DE2045369A1 - Überstromsichere Konstantspannungsschaltung - Google Patents
Überstromsichere KonstantspannungsschaltungInfo
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Description
14, Sep, 1970
MATSUSHITA ELECTKIC IMBUSTRIAL GO., LTD,
Osaka/Japan
Überstromsiehere Konstantspannungsschaltung
Die Erfindung bezieht sich auf Stronquellenschaltungen
und insbesondere auf Stromquellenschaltungen mit einer Anordnung
zur Verhinderung eines Überstroms. .
Hie Stromquelle, aus welcher dem Verbraueher Strom zugeführt wird, kann diesem infolge eines unvorhergesehenen Umstandee
(beispielsweise bei einem Kurzschluß im Verbraucher) mitunter einen
Überstrom liefern. Der den Verbraucher durchfließende Überstrom stellt eine Belastung nicht nur für den Verbraucher dar, sondern
auch für die Stromquelle. Sollte ein solcher Überstrom anhalten, so würde sich dies für die Stromquelle schädlich auswirken. Den anhaltenden
Stromdurchgang des Überstroms sucht man für gewöhnlich dadurch zu verhindern, daß für die Stromquellenschaltung ein Überstromschutz
( eine Schutzschaltung) vorgesehen wird. Ist in der Stromquellenschaltung ein Thyristor vorgesehen, so bleibt dieser
Thyristor im leitenden Zustand, sobald er einmal eingeschaltet ist, wenn er durch einen Überstrom getriggert wird, der infolge eines
unvorherge sehenen
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unvorgesehenen Umstandes in dem System auftritt. Soll die Stromquellenschaltung
dann wieder im Normalzustand betrieben werden, so ist eine Schaltungsanordnung zum Abschalten des Thyristors erforderlich.
Für gewöhnlich dient zum Abschalten des Thyristors eine Hand schalteranordnung.
Gemäß der Erfindung ist die einen Thyristor einbegreife- e Schutzschaltung mit einer Anordnung zum automatischen Wiederherstellen
des normalen Betriebszustandes der Stromquellenschaltung versehen,
so daß die Stromquellenschaltung automatisch wieder in den normalen Betriebszustand gebracht wird, sobald eine konstante Zeitspanne
verstrichen ist, nachdem sie in einen stromdrosselnden Zustand
überging.
Demgemäß hat die Erfindung zur Aufgabe, eine Stromquellen- j
schaltung zu schaffen, die mit einer n? automatischen Bückstellung
geeigneten Anordnung zur Verhinderung eines Überstroms versehen ist. ,
Weiterhin hat die Erfindung zur Aufgab·, Vorkehrungen für die Einhaltung einer konstanten Hrosselungsperiode zu treffen, die
sich vom Augenblick der Betätigung der zur Verhinderung eines Überstroms vorgesehenen Anordnung bis zum Augenblick der Wiederherstellung
des normalen Betriebszustandes der Stromquellenschaltung erstreckt.
Biese und weitere Ziele und Merkmale der Erfindung ergeben sich mit größerer Deutlichkeit aus dem Zusammenhang der nachfolgenden
Beschreibung anhand der beigegebenen Zeichnungen. Xa den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 ein Schaltbild für ein typisches Beispiel einer bekannten Stromquellenschaltung mit Spannungskonstanthaltung}
Figur 2 ein Schaltbild einer bekannten Stromquellenschaltung
mit Spannungskonstanthaltung, die mit einer Anordnung zur Verhinderung eines Überströme versehen ist, welche mit einem Thyristor
arbeitet;
Figur 5 ein Schaltbild einer die Erfindung verkörpernden
Stromquellenschaltung, die mit einer automatisch rückstellbaren Anordnung zur Verhinderung eines Überstroms'versehen ist;
Figur
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• - 5 - 2Ü45369
Figur 4 ein. Schaltbild einer anderen Aasführungsform der
erfindungsgemäßen Stromquellen schaltung mit einer automatisch rückstellbaren
Anordnung zur Verhinderung eines Überströme?
Figur 5 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung·
der Arbeitsprinzipien, die der Erfindung zugrundeliegen ι und
Figur 6 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung
der Arbeitsprinzipien, die bei der Ausführungsform der Figur 4 in
Betracht kommen.
