DE2301227A1 - Frequenzbestimmender widerstandszweig bei einer oszillatorschaltungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen frequenzbestimmenden Widerstandszweig bei einer Oszillatorschaltungsanordnung, bestehend aus einem Widerstand R^ in Serie mit einem Widerstand R₂, der parallel mit einem Widerstand R_ liegt, der in Serie mit einem Widerstand R geschaltet ist und aus Vorrichtungen, um jeden der Widerstände R und R. über einzelne Schalter mit einem Verbindungspunlct zu verbinden.

Es ist inzwischen üblich geworden, mit· Hilfe von Tönen oder Tongruppen Signale durch Telefonleitungen oder Verbindungsleitungen usw. zu senden. So werden zum Beispiel Signale über Verbindungsleitungen zwischen Telefonzentralen mittels mehrfrequenter Töne übermittelt. Die Ausrüstung zur Tonerzeugung für eine automatische Signalübermittlung ist un-

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problematisch. Es gibt, abgesehen von Fehlern in der Apparatur wenig Möglichkeiten für Irrtümer.

Seit der Einführung von manuellen Drucktastaturen am Apparat zum Wählen des Teilnehmers gibt es jedoch die Möglichkeit, daß sich ein Fehler einschleicht. Weil insbesondere im Zug der Modernisierung und Miniaturisierung die Drucktastatur immer mehr in der Größe reduziert wird, wächst die Wahrscheinlichkeit, zufällig mehr als einen Knopf zu drücken.

Werden zwei Tasten gleichzeitig gedrückt, beginnt gewöhnlich ein lokaler Oszillator, der Töne zu einer Zentrale aussendet, in einer von zwei möglichen falschen Weisen zu schwingen. Entweder wird ein einzelner Ton erzeugt, der zu einer von den beiden gedrückten Tasten gehört, oder es entsteht ein völlig unterschiedlicher Fehlerton. Das erste Problem stellt sich gewöhnlich in einem Schaltkreis, in dem die frequenzbestimmenden Widerstände mit dem Oszillator durch Drucktastenschalter verbunden sind und in dem die Widerstände in Serie liegen. Drückt man zwei Tasten gleichzeitig, kann fälschlicherweise ein niederer "Widerstand als der gewünschte mit dem Oszillator verbunden werden. Das zweite Problem kommt üblicherweise bei Schaltkreisen vor, in denen die frequenzbestimmenden Widerstände durch die Drucktastenschalter parallel geschaltet werden. Durch gleichzeitiges Drücken von zwei Tasten kann einer niederere Widerstandskombination mit dem Oszillator verbunden werden, verglichen mit jedem der beiden gewünschten Widerstände.

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Es wird immer wichtiger, drucktastenbetätigte Oszillatoren dieser Art zu bauen, die narrensicher sind, d.h. sicherzustellen, daß der Oszillator bei einer Frequenz schwingt, die deutlich außerhalb des Bandes liegt, wenn zwei Tasten zufällig gleichzeitig gedrückt werden, um somit ein Fehlwählen zu vermeiden.

In beiden oben beschriebenen Fällen, in denen die frequenzbestimmenden Widerstände entweder in Serie oder parallel geschaltet sind, gibt es nur einen Freiheitsgrad, um die Widerstandswerte anzupassen. Sie sind völlig durch die geforderte Schwingungsfrequenz des Oszillators bestimmt. Mit der vorliegenden Erfindung sollen zwei Freiheitsgrade verfügbar gemacht werden, wobei sowohl die Frequenzen, die durch die Widerstandswerte bestimmt sind, als auch die Frequenzänderung, die durch zufälliges Drücken von zwei,nebeneinander liegenden Tasten verursacht werden, geändert werden können.

Wenn ein Oszillator einen frequenzbestimmenden Widerstandszweig hat, wird im allgemeinen die resultierende Frequenz erzeugt, wenn der Widerstandszweig angeschlossen wird, beispielsweise durch einen Drucktastenknopf oder durch eine Drucktastatur. Die Schwingungsfrequenz wird am anderen Ende der Leitung in einem Empfänger erfaßt. Sowohl der Oszillator als auch der Empfänger sind auf dieselbe Frequenzen abgestimmt.

