DE2003510A1

DE2003510A1 - Frequenzvervielfacher

Info

Publication number: DE2003510A1
Application number: DE19702003510
Authority: DE
Inventors: Gildo Cecchin; Feit James Henry
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1969-02-06
Filing date: 1970-01-27
Publication date: 1971-06-16
Also published as: BR7016630D0; FR2030336A7; US3585411A; CA918252A; NL7001525A

Description

DIPL-ING. LEO FLEUCHAUS

8 MÜNCHEN 71, 2?. Jan. 1970 Melchiorstraße 42

Mein Zeichen: M81P~329

Motorola, Inc. 94-01 West Grand Avenue Franklin Park, Illinois ■ V-. Bt. A.. - - ■■ ■■- i

Frequenzvervielfaoher

Die Erfindung betrifft einen Frequenzvervielfacher mit -einer Signalquelle für ein erstes zu" vervielfachendes Frequenz-signal mit sich änderndem Amplitudenwert, einem Resonanzschwingkreis, der auf eine Harmonische des ersten Frequenzsignals abgestimmt ist, sowie Verstärkereinrichtungen, mit welchen die Signale der ersten Frequenz in den Resonanz-* schwingkreis eingekoppelt werden.

Die zusammengesetzten Stereosignale, die für einen kompatiblen Mono- und Stereoempfang als frequenzmodulierte Signale "über-: tragen werden, umfassen die Stimme- der. IF-Signale des-rechten und linken Kanals, üblicherweise als (L ι . R)-3'ignale bezeichnet , sowie" als-'Amplitudenmodulation auf einem unterdrückten Hilfsträger die Differenz der NF-Signale des rechten und linken Kanals, die auch als (L ■*-_ ß)-Signale bezeichnet; werden,

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Fg/Wi. und

HoIF-⁷Xi-ί i

und einen kontinuierlichen Piloteon von Ij kHz. Um das .jtoreosignol zu demodul Loren, ist es notwendig, α- s 1\·/ kHz-Signal durch Demodulation zu ge ,-.'innen uno seine Frenuenz zu verdoopeln, ν/ο durch der unterdrückte o3 kHz-Träger für das (L - M-oignal ge-Ormen '■'Lrd.

.„■;.; sLnd bore: bs ;Je bokoorstiifen b-^:a"irit, die für ;] Lo Gewinnung des 19 kllz-^ifCrials Verwendung finden und di.;;^...:: 19 kIIz-.>i gnnl einer Frequenz-/i^vrdo;rpler.3tufe zuführen, die ihrorseici¹ .iji . ■ jtereodemodulator oder eine ν M-'trixcGiialtun^ zur Ge ■/Innung der kiy-oignnle des rechten Luid linken Kanals verwendet v'rl. . Normalerweise v/ird für das im ^tereodemodulatcr verwendete 19 kiiz-Jignal keine Begrenzung verlangt;, da der vom üetektox* gewonnene f-.;geiv^rert nur in .-bnü.ngi^keit von der '!'riffc a^;;3 I¹Tl-De Lektors , ^; η Unterschieden des L9 kHz-Hoc'luly t i onsoegels ('■.^ri üiüü.lsr un-:i. pu£ Grund ung;^;irjsti-"9r ^i^rmlverhMl bnisse scitv,^r.-!ukt, wer::: cli e ZF unter den Beyrenzungstvort a ο füllt.