Figur 1 zeigt das Grundschema einer Konstant spannungsschal
tung. Hierzu gehören Gleichrichterdioden D1 und D2, ein Glättungskondensator
CL, eine Glättungs schaltung mit einem Widerstand R.
und einem Kondensator C-,, ein Stromsteuerungstransistor Tr-, ein
Fehlerspannungsverstärker, bestehend aus einem Transistor Tr? und
einer Serienschaltung aus einer Zenerdiode D "und einea Widerstand
E3. zum Zuführen einer konstanten Spannung zu dea Emitter des Transistors
Tr„, und schließlich ein Begelwiderstand VE, der eine vorgegebene
Ausgangs spannung liefert. Das Bezugszeichen L bezeichnet
einen ait der Konstantspannungsschaltung verbundenen Verbraucher.
Überschreitet die an dem Verbraucher L anliegende Klemmenspannung beim Betrieb der beschriebenen Konstantspannungsschaltung
einen vorbestimmten Wert, so wird der Potentialunterschied zwischen
dem Spannungsabfall über einem Teil des Regelwider stände β VH, welcher
der Basis des Transistors Tr zugeführt wird, und der Klemmenspannung
über der Zenerdiode D der Basis des Transistors Tr, aufgedrückt,
so daß sich dessen Basispotential verringert. Infolgedessen wird der Leitungspegel des Transistors Tr, gesenkt, so daß sich
die über die Anschlüsse des Verbrauchers L zugeführte Ausgangsspannung
verringert« Unterschreitet andererseits die dem Verbraucher L zugeführte Spannung den vorbestimmten Spannungswert, so erhöht sich
der Leitungspegel des Transistors Tr, und der dem Verbraucher L zugeführte
Strom steigt an, so daß sich dort die Klemmenspannung entsprechend
erhöht.
Wird der Verbraucher L kurzgeschlossen oder geht er in
einen im wesentlichen kurzgeschlossenen Zustand über, so daß der
Verbraucherstrom einen vorbestimmten Wert übersteigt, so erhöht sich
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die Kollektorverlustleistung des Transistors Tr,. Sollte dieser Zustand
länger anhalten, so würde der Transistor Tr1 thermisch zerstört
werden. Lieser Eventualität hat man durch Schaltungsanordnungen verschiedener Art vorzubeugen gesucht, die geeignet sind, das
Auftreten eines Überstroms zu verhindern.
Figur 2 zeigt eine solche Schaltungsanordnung, bei der ein Thyristor vorgesehen ist. Bei dieser Schaltungsanordnung wird ein
Überstrom mit Hilfe eines Widerstandes R. festgestellt. Der Widerstand
swert des Widerstandes R. ist so gewählt, daß ein Thyristor D,,
angeschaltet wird, wenn der Spannungsabfall an diesem Widerstand einen vorbestimmten Wert überschreitet. Beim Anschalten des Thyristors
D, schließt dieser die Basis des Transistors Tr, k".7'£, so
daß das Emitterpotential des Transistors Tr, nahezu den Wart lull
annimmt, so daß die Stromzufuhr zu dem Verbraucher L im wesentlichen
gesperrt wird. Bei dieser Schaltungsanordnung besteht keine Möglichkeit
zu einer thermischen Zerstörung des Transistors Tr,» Wird bei
dieser Schaltungsanordnung der Thyristor D,, einmal angeschaltet, so
bleibt er stromführend, was für die Schaltungsanordnung mit einem
Thyristor charakteristisch ist. Zur Wiederherstellung des ui^sprüngliefoen
Zustandes der Schaltung bedarf es einer Anordnung 212s Abschalten
des Thyristors D.,, . Diesem Erfordernis wird dadurch Rechnung getragen,
daß füT gewöhnlich ein Handseh<er zum Kurzschließen der
Anode und der Katode des Thyristors B., vorgesehen wird. Die Handbetätigung
des Schalters zum Rückstellen der Schaltung in den ursprünglichen Zustand ist indessen in der Praxis recht lästig. Auch
ist eine absolut© Gewähr für einen wirksamen Schutz der Schaltung aickt gegeben.
Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Konstantspennungsschaltmig,
bei der die obigen Mängel behoben sind, während gleichseitig
die im Prinzip sehr brauchbaren Eigenschaften des Thyristors
genutzt werden. In dieser Figur ist mit dem Bezugszeichen Tr, ein Transistor zum Kurzschließen der Basis des Transistors Tr1 zu dessen
Sperrung bezeichnet ? mit dem Bezugsseiehea Tr. ein Transistor zur
Steuerung des Transistors Tr,, mit dem Bezugszeichen D, eine Niveaudiode,
mit dem Bezugszeichen R. ein Arbeitswiderstand für den Transistor Tr. und mit dem Bezugszeichen R5. ein Basiswiderstand für den
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Transistor 'Tr , der gleichzeitig auch als Arbeitswiderstand für
einen Thyristor D.. dient. Der Thyristor D., ist zum Drosseln des
Verbraucherstroms vorgesehen. Die Drosselungsdauer wird durch Widerstände
R7 und Rg, einen Kondensator C, und einen Transistor Tr,-be
stimmt.
Die der Erfindung zugrundeliegenden Arbeitsprinzipien
sollen nun anhand der Figur 5 erläutert werden, in welcher der
Eotentialverlauf an verschiedenen Punkten der Schaltungsanordnung
der Figur 5 dargestellt ist. lter Punkt A ist hierbei der Anode des
Thyristors B+, und der Niveaudiode D, gemeinsam, der Punkt B ist der
Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors Tr. und der Basis des Transistors Tr,, der Punkt B ist der Verbindungspunkt zwischen
dem Kollektor des Transistors Tr, und der Basis des Transistors
Tr-,, der Punkt E entspricht dem Emitter des transistors Tr1
und der Punkt F ist den Widerständen R7 und R„ sowae dem Kondensator
CL· gemeinsam.
Erhöht sieh der Verbraucherstrom und erreicht einen vorgegebenen
Wert, so erhöht sich der Spannungsabfall über dem Widerstand Rg bis zur Triggerung des Thyristors D,, , so daß sich das
Potential an dem Punkt A verringert. Infolgedessen wird der Transistor
Tr. zur Erhöhung des Potentials an dem Punkt B getriggert. Mit
steigendem Potential an dem Punkt B wird der Transistor Tr, zur
Verringerung des Potentials an dem Punkt D getriggert. Als Folge
der Potentialverringerung an dem Punkt D verringert sich das Emitterpotential
des Transistors Tr-, an dem Punkt E und damit auch der
Ausgangsstrom. Bei der Potentialerhöhung am Punkt B beginnt sich
das Potential an dem Punkt F währenddessen entsprechend der Zeitkonstante,
die von dem Widerstand R7 und dem Kondensator C, abhängt,
zu erhöhen. Erhöht sich die Klemmenspannung über dem Kondensator C,
bis zur Erhöhung des Potentials an dem Punkt F auf einen vorbestimmten
Wert, so wird der Transistor Tr1- zur Verringerung des Potentials
an dem Punkt A getriggert, so daß der Thyristor D,, abgeschaltet wird. Der Transistor Tr1. befindet sich nur kurzfristig im Durchlaßzustand
und der ursprüngliche Wert des Potentials an dem Punkt A stellt sich bald wieder ein. Erhöht sich dann das Potential an dem
Punkt A, so wird der Transistor Tr. wieder getriggert, wodureh sich
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das Potential an dem Punkt B bis zum Abschalten des Transistors Tr
verringert, so daß sich das Potential an dem Punkt B erhöht, was eine Potentialerhöhung an dem Punkt E zur Folge hat. Bas Potential
an dem Punkt F wird demgegenüber verringert, da sich das Potential
an dem Punkt B verringert.
