DE2338540A1 - PULSE GENERATOR USED IN A PACEMAKER THAT GENERATES PULSES WITH CONSTANT ENERGY - Google Patents

PULSE GENERATOR USED IN A PACEMAKER THAT GENERATES PULSES WITH CONSTANT ENERGY

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DE2338540A1
DE2338540A1 DE19732338540 DE2338540A DE2338540A1 DE 2338540 A1 DE2338540 A1 DE 2338540A1 DE 19732338540 DE19732338540 DE 19732338540 DE 2338540 A DE2338540 A DE 2338540A DE 2338540 A1 DE2338540 A1 DE 2338540A1
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    • H03K3/015Modifications of generator to maintain energy constant
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION, OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L1/00Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply

Description

Dr.-lng. E. BERKENFELD · DIpl.-I.i«j. H. BERK ENFOLD, PateniDr.-lng. E. BERKENFELD · DIpl.-I.i «j. H. BERK ENFOLD, Pateni Anlage AktanzeichenAttachment act indications

zur Eingabe vom 26. Juli 1973 VA// Name d. Anm. WILSON GREATBATCH LTD.on the submission of July 26, 1973 VA // Name d. Note WILSON GREATBATCH LTD.

In einem Herzschrittmacher verwendbarer Impulsgenerator, der Impulse mit konstanter Energie erzeugtA pulse generator that can be used in a cardiac pacemaker to generate pulses of constant energy

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Impulsgeneratoren und insbesondere auf einen neuen und verbesserten Impulsgenerator, der Impulse mit konstanter Energie erzeugt, trotz einer Veränderung des elektrischen Eingangs zum Impulsgenerator.The invention relates to electrical pulse generators and in particular, a new and improved pulse generator that generates pulses of constant energy despite a change of the electrical input to the pulse generator.

Ein Verwendungsbereich der Erfindung ist ein medizinischer elektronischer Impulsgenerator für die Verwendung in einem künstlichen Herzschrittmacher, obwohl die Prinzipien der Erfindung in verschiedener Weise angewendet werden können. Die meisten durch eine Batterie betätigten Impulsgeneratoren haben früher Quecksilberbatterien verwendet, welche während ihrer Betriebsdauer eine verhältnismäßig konstante Spannung aufweisen. In letzter Zeit sind Batterien, wie zum Beispiel die Lithium-Jod-Zellen und thermoelektrische Kernbatterien entwickelt worden, welche durch eine aufgeladene Spannung gekennzeichnet sind, die während der Lebensdauer der Batterie allmählich abnimmt. Das Ende der Lebensdauer ist irgendein willkürlicher Zeitpunkt, in welchem die Batteriespannung unter einen afennehmbaren Wert absinkt, wie zum Beispiel das in einem künstlichen Herzschrittmacher annehmbare Niveau der Batteriespannung. Zu diesem Zeitpunkt weisen jedoch diese Batterien noch immer eine beträchtliche verbleibende Energiekapazität auf, .die ausgenützt werden könnte, wenn ein Mittel gefunden wür- " de, um sich der verringerten Spannung an«zupassen.One area of application of the invention is medical electronic Pulse generator for use in an artificial cardiac pacemaker, although the principles of the invention are disclosed in US Pat can be used in various ways. Most battery operated pulse generators used to have mercury batteries used, which have a relatively constant voltage during their service life. Lately Batteries such as the lithium iodine cells and thermoelectric core batteries have been developed which are powered by a charged voltage, which gradually decreases over the life of the battery. The end of life is any arbitrary point in time at which the battery voltage drops below an acceptable value, such as the acceptable level of battery voltage in an artificial pacemaker. At this point, however, these batteries fail still has a considerable remaining energy capacity which could be exploited if a remedy were found. de to adapt to the reduced tension.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Ausbildung eines neuen und verbesserten elektrischen Impulsgenerators, welcher einen Ausgangsimpuls mit nahezu konstanter Energie erzeugt, trotz abnehmender Batteriespannung, wenn die Batterie erschöpft ist.It is therefore an object of the invention to provide a new and improved electrical pulse generator, which generates an output pulse with almost constant energy, despite decreasing battery voltage when the battery is exhausted.

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ORKSMNAL INSPECTEDORKSMNAL INSPECTED

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung eines Impulsgenerators, in welchem die zuletzt verbleibende chemische Batteriekapazität, die nur bei verringerter Spannung verfügbar ist, in einen nutzbaren Zustand umgewandelt wird, statt in der Batterie unbenutzt gelassen und verschwendet zu werden.Another object of the invention is to provide a pulse generator in which the last remaining chemical Battery capacity, which is only available at reduced voltage, is converted into a usable state instead of into the Battery left unused and wasted.

Noch eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung eines Impulsgenerators, der eine genau zunehmende Impulsdauer erzeugt, wenn die Batteriespannung abnimmt, so daß der Zustand der Batterie durch Messung der Impulsdauer genau bestimmt werden kann.Yet another object of the invention is to provide a pulse generator which produces a precisely increasing pulse duration, when the battery voltage decreases, so that the condition of the battery can be accurately determined by measuring the pulse duration.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung eines Impulsgenerators für die Verwendung in einem künstlichen Herzschrittmacher, der abgefragt werden kann, so daß der Sicherheitsfaktor des Systems zu irgendeinem Zeitpunkt leicht bestimmbar iste Another object of the invention is to provide a pulse generator for use in an artificial cardiac pacemaker which can be interrogated so that the safety factor of the system can easily be determined at any point in time e

Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung eines neuen und verbesserten künstlichen Herzschrittmachers, der über die ganze zu erwartende Betriebsdauer der Batterie einen verhältnismäßig konstanten Sicherheitsfaktor des Systems gewährleistet. Yet another object of the invention is to provide a new and improved artificial cardiac pacemaker which ensures a relatively constant safety factor of the system over the entire expected service life of the battery.

Die Erfindung sieht einen elektrischen Impulsgenerator vor, der zum Beispiel in einem künstlichen Herzschrittmacher verwendet wird. Die vom Impulsgenerator erzeugten Ausgangsimpulse werden auf einer konstanten Energie gehalten,trotz Veränderungen der elektrischen Strommenge der Quelle, insbesondere wenn sich die Batterie der Erschöpfung nähert, so daß die Dauer der Ausgangsimpulse allmählich vergrößert wird, wenn deren Amplitude mit dem Altern der Batterie abnimmt. Wenn die Batteriespannung abnimmt, wird dies durch spannungsabhängige Mittel in dem die Impulse formenden Stromkreis erfai3t und bewirkt eine Veränderung in einer Komponente des RC-Gliedes des Impulsgenerators, wie zum Beispiel des Widerstandes oder des Kondensators in dem Stromkreis, um die Zeitkonstante des Stromkreises um einen erforderlichen Wert zu verändern, insbesondere zu erhöhen. Außerdem kann die vergrößerteThe invention provides an electrical pulse generator used, for example, in an artificial cardiac pacemaker will. The output pulses generated by the pulse generator are kept at a constant energy, despite changes in the electrical current amount of the source, especially when the battery nears depletion, so that the duration of the output pulses is gradually increased as its amplitude decreases as the battery ages. When the battery voltage decreases, this is detected by voltage-dependent means in the electrical circuit that forms the pulses and causes a change in one Component of the RC element of the pulse generator, such as of the resistor or the capacitor in the circuit to increase the time constant of the circuit by a required value change, especially increase. In addition, the enlarged

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Impulsdauer als eine Anzeige des Alterns der Batterie verwendet werden.Pulse duration can be used as an indication of the aging of the battery.

