DE2214930A1 - Schaltungsanordnung zur regelung einer gleichspannung - Google Patents

Description

SIEIJSXS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, 27. MRZ 1972

Berlin und München _A _ _ Wittelsbaeherplatz

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Schaltungsanordnung zur !Regelung einer Gleichspannung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Regelung einer G-leichepannung an einem lastwiderstand, wobei die Emitterkollektoratrecke eines Transistors in Serie mit einer Drossel und den Testwiderstand an eir.e Gleichspannungsquelle angeschlossen ist. Dabei wird unter Verwendung einer Regelschaltung die am Lastwiderstand anliegende Spannung mit einer Referenzspannung verglichen. Mittels dieser Regelschaltung wird in Abhängigkeit von der am Lastwiderstand auftretenden Gleichspannung ein Signal abgegeben, mittels dessen die Imitterkollektorstrecke des Transistors um so langer gesperrt wird, je größer die Gleichspannung am Lastwiderstand ist.

Ein bekannter Schaltregler.ist der Zweipunkt-Regler. Bei diesem ist ein Pol einer Gleichspannungsquelle über die Emitterkollektorstrecke eines Schalttransistors und über einen Vorwiderstand und den Lastwiderstand an den anderen Pol der Gleichsparmungsquelle angeschlossen. Der Schalttransistor wird bei einem oberen Grenzwert der am Lastwiderstand anliegenden Spannung gesperrt und bei Einern unteren Grenzwert durchgeschaltet„ Wesentlicher Nachteil dieses bekannten Schaltreglers ist die Abhängigkeit der Schaltfrequenz von der Spannungsdifferenz zwischen den Grenzwerten* Ein v/eiterer Nachteil dieses bekannten Schaltreglers ist '. darin zu sehen, daS der am Lastwiderstand anliegenden Spannung eine Wechselspannung überlagert ist, die nur mit'einer Nachsiebung beseitigt werden kann»

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Außerdem ist ein weiterer Schaltregler bekannt, bei dem ebenfalls ein Pol einer Gleichspannungsquelle über die Emitterkollektorstrecke eines Transistors über eine Drossel und über den Lastwiderstand an den anderen Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist. Bei diesem weiteren Schaltregler wird der Schalttransistor durch Impulsbreitensteuerung bsi konstanter Frequenz gesteuert. Die Veränderung der Impulsbreite erfolgt hier durch den Vergleich eines dreieckförmigen Stromes mit einem Strom, der der Spannung am Lastwiderstand proportional ist. Nachteilig ist an diesem weiteren Schaltregler der relativ große technische Aufwand.

Die Erfindung bezweckt, eine Schaltungsanordnung zur Regelung einer Gleichspannung anzugeben, bei dem die Nachteile der bekannten Schaltungsanordnungen vermieden werden.

Erfindungsgeruäß ist bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ein steuerbarer Widerstand vorgesehen, der in Serie mit der Primärwicklung eines Transformators an eine Betriebsspannungsquelle angeschlossen ist. Diese Sekundärwicklung dieses Transformaxors ist an die Basis-Emitterspannung des Transistors angeschlossen und über diese Sekundärwicklung wird ein Signal zur Steuerung des Transistors abgegeben. Außerdem ist ein Taktgebeer vorgesehen, der ein Taktsignal erzeugt und damit wird eine Flanke des Signals bewirkt. In Abhängigkeit von der am Lastwiderstand auftretenden Gleichspannung wird die andere Planke des Signals bewirkt.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, daß durch die Verwendung des Transformators während der Sperrphase des Transistors eine definierte Sperrspannung an der Basisemitterstrecke des Transistors liegt. Auf diese Weise ist eine Regelung erzielbar, die weitgehendst temperaturunabhängig ist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist darin zu sehen, daß diese