Es besteht die Aufgabe, das System gegenüber den erwähnten Fehlersignalen uriempfindlich zu machen. Hierbei müssen alle Kombinationen von Widerständen in dem Wider-

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standszweig des Oszillators, die nicht für die Erzeugung von erwünschten Frequenzen benötigt werden, zur Erzeugung einer Frequenz führen, die von der erwünschten Frequenz mehr als die halbe Bandbreite des Empfängers plus Toleranzen bei dieser erwünschten Frequenz abweicht .

Diese Aufgabe wird bei einem Widerstandszweig der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Werte der Widerstände R. , R , R_ und R. mit einem zweiten frequenzbestxmmenden Widerstandszweig für eine Oszillatorschaltung in Beziehung stehen, der eine gleiche Frequenz hat und den bekannten Widerstand R. in Serie mit dem bekannten Widerstand JL·. enthält, einschließlich Vorrichtungen, um den Verbindungspunkt von R^ und Rg und das andere Ende von Rg mit einem gemeinsamen Punkt über einzelne Schalter zu verbinden, wobei der Zusammenhang aus der Lösung der drei simultanen Gleichungen folgt,

R_{1 +} R₂ = R_A

^R2 ^(R3 ^{+ R}4^J F

^Rl ⁺ R_{0 +} R_{0 +} R. = ^RA - ⁽"S^{) R}A iL _) ft

wo F das Verhältnis aus der Frequenzverschiebung, die be- ' nötigt wird, um die Frequenz der Schwingung des Oszillators aus einem bestimmten Frequenzband herauszubekommen, zu der Zentralfrequenz des besagten Bands ist, und wo S das Verhältnis kleiner als 1, aus der prozentualen Änderung des Widerstands im Widerstandszweig zu der prozentualen

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Frequenzänderung der Schwingung des besagten Oszillators ist, die durch die Veränderung des Widerstands im Widerstandszweig hervorgerufen wurde.

Es wurde herausgefunden, daß die Verwendung einer Leiteranordnung (Serien- mit Parallelschaltung) von Widerständen statt der erwähnten Serien- oder Parallelschaltungen die Unempfindlichkeit gegenüber Fehlern gewährleistet, vorausgesetzt, daß die Widerstandswerte gemäß der Beziehung bestimmt werden, die durch das oben beschriebene Gleichungssystem definiert ist.

Ein volles Verständnis der Erfindung läßt sich mit Hilfe der detaillierten Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen erhalten:

Fig. 1 ist die Schemazeichnung, teilweise in Blockform, eines Filternetzwerks in Verbindung mit einem Verstärker _t die zusammen einen Tonoszillator bilden.

Fig. 2 ist die Darstellung von bestimmten Kennzeichen einer Drucktastenapparatur.

Fig. 3 ist die vereinfachte Schemazeichnung des frequenzbestimmenden Widerstandszweigs eines Filternetzwerks .

Fig. k ist ein Widerstandszweig entsprechend der vorliegenden Erfindung, die der in Fig. 3 entspricht .

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Fig. 5 ist die Schemazeichnung eines kompletten Widerstandszweiges gemäß dieser Erfindung, die der in Fig. 1 gezeigten entspricht.

• In Fig. 1 werden die Grundelemente eines frequenzbestimmenden Oszillators gezeigt. Die Teile des Tongenerators, die in Fig. 1 gezeigt werden, sind der Emitterfolger 1, das RC-Filter 2 in Parallel-T-Schaltung und der Schwellwertbegrenzer J. Diese Erfindung ist jedoch auf alle Oszillatoren anwendbar, in denen die Frequenz durch die Einstellung von Widerstandswerten zwischen einem Paar von Anschlüssen festgesetzt und variiert werden kann.