Die Erfindung betrifft daher einen Impulsgenerator zum Erzeugen von Impulsen, welche trotz abnehmender BatterieSpannung konstante Energie aufweisen. Ein.mit der Batterie gekuppelter Oszillator erzeugt Impulse, von denen jeder eine Amplitude aufweist, die zu der Batteriespannung proportional ist, sowie eine Dauer, die zu dem Widerstand eines aus Widerstand und Kondensator bestehenden RC-Gliedes proportional ist, das mit dem Oszillator verbunden ist. Wenn die Batteriespannung abnimmt, wird eine spannungsabhängige Schalteinrichtung wirksam, um den Widerstand des RC-Gliedes zu erhöhen, so daß die Dauer der Impulse vergrößert wird, um die Impulsenergie konstant zu halten. Der Impulsgenerator kann vorteilhaft in einen eingepflanzten künstlichen Herzschrittmacher verwendet werden, um anregende Ausgangsimpulse mit einer konstanten Energie zu erzeugen, wenn sich die Batterie der Erschöpfung nähert.The invention therefore relates to a pulse generator for generating pulses which are constant despite decreasing battery voltage Exhibit energy. An oscillator coupled to the battery generates pulses, each of which has an amplitude proportional to the battery voltage and a duration proportional to is proportional to the resistance of an RC element consisting of a resistor and a capacitor connected to the oscillator is. When the battery voltage decreases, it becomes voltage dependent Switching device effective to increase the resistance of the RC element, so that the duration of the pulses is increased by the Keep pulse energy constant. The pulse generator can be advantageous used in an implanted artificial pacemaker to generate stimulating output pulses with a constant Generate energy when the battery nears depletion.

Die vorstehenden und zusätzliche Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden genauen Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen', in welchen zeigt:The foregoing and additional advantages and features of the invention result from the following detailed description with reference to the drawings, in which shows:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines durch eine Batterie betätigten Impulsgenerators, bei welchem die Dauer der Ausgangsimpulse zu einem leicht bestimmbaren Stromkreisparameter proportional ist, undFigure 1 is a schematic diagram of a battery operated Pulse generator in which the duration of the output pulses becomes an easily determinable circuit parameter is proportional, and

Fig. 2 ein schematisches Diagramm eines Impulsgenerators zum Erzeugen von Ausgangsimpulsen, welche gemäß der Erfindung konstante Energie au&reisen.Figure 2 is a schematic diagram of a pulse generator for generating of output pulses, which according to the invention a & travel constant energy.

Fig. 1 zeigt einen Impulsgenerator 10, welcher ein Paar Ausgangsklemmen 11, 12 aufweist und welcher durch eine elektrische Stromquelle in der Form einer Batterie 15 betätigt wirdo Der Generator 10 erzeugt Ausgangsimpulse, welche parallel zu einer BelastungFig. 1 shows a pulse generator 10, which a pair of output terminals 11, 12 and comprises the generator 10 which is operated by an electrical power source in the form of a battery 15 o produces output pulses which is parallel to a load

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erscheinen, die mit den Klemmen 11, 12 verbunden ist, wie zum Beispiel einem Belastungswiderstand 16. Jeder Impuls weist eine Amplitude auf, die im wesentlichen der Ausgangsspannung der Batterie 15 gleich ist. Jeder Impuls weist eine Energie auf, die zu dem Produkt seiner Amplitude und seiner Dauer proportional ist. Wenn der Impulsgenerator 10 in einem künstlichen Herzschrittmacher verwendet wird, wird mindestens eine der Elektroden 11, 12 auf chirurgischem Wege in Berührung mit dem Herzen eines Patienten angeordnet. Insbesondere die Elektrode 12 wird auf chirurgischem Wege in Berührung mit der Herzkammer des Herzens des Patienten angeordnet. Die Elektrode 11, die als eine indifferente oder Bezugselektrode wirken kann, kann an einer anderen Stelle des Körpers des Patienten unter der Haut eingepflanzt werden. Die Elektrode 11 kann aber auch in Berührung mit dem Herzen des Patienten angeordnet werden,, Die Elektroden 11 und 12 sind mit dem Impulsgenerator 10 durch Leitungen oder Drähte verbunden, welche mit einem ¥ feuchtigkeitssicheren und für den menschlichen Körper reaktionsfreien Material, wie zum Beispiel Silicon oder*7 einem entsprechenden Kunststoff, umwickelt sindo which is connected to the terminals 11, 12, such as a load resistor 16. Each pulse has an amplitude which is substantially equal to the output voltage of the battery 15. Each pulse has an energy proportional to the product of its amplitude and its duration. When the pulse generator 10 is used in an artificial cardiac pacemaker, at least one of the electrodes 11, 12 is surgically placed in contact with a patient's heart. In particular, the electrode 12 is surgically placed in contact with the heart chamber of the patient's heart. The electrode 11, which can act as an indifferent or reference electrode, can be implanted under the skin elsewhere on the patient's body. The electrode 11 can also be placed in contact with the heart of the patient, the electrodes 11 and 12 are connected to the pulse generator 10 by lines or wires, which are made of a moisture-proof and non -reactive material for the human body, such as silicone or * 7 a suitable plastic, wrapped or similar

Im Stroml&is der Figur 1 ist die positive Klemme der Batterie durch eine Leitung 18 mit der Ausgangsklemme 11 verbunden. Die negative Klemme der Batterie 15 ist durch den Kollektor-Emitterweg eines als Stromverstärker dienenden Transistors mit der Ausgangsklemme 12 gekuppelt. Insbesondere weist ein Transistor 20 eine Basisklemme 21, eine Kollektorklemme 22 und eine Emitterklemme 23 auf. Die Kollektorklemme 22 ist durch eine Leitung 24 mit der Ausgangsklemme 12 verbunden und die Emitterklemme 23 ist durch eine Leitung 25 mit der negativen Klemme der Batterie 15 verbunden. In the current line of Figure 1 is the positive terminal of the battery connected to the output terminal 11 by a line 18. The negative terminal of battery 15 is through the collector-emitter path a transistor serving as a current amplifier is coupled to the output terminal 12. In particular, a transistor 20 a base terminal 21, a collector terminal 22 and an emitter terminal 23 on. The collector terminal 22 is connected by a line 24 to the output terminal 12 and the emitter terminal 23 is through a line 25 is connected to the negative terminal of the battery 15.