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Schaltungsanordnung zur Regelung eines großen Gleichspannungsbereiches am Lastwiderstand geeignet ist. Dies ist gewährleistet infolge der galvanischen Trennung durch den Trans formator. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich ferner dadurch aus, daß sie sich wegen der Verwendbarkeit eines integrierten Spannungsreglers und eines integrierten Verstärkers sehr preisgünstig herstellen läßt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren 1 bis 7 beschrieben, wobei in mehreren Figuren dargestellte gleiche Bauteile 'mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet'.sind. Es zeigen: Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung zur

Regelung einer Gleichspannung an einem Lastwiderstand, Fig, 2 eine Regelschaltung in ausführlicherer Darstellung, die'in der Schaltungsanordnung nach Fig« 1 verwendet wird,

Fig. 3 ein weiteres Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Regelung einer Gleichspannung an einem Lastwiderstand,

Fig. 4- eine weitere Regelschaltung in ausführlicherer Darstellung, die bei der Schaltungsanordnung nach Fig. verwendet wird,

Fig. 5 einen integrierten Spannungsregler, der in beiden Schaltungsanordnungen nach Fig. 1 und 3 verwendet wird,

Fig. 6 einen integrierten Verstärker in ausführlicher Darstellung, der in beiden Schaltungsanordnungen nach • Fig. 1 und 3 verwendet wird und

Fig. 7 Impulsdiagrainme anhand derer die Wirkungsweise der Schaltungsanordnungen nach Fig. 1 und 3 erläutert Yri-rd.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 dient zur Regelung einer am Testwiderstand RL auftretenden Gleichspannung. Diese Schal

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tungsanordnung besteht aue dem Gleichrichter G, aus den Kondensatoren C1 (500OJLiP), C2 (22OyCLP), C3 (1 nP) ferner aus dem Transistor T1 (Type BDY 26), der Drossel Dr1, aus den Dioden D1, D2, den Widerständen R1, R2, RL, aus der Regelschaltung SP1, aus dem Transformator Tr1 und aus der Zenerdiode ZD1.

Der Gleichrichter G ist über die Schaltungspunkte P1 und P2 an eine Wechselspannung von 220 V angeschlossen und gibt eine Gleichspannung von 22 V ab. Die Kondensatoren C1 und C2 dienen als Siebkondensatoren. Der Transistor T1 wird als Schalttransistor betrieben und wird unter Verwendung der Regelschaltung SP1auf- und zugesteuert. Dazu wird von den Punkten P7 und P8 eine Spannung abgegriffen, die innerhalb der Regelschaltung SP1 mit einer Referenzspannung verglichen wird. Venn die an den Punkten P7 und P8 abgegriffene Spannung größer als die Referenzspannung ist, dann wird mittels der Regelschaltung Sri und unter Verwendung des Transformators Tr 1 die Sperrzeit des Transistors T1 verlängert. Wenn umgekehrt die an den Schaltungspunkten P? und P8 abgegriffene Spannung kleiner als die Referenzspannung ist, dann wird die Sperrzeit des Transistors T1 verkärzt. Die in der Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung hat somit die Aufgabe, die an den Schaltungspunkten P3 und P7 bzw. P4 und P8 anliegende Spannung von ·\Λ2 V weitgehend konstant zu halten und bewährt sich besonders dann, wenn durch den Lastwiderstand RL relativ kleine Lastströme bis zu max. 1,5 A fließen.

Die Pig. 2 zeigt ausführlicher die in Pig. 1 dargestellte Regelsehaltung SP1. Diese Regelschaltung besteht aus dem integrierten Regler IC, aus dem integrierten Verstärker V, ferner aus den Dioden D3, D4, D5, D6, D7, aus den Kondensatoren 04 (220/X?), C5 (0,1 yUF), C6 (4,7 nP), 07 (330 pP) aus den Widerständen R3 (220^2), R4 (1,2 k Q ), R5 (2 kö ), R6 (820 Sl ), ?.7 (1 k Q. ), R8 (1,8 k 9. ), R9 (33 £ ), R10 (5,1 k Q ), RU (118 Q ), R15 (1,8 k¹ Q ), R16 (3,3 k Q ),

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R17 (33 * Ω ), Ε18 (1,5 k fi ), R19- (22.k Ω ), R20 (150 k Q und aus der Zenerdiode ZD2.