Ein Widerstandszweig des Filters, der die Widerstände zwischen den Anschlüssen 4 und 5 enthält, wird zur Bestimmung der Frequenz des Oszillators benutzt. Die Drucktasten IA, 2A, 3A und 4A verbinden die Serienwiderstände 6, 7_f 8 und 9 zu Reihenkombinationen von entweder Widerstand 6; 6 und 7 j 6, 7 und 8 oder 6, 7, 8 und 9. Diese Kombinationen liegen dann zwischen den Anschlüssen 4 und 5· Die resultierende Veränderung des Widerstandswertes zwischen den Anschlüssen 4 und 5 bestimmt in Verbindung mit dem Filter und dem Oszillator die Frequenz der Schwingung des Oszillators.

Wenn die nebeneinanderliegenden Schalter IA und 2A zufällig gleichzeitig gedrückt werden, während beabsichtigt war, eigentlich nur den Schalter 2A zu drücken, wird offensichtlich der Widerstand 7 durch den Schalter IA völlig kurzgeschlossen. Im Ergebnis erhielte man nur den Widerstand 6, statt der Serienschaltung der Widerstände

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6 und 7 zwischen den Anschlüssen 4 und 5· Auf dies« Weise wird eine fehlerhafte Frequenz erzeugt.

Fig. 2 zeigt die Darstellung einer Drucktastatur eines Telefons oder eines anderen Apparates. Die Anordnung von vier mal vier Kreisen IO stellt l6 Drucktasten dar, obwohl üblicherweise vier Reihen von je drei, statt vier Reihen von je vier Tasten auf einer Telefontastatur vorhanden sind. Üblicherweise werden in einem solchen Telefonapparat zwei Frequenzen erzeugt und kombiniert aus einer Gruppe von vier Frequenzen in einem sogenannten hohen Band und aus einer Gruppe von vier Frequenzen in einem sogenannten niederen Band. Wenn eine Drucktaste gedrückt wird, werden zwei Frequenzen erzeugt, eine im niederen Band, die zu einer bestimmten Reihe gehört und eine im hohen Band, die zu einer bestimmten Spalte gehört,

Drückt man zum Beispiel eine Taste in der ersten Spalte, wird die Frequenz erzeugt, die durch Schließung des Schalters IA der Fig. 1 hervorgerufen wird. Jede Gruppe von Tasten in der zweiten, dritten und vierten Spalte schließt je nachdem die Schalter 2A, 3A und 4A. Auf ähnliche Weise schließen die vier Reihen von Tasten Schalter (nicht gezeigt), die mit IB, 2B, 3B und 4B bezeichnet sind. Diese Schalter entsprechen den Schaltern IA, 2A, 3A und 4A, sind aber an einem Hochbandoszillator angeschlossen. Wenn man also die Taste in der zweiten Reihe und in der zweiten Spalte drückt, werden zwei Frequenzen durch das Schließen der Schalter 2A und 2B erzeugt. Wenn jedoch ein Benutzer, sei es weil er einen dicken Finger hat oder weil er schlecht zielt, zufällig beim Drücken der erwähnten Taste die Taste in der zweiten Reihe und der ersten Spalte ebenfalls drückt, werden die

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Schalter IA und 2A betätigt. Dadurch entstehen eine korrekte und eine falsche Frequenz,, .eingeschaltet durch die Schalter IA und 2B, statt durch die Schalter 2A und 2B, wie es in dem vorigen Beispiel im Bezug auf Fig. 1 beschrieben wurde. Die falsche erzeugte Frequenz liegt direkt im Frequenzband einer unerwünschten Ziffer. Ähnliche Probleme gibt es natürlich im Bezug auf die anderen Drucktasten und Widerstände, aber der Klarheit wegen werden wir uns auf dieses eine Beispiel beschränken.

Wir wenden uns nun der Fig. 3 zu und betrachten nur die Widerstände 6 und 7 der Fig. 1, die hier als Widerstände R. und R_R bezeichnet werden. Die Widerstände H. und R„ liegen in Serie. Der Schalter IA verbindet ihren Verbindungstag mit dem Anschlußpunkt 5» während der Schalter 2A das andere Ende des Widerstands R„ mit demselben Punkt 5 verbindet.