Der Impulsgenerator 10 enthält ferner ein Paar Transistoren, welche verbunden sind, um einen komplementären positiven Rückkopplungsoszillator zu bilden. Insbesondere enthält der Oszillator einen ersten Transistor 28, welcher Basis-, Kollektor- und Emitterklemmen 29, 30 und 31 aufweist, und einen zweiten TransistorThe pulse generator 10 also includes a pair of transistors, which are connected to form a complementary positive feedback oscillator. In particular, the oscillator contains a first transistor 28 having base, collector and emitter terminals 29, 30 and 31, and a second transistor

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32, welcher eine Basisklemme 33 aufweist, die direkt mit der Kollektorklemme 30 des Transistors 28 verbunden ist, sowie eine Kollektorklemme 34 und eine Emitterklemme 35. Die Basisklemme 29 des Transistors 28 ist mit einer Klemme eines Widerstandes 37 verbunden, dessen andere Klemme mit dem Verbindungspunkt eines Paares von Widerständen 39, 40 verbunden ist, welche ein Spannungsteilernetz 'bilden, das parallel zur Batterie 15 zwischen der Leitung 18 und der Leitung 25 eingeschaltet ist. Die Emitterklemme 31 des Tranlstors 28 ist durch eine Leitung 41 mit dem-Verbindungspunkt eines Paares von in Reihe geschalteten Widerständen 43, 45 verbunden, welche ein Spannungsteilernetz bilden, das zwischen der Kollektorklemme 34 des Transistors 32 und der Leitung 25 eingeschaltet ist. Die Emitterklemme 35 des Transistors 32 ist durch eine Leitung 50 direkt mit der Leitung 18 verbunden. Die Kollektorklemme 34 ist auch mit einer Klemme eines Kondensators 53 ver-.bunden, dessen andere Klemme mit der Basisklemme 29 des Transistors 28 verbunden ist, und die Kollektorklemme 34 ist ferner über einen Widerstand 35 mit der Basisklemme 21 des Transistors 20 verbunden.32, which has a base terminal 33 which is directly connected to the collector terminal 30 of the transistor 28, as well as a collector terminal 34 and an emitter terminal 35. The base terminal 29 of the transistor 28 is connected to one terminal of a resistor 37, the other terminal of which is connected to the connection point a pair of resistors 39, 40 is connected, which form a voltage divider network, which is connected in parallel with the battery 15 between the line 18 and the line 25. The emitter terminal 31 of the transistor 28 is connected by a line 41 to the junction of a pair of series-connected resistors 43, 45 which form a voltage divider network connected between the collector terminal 34 of the transistor 32 and the line 25. The emitter terminal 35 of the transistor 32 is connected directly to the line 18 by a line 50. The collector terminal 34 is also connected to one terminal of a capacitor 53, the other terminal of which is connected to the base terminal 29 of the transistor 28, and the collector terminal 34 is also connected to the base terminal 21 of the transistor 20 via a resistor 35.

Der Impulsgenerator 10 enthält schließlich einen Schalttransistor 6β, welcher bestimmt, ob sich der Kondensator 53 in einem aufladenden oder entladenden Zustand befindet. Insbesondere weist der Transistor 60 Basis-, Kollektor- und Emitterklemmen 61, 62 und 63 auf. Die Basisklemme 61 ist über einen Widerstand 65 mit der Kollektorklemme 34 des Transistors 32 verbunden. Die Emitterklemme 63 ist direkt mit der Leitung 25 verbunden und die Kollektorklemme 62 ist mit der Kathode einer Diode 65 verbunden, deren Anode übier einen Widerstand 67 mit dem Kondensator 53 und mit der Basisklemme 29 des Transistors 28 verbunden ist.The pulse generator 10 finally contains a switching transistor 6β, which determines whether the capacitor 53 is in a charging or discharging state. In particular, transistor 60 has base, collector and emitter terminals 61, 62 and 63 on. The base terminal 61 is connected to the collector terminal 34 of the transistor 32 via a resistor 65. The emitter terminal 63 is connected directly to the line 25 and the collector terminal 62 is connected to the cathode of a diode 65, the anode of which Via a resistor 67 with the capacitor 53 and with the base terminal 29 of the transistor 28 is connected.

Der Stromkreis der Figur 1 wirkt in der folgenden Weise:The circuit of Figure 1 operates in the following way:

Die Batterie 15 hat eine Spannung von 3 Volt und die Spannung zwischen den Ausgangsklemmen 11, 12 beträgt entweder ungefähr +3 V oder 0 V, je nachdem, ob der Transistor 20 leitend oder nichtlei-The battery 15 has a voltage of 3 volts and the voltage between the output terminals 11, 12 is either approximately +3 V or 0 V, depending on whether the transistor 20 is conductive or non-conductive.