Figur 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung
In dieser Figur ist mit dem Bszugszeiehen Tr, ein Transistor zum
■Kurzschließen der Basis das Transistors Tr, zur Verringerung von
dessen Esiitterpotential b@g©iehaet9 mit dem Bezugszeichen Tr. ein
Transistor zur Steuerung des Transistors Tr,, mit dem Bezugszeichen
B.. ein Thyristor, mit dem B®sugszeioh@a R. ein Arbeitswiderstand
für den Transistor Tr., sait dess Be^ugsaeiehen B, eine Niveaudiode,
sit dem Bezugszedehen IL ein Widerstand zum Einstellen der Empfindliehkeit
das Transistors Tr, 9 mit des Beaugszeichen Rp. ein Wider-
4 J
stand, der sowohl als Basisuidorataad 3car dan Transistor Tr. wie
aueh als Belastuagstfidsrstand für den Thyristor B+. dient, mit dem
B©zugsaeich©a H/- ein Widerstand sue Feststellen eines Überstroms,
mit dea Bezugszeiehea La eine Vorriehtuag sum Umwandeln des den Thyristor
B., durehfli©ß©nd®a Stroas ia ein© Liehtleistung, beispielsu@ise
also ©in© Laspaj; und mit do® Baaugsseiehen GdS eine Photolei t~
selles die sit dieser Lamps La in dar Weise optisch gekoppelt ist,
daß sieh ihr T7id@rstaadswert je aaeh der einfallenden Lichtmeng®
ändert, od@r genauer gesagto ihr Mderstanäswert verringert sich mit
der Intensität des einfallenden Liehts und erhöht sich, wenn sich
die Intensität des einfallendes Liehts verringert» Ber Punkt A ist
d@r Affiodeapunkt des Thyristors B,, , d@r Punkt B ist der Verbindungspunkt
swisehen dem Kollektor des Transistors Tr. und der Basis des
Transistors Tr, s der Punkt B ist der Verbindungspunkt zwischen dem
Kollektor des Transistors Tr, uad der Basis des Transistors Tr, und
der Punkt B ist der Emitterpunkt des Transistors Tr,. Normalerweise
ist der Transistor Tr, gesperrt, der Transistor Tr. ist angeschaltet und der Thyristor B . ist abgeschaltet, und es fließt kein Strom
chireh die Lampe La, so daß der Widerstandswart der Photoleitzelle
CdS hoeh ist. Übersehreitet der Verbrauch^rstrom einen vorbestimmten
Wert, so erhöht sieh d<sr Spannungsabfall über dem Widerstand IL- bis
su r Triggarung des Thyristors B+,o Buren aas Triggern des Thyristors
B., kommt es su eiasai Stromdurchgang durch die Laap© La9' so daß
diese
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diese aufleuchtet. Bei der Zuführung dee Stromstoßes zu der Lampe La
leuchtet diese allerdings erst mit einer gewissen Verzögerungszeit
auf. Nach dem Aufleuchten der Lampe La erhöht sich die in die Photoleitzelle
CdS einfallende Lichtaenge und ihr Widerstand verringert sich entsprechend. Auch zwischen dem Augenblick des Lichteinfalls
in die Photoleitzelle CdS und dem Augenblick einer dementsprechenden
Änderung des Widerstandes der Photoleitzelle CdS ergibt sich eine geringe Verzögerung. Me Wechselbeziehungen zwischen de» Lampenstrom,
der Intensität des von der Lampe auegesandten Lichts und dem Widerstand
der Photoleitzelle sind in Figur 6 veranschaulicht. Inzwischen
löst das Triggern des Thyristors D,, eine Triggerung des Transistors
Tr, aus, so daß sich das Potential an dem Punkt B erhöht. Beim Ansteigen
des Potentials an dem Punkt B wird der Transistor Tr, getriggert
und das Potential an dem Punkt B verringert sich, wodurch das Potential an dem Punkt S sinkt und der Yerbraucherstrom verringert
wird. Mit der Abnahme des Widerstandes der Photoleitzelle CdS erhöht sich der Stromdurchgang durch diese und der Stromäurchgang
durch den Thyristor B.. verringert sich entsprechend. Weaa der Stromdurchgang
durch den Thyristor B,, unter den Wert eines vorbestisBi
<sn Haltestroms absinkt, wird der Thyristor B., abgeschaltet. Es ist &«-
her erwünscht, eine Voreinstellung ler Lampe La und der Photoleitzelle