Die Signalschaltung nach Fig. 3 wird gemäß der Erfindung ersetzt durch eine Serien- und Parallelschaltung (Leiterschaltung) nach Fig. 4 mit Widerstandswerten gemäß den nachfolgenden Gleichungen. Die Leiterschaltung gemäß Fig. k weist eine Serienschaltung eines Widerstandes R. und R₂ auf. R_ liegt parallel zu einer Serienschaltung der Widerstände R, und R..Vorrichtungen wie die Schalter IA und 2A verbinden den Widerstand R₂ bzw. Rk oder auch beide zusammen mit Punkt 5·

Die Werte der Widerstände R., R₂, R„ und R. werden wie

folgt berechnet: Die'Widerstände R. und R_n wurden inj Hin-

A tJ

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blick auf Fig. 1 oder 3 bereits vorherbestimmt. Es sind die Widerstandswerte, die im Widerstandszweig zwischen den Anschlüssen k und 5 benötigt werden, um zwei definierte Frequenzen für einen Oszillator zu erzeugen.

Die Forderung ist: Wenn zwei nebeneinanderliegende Schalter, wie die Schalter IA und 2A betätigt werden, soll die resultierende Frequenz außerhalb der Frequenzbänder der normalen Frequenzen des Oszillators und außerhalb der Empfangsbandbreite des entsprechenden Empfängers sein. Demgemäß ist eine bestimmte resultierende Frequenzvariation oder Veränderung vorgegeben, damit die resultierende erzeugte Frequenz außerhalb des Bereichs der normalen Frequenzbänder liegt. Deshalb wird ein Wert F definiert als das Verhältnis des Betrags der Frequenzänerung, die man braucht, um die Frequenz außerhalb eines definierten Frequenzbandes zu schieben, mit der Zentralfrwquenz des Bands.

Indem.man einen bestimmten Oszillator testet, kann man die Änderung der Oszillatorfrequenz bestimmen, die durch eine Änderung im Widerstand des oben beschriebenen Widerstandszweiges hervorgerufen wird. Entsprechend ist ein Wert S definiert als das Verhältnis aus der prozentualen Widerstandsveränderung im Widerstandszweig zu der prozentualen Frequenzänderung des Oszillators, die durch die Veränderung des Widerstands des Widerstandszweigs hervorgerufen wird. Es hat sich herausgestellt, daß dieser Wert normalerweise kleiner als 1 ist.

Gemäß dieser Erfindung werden die Widerstandswerte der Widerstände R , R„, R und R. durch Dösung der fol-

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genden drei simultanen Gleichungen bestimmt.

R_{1 +} R₂ = R_A

+ R₃ + R₄ = R_B + R_A

_{R +} R₂ (R₃ + R₄) ₌ R (J) η

^{1 R}2^{+ R} ₃;^{+ R}4

R + Ri wird als eine Unbekannte für jeden Rechenschritt angenommen.

Bei der Berechnung der übrigen Werte für das vollständige Netzwerk wird man zuerst den Gesamtwert der Widerstände 6 und 7 nach Fig. 1 als Wert des Widerstandes R. nach Fig. 3 betrachten und der Wert von R_ würde dem von Widerstand 8 sein. In der nächsten Rechnung würde der Wert von R_A gleich dem Gesamtwert der Widerstände 6, 7 und 8 sein, während R„ dem Wert von Widerstand 9 entsprechen würde.

Die Fig. 5 zeigt eine Schemazeichnung der kompletten Leiteranordnung, die anstelle der Serienwiderstandsschaltung von Fig. 1 zwischen die Anschlußpunkte k und 5 eingesetzt wird. Der Widerstand R₁ liegt in Serie mit dem Widerstand R_, der in Serie mit dem Schalter IA der Drucktastatur liegt. Dieser ist mit Anschlußpunkt 5 verbunden. Parallel zi. Widerstand R₀ liegt Widerstand R in Serie mit Widerstand R· und Schalter 2A. Dies ist auf ähnliche Weise mit Anschlußpunkt 5 verbunden. Parall-.el

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zu Widerstand Rj, liegen die Widerstände R und Rg in Serie mit Schalter 3A, der ebenfalls mit Anschlußpunkt 5 verbunden ist. Parallel mit Widerstand Rg liegt Widerstand R in Serie mit Schalter 4A, der mit Anschlußpunkt 5 verbunden ist.