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tend ist. Die Transistoren 28 und 32 sind von komplementärer Art, das heißt der Transistor 28 ist ein NPN-Transistor und der Transistor 32 ist ein PHP-Transistor. Wenn daher der Transistor 28 zu leiten beginnt, beginnt der Transistor-32 ebenfalls zu leiten, wie für den Fachmann leicht erkennbar ist. Wenn angenommen wird, daß der Transistor 28 anfänglich nicht leitend ist, ist der Transitor 20 ausgeschaltet und es findet kein Stromfluß durch eine Belastung statt, die mit den Ausgangsklemmen 11, 12 verbunden ist. Demgemäß ist die Spannung parallel zu den Klemmen 11, 12 gleich 0 V. Der Kondensator 53 beginnt sich über den Widerstand 32 auf einen Wert positiv aufzuladen, der dem Basis-Emitterspannungsabfall des Transistors von etwa 0,5 V gleich ist, und während einer Zeit, welche ungefähr dem Produkt des Wertes des Widerstands 37 und der Kapazität des Kondensators 53 entspricht, ausgedrückt in Sekunden. Wenn ein Wert von 2 Megohm für den Widerstand 37 und eine Kapazität von 0,47 Mikrofarad für den Kondensator 53 angenommen wird, beträgt diese Zeit ungefähr eine Sekunde. Zu dem Zeitpunkt, in dem die Spannung am Kondensator 53 +0,5 V beträgt, beginnt der Transistor 28 zu leiten, was den Transistor 32 zur Sättigung bringt, welcher seinerseits den Schalttransistor 60 zur Sättigung bringt. Infolgedessen werden alle Elemente des Transistors 32 nahezu auf die positive Spannung der Batterie 15 gebracht, die 3 V beträgt, und beide Seiten des Kondensators 53 steigen um die Batterie spannung von 3 V an. Dadurch wird der Transistor 20 eingeschaltet, was einen Stromfluß zwischen den Ausgangsklemmen 11, 12 zum Beispiel durch den Belastungswiderstand 16 ermöglicht, und die Spannung parallel zu den Klemmen 11, 12 steigt auf die Spannung der Batterie 15 an, die 3 V beträgt. ' Da beide Seiten des Kondensators 53 um 3 V ansteigen, beträgt die Spannung an der Basisklemme 29 des Transistors 28 +3,5 V. Der Kondensator 53 beginnt nun, sich über den Widerstand 67, die Dio*- de 65 und den Kollektor-Emitterweg des gesättigten Transistors 60 zu der negativen Klemme der Batterie 15 zu entladen, was den Abfall der Spannung an der Basisklemme 29 des Transistors 28 bewirkt. Während der Entladung wird die Spannung an der Emitterklemme 31 des Transistors 28 durch die Spannungsteilerwirkung dertend is. The transistors 28 and 32 are of a complementary nature, i.e. the transistor 28 is an NPN transistor and the transistor 32 is a PHP transistor. Therefore, when the transistor 28 closes begins to conduct, transistor-32 also begins to conduct, as will be readily apparent to those skilled in the art. If it is assumed that the transistor 28 is initially not conductive, the transistor 20 is switched off and there is no current flow through a Load instead, which is connected to the output terminals 11, 12. Accordingly, the voltage across the terminals 11, 12 is the same 0 V. The capacitor 53 begins to be charged positively via the resistor 32 to a value that corresponds to the base-emitter voltage drop of the transistor of about 0.5 V, and for a time which is approximately the product of the value of the resistor 37 and corresponds to the capacitance of the capacitor 53, expressed in seconds. If a value of 2 megohms for the resistor 37 and assuming a capacitance of 0.47 microfarads for capacitor 53, this time is approximately one second. In addition Time at which the voltage on the capacitor 53 is +0.5 V, the transistor 28 begins to conduct, which the transistor 32 to Brings saturation, which in turn brings the switching transistor 60 to saturation. As a result, all elements of the transistor 32 brought almost to the positive voltage of the battery 15, which is 3 V, and both sides of the capacitor 53 increase by the battery voltage of 3 V. This turns on the transistor 20, which causes a current flow between the Output terminals 11, 12 made possible for example by the load resistor 16, and the voltage in parallel with the terminals 11, 12 rises to the voltage of the battery 15, which is 3V. 'Since both sides of the capacitor 53 increase by 3V, the Voltage at the base terminal 29 of the transistor 28 +3.5 V. The capacitor 53 now begins to move across the resistor 67, the Dio * - de 65 and the collector-emitter path of the saturated transistor 60 to the negative terminal of the battery 15 to discharge, causing the waste the voltage at the base terminal 29 of the transistor 28 causes. During the discharge, the voltage is applied to the emitter terminal 31 of transistor 28 by the voltage dividing effect of

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Widerstände 43 und 45 auf etwa +1 V gehalten. Wenn die abnehmende Spannung an der Basisklemme 29 des Transistors 28 einen Wert unter etwa +1,5 V erreicht, mit anderen Worten die -Spannung an der Emitterklemme 31 plus dem Basis-Emitter-Spannungsabfall von 0,5 V, wird der Transistor 28 nahezu ausgeschaltet. Infolgeddessen wird der Transistor 32.ebenfalls nahezu ausgeschaltet und der Transistor 20 hört auf zu leiten, so daß der Stromfluß durch die Belastung zwischen den Ausgangsklemmen 11, 12 zum Stillstand kommt. Dieser Zeitpunkt entspricht dem Ende des Ausgangsimpulses, wenn die Spannung auf Null abnimmt.Resistors 43 and 45 held at about +1 V. When the decreasing voltage at the base terminal 29 of the transistor 28 falls below a value reaches about +1.5 V, in other words the voltage at the emitter terminal 31 plus the base-emitter voltage drop of 0.5 V, transistor 28 is almost turned off. As a result, the transistor 32. is also almost turned off and the Transistor 20 stops conducting, so that the current flow through the load between the output terminals 11, 12 comes to a standstill comes. This point in time corresponds to the end of the output pulse when the voltage decreases to zero.

Die Impulsdauer ist daher der im vorliegenden Fall erforderlichen Entladungszeit gleich. Wenn für den Widerstand 67 ein Wert von 850 Ohm angenommen wird, beträgt die Entladungszeit und demgemäß die Impulsdauer etwa 0,42 Millisekunden. Wenn der Wert des Widerstandes 67 zwei k-Ohm wäre, würde die Entladungszeit etwa 1,0 MHiSekunden betragen. Wenn die Transistoren 28 und 32 ausgeschaltet werden, verändern sich die Spannungen an der Emitterklemme 31 des Transistors. 28 und an der Kollektorklemme 34 des Transistors 32 plötzlich auf 0 V. Wenn die Spannung an der Kollektorklemme 34 0 V beträgt, wird der Transistor 60 ausgeschaltet. Die Spannung am Kondensator 53 kann sich jedoch nicht plötzlich verändern, und wenn der Transistor 60 nunmehr nicht-leitend ist, kann sich der Kondensator 53 nicht mehr über den Widerstand 67 und die Diode 65 entladen. Der Kondensator 53 trachtet daher, sich über die Widerstände 43 und 45 zu entladen, was bewirkt, daß die Spannung an der Basisklemme 29 des Transistors 28 in negativer Richtung um 3 Volt .auf einen Wert von -1,5 V abnimmt. An diesem Punkt wiederholt sich der vorhergehende Vorgang. Während eines Arbeitsganges, der einen Ausgangsimpuls erzeugt, sind daher die Schwankungen der Spannung an der Basisklemme 29 wie folgt: Beginn der Auefladung -1,5 V, Ende der Aufladung +0,5 V, Beginn der Entladung +3,5 V, Ende der Entladung +1,5 V. Entsprechend dem vorstehenden Beispiel beträgt die Dauer jedes Impulses etwa 0,42 Milüeekunden und die Zeit zwischen den Impulsen etwa 1,0 Millisekunden. The pulse duration is therefore the same as the discharge time required in the present case. If for the resistor 67 a value of 850 ohms is assumed, the discharge time and accordingly the pulse duration is about 0.42 milliseconds. When the value of the resistance 67 were two k-ohms, the discharge time would be about 1.0 MHi-seconds. When transistors 28 and 32 are off the voltages at the emitter terminal 31 of the transistor change. 28 and at the collector terminal 34 of the Transistor 32 suddenly drops to 0 V. When the voltage at collector terminal 34 is 0 V, transistor 60 is switched off. However, the voltage on capacitor 53 cannot suddenly change, and if transistor 60 is now non-conductive, the capacitor 53 can no longer discharge via the resistor 67 and the diode 65. The capacitor 53 therefore seeks to discharge through the resistors 43 and 45, which causes the voltage at the base terminal 29 of the transistor 28 in negative Direction decreases by 3 volts to a value of -1.5 V. At this point the previous process repeats itself. While of an operation that generates an output pulse, the fluctuations in the voltage at base terminal 29 are as follows: Beginning of charging -1.5 V, end of charging +0.5 V, beginning of discharge +3.5 V, end of discharge +1.5 V. According to the In the example above, the duration of each pulse is about 0.42 milsecond and the time between pulses is about 1.0 millisecond.