CdS in dem Sinne vorzunehmen, daJ der Widerstand der ffcrkilait»
zelle CdS auch dann noch hinreichend niedrig ist, wenn der Strom
durch den Thyristor B.. nur den Wert des vorbestimmten Haltestroms
erreicht. Wird der Thyristor B„ gesperrt, so hört der Stromdurchgang
durch die Lampe La auf, so daS die Lampe La abgeschaltet und
die Bestrahlung der Photdleitzelle CdS beendet wird. Infolgedessen
erhöht sich der Widerstand der Photoleitselle CdS und damit auch daa
Potential an dem Punkt A. Burch das Ansteigen des Potentials an dem
Punkt A wird der Transistor Tr, getriggert und das Potential an dem
Punkt B verringert sich, wodurch der Transistor Tr, abgeschaltet
wird, so daß sich das Potential an de« Punkt B erhöht. Bamit ist der
ursprüngliche Zustand der Schaltungeanordnung wiederhergestellt. Bei dieser Ausführungsform wird die Yerzögerungszeit zwischen der Zuführung
des Stoßstroms zu der Lampe La und deren Aufleuchten sowie zwischen
dem Augenblick des Einsetzens der Bestrahlung der Photoleitzelle CdS und,dem Augenblick des Eintritts der Widerstandsänderung
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der Photoleitzelle in wirksamer Weise genutzt. In Figur 5 bezeichnete
die Zeitspanne, während deren eich die Schutzwirkung entfaltet. Das Potential an den punkten A bis E ändert sich bei dieser
Ausführungsform in ähnlicher Weise, wie dies in Figur 5 veranschaulicht
ist. Wie sich aus der Beschreibung der Ausführungsformen der Figuren 3 und 4 ergibt, kann der Betätigungsablauf zur Wiederherstellung
des normalen Betriebszustandes der mit einem Thyristor
arbeitenden überstromsicheren Konstantspannungsschaltung im Rahmen
der Erfindung automatisiert werden, während hierzu bislang eine Betätigung eines Drucktastenschalters von Hand erforderlich war.
Bei der erfindungsgemäßen überstromsicheren Konstantstromschaltung ist also einerseits gewährleistet, daß die Belastung des Steuertransistors
zum Zeitpunkt seiner Betätigung verringert wird, was als Merkmal des Thyristors zu betrachten ist, zum andern aber auch,
daß der normale Betriebszustand automatisch wiederhergestellt wird.
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Claims (1)
- - 9 - 2Ü4S369Pat en tan s ρ rü ehe( VStromquellenschaltung, gekennzeichnet durch eine mit einem Verbraucher (L) in Serie zu schaltende Stromsteuerungseinrichtung (Tr1), eine mit der Stromsteuerungseinrichtung (Tr1) verbundene und einen Thyristor (D^) einbegreifende Anordnung (R6, D^) zur Verhinderung eines Überstroms und eine für die Anordnung (Rg, Dth) zur Verhinderung eines Überstroms vorgesehene Anordnung (E,, Rg, C,, Tr^) zur Wiederherstellung des normalen Betriebszustandes des Thyristors C°+n) nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne vom Beginn der Betätigung der Anordnung (Rg, D+h) zur Verhinderung eines Überströme, wobei diese Anordnung (Rg, D+h) zur Verhinderung eines Überstroms im Falle der Überschreitung eines vorbestimmten Werts des dem Verbraucher (L) zuzuführenden Stroms zu einer Betätigung der Stromsteuerungseinrichtung(Tr1) im Sinne einer zeitweiligen Drosselung der Stromzufuhr zu dem Verbraucher (L) für eine konstante Zeitspanne bis zur Wiederherstellung des normalen Betriebszustandes der Stromsteuerungseinrichtung (Tr,) durch die Anordnung (Rg > -^+O zur Verhinderung eines Überstroms betätigbar ist.2. Stromquellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (Hg, D,,) zur Verhinderung eines Überstroms einen mit dem Verbraucher (L) in Serie geschalteten Widerstand (Rg) zum Peststellen des Verbraucherstroms und einen Thyristor (D,, ) einbegreift, dem eine beim Stromdurchgang durch den