Es hat sich herausgestellt, daß das Schließen von nebeneinanderliegenden Schaltern zur Erzeugung von Frequenzen führt, die außerhalb der Frequenzbänder liegen, die von dem entsprechenden Oszillator erzeugt werden, wenn ein frequenzbestxmmender Widerstandszweig benutzt wird, der entsprechend der Leiteranordnung von Fig. 5 aufgebaut ist, und dessen Werte durch die oben beschriebenen Gleichungen bestimmt wurden.

Die Erfindung kann bei jedem Oszillator angewendet werden, bei dem die Variation eines Widerstands eine Veränderung der erzeugten Frequenz hervorruft und dessen Empfindlichkeitswert S kleiner als 1 ist. Zum Beispiel kann die gesamte Anordnung von der Art sein, bei der ein Signal von der Zwischenstufe eines Verstärkers erhalten wird, wobei die vorausgehenden Verstärkungsstufen und ein Filter, das zwischen den Zwischensignalausgang und den Verstärkereingang geschaltet ist, den Oszillator bilden. Außerdem kann es mehrfache Rückkopplungsschleifen geben, die zur Erzeugung des Oszillatorsignals führen. Wie erwähnt, kann der Verstärker eine Spannungsverstärkung von kleiner als 1 haben und das Filternetzwerk eine Spannungsverstärkung von größer als 1, vorausgesetzt, daß die Spannungsverstärkung des Rückkopplungszweiges größer als 1 ist. Es hat sich herausgestellt, daß in der letzteren Anordnung ein RC-Filter in Parallel-T-Schaltung nützlich ist.

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Wie oben bemerkt, ist jedoch die Hauptanforderung für alle solche Anwendungen, daß es eine Filterresonanz oder einen frequenzbestimmenden Widerstandszweig gibt, der variiert werden kann, um die Oszillätionsfrequenzen einzustellen. Es ist selbstverständlich, daß eine äquivalente Ableitung durchführbar ist für die Umwandlung von parallel geschalteten Widerständen, während das geschlidderte Beispiel auf die Umwandlung von seriengeschalteten Widerständen zu einer Leiteranordnung ausgerichtet war.

Nun soll ein spezielles Beispiel beschrieben werden:

Es wurde durch Versuche gefunden, daß die Empfindlichkeit S einer Ausübung des Tongenerators 0,35 war. Für dieses System war das Verhältnis aus der Veränderung der Frequenz, die man braucht, um die Schwingungsfrequenz außerhalb eines bestimmten Schwingungsfrequenzbandes zu bringen, zur Zentralfrequenz des einzelnen Frequenzbands 0,04. Das ist mit anderen Worten die Frequenzveränderung, die man braucht, damit ein Fehlersignal außerhalb.eines Frequenzbandes liegt, das normalerweise vom Oszillator erzeugt wird, wobei ein 0,5%iger Sicherheitsabstand zu berücksichtigen ist. Dies ist der Wert F.

Dementsprechend ist der Wert F/S gleich O,O4/O,35 oder 0,ll4. Typische Werte der Widerstände 6, 7, 8 und 9 der Fig. 1, wie sie in dem Niederbandoszillator des geschilderten Tongenerators gefunden werden, sind ^Li2 kXX, ik k-fl, 19 kllund 25 k Xl. Entsprechend ist für die erste Rechnung R_A = 42.000-Tl und R_Q 14.000 A.