Der integrierte Spannungsregler IC wird an den Punkten 8 und 5 mit einer Hilfsspannung von 24 V gespeist. Am Punkt 4 liefert er die Referenzspannung für den Spannungsteiler R4, R5» R6 Der Abgriff des Widerstandes R5 ist an dem Punkt 3 angeschlossen. Der. Istwert der Ausgangsspannung, die an den in Pig. 1 dargestellten Punkten P7 und P8 anliegt, wird unter Verwendung des aus den Widerständen R7 und PJO gebildeten Spannungstellers 'herabgesetzt und die herabgesetzte Spannung wird an den Punkt 2 des integrierten Reglers IC angelegt. Am Punkt 9 des integrierten Reglers IO ist über die Diode D7 der Taktgeber TG- angeschlossen, der aus dem Verstärker V, aus dem Kondensator C6 und aus den Widerständen R14, R15, R16, R17, R18, R19, R20 gebildet wird.

Die interne Verbindung der Punkte 6 und 7 des integrierten Reglers IC stellt einen Widerstand dar, der etwa zu 80 fo der Taktperiode hochohmig und zu 20 $ niederohmig ist. Punkt 1 des integrierten Reglers IG ist an den in Pig. 1 dargestellten Punkt P5 angeschlossen. Der Widerstand R9 und der Kondensator C5 dienen zur Siebung,

Die Schaltungsanordnung nach. Pig. 3 dient ebenfalls zur Regelung der an den Punkten P3 und P4 am Lastwiderstand RL' anliegenden G-Ie ich spannung. Zusätzlich zu den in Pig. 1 dargestellten Bauteilen sind nunmehr der Transformator Tr2, die Dioden D8, D9, der Kondensator 08 und die Widerstände R21, R22, R23 dargestellt. Anstelle der in Pig. I dargestellten Regelschaltung SP1 ist nun eine etwas anders ausgebildete Regelschaltung SP2 vorgesehen,

In Pig. 4 ist die Regelschaltung SP2 ausführlicher dargestellt. Außer den bereits erwähnten Bauteilen sind vorg'e-

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sehen der Transistor T2, die Zenerdiode ZD3 und die Widerstände R24, R25, R26.

Die Pig. 5 zeigt ausführlicher den integrierten Regler IG, der als Blockschaltbild in den Fig. 2 und 4 dargestellt ist. Dieser integrierte Regler IG besteht aus den Widerständen R27 (500 Q ), R28 (25 k Q ), R29 (1 k Ώ ), R30 (1 k Q ), R31 (15 k-ß ), R32 (10i2 ), R33 0 5 k42 ), R34 (30 k Q ), R35 (5 k i? ), R36 (300 β ), R37 (20 k ß ), R38 (150 Ω ), ferner aus den Transistoren T3, T4, 25, T6, T7, T8, T9, T10, TlI, T12, T13, TU, T15, T16, T17, aus dem Feldeffekttransistor T18, dem Kondensator C11 (5 pf) und aus den Zenerdioden ZD5, ZD6.

Die I'ig. 6 zeigt ausführlicher den Verstärker Y, der ein Bestandteil der in Pig. 2 und 4 dargestellten Regelschaltungen ist. Dieser Verstärker besteht aus den Transistoren T20, T21, T22, T23, T24, T25, T2b, T27 und aus den Widerständen R40, R41, R42, R43, R44, R45. Dieser Verstärker V ist an sich bekannt und als integrierter Baustein erhältlich.