¥ 75/5 409808/0413 ¥ 75/5 409808/0413

Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen wird bestimmt, daß die Dauer der Ausgangsimpulse dem Produkt des Wertes des Widerstandes 67 und der Kapazität des Kondensators 53 nahezu direkt proportional ist, welche zusammen ein RC-Glied bilden, das mit dem Oszillator des Stromkreises der Figur 1 verbunden ist, um die Impulsdauer zu regeln. Wenn der Wert der Widerstandskomponente des RC-Gliedes während Zeiten hoher Batteriespannung verringert und dann erhöht, das heißt wieder auf den ursprünglichen Wert zurückgebracht werden kann, wird gemäß der Erfindung bestimmt, daß die Impulsdauer zunimmt, wenn die Batteriespannung abnimmt, wcdurch die Impulsenergie konstant gehalten wird.In view of the foregoing, it is determined that the duration of the output pulses is the product of the value of the resistance 67 and the capacitance of the capacitor 53 is almost directly proportional, which together form an RC element with the oscillator of the circuit of Figure 1 is connected to regulate the pulse duration. When the value of the resistance component of the RC element is reduced during periods of high battery voltage and then increased, that is to say can be brought back to the original value, it is determined according to the invention that the pulse duration increases as the battery voltage decreases, wcby the pulse energy is kept constant.

In Fig. 2 ist ein Impulsgenerator 70 zum Erzeugen von Ausgangsimpulsen dargestellt, welche gemäß der Erfindung konstante Energie aufweisen. Der Impulsgenerator 70 ist mit einem Paar Ausgangsklemmen 71, 72 versehen. Wenn der Impulsgenerator 70 in einem künstlichen Herzschrittmacher verwendet wird, wird mindestens eine der Elektroden auf chirurgischem Wege in Berührung mit dem Herzen eines Patienten angeordnet. Die Elektrode 72 wird beispielsweise auf chirurgischem Wege in Berührung mit der Herzkammer des Herzens des Patienten angeordnet. Die Elektrode 71, die als eine indifferente oder Bezugselektrode wirken kann, wird an einer anderen Stelle des Körpers des Patienten unter der Haut eingepflanzt oder ebenfalls auf chirurgischem liege in Berührung mit dem Herzen des Patienten angeordnet. Die Elektroden 71, 72 sind mit dem Impulsgenerator 70 durch Leitungen oder Drähte verbunden, welche mit einem feuchtigkeitsdichten und für den menschlichen Körper reaktionsfreien Material, wie zum Beispiel Silicon oder einem entsprechenden Kunststoff, umwickelt sind. Eine elektrische Stromquelle in der Form einer Batterie 73 ist vorgesehen und die positive Klemme derselben ist durch eine Leitung 74 mit der Ausgangsklemme 71 verbunden. Die negative Klemme der Batterie 73 ist mit der Ausgangsklemme 72 gekuppelt durch den Kollektor-Emitterweg eines als Stromverstärker dienenden Transistors 76, der Basis-, Kollektor- und Emitterklemmen 77, 78 und 79 aufweist. Die Kollektorklemme 78 ist durch eine Leitung 80 mit der Ausgangsklemme 72 verbunden und die Emitterklemme 79 ist durch eine Leitung 82 mitIn Fig. 2 there is a pulse generator 70 for generating output pulses shown, which have constant energy according to the invention. The pulse generator 70 has a pair of output terminals 71, 72 provided. If the pulse generator 70 is used in an artificial cardiac pacemaker, at least one of the electrodes are surgically placed in contact with a patient's heart. The electrode 72 is, for example surgically placed in contact with the ventricle of the patient's heart. The electrode 71, which as a an indifferent or reference electrode is implanted under the skin in another part of the patient's body or also placed on a surgical bed in contact with the patient's heart. The electrodes 71, 72 are connected to the pulse generator 70 connected by lines or wires, which with a moisture-proof and for the human body non-reactive material, such as silicone or a corresponding plastic, are wrapped. A source of electrical power in the form of a battery 73 is provided and the positive terminal thereof is through a lead 74 to the output terminal 71 connected. The negative terminal of battery 73 is coupled to output terminal 72 through the collector-emitter path a transistor 76 serving as a current amplifier and having base, collector and emitter terminals 77, 78 and 79. The collector terminal 78 is connected by a line 80 to the output terminal 72 and the emitter terminal 79 is connected by a line 82

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der negativen Klemme der Batterie 73 verbunden.connected to the negative terminal of the battery 73.

Wie im Stromkreis der Figur 1 enthält der Impulsgenerator 70 einen komplementären positiven Rückkopplungsoszillator, der aus einem NPN-Transistor 84 besteht, welcher Basis-, Kollektor- und 33 Emitterklemmen 85, 86 und 87 aufweist, und aus einem PNP-Transistor 90, v/elcher eine Basisklemme 91 aufweist, die direkt mit der Kollektorklemme 86 des Transistors 84 verbunden'ist, sowie eine Kollektorklemme 92 und eine Emitterklemme 93. Die Basisklemme 85 des Transistors 84 ist mit einer Klemme eines Widerstandes 95 verbunden, dessen andere Klemme mit dem Verbindungspunkt eines Paares von Widerständen 97, 98 verbunden ist, welche ein Spannungsteilernetz bilden, das zwischen den Leitungen 74 und 82 zu der Batterie 73 parallel geschaltet ist. Die Emitterklemme 87 des Transistors 84 ist durch eine Leitung 100 mit dem Verbindungspunkt eines Paares in Reihe geschalteter Widerstände 102, 103 verbunden, welche ein Spannungsteilernetz bilden, das zwischen der Kollektorklemme 92 des Transistors 90 und der Leitung 82 eingeschaltet ist. Die Emitterklemme 93 des Transistors 90 ist durch eine Leitung 105 direkt mit der Leitung 74 verbunden,, Die Kollektorklemme 92 ist auch mit einer Klemme eines Kondensators 108 verbunden, dessen andere Klemme mit der Basisklemme 85 des Transistors 84 verbunden ist, und die Kollektorklemme 92 ist ferner über einen Widerstand 110 mit der Basisklemme 77 des Transistors 76 verbunden.As in the circuit of FIG. 1, the pulse generator 70 includes one complementary positive feedback oscillator consisting of an NPN transistor 84, which has base, collector and 33 Having emitter terminals 85, 86 and 87, and a PNP transistor 90, which has a base terminal 91 which is directly connected to the collector terminal 86 of the transistor 84, as well as a Collector terminal 92 and an emitter terminal 93. The base terminal 85 of the transistor 84 is connected to one terminal of a resistor 95 connected, the other terminal of which is connected to the junction of a pair of resistors 97, 98 which form a voltage divider network form, which is connected between the lines 74 and 82 to the battery 73 in parallel. The emitter terminal 87 of the Transistor 84 is connected by line 100 to the junction point of a pair of series resistors 102, 103, which form a voltage divider network which is connected between the collector terminal 92 of the transistor 90 and the line 82. The emitter terminal 93 of the transistor 90 is connected directly to the line 74 by a line 105, the collector terminal 92 is also connected to one terminal of a capacitor 108, the other terminal of which is connected to the base terminal 85 of transistor 84 is, and the collector terminal 92 is also connected to the base terminal 77 of the transistor 76 via a resistor 110.