v:2iin Άπα jedocti 3i:i^a tiulci-jlöx-JeinooMi:. i,or /.'önschc, der- für eine Vielzahl unterschiedlicher ZiiipfMnajorb.·· ■■:: \'ar.vondeb werden soll, kann der 19 kHz-Pegel in .bn^tigi^k-L u von den -,igenschaften der einzelnen Empfänger typen verschieden sein. .1.3 diesem Grund kann eine Begrenzung des IQ icHz-i egels •./iLus.chens-../orb sein, um andere aktive Stufen nicht zu übersteuern, nc— gren zerschalt linien lösen jedoch im 3tereo-?rnp finger .ichv-n.oi-Lgkeiben yus, da sie geradzahlige und uri^eradzKLLi^e nöaere iiarmonische der im 'impfanger vorhandenen jignnie '/erurs-oclien und eitrige dieser Harmonischen sich Kanälen überlagern, die von ':iui-,-;en otationen zum .usüetulen '/on rpezielli-¹;: I-^:rograramon benubi'. t; werden, uie.se Kt'riälri erstrecken sich ungijiV'.ur um 7 '<hz :i-iuh beiden leiten eine' Hilf strn^ars ml b ö? ^Hz. Lm alLgemoiri'n spricht man Ln diesem Z us nnimenha nr von 'Vl η ein ^:tsuüsid- \-i\',\ communiont i ^u authorization''¹-.Jignal (oUui otler einem ^;.; !.i .!■> — c-is L^:|-.J L;':a.·; L. 7omi die .^₁ .dung dies^·.- 1. -; 11; 11.' Lm eirii·-.- ί'-ο* ίιι'Π £S^!;rial '/wi'liarulen i ;.-:■ I;, küaruui die Hm finun is^uoa , 1! ' <.· ; LiL'

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BAD ORIGINAL

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Grund einer Begrenzung des 19 kHz-3ignaln entstehen, Signale mit 57 kHz und 76 kHz verursachen, welche' sich wiederum mit den\"^rstore-cast"'-üignalen "mischen und I-TF-lnterferenzen auslösen. - . .. . ·

3s ist; daher· wünschenswert, für Schaltungen zur V.'iedergewin-nung der gewünschten 38 kHz—Signale Möglichkeiten zu finden, um die !Urzeugung Harmonischer zu verhindern, die durch Überlagerung mit den "store-cast.'-Komponenten NF-Interferenzen hervorrufen. Überdies sind Prequenz-Verdopplerschalttingen ^ünschensvfert, deren grösster l'eil als integrierte Schaltung hergestellt werden kann, um.Kosten einaEparen und die Emp- ■ fangsgeräte kleiner ausführen zu können.

Der Erfindung liegt deshalb"die Aufgäbe zugrunde, einen Frequenzdoppier zu schaffen, der als integrierte Schaltung ausgeführt ist und eine logarithm:, se he Kompression der an die VerdoOplerschaltung angelegten Eingangssignale ermöglicht, um eine "Übersteuerung der Verdopplerschaltung zu vermeiden.

Diese "ufgabe wird ausgehend von dem eingangs erwähnten Freauenzvervielfacher erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein ochwellwertdetektor die SignalouelIe an die Verstärkereinrichtungen koppelt und lediglich die Spitzenwerte d'er Signale, der ersten Frequenz, die einen bestimmten Schwellwert übersteigen, an die Verst.^i'kereinrichtungen anlegt, und dass der Schwell- -.wertdetektor eine logarithmische Kompression für die den bestimmten Schwellwert übersteigende Amplitude der Signale bewirkt und dadurch eine Übersteuerung der Verstärkereinrichtun- ■ gen verhindert. . -

In vorteilhafter Weise wird die Erfindung bei einem Freouenzvervielfacher verwirklicht, bei dem die Signale, deren Frequenz vervielfacht werden soll, an die Vervielfacherstufe über einen' Schv.'ellwertdetektor angelegt werden, dessen Ausgangssigna.1

- ί - ■ ■ ■ innerhalb

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innerhalb des Frequenzvervielfachers vorgesehenen Verstärkereinrichtungen zugeführt wird. An die Verstärkereinrichtungen werden die Signalspitzen angelegt, wobei der Schwellwertdetektor durch eine logarithmische Kompression verhindert, dass die Verstärkereinrichtungen übersteuert werden. Dadurch wird die Erzeugung unerwünschter Harmonischer vermieden, wobei gleichzeitig die gewünschte Begrenzung des Signalpegels erfolgt. Eine Gegenkopplung der Verstärkereinrichtungen trägt ferner dazu bei, dass die Verstärkereinrichtungen nicht übersteuert werden.