Die fig. 7 zeigt einige Signale, anhand derer die Wirkungsweise der in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Schaltungsanordnungen erläutert, wird. In Abszissenrichtung ist die Zeit t aufgetragen.

Das Signal k bezieht sich auf den zeitlichen Verlauf der Spannung am Punkt 17, der in den Fig. 2, 4 und 6 dargestellt ist. Dieses Signal k dient als Taktsignal und wird mit Hilfe des Taktgeber TG erzeugt. Dieses Signal k hat eine Impulsfolgefrequenz von ca. 20 kHz und wird über die in den Figuren 2 und 4 dargestellte Diode D7 dem Punkt 9 des integrierten Reglers IC zugeführt. Aus der Fig. 5 ist ersichtlich, daß das Signal k über den Punkt 9 auf die Basis des Transistors T12 einwirkt, dessen Emitter an die Basis des Transistors T13 angeschlossen ist. Auf diese V/eise ergibt sich am KoI-

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lektor des Transistors .113 und am Pimkt 7 des integrierten Reglers IC die Vorderflanke ml der Spannung τη..

Die Emitterkollektorstrecke des in Pig. 5 dargestellten Transistors T13 wirkt wie ein steuerbarer Widerstand der einerseits über den in Pig. 2 dargestellten Schaltungspunkt 7, über den Widerstand R3, die Leitung g, über die Primärwicklung des in Fig. 1 dargestellten Transformators Tr1, über die Leitung f, an den positiven Pol einer Betriebsspannungsquelle angeschlossen ist, die aus den Dioden D3, D4, D5, D6 und aus dem Kondensator C4 gebildet wird. Andererseits ist ■"•ie Emitterkollektorstrecke des Transistors Ti 3 über den Punkt 6 und über die in Pig. 2 dargestellte Zenerdiode ZD2 an den negativen Pol der Betriebsspannungsquelle angesehlos-' sen.

Zum Zeitpunkt ti ergibt sich gemäß Pig. 7 mit der Planke m1 die Planke n1 des Signals n, das den Strom durch die Primärwicklung des Transformators Tr1 darstellt. Außerdem wird zum Zeitpunkt ti mit der Planke n1 die Planke p1 des Signals ρ ausgelöst, das die Spannung an. der Basis-Smitterstrecke des in Fig. 1 dargestellten Transistors T1 zeigt.

Ab dem Zeitpunkt ti ist somit der Transistor T1 gesperrt und es beginnt die Sperrphase. Während dieser Sperrphase fließt der in der Drossel Dr1 gespeicherte Strom über den Lastwiderstand RL und über den Widerstand R1 und die Diode D1· Dabei ergibt sich am Lastwiderstand RL und an den Punkten P3/P4 bzw. P7/P8 die Spannung q.

Aufgrund der Verwendung des Transformators TrI erhält der Transistor T1 während der Zeit tT bis t2 eine definierte Sperrspannung, wodurch die dargestellte Schaltungsanordnung weitgehend temperaturunabhängig ist:

Die Spannung q wird an den Schaltungspunkten P7 und P8 ab-

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gegriffen und über die Leitungen d bzw. e an den in Fig. 2 dargestellten und aus den beiden Widerständen R7 und R10 gebildeten Spannungsteiler gelegt. Der Abgriff dieses Spannungsteilers ist über Punkt 2 an den integrierten Regler IC angeschlossen. Wenn die Spannung am Punkt 2 unter einen bestimmten vorgegebenen Wert absinkt, dann wird über den Transistor T11, über den Transistor T12 der Transistor T13 derart gesteuert* daß sich die Planke m2 des Signals m ergibt. Damit werden in weiterer Folge die Flanken n2 und p2 ausgelöst. Die Sperrphase endet somit zum Zeitpunkt t2. Dabei -.<ird, der Beginn dieser Sperrphase zum Zeitpunkt ti durch die Flanke k1 des Taktsignals k festgelegt, wogegen das Ende der Sperrphase von der Spannung abhängig ist, die an den Schaltungspunkten P7 und P8 und somit am Lastwiderstand RL anliegt.