Widerstand (Rg) über dem Anschluß des Widerstandes (Rg) erscheinende Triggerungssteuerspannung zuführbar ist, wobei die Stromsteuerungseinrichtung (Tr1) entsprechend der Anschluß spannung über dem Thyristor (D4, ) betätigbar ist.Xn3» Stromquellenschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Thyristor (B.,) in der Anordnung (Rg, D,, ) zur Verhinderung eines Überstroms um eine Kipptriode handelt, die durch die Klemmenspannung über dem mit dem Verbraucher (l) in Serie geschalteten Widerstand (Rg) zum Feststellen des Verbraueherstroms triggerbar ist.4. Stromquellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Anordnung (r_, R^, C,, Tr^i La, CdS) zur Wiederherstellung des normalen Betriebszustandes des in der Anordnung (R^, D , ) zur Verhinderung eines Überstroms vorgesehenen Thyristors (D+,)109848/1109- ίο - . Ί υ 4 b 3 6 9um eine Schaltung mit einer vorbestimmten Zeitkonstante zum Kurzschließen des Thyristors (D+, ) zu einem Abschalten des Thyristors (D,, ) in einem vorbestimmten Zeitpunkt nach erfolgter Änderung der Klemmenspannung über dem Thyristor (D„ ) zur Triggerung des Thyriem
stors (D+,) handelt.5· Stromquell en schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, u -Λ die Schaltung (R7, Rfi, C,, Tr^) mit einer vorbestimmten Zeitkon-. stante eine Serienschaltung eines Widerstandes (R7) und eines Kondensators (C,) einbegreift, der eine Spannung entsprechend der Klemmenspannung über dem Thyristor (D+, ) in der Anordnung (R/r» D+, ) zur Verhinderung eines Üb er ströme aufdrückbar ist, sowie ferner einen dem Thyristor (D., ) parallelgeschalteten und zum Feststellen der Klemmenspannung über dem Kondensator (C2.) betätigbaren Transistor (Tr^) j wobei dieser Serien schaltung aus dem Widerstand (R7) und dem Kondensator (C,) beim Triggern des Th--Ti stora (D., ) eine Spannung aufdrückbar ist und wobei der Transistor (Tr1.) beim Triggern desThyristors (D+, ) zu einem Kurzschließen des Thyristors (D+, ) für &n τηeins durch die Zeitkonstante der Serienschaltung bestimmte konstante Zeitdauer betätigbar ist.Stromquellenschaltung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (R7, R„, C , Tr., Tr^) mit einer vorbestimmten Zeitkonstante einen Transistor (Tr.) zum Feststellen des Klemmenspannungsabfalls über dem Thyristor (D+, ) in der Anordnung (R/·, D+, ) zurτη ο τηVerhinderung eines Überstroms einbegreift, ferner eine Serienschaltung eines Widerstandes (R7) und eines Kondensators (C7,) , wobei diese Serienschaltung zwischen den Kollektor und den Emitter des Transistors (Tr.) gelegt ist, und einen Transistor (Tr1.) , der dem Thyristor (D+, ) parallelgeschaltet ist und der beim Feststellen einer über dem Kondensator (C,) aufgebauten Spannung zum Abschalten des Thyristors (D+,) betätigbar ist.7. Stromquellenaehaltung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (La, CdS) mit einer vorbestimmten Zeitkonstante eine mit dem Thyristor (D+, ) in der Anordnung (fig» D+, ) zur Verhinderung eines Überstroms in Serie geschaltete Lichtquelle (La) und ein dem Thyristor (D , ) parallelgeschaltetee und g?it der Lichtquelle (La) optisch gekoppeltes photo elektronisches Bauel eisest (CdS) einbegreift,wobei109848/1109' . η - 2U45369wot ei eine Verzögerung in der Betätigung des photoelektronischen Bauelements (CdS) gegenüber der Betätigung der Lichtquelle (La) ausnutzbar ist. .8. Stromquellenschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
es sich hei der Lichtquelle (La) um eine Lampe und bei dem photoelektronischen Bauelement (CdS) um eine Cadmiumsulfidzelle handelt.10 9 8 4 8/1109Leers eit
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