Weitere Merkmale der Erfindung sind einem Ausführungsbeispiel zu entnehmen, das in der Zeichnung dargestellt ist, die einen Stereo-Multipiex-Empfänger mit einer Frequenz-Vervielfacherstufe gemäss der Erfindung zeigt.

Gemäss läer Zeichnung besteht die Frequenz-Vervielfacherstufe eines Stereo-Multiplex-Empfängers aus einem Teil einer integrierten Schaltung, welche die in der Zeichnung mit einer gestrichelten Linie umgrenzten Teile umfasst. Eine Antenne 10 empfängt eine frequenzmodulierte Trägerschwingung, auf die das Sttimensignal des rechten und linken NF-Signals sowie das Differenzsignal des rechten und linken NF-Signals als Amplitudenmodulation eines unterdrückten Hilfsträgers zusammen mit einem Pilotton aufmoduliert sind, der die halbe Frequenz der unterdrückten Hilfsträgerfrequenz aufweist. Dieses Signal wird an eine Empfängerschaltung 11 angelegt, die aus einem HF-Verstärker, einem Konverter, einem ZF-Verstärker und einem Begrenzer in herkömmlicher Weise aufgebaut ist. Das Ausgangssignal der Empfängerschaltung 11 wird an einen FN-Detektor 12 angelegt, der einen Vorverstärker 13 speist. Dieser Vorverstärker 13 ist Teil der integrierten Schaltkreisstufe.

Wenn ein zusammengesetztes Stereosignal von dem Empfänger empfangen wird, besitzt das Ausgangssignal des Vorverstärkers 13 eine 19 kHz-Pilotton-Komponente, die von einer Trennstufe 15

- 4 - festgestellt

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festgestellt und als 19 kHz-Signal getrennt wird. piese,s ,·, 19 kHz-Signal wird in herkömmlicher Weise abgeleitet·*, Fernerenthält das Aus gangs signal des Vorverstärkers IJ ,die zusam- · mengesetzten linken und rechten Stereosignale, welche über eine Leitung 16 dem Stereo-Demodulator I? zugeführt werden, der ebenfalls ein Teil der integrierten Schaltkreisstufe ist. Um im Stereo-Demodulator 17 das linke und das rechte Stereosignal zu gewinnen, ist es erforderlich, den Stereo-Demodulator 17 mit dem wiedergexionnenen. 38 kHz-Träger zu beaufschla gen, um eine synchrone Demodulation des über die Leitung 16 angelegten, zusammengesetzten Signals zu bewirken.

Zur Wiedergewinnung des 38 kHz-Trägers wird das von der Trennatufe 15 erhaltene 19 kHz-Signal· an die Basis eines PNP-Transistors 21 der integrierten Schaltung angelegt, dessen Emitter an den Kollektor und dessen Kollektor an die Basis eines NPN-Transistörs 22 angeschlossen ist und den Ein-_r:_x. gang einer Frequenz-Verdopplerstufe 20 -bildet. Die Kombination, der Transistoren 21 und 22 arbeitet als PFP-Verstärker und wird deshalb benutzt, da ein in integrierter Schaltkreisform aufgebauter PNP-Verstärker mit geeigneter Leistungscharakteristik bei dem derzeitigen Stand der Technologie schwer herzustellen ist. Daher wird der NPN-Transistor 22 als Ausgang für den PNP-Transistor 21 verwendet. Der Kollektor des Transistors 22 steht mit einer positiven Potentialquell· über einen Kollektorwiderstand 23 in Verbindung, wobei die Ausgangsbelastung des Transistor» 22 aus einem Schwellwertdetektor 25 gebildet wird, der aus vier in Serie geschalteten NPN-Transistoren 26, 27,.28 und 29 besteht. Von diesen NPN-Transistoren sind die Kollektor-Emitterstr.eeken in Serif geschaltet, wogegen die Basis des jeweiligen Tran-.; sistora 26 bis 29 mit dem zugehörigen Kollektor verbunden,-ist. Auf diese Weise arbeiten die Transistoren 26, 27, 28 und 29, die alle _;au,£ demselben integrierten Halbleiterplättßhen--auge-. ordnet sind, als Dioden, wobei sich das Signal. von■ N=Ul L. bis-

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zur Durchlassvorspannung ändert, wenn sie in der dargestellten Weise zwischen den Emitter des transistors 22 und Masse geschaltet sind.