Der Impulsgenerator 70 enthält außerdem Schalttransistoren, welche bestimmen, ob sich der Kondensator 108 im Aö# aufladenden oder entladenden Zustand befindet. Insbesondere weist ein erster Schalttransistor e 115 Basis-j Kollektor- und Emitterklemmen 116, 117 und 118 auf, wobei die Basisklemme 116 über einen Widerstand 120 mit der Kollektorklemme 92 des Transistors 90 verbunden isto Die Emitterklemme 118 ist direkt mit der Leitung 82 verbunden und die Kollektorklemme 117 ist mit der Kathode einer Diode 122 verbunden, deren Anoa?de über einen Widerstand 124 mit dem Kondensator 108 und mit der Basisklemme 85 des Transistors 84 verbunden ist. Es ist noch ein zweiter Schalttransistor 126 vorgesehen, welcher Basis-, Kollektor- und Emitterklemmen 127, 128 und 129The pulse generator 70 also contains switching transistors which determine whether the capacitor 108 is in the Aö # charging or discharging state. In particular, a first switching transistor e 115 has base-j collector and emitter terminals 116, 117 and 118, the base terminal 116 being connected via a resistor 120 to the collector terminal 92 of the transistor 90 o The emitter terminal 118 is connected directly to the line 82 and The collector terminal 117 is connected to the cathode of a diode 122, the anode of which is connected via a resistor 124 to the capacitor 108 and to the base terminal 85 of the transistor 84. A second switching transistor 126 is also provided, which has base, collector and emitter terminals 127, 128 and 129

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aufweist. Die Emitterklemme 129 ist direkt mit der Leitung 82 verbunden und die Kollektorklemme 128 ist mit der Kathode einer Diode 130 verbunden, deren Anode über einen Widerstand 132 mit dem Kondensator 108 und der Basisklemme 85 des Transistors 84 verbunden ist. Der Impulsgenerator 70 enthält schließlich spannungsabhängige Einrichtungen, welche mit der Basisklemme 127 des Transistors 126 und über den Transistor 90 mit der Batterie 73 verbunden sind. Insbesondere ist eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Zekner-Dioden 134 vorgesehen, im vorliegenden Falle vier Dioden» Die Kathode der Diode an einem Ende der Reihenkombination ist durch eine Leitung 136 mit der Basisklemme 127 des Transistors 126 verbunden. Die Basisklemme 127 ist auch über einen Widerstand 137 mit der Leitung 82 verbunden. Die Anode der Diode am entgegengesetzten Ende der Reihenkombination ist über einen Widerstand 138 und eine Leitung 139 mit der Kollektorklemme 92 des Transistors 90 verbunden.having. The emitter terminal 129 is directly connected to the line 82 and the collector terminal 128 is connected to the cathode of a diode 130, the anode of which via a resistor 132 with the capacitor 108 and the base terminal 85 of the transistor 84 is connected. The pulse generator 70 finally contains voltage-dependent Devices which are connected to the base terminal 127 of the transistor 126 and via the transistor 90 to the battery 73 are connected. In particular, a plurality of Zekner diodes 134 connected in series is provided, in the present case four diodes »The cathode of the diode at one end of the series combination is connected through a line 136 to the base terminal 127 of the Transistor 126 connected. The base terminal 127 is also connected to the line 82 via a resistor 137. The anode of the Diode at the opposite end of the series combination is connected to the collector terminal via resistor 138 and line 139 92 of transistor 90 connected.

Der Oszillator des Impulsgenerators der Figur 2 erzeugt Ausgangsimpulse, von denen jeder eine Energie aufweist, die zu dem Produkt der ersten und zweiten Impulsparameter in der Form der Impulsamplitude bzw, der Impulsdauer proportional ist. Der erste Impulsparameter, das heißt die Impulsamplitude, ist zu einem Parameter der elektrischen Stromquelle proportional, welcher im vorliegenden Beispiel die Spannung der Batterie 73 ist. © Tatsächlich ist die Impulsamplitude gleich dem Quadrat der Impulsspannung geteilt durch den Wert des Belastungswiderstandes, wobei die Impuls spannung im wesentlichen gleich der Spannung der Batterie 73 ist. Der Kondensator 108 und die Widerstände 124, 132 bilden ein RC-Glied, das mit dem Oszillator verbunden ist und die Größe des zweiten Ausgangsimpulsparameters regelt, welcher die Impulsdauer ist. Die Widerstände 124 und 132 bilden zusammen eine Komponente des RC-Gliedes, welche eine wahlweise veränderliche Größe aufweist, und der zweite Ausgangsimpulsparameter, das heißt die Impulsdauer, ist zu. der Größe dieser Komponente proportional. Der Schalttransistor 126 und die Zener-Dioden 134 bilden eine Regeleinrichtung, welche mit der elektrischen Stromquelle, das heißtThe oscillator of the pulse generator of FIG. 2 generates output pulses, each of which has an energy which is proportional to the product of the first and second pulse parameters in the form of the pulse amplitude and the pulse duration, respectively. The first pulse parameter, that is to say the pulse amplitude, is proportional to a parameter of the electrical power source, which in the present example is the voltage of the battery 73. In fact, the pulse amplitude is equal to the square of the pulse voltage divided by the value of the load resistance, the pulse voltage being substantially equal to the voltage of the battery 73. The capacitor 108 and the resistors 124, 132 form an RC element which is connected to the oscillator and controls the size of the second output pulse parameter, which is the pulse duration. The resistors 124 and 132 together form a component of the RC element, which has an optionally variable size, and the second output pulse parameter, i.e. the pulse duration, is closed . proportional to the size of this component. The switching transistor 126 and the Zener diodes 134 form a control device which is connected to the electrical power source, that is to say

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mit der Batterie 73 verbunden ist, wenn der Transistor 90 eingeschaltet ist, sowie mit dem RC-Glied zur Veränderung der Größe der Komponente entsprechend der Veränderung der Größe des Parameters der elektrischen Stromquelle, das heißt der Spannung der Batterie 73. Infolgedessen wird der zweite Ausgangsiiüpulsparameter, das heißt die Impulsdauer, verändert, so daß die Energie der Ausgangsimpulse konstant gehalten wird.connected to battery 73 when transistor 90 is on is, as well as with the RC element to change the size of the component according to the change in the size of the parameter the electrical power source, i.e. the voltage of the battery 73. As a result, the second output pulse parameter, that is, the pulse duration is changed so that the energy of the output pulses is kept constant.