Der Vergleich der von den Spannungspunkten P7 und P8 abgegriffenen Spannung mit einer Referenzspannung wird unter Verwendung des Differenzverstärkers bewirkt, der aus den in Fig. 5 dargestellten Transistoren T10 und T11 gebildet wird.

Mit der nächsten Flanke k2 des Taktsignals k wird zum Zeitpunkt t3 die nächste Sperrphase eingeleitet. Die Leitphase des in Fig. 1 dargestellten Transistors T1 beginnt somit zum Zeitpunkt t2 und endet zum Zeitpunkt t3. Während der Leitphase fließt der Strom des Gleichrichters G über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Tl , über die Drossel Dr1 und über den Lastwiderstand RL zurück zum Gleichrichter G. Am Lastwiderstand RL ergibt sich somit die Spannung q. Während dieser Zeit erhöht sich ab dem Zeitpunkt t2 die am Lastwiderstand RL und an den Schaltungspunkten P7 und P8 anliegende Spannung.

Wenn die am Lastwiderstand RL und G an den Schaltungspunkten P7 und P8 anliegende Spannung bereits vor dem Zeitpunkt t2

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den Pegel q1 erreicht, dann wird der in Fig. 1 dargestellte Transistor T1 bereits vor dem Zeitpunkt t2 leitend. Dieser Sachverhalt wird durch den gestrichelten Linienzug des Signals q dargestellt. Einer Verringerung der am Lastwiderstand RL anliegenden Spannung wird somit mit einer Verkürzung der Sperrphase und mit einer Verlängerung der Leitphase entgegengewirkt.

Der in Pig. 1 dargestellte Verbindungspunkt P5 ist über die Leitung c und über den in Pig. 2 dargestellten Widerstand R9 an den Punkt 1 des integrierten Reglers angeschlossen. Wenn die an den Schaltungspunkten P5 und P6 anliegende Spannung einen vorgegebenen Betrag überschreitet, dann ändert sich auch die an den in Fig. 5 dargestellten Punkt 1 und 10 anliegende Spannung, so daß die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors TI7 leitend wird. In weiterer Folge wird die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T13 gesperrt, so daß in v/eiterer Folge auch die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T1 gesperrt wird und ein Überlastschuts gegeben ist.

Die Schaltungsanordnung nach Pig. 3 eignet sich für Lastströme über 1,5 A. In diesem Falle ist es zweckmäßig, einen Überlastschutz unter Verwendung des Transformators Tr2 und unter Verwendung der Dioden D8, D9, der Widerstände. R21, R22, R23 und des Kondensators C8 vorzunehmen.

Dabei wird am Widerstand R3 wieder eine Spannung abgegriffen, die über die Leitungen c und e einerseits über dem Widerstand R9 am Schaltungspunkt 1 und andererseits am Schaltungspunkt des integrierten Reglers IO anliegt. Bei Überschreiten einer am Widerstand R3 anliegenden Spannung erhöht sich somit wieder die an den Schaltungspunkten 1 und 10 anliegende Spannung, so daß der in Fig. 5 dargestellte Transistor T17 leitend undder Transistor T13 gesperrt»wird. Auf diese Weise wird somit

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ebenfalls die Emitter-Kollektor-Strecke des in Fig. 3 dargestellten Transistors T1 bei Auftreten der Überlast gesperrt.