Das am Emitter des Transistors 22 sich ausbildende signal wird an die Transistorkette bzw. den öchwellwertdetektor 25 und an die Basis eines NPN-Transistorverstärkers 30 angelegt, der als Eingangsverstärker für die 38 kHz-Frequenz-Verdopplerstufe wirksam ist. Die Basis des Transistors 30 liegt nicht nur am Verbindungspunkt zwischen dem Emitter des Transistors 22 und dem Kollektor des Transistors 26, sondern liegt ferner auch am Verbindungspunkt des Emitters des Transistors 27 mit dem Kollektor des Transistors 28. Durch den Widerstand 31 wird ein anfängliches Vorspannungspotential an der Basis des Transistorverstärkers 30 aufgebaut.

Die Transistoren 26, 27, 28 und 29 arbeiten in der Weise, dass sie sich praktisch im nicht leitenden Zustand befinden, bis eine Spannung an die Transistorkette angelegt wird, die die Summe der Durchbruchspannungen in Durchlassrichtung der Transistoren übersteigt. Wenn diese an die Transistorkette angelegte Spannung diese anfängliche Schwellwertspannung übersteigt, werden die Transistoren in den leitenden Zustand gesteuert, wodurch sich der Spannungsabfall an diesen nur geringfügig erhöht, während der durch die Dioden in Durchlassrichtung fliessende Strom beträchtlich ansteigt, üls Folge davon bleibt der Spannungsabfall an der Transistorkette des Schwellwertdetektors 25 für Signale, die den Schwellwert übersteigen, verhältnismässig konstant, unabhängig von dem durch die Transistoren fliessenden Strom, so dass ein erhöhter, von der 19 kHz-Trermstufe 15 aus angelegter Signalpegel einen erhöhten Spannungsabfall an dem Transistor 2d und dem Kollektorwiderstand 23 bewirkt, während der Spannungsabfall an der Transistorkette des Schwellwertdetektorn 25 reLntiv konstant bleibt.

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Dies, führt; zu einer logarithmischen Kompression der an die Basis des. Transistorverstärkers·30 angelegten Signale, welcher nur von den Signalspitzen des 19 kHz-Signals_:leitend gemacht wird. Die Amplitude dieser an der_; Basis des Transistorverstärkers 30 wirksamen Signalspitζen ist jedoch verhältnismässig konstant, unabhängig; von der Amplitude der von- der^? Trennstufe 15 erhaltenen Und die Schwellwertspannung des Schwellwertde-. tekfors 25 übersteigenden Signalspitzen, da die Überschussenergie der Signalspitzen durch den erhöhten Strom über die seriengesehalteten Transistoren 26, 27, 28 und 29 vernichtet i,^Tird. Somit verursacht ein Ansteigen der an den Transistoren, 21 und 22 angelegten Signalspitzen infolge des erhöhten über den Schwellwertdetektor 25 fliessenden Stromes lediglich ein leichtes Ansteigen des Vorspannungspotentials, das an die Basis des Transistor^erstärkers 30 angelegt, wird. Damit ist das vom Transistorverstärker 30. an einen 38 kHz-Schwingkreis 33 angelegte Ausgangssignal verhältnismässig konstant; und ferner sind auf Grund der Tatsache., dass nur die Spitzen des 19 kHz-Signals am Transistorverstärker 30 wirksam sind, genügend geradzahlige Harmonische vorhanden, um den Schwingkreis 33 in Resonanz zu bringen. Obwohl in der verfliegenden Schaltung nur vier Transistoren 26 bis 29 an die Basis des Transistorverstärkers 30 für die logarithmische Kompression angeschaltet sind, kann die ^ür den Schwellwertdetektor 25 verwendete Anzahl" der Transistoren beliebig unterschiedlich sein, wenn nur .eine Übersteuerung des Eingangs des Transistorverstärkers 30 vermieden wird. .