Der Stromkreis der Figur 2 wirkt in der folgenden Weise:The circuit of Figure 2 operates in the following way:

Die Spannung zwischen den Ausgangsklemmen 71, 72 beträgt entweder etwa +3 V, was der Spannung der Batterie 73 entspricht, oder 0 V, je nachdem ob der Transistor 76 leitend oder nichtleitend ist. Die Transistoren 84 und 90 sind von komplementärer Art, das heißt der Transistor 84 ist ein NPN-Transistor und der Transistor 90 ist ein PNP-Transistor. Wenn daher der Transistor 84 leitet, dann beginnt der Transistor 90 ebenfalls zu leiten. Wenn angenommen wird, daß der Transistor 84 anfänglich nicht leitet, ist der ., Transistor 76 ausgeschaltet und die Spannung zwischen den Ausgangsklemmen 71, 72 beträgt 0 V. Der Kondensator 108 beginnt sich aus der Batterie 73 über den Widerstand 95 auf einen Wert positiv aufzuladen, der dem Basis-Emitter-Spannungsabfall des Transistors 84 von etwa 0,5 V |j.eich ist, und in einer Zeit, welche durch das Produkt des Wertes des Widerstandes 95 und der Kapazität des Kondensators 108 bestimmt wird, ausgedrückt in Sekunden. Wenn der Widerstand 95 einen Viert von etwa 2 Megohm und der Kondensator 108 eine Kapazität von etwa 0,47 Mikrofarad aufweist, beträgt diese Zeit ungefähr eine Sekundeo Wenn der Wert von 0,5 V erreicht ist, leitet der Transistor 84, wodurch der Transistor 90 zur Sättigung gebracht wird mit dem Ergebnis, daß alle Elemente des Transistors 9Ö nahezu auf die positive Spannung der Batterie 73, das heißt 3 V, gebracht werden und beide Seiten des Kondensators 108 um 3 V ansteigen. Dadurch wird der Transistor 76 eingeschaltet und die Spannung parallel zu den Klemmen 71, 72 steigt auf 3 V an. •Da beide Seiten des Kondensators 108 um 3 V ansteigen, beträgt die Spannung an der Basisklemme 85 des Transistors 84 + 3,5 V.The voltage between the output terminals 71, 72 is either approximately +3 V, which corresponds to the voltage of the battery 73, or 0 V, depending on whether the transistor 76 is conductive or non-conductive. Transistors 84 and 90 are of complementary nature, i.e. transistor 84 is an NPN transistor and transistor 90 is a PNP transistor. Thus, when transistor 84 conducts, transistor 90 begins to conduct as well. If it is assumed that the transistor 84 does not conduct initially, the transistor 76 is switched off and the voltage between the output terminals 71, 72 is 0 V. The capacitor 108 begins to be charged from the battery 73 via the resistor 95 to a positive value which is equal to the base-emitter voltage drop of the transistor 84 of about 0.5 V | j., and in a time which is determined by the product of the value of the resistor 95 and the capacitance of the capacitor 108, expressed in seconds. If the resistor 95 has a Fourth of about 2 megohms, and capacitor 108 has a capacitance of about 0.47 microfarads, this time is approximately one second o If the value is reached of 0.5 V, the transistor 84, whereby the transistor 90 is brought to saturation with the result that all elements of the transistor 90 are brought almost to the positive voltage of the battery 73, i.e. 3 volts, and both sides of the capacitor 108 rise by 3 volts. This turns on transistor 76 and the voltage across terminals 71, 72 rises to 3 volts. • Since both sides of the capacitor 108 increase by 3 V, the voltage at the base terminal 85 of the transistor 84 is + 3.5 V.

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Der Kondensator 108 beginnt sich dann über einen Weg zu entladen, welcher gemäß der Erfindung in der folgenden Weise geregelt wird.The capacitor 108 then begins to discharge via a path which is regulated according to the invention in the following manner.

Die Basisklemme 116 des Schalttransistors 115 ist über den Widerstand 120 direkt mit der Kollektorklemme 92 des Transistors 90 verbunden. Wenn der Transistor 90 gesättigt ist, sind alle Elemente desselben nahezu auf die positive Spannung der Batterie 73 gebracht und daher ist der Schalttransistor 115 bei allen Werten der normalen Batteriespannung gesättigt. Wenn die Spannung der Batterie 73 hoch ist, das heißt auf oder nahe dem maximalen Wert von 3 V, sind beide Schalttransistoren 115, 126 gemeinsam gesättigt und der Kondensator 108 weist zwei Entladungswege auf, den einen über den Widerstand 124 und den anderen über den Widerstand 132. Wenn daher die Spannung der Batterie 73 hoch ist, ist die Zeitkonstante für die Entladung des Kondensators 108 zu der Größe des Widerstandes der parallelen Kombination der Widerstände 124 und 132 proportional. Infolgedessen ist die Zeitdauer der Ausgangsimpulse zu der Größe des Widerstandes der parallelen Kombination der Widerstände 124 und 132 proportional. Insbesondere die Basisklemme 127 des Schalttransistors 126 wird zunächst durch die Reihenkombination der Zener-Dioden 134 angetrieben, welche über den Widerstand 138 mit der Kollektorklemme 92 des Transistors 90 verbunden ist. Bei der dargestellten Ausführungsform weisen die Zener- Dioden 134 einen kombinierten Spannungsabfall von etwa 2 V auf. Wenn der Basis-Emitter-Spannungsabfall des Transistors 126 addiert wird, bedeutet dies, daß nur eine Batteriespannungsamplitude und demgemäß Ausgangsimpulsspannungen von mehr als 2,5 V den Schalttransistor 126 sättigen werden. Wenn daher die Spannung der Batterie 73 unter den Wert von 2,5 V absinkt, wird der Schalttransistor 126 immer weniger wirksam. Bei einer Batteriespannung von 2,2 V ist der Schalttransistor 126 nicht mehr gesättigt und der Kondensator 108 wird sich nicht über den Widerstand 132 entladen. Mit anderen Worten, der Entladungsweg über den Widerstand 132 wird durch die Tätigkeit der Regeleinrichtung blockiert, die aus dem Schalttransistor 126 und den Zener-Dioden 134 besteht. Der Kondensator 108 hat dann nur einen Entladungsweg über den Wider-The base terminal 116 of the switching transistor 115 is across the resistor 120 connected directly to the collector terminal 92 of the transistor 90. When transistor 90 is saturated, all elements are the same brought almost to the positive voltage of the battery 73 and therefore switching transistor 115 is saturated at all normal battery voltage values. When the tension of the Battery 73 is high, that is to say at or near the maximum value of 3 V, both switching transistors 115, 126 are saturated together and capacitor 108 has two discharge paths, one through resistor 124 and the other through resistor 132. Therefore, when the voltage of the battery 73 is high, the time constant for the capacitor 108 to discharge is too large of the resistance of the parallel combination of resistors 124 and 132 is proportional. As a result, the duration of the output pulses is proportional to the magnitude of the resistance of the parallel combination of resistors 124 and 132. In particular the base terminal 127 of the switching transistor 126 is initially driven by the series combination of Zener diodes 134, which via the Resistor 138 is connected to collector terminal 92 of transistor 90. In the embodiment shown, the Zener Diodes 134 have a combined voltage drop of approximately 2 volts. When the base-emitter voltage drop of transistor 126 is added, this means that only a battery voltage amplitude and accordingly output pulse voltages of more than 2.5 V den Switching transistor 126 will saturate. Therefore, when the voltage of the battery 73 drops below 2.5 V, the switching transistor becomes 126 less and less effective. At a battery voltage of 2.2 V, the switching transistor 126 is no longer saturated and the Capacitor 108 will not discharge through resistor 132. In other words, the discharge path through resistor 132 is blocked by the operation of the control device, which consists of the switching transistor 126 and the Zener diodes 134. Of the Capacitor 108 then has only one discharge path via the resistor