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Die Lösung der Gleichungen ergibt für R den Zahlenrt 27,727 Λ , für
und für R^ = 19,120

wert 27,727Jl , für R₃ = 14,273-Λ, für R = 9,100

In der zweiten Rechnung ist R. gleich 42.000 -Π- + 14.000Ü oder 56.000 Jl, während R_ß = I9.000 Jl ist. Wenn man wieder nach R_ und Ri auflöst (das ist R und Rr), ergeben sich die Lösungen 12,633 Ji und 25,487X2. .

In der dritten Rechnung ist R. = 42.000 Jl + 14.000Jl + I9.OOOXI = 75.000 JT, während R_ß = 25.000 JT ist. Löst man nach R_ und R. auf, erhält man 50.486 -Ω_ , vereinigt in einem einzigen Widerstand 7·

Wenn zwei nebeneinanderliegende Schalter gedrückt werden sollten, sorgt jede der obigen Lösungen für die erforderliche Frequenzverschiebung von 4% aus dem Frequenzband, das der Oszillator erzeugt, wenn ein einzelner Schalter geschlossen ist. So bleibt die Drucktastatur fehlerfrei, wenn zwei nebeneinanderliegende Drucktasten niedergedrückt werden. Die Rechnung kann für eine größere Frequenzverschiebung wiederholt werden, um die Richtung zu bestimmen, in der die Widerstandswerte mit Sicherheit verändert werden können, zum Beispiel während eines Abstimmvorgangs.

- 14 Ansprüche

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Claims (1)

1. ANSPRUCHE

   ( 1 .iFrequenzbestimmender Widerstandszweig bei einer Oszillatorschaltungsanordnung, bestehend aus einem Widerstand R. in Serie mit einem Widerstand R„, der parallel mit einem Widerstand R liegt, der in Serie mit einem Widerstand R. geschaltet ist und aus Vorrichtungen, um jeden der Widerstände R und R. über einzelne Schalter mit einem Verbindungspunkt zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der Widerstände R₁, R_p, R„ und R· mit einem zweiten frequenzbestimmenden Widerständszweig für eine Oszillatorschaltung in Beziehung stehen, der eine gleiche Frequenz hat und den bekannten Widerstand R. in Serie mit dem bekannten Widerstand R_ enthält, einschließlich Vorrichtungen, um den Verbindungspunkt

   von R. und R_n und das andere Ende von R_n mit einem A Jo Jo

   gemeinsamen Punkt über einzelne Schalter zu verbinden, wobei der Zusammenhang aus der Lösung der drei simultanen Gleichungen folgt,

   ^Rl ^{+ R}2 ^{= R}A R₁₊R₃₊R₄

   R (R₊R₄) ₍F_}

   ^Kl ⁺ R R R - ^{A b}

   wo F das Verhältnis aus der Frequenzverschiebung, die benötigt wird, um die Frequenz der Schwingung des Oszillators aus einem bestimmten Frequenzband herauszubekommen, zu der Zentralfrequenz des besagten Bands

   ist, und wo S das Verhältnis kleiner als 1 aus der

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   prozentualen Änderung des Widerstands im Widerstandszweig zu der prozentualen Frequenzänderung der Schwingung des besagten Oszillators ist, die durch die Veränderung des Widerstands im Widerstandszweig hervorgerufen wurde.

   2. Widerstandszweig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß F ungefähr 0,04 und S ungefähr 0,35 ist.

   3. Widerstandszweig nach Anspruch 2, dadurch g e kennz eichnet, daß R. ungefähr ^2.000 .Ω. und R_ß ungefähr 1*1.000 XL ist.

   k. Widerstandszweig nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, d
   und R„ ungefähr I9.OOO ist

   kennzeichnet, daß R. ungefähr 56.000 Ji.

   5. Widerstandszweig nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß R. ungefähr 75.000 und R ungefähr 25.000 ist.

   6. Widerstandszweig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein RC-Filter in Parallel-T-Schaltung mit einer Spannungsverstärkung grosser 1 und ein Verstärker mit einer Spannungsverstärkung kleiner 1 Verwendung finden und die SpahnungsverStärkung des Regelkreises insgesamt größer 1 ist

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