Eine weitere Sicherheit, um den Transistorverstärker 30 gegen Übersteuerung zu schützen, stellt ein RC-Filter 35 dar, das zvi is ehe η den Emitter des Transistorverstärkers 30 und Masse geschaltet ist und einen Gleichstrompegel aufbaut, der als Gegenkopplungsspannung am Emitter des Transistorverstärkers

30 wirksam, ist. Wenn dei¹ Transistorvers-tarker -30 leitend ge.-

macht wird, wird mit Hilfe der an seinem Emitter wirksamen

■ - 7'..-■■"■ Gleichstrotniapulse

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Gleichstromimpulse eine rasche Aufladung des Kondensators im RC-Filter 35 auf das Gleichstromniveau dieser Impulse bewirkt. Der Widerstand des RC-Filters 35 besitzt einen verhältnismässig hohen Widerstandswert, so dass die Kondensator-Entladezeit das Impulsfolgeverhältnis übersteigt, mit welchem der Transistorverstärker 30 normalerweise in den leitenden Zustand gesteuert wird. Auf diese Weise ist am Verbindungspunkt des Emitters des Transistorverstärkers 30 mit dem RC-Filter 35 sin Gleichstrompotential wirksam, welches im wesentlichen der Gleichstromspitzenspannung äquivalent ist, die am Ausgang des Transistorverstärkers 30 zur Verfügung steht. Mit dem Ansteigen des Ausgangssignals des Transistorverstärkers 30 steigt auch der Wert dieses Gleichstrompotentials an, wodurch eine entsprechende Rückkopplung am Emitter des Transistorverstärkers 30 wirksam ist. Diese Rückkopplung wirkt der Tendenz der an die Basis des Transistorverstärkers 30 angelegten Signale entgegen, die mit ansteigender Signalgrösse den Transistorverstärker 30 in den Sättigungszustand steuern würden.

Die am Kollektor des Transistorverstärkers 30 vom Schwingkreis 33 aus wirksamen Signale, entsprechendem 38 kHz-Trägersignal, das an den Stereo-Demodulator 17 angelegt wird, um eine synchrone Demodulation der über die Leitung 16 angelegten Multiplex-Signale zu bewirken. Das Ausgangssignal des Stereo-Demodulators 17 wird an den linken und rechten NF-Verstärker 18 und 19 angelegt, die ihrerseits den linken und rechten Lautsprecher 38 bzw. 39 ansteuern.

Zusätzlich zu der Lieferung einer Rückkopplung für den Transistorverstärker 30 wird der von "dem RC-Filter 35 erhaltene Gleichstrompegel auch in eine Treiberschaltung 40 für die Stereo-Anzeigelampe 41 eingespeist, die von der Treiberschaltung 40 aus erregt wird. Diese Treiberschaltung 40 besteht in der Regel aus einer Triggerschaltung, die auf Eingangsspannungen anspricht, welche einen bestimmten Pegel übersteigen, so

- 8 - ' dass

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dass, wenn immer der'Gleichstrompegel von dem RC-Filter 35 über dem Triggerpegel der Treiberschaltung 40 liegt, diese Treiberschaltung die Stereo-Anzeigelampe 4-1 einschaltet.

Der Kapazitätswert des Kondensators im RC-Filter 35 wird so gross gemacht, dass Kurζzeit- oder Streusignale, die am Ausgang der Trennstufe 15 auftreten, nicht ausreichen, um einen genügend hohen Spannungspegel zu bewirken, der die Treiberschaltung 40 triggern würde. Die Signale, die das Vorhandensein eines Stereoempfangs anzeigen, müssen für eine vorbestimmte Zeitdauer anliegen, um die Triggerung auszulösen, '

Der 38 kHz-Träger, der am Kollektor des Transistorsverstärkers 30 zur Verfügung steht, besteht aus einem symmetrischen Signal, das relativ frei von geradzahligen und ungeradzahligen höheren Harmonischen ist. Dies ergibt sich aus der Tatsache, dass eine Übersteuerung des Transistorverstärkers

-O-

vermieden wird. Damit wird die Erzeugung von Harmonischen, die sich mit den sogenannten "store-cast"-Komponenten mischen und unerwünschte NF-Interferenzen bilden, auf ein Minimum reduziert. Dies bietet zusammen mit der synchronen Demodulations technik die ,Möglichkeit, die herkömmlichen sogenannten "ätorecast"-Filter zu eliminieren, was im Hinblick auf die integrierte Schaltkreisteehnik ausserordentlich wünschenswert ist»

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Claims

Patentansprüche

Frequenzvervielfacher mit einer Signalquelle für ein erstes zu vervielfachendes Frequenzsignal mit sich änderndem Amplitudenwert, einem Resonanzschwingkreis, der auf eine Harmonische des ersten Frequenzsignals abgestimmt ist, sowie Verstärkereinrichtungen, mit welchen die Signale der ersten Frequenz in den Resonanzschwingkreis eingekoppelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwellwertdetektor (25) die Signalquelle an die Verstärkereinrichtungen (30) koppelt und lediglich die Spitzenwerte der Signale der ersten Frequenz, die einen bestimmten Schwellwert übersteigen, an die Verstärkereinrichtungen anlegt, und dass der Schwellwertdetektor eine logarithmische Kompression für die den bestimmten Schwellwert übersteigende Amplitude der Signale bewirkt und dadurch eine Übersteuerung der Verstärkereinrichtungen verhindert.
2. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonanzschwingkreis auf eine geradzahlige Harmonische der ersten Frequenz abgestimmt ist.

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3. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch . g e-k e η η ζ e i c h η e t, dass der Schwellwertdetektor (25) eine Vielzahl von Halbleiteranordnungen (26, 27,. 28,

, 29) umfasst, die zwischen die Signalquelle und ein Bezugspotential geschaltet sind, und dass die Halbleiteranordnungen von den Signalspitzen, der ersten-Frequenz in Durchlassrichtung vorgespannt werden, wenn diese die in Durchlassrichtung wirksame Durchbruchspannung aller Halbleiteranordnungen zwischen der Signalquelle und dem Bezugspotential übersteigt. ^:
4. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch g e -

k e η η ζ e i c h η et, dass..die Yerstärkereinrichtungen aus einem Transistorverstärker bestehen, an dessen Basis die Signale der ersten Frequenz von dem Schwellwertdetektor aus angelegt werden, und dass die logarithmische Kompression der Signale mit einer den Schwellwert übersteigenden Amplitude dazu benutzt wird, um eine Aussteuerung des TransistorVerstärkers in die Sättigung zu unterbinden. .'..■■■ -
5- Frequenzvervielfacher nach Anspruch 4-, dadurch ge.-" k e η η ζ e i c El η et, dass ein Energiespeicher zwischen den Emitter des Transistorverstärkers und Bezugspotential geschalt-et ist, dass der Energiespeicher, wenn der Transistorverstärker leitend ist, Energie speichert, um eine degenerative Rückkopplung für den Transistorverstärker zu bewirken und eine Aussteuerung des Transistorverstärkers in den Sättigungszustand zu verhindern, ■ , vjenn die Signale der ersten Frequenz auf eine den Schwellv?ert übersteigende Amplitude ansteigen. .
6. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 5* dadurch g e — k e η η ζ e i c h 11 et, dass der Energiespeicher eine Gegenspannung für den Emitter des Transistorverstärkers erzeugt. '■"....".

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-ft
7· Frequenzvervielfacher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transistorverstärker und der ßchwellwertdetektor als Teile desselben integrierten Schaltkreises ausgebildet sind.
8. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher als eine Parallelschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator aufgebaut ist und zwischen dem Emitter des T 'ansistorverstärkers und Hasse liegt.

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