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stand 124. Die Impulsdauer, die zu der Größe des Widerstandes proportional ist, nimmt zu, da die Größe des Widerstandes der parallelen Kombination der Widerstände 124, 132 kleiner ist als die Größe jedes Widerstandes allein. Während gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Widerstandskomponente des RC-Gliedes verändert wird, um die Impulsdauer zu verändern, könnte die Kapazitätskomponente verändert werden, um die Impulsdauer zu verändern, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.stand 124. The pulse duration, which is proportional to the size of the resistance, increases as the size of the resistance is parallel Combination of resistors 124, 132 is smaller than the size of each resistor alone. While according to a preferred Embodiment of the invention, the resistance component of the RC element is changed to change the pulse duration, the capacitance component could be changed to increase the pulse duration change without departing from the scope of the invention.

Gemäß einer beispielsweisen Ausführungsform der Erfindung hat der Widerstand 124 einen Wert von 2.000 Ohm und der Widerstand 132 einen Wert von 1.500 0hm. Die parallele Kombination der Widerstände 124, 132 hat daher einen Wert von etwa 850 0hm. Da der Kondensator 108 eine - Kapazität von 0,47 Mikrofarad aufweist, ergibt dies eine Zeitkonstante und demgemäß eine Impulsdauer von etwa 0,42 Millisekunden, wenn sich der Kondensator 108 über beide Widerstände 124, 132 entlädt. Wenn die Spannung der Batterie 73 auf 2,2 V abnimmt, so daß der Transistor 126 ausgeschaltet wird, entlädt sich der Kondensator 108 nur über den Widerstand 124 mit einer Zeitkonstante von 1,0 Millisekunden. Wenn daher die Spannung der Batterie 73 von ihrem Anfangswert auf 2,2 V abnimmt, nimmt die Dauer der Ausgangsimpulse von 0,4 Millisekunden auf 1,0 Millisekunden zu und die Energie der Impulse bleibt verhältnismäßig konstant.According to an exemplary embodiment of the invention, resistor 124 has a value of 2,000 ohms and resistor 132 a value of 1,500 ohms. The parallel combination of resistors 124, 132 therefore has a value of approximately 850 ohms. Since the Capacitor 108 has a capacitance of 0.47 microfarads this is a time constant and accordingly a pulse duration of about 0.42 milliseconds when the capacitor 108 is across both Resistors 124, 132 discharges. When the voltage of the battery 73 decreases to 2.2V, so that the transistor 126 turns off is, the capacitor 108 discharges only through the resistor 124 with a time constant of 1.0 milliseconds. Therefore, if the The voltage of the battery 73 decreases from its initial value to 2.2 V, the duration of the output pulses increases from 0.4 milliseconds to 1.0 Milliseconds and the energy of the impulses remains relatively constant.

Die Impulsenergie ist gleich dem Produkt der Impulsleistung und der Impulsdauer. Die Impulsleistung ist gleich dem Quadrat der Impulsspannung, geteilt durch die Größe des Belastungswiderstandes. Wenn ein konstanter Belastungswiderstand angenommen wird, nimmt die Impulsenergie proportional zum Quadrat der Impulsspannung ab. Wenn daher die Impulsdauer gemäß der Erfindung automatisch um einen Betrag vergrößert wird, der gleich dem Quadrat der Abnahme der Impulsspannung ist, kann die Impulsenergie verhältnismäßig konstant gehalten werden, sogar beim Vorhandensein einer abnehmenden Batteriespannung.The pulse energy is equal to the product of the pulse power and the pulse duration. The pulse power is equal to the square of the Pulse voltage divided by the size of the load resistance. If a constant load resistance is assumed, the pulse energy decreases proportionally to the square of the pulse voltage. Therefore, if the pulse duration according to the invention is automatic is increased by an amount equal to the square of the decrease in the pulse voltage, the pulse energy can be proportionate can be kept constant even in the presence of a decreasing battery voltage.

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Die Spannung einer typischen Lithium-Jod-Zelle nimmt beispielsweise von 2,8 V bis zum nominellen Ende der Lebensdauer auf 2,2 V ab. Die Abnahme um 0,6 V beträgt etwa 22 % und um eine konstante Energie aufrecht zu erhalten, muß die Impulsdauer um etwa 64 % vergrößert werden. Gemäß einem anderen Beispiel sei angenommen, daß die Werte des Kondensators 108 und der Widerstände 124, 132 des RC-Gliedes im Stromkreis der Figur 2 so gewählt sind, daß die Dauer der erregenden Impulse von 0,8 Millisekunden am Beginn der Batterielebensdauer auf 1,3 Millisekunden am Ende der Batterielebensdauer vergrößert wird. Wenn ein Belastungswiderstand von 500 OHm angenommen wird, der za den Klemmen 71, 72 parallelgeschaltet ist, und Werte von 2,8 V und 2,2 V für den Beginn bzw. das Ende der Lebensdauer der Batterie, zusammen mit den vorstehend erwähnten Werten der Impulsdauer, kann berechnet werden, daß die Impulsenergie am Beginn und am Ende der Batterielebensdauer auf einem Wert von 12,5 Mikrojoule verhältnismäßig konstant bleibt» Der Impulsgenerator gemäß der Erfindung erzeugt daher einen Ausgangsimpuls mit nahezu konstanter Energie trotz abnehmender Batteriespannung,wenn die Batterie erschöpft ist. Die zuletzt verbleibende chemische Kapazität der Batterie, die nur bei verringerter Spannung verfügbar ist, wird in einen nutzbaren Zustand umgewandelt, statt in der Batterie unbenutzt gelassen und verschwendet zu werden. Die Impulsenergie wird aber nicht nur über den Bereich der Betriebsdauer der Batