre vorgeschalteten
ohmschen Widerstände 20 zu einer ersten Gruppe, die freien Elektroden 14-16 über
ihre Widerstände 21 eu einer zweiten und die freien Elektroden 17-19 über ihre Widerstände
22 zu einer dritten Gruppe zusammengefaßt, wobei jede Gruppe über einen Gruppenschalter
24, 25 bzw. 26 im Gegentakt zum Hauptechalter 25 wechselweise an U1 und U2 oder
wahlweise konstant an U1 oder U2 anlegbar ist.
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Ein mit 27 bezeichneter Anwahlschalter verbindet im geschlossenen
Zustand
die freien Elektroden 11, l4 und 17 über die zur Entkopplung der einzelnen Gruppen
eingefügten Halbleiterdioden 30,33 bzw.
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36 und über eine Konstantstromquelle 39 mit dem zweiten Gleichpotential
U2. Entsprechendes gilt für den Anwahlschalter 28 mit den Elektroden 12, 15,18,den
Dioden 31, 34,37 und der Konstantstromquelle 40 sowie den Anwahischalter 29 mit
den Elektroden 13,16,19, den Dioden 32,35,38 und der Konstantstromquelle 41. Unter
den Konstantstromquellen 39-41 sind dabei Stromquellen zu verstehen, die nur bei
geschlossenem Anwahlschalter 27,28 bzw. 29 einen Konstantstrom bewirken, Die Anwahlschalter
27-29 sind im Gegentakt zum Hauptschalter 23 schließbar. Gegentakt bedeutet in diesem
Fall, daß bei der Schaltstellung U1 des Hauptschalters 23 der entsprechend angesteuerte
Anwahlschalter 27-29 geschlossen und bei der Schaltstellung U2 des Hauptschalters
23 geöffnet ist.
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In den Fig. 2-4 wurde die aus dem Kondensator 1 und seinem Vorschaltwiderstand
20 bestehende Serienschaltung mit dem Gruppenschalter 24 dargestellt; das gleiche
gilt für alle anderen in Fig.1 daw gestellten Serienschaltungen.
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Das zweite Gleichpotential U2 beträgt U2= OV, das erste Gleichpotential
U1 ist positiv gegenüber U2 und entspricht in seiner Größe der maximal zulässigen
Betriebsspannung des Leuchtkondensators 1.
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In Fig. 2 wird der Gruppenschalter 24 im Gegentakt zum Hauptsohalter
23 wechselweise an U1 und U2 gelegt. Der zeitliche Verlauf der Spannungen U42, U43'
U44 an den Punkten 42, 43, 44 der Serienschaltung ist durch die Diagramme 45, 46,
47, der Verlauf der Spannung Uc über dem Kondensator 1 durch das Diagramm 48 dargestellt.
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In Fig. 3 liegt der Gruppenschalter 24 konstant am ersten Gleichpotential
U1, während der Hauptschalter 23 oszilliert. Der zeitliche Verlauf de#Spannungen
U42, U43, U44 und Uc ist durch die Diagramme 4, 50, 51 und 52 dargestellt.
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In Fig. 4 liegt der Oruppensohalter 24 konstant an U2- OV, während
der Hauptschalter 23 o@zilliert.
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Der Verlauf der Spannungen U42, U43, U44 und Uc ist durch die Diagramme
53, 54, 55 und 56 dargestellt.
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Die im Diagramm 48 aufgezeichnete, am Kondensator 1 liegende'Exponential-Wechselspannung
mit dem entsprechend gewählten Spitzenwert U1 erzeugt eine für normales Tageslicht
gute Kondensatorleuchtdichte. Die zugehdrige Ansteuerbedingung (Beschreibung Fig.
2) charakterisiert den "Ein"-Zustand des Kondensators 1.
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Die in den Diagrammen 52 und 56 aufgezeichneten Kondensatorspannungen
Uc sind Exponential-Wechselspannungen mit den Mittelwerten (1/2) U1 bzw. -(1»2)U1
und mit Spitzenwerten von der Hälfte des maximal zulässigen Spitzenwertes. Die mit
diesen Spannungen erzeugte Leuchtdichte ist vernachlässigbar, d.h. die zugehörigen
Ansteuerbedingungen charakterisieren jeweils einen "Aus"-Zustand.
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Die prinzipielle Funktionsweise der Schaltung nach Fig. 1 ergibt sich
wie folgt Die gemeinsame Elektrode 16 der Kondensatoren 1-9 wird abwechselnd mittels
des oszillierenden Hauptschalters 23 Je nach der gewünschten Wechselfeldfrequenz
f für die Dauer von 1/2r an U1 und anschließend für die gleiche Zeit an U2 gelegt.
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Sollen beispielsweise die Kondensatoren 1-5 leuchten (leuchtende Kondensatoren
schraffiert gezeichnet), so müssen sich sämtliche Kondensatoren 1-3 der ersten Gruppe
und die ersten beiden 4, 5 der zweiten Gruppe im "Ein"-Zustand, der Kondensator
6 und alle Kondensatoren 7-9 der dritten Gruppe, dagegen in einem !'Aus"-Zustand
befinden.
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Zur Ansteuerung der Kondensatoren 1-3 wird der Gruppenschalter 24
im Gegentakt zum Hauptschalter 23 wechselweise an U1 und U2 gelegt; an den Kondensatoren
1-3 liegt dann eine Exponential-Wechselspannung nach Diagramm 48, d.h. die Kondensatoren
1-3 befinden sich im"Ein"-Zustand.
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Zur Ansteuerung der Kondensatoren 4 und 5 wird der Gruppenschalter
25 konstant an U1legt und die den Kondensatoren 4 und 5 zugeordneten Anwahlschalter
27 und 28 im Gegentakt zum Hauptschalter 23 geschlossen.
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Die an den Kondensatoren 4 and 5 liegende Wechselspannung entspricht
dann wieder der im Diagramm 48, die am Kondensator 6 liegende Jedoch der im Diagramm
52 aufgezeichneten Exponential-Wechselspannung. Die Kondensatoren 4 und 5 befinden
sich also wie gewUnscht im "Ein"-Zustand, der Kondensator 6 dagegen in einem "Aus"-Zustand.
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Die bei geschlossenen Anwahlschaltern 27 und 28 über die in Flußrichtung
gepolten Dioden 33 und 34, die Anwahlschalter 27 und 28 und die Konstantstromquellen,
40 fließenden Konstantströme setzen sich aus den Jeweils an den Kondensatoren 4
bzw. 5 auftretenden Umladeströmen und den aufgrund des Potentialunterschiedes Ul-U2
über, den Gruppenschalter 25, die entsprechenden Vorschaltwiderstände 21 und die
Dioden 33 bzw. 34 fließenden Ströme zusammen. Ihre, Größe ist gerade so gewählt,
daß die Kondensatoren 4 und 5 während der Anwahldauer völlig umgeladen werden.
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Der Gruppenschalter 26 liegt konstant am Gleichpotentlal U2. Die Spannung
an den Kondensatoren 7-9 entspricht der im Diagramm 56 aufgezeichneten, d.h. die
Kondensatoren 7-9 befinden sich in einem "Aus"-Zustand.
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In Fig. 5 ist die Leuchtsäule in drei Gruppen 57-59 unterteilt, wobei
Gruppe 59 alle Kondensatoren umfaß't, die beispielsweise in der Zusammensetzung
zu Schriftzeichen, Skalen od;dgl. dauernd leuchten sollen. Der allen Gruppen 57-59
gemeinsame Hauptschalter' ist durch denrpn-Transistor 60, die Gruppenschaiter für
die Gruppen 57-59 sind durch die npn-Transistoren 61, 62 bzw. 63 realisiert.
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Die Transistoren 61 und 62 sind kollektorseitig über die Kollektorwiderstände
64 bzw. 65 an das erste Gleichpotential Ul und basisseitig über die Widerstände
66 bzw. 67 an ein positives Gleichpotential U3 zur Basisspannungsversorgung gelegt.
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Die Transistoren 60 und 63 sind die Schaltelemente einer bistabilen
Kippstufe 68 nach Art von ECCLES-JORDAN. Sie sind kollektorseitig über die Kollektorwiderstände
69 bzw. 70 an das erste Gleichpotential U1,und basisseitig über die Widerstände
71, 72 bzw. 74a 75 und die Zenerdioden 73 bzw. 76 an die Gleichpotentiale t U3 gelegt.