7 Patentansprüche
7 Figuren

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Claims (7)

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   Patentansprüche

   Schaltungsanordnung zur Regelung einer Gleichspannung an einem Lastwiderstand, wobei die Emitterkollektorstrecke eines Transistors in Serie mit .einer Drossel und dem Lastwiderstand an eine Gleichspannungsq.uelle angeschlossen ist und wobei unter Verwendung einer Regelschaltung die am Lastwiderstand anliegende Spannung mit einer Referenzspannung verglichen wird und mittels dieser Regelschaltung in Abhängigkeit von der am Lastwiderstand auftretenden Gleichspannung- ein Signal abgegeben wird, mittels dessen die Emitterkollektorstrecke des Transistors gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein steuerbarer Widerstand (T13) vorgesehen ist,, der in Serie mit der Primärwicklung eines Transformators (Tr1) an eine Betriebsspannungsquelle angeschlossen ist, daß die Sekundärwicklung dieses Transformators (Tr1) an die Basis/Emitterstrecke des Transistors (T1) angeschlossen ist und über diese Sekundärwicklung das Signal zur Steuerung des Transistors (T1) abgegeben wird, daß ein Taktgeber (TG) vorgesehen ist, der ein Taktsignal (k) erzeugt und damit eine Planke des . Signals bewirkt,· und daß in Abhängigkeit von der am Lastwiderstand auftretenden Gleichspannung die andere Planke des Signals bewirkt wird.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als steuerbarer Widerstand die Emitterkollektorstrecke eines zweiten Transistors (T13) vorgesehen ist, und daß das Taktsignal der Basis dieses zweiten Transistors (T13) zugeführt wird.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sich bekannter !Differenzverstärker (T10, T11) vorgesehen ist, daß an einem Eingang dieses Referenzverstärkers die Referenzspannung anliegt, daß an dem anderen Eingang dieses Referenzverstärkers eine vom

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   Lastwiderstand anliegende Spannung anliegt und daß der Ausgang des Differenzverstärkers entweder direkt oder über einen dritten Transistor (T12) an die Basis des zweiten Transistors (TI3) angeschlossen ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennze i chne t, daß zwischen den steuerbaren Widerstand (T13) und die Primärwicklung des Transformators (TrI) ein Verstärker eingeschaltet ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Ansprach 4, dadurch gekenn ze i chne t, daß ein vierter Transistor (T2) vorgesehen ist, dessen Emitterkollektorstrecke einerseits an die Primärspule des Transfox-mators (Tr1) und andererseits über einen Arbeitswiderstand (R24) an eine Versorgungsspannungsquelle angeschlossen ist, daß die Basis dieses vierten Transistors (T2) einerseits über eine Zenerdiode (ZD3) an den Pol der Versorgungsspannungsquelle angeschlossen ist und andererseits mit einem Ende des steuerbaren Widerstandes verbunden ist.
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspiu ch 1, dadurch g e kennze ic hne t, daß ein Pol der Gleichspannungsquelle (G) über die Emitterkollektorstrecke des Transistors (T1) und über eine Diode (D1) und einen Widerstand (R1) mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle (G) leitend verbunden ist und daß der Verbindungspunkt (P5) zwischen der Diode (D1) und dem Widerstand (R1) an eine Elektrode eines fünften Transistors (T17) angeschlossen ist mittels der der steuerbare Widerstand (T13) gesteuert wird.
7. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzei chne t, daß der erste Pol der Gleichspannungsquelle (G) über die Emitterkollektorstrecke des Transistors (T1) und über die Primärwicklung eines weiteren

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   Transformators (Tr2) und über die Diode (D1) an den zweiten Pol der Gleichspannungsquelle (G) angeschlossen ist, daß eine Mittenanzapfung der Primärspule des zweiten Transformators (Tr2) über die Drossel (Dr1) an den lastwiderstand (RL) angeschlossen ist und daß die Sekundärwicklung dieses zweiten Transformators (Tr2) an eine Gleichrichteranordnung (D8, D9, R21, R22, R23, C8) angeschlossen ist und daß über den Ausgang dieser Gleichrichteranordnung eine Spannung abgegeben wird, mittels der der steuerbare Widerstand (T13) gesteuert wird.

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