Die Rückkopplungswiderstände des Transistors 63 sind gegeben durch die Zenerdiode
73 und die Halbleiterdioden 77 und 78, die Rückkopplungswiderstände des Transistors
60 durch die Zenerdiode 76 und die Halbleiterdioden 79 und 80. Die Kippstufe wird
von einem negative Spannungsimpulse erzeugend'en Taktgeber 81, vorzugsweise einem
Komplementärmultivibrator, gesteuert.
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Die Taktfrequenz des Taktgebers 81 ist doppelt so hoch wie die erwünschte
Wechselfeldfrequenz fo Über das von einem ohmschen Widerstand 82 und einer Kapazität
83 gebildete Differenzierglied sowie eine Diode 84 werden die Taktimpulse des Taktgebers
81 der Basis des Transistors 63 bzw.
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über das von einem Widerstand 84'und einer Kapazität 85 gebildete
Differenzierglied sowie eine Diode 86 der Basis des Transistors 60 zugeführt, wodurch
der Jeweils leitende Transistor 6o bzw. 63 gesperrt wird.
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Die npn-Transistoren 87-90 werden von den Transistoren 61, 62 sowie
60'bzw.'63 so gesteuert, daß bei leitendem Transistor 60, 61, 62 oder 63 der entsprechend
angeordnete Transistor 89, 87, 88 bzw. 90 leitend und bei gesperrtem Transistor
60, 61, 62 oder 63 leitend ist. Ihre Kollektorwiderstände 91-94 sind vernachlässigbar
klein gegenüber den Vorschaltwiderst&nden in den Gruppen 57-59 und den Kollektorwiderständen
70, 64,- 65 blw. 69 der Transistoren 60-63.
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Die Aufgabe der Transistoren 87-90 besteht darin, die unerwünschte
Vergrößerung der Umladezeitkonstante durch die Kollektorwiderstände 64, 65, 69 und
70 bei gesperrten Transistoren 61, 62, 63 bzw. 60 zu beseitigen.
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Als Anwahlschalter für die Gruppen 57 und 58 dienen die npn-Transistoren
95, 96 und 97.
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Die Blöcke 98 und 99 sind Teile eines Analog-Digitalwandlers mit den
zugehörigen Dekodiernetzwerken zum Ansteuern der als Gruppenschalter bzw. Anwahischalter
verwendeten Transistoren 61, 62 bzw.
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95-97.
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Die Funktionsweise der Schaltung naeh Fig. 5 ergibt sich wie folgt:
Die vom Taktgeber 81 gesteuerte bistabile Kippstufe 68 bewirkt, daß sich die Kondensatoren
der Gruppe 59 immer im WEln-Zustand befinden.
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Zur Ansteuerung sämtlicher Kondensatoren einer Gruppe 57 bzw. 58 werden
vom Block 99 dem Emitter der entsprechenden Transistoren 61 bzw. 62 SpannungSimpulse
derart zugeführt, daß die Transistoren 61 bzw. 62 im Gegentakt zum Transistor 6o
abwechselnd in den leitenden und gesperrten Zustand gebracht werden. Im leitenden
Zustand liegt dabei der Emitter unmittelbar am Massepotential (U2= OV).
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Zur Ansteuerung einzelner Kondensatoren aus einer Gruppe 57 bzw.
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58 bewirkt ein entsprechendes Steueraignal vom Block 99, daß der Transistor
61 bzw. 62 immer gesperrt ist. Olelchzeltig wird der den anzusteuernden Kondensatoren
als Anwahlschalter zugeordnete Transistor, 95, 96 bzw. 97 mittels entsprechender
im Block 98 erzeugter Steuerimpulse abwechselnd im Gegentakt zum Hauptschalter'60
in den leitenden und gesperrten Zustand gebracht.
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Die Steuerimpulse übersteueren den Transistor 95, 96 bzw. 97 dabei
so weit, daß der sich einstellende Kollektorstrom zur vollständigen Umladung der
angesteuerten Kondensatoren in der gewünschten Zeit ausreicht. Die Transistoren
95, 96 und 97 dienen also gleichzeitig als Anwahlschalter und Konstantstromquellen.
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Soll eine Gruppe nicht angesteuert werden, so wird den Emittern der
entsprechend zugeordneten Transistoren 61 oder 62 vom Block 99 ein Steuersignal
zugeführt, das den Transistor 61 bzw. 62 konstant über steuert. Der entsprechend
angesteuerte Emitter liegt dann konstant am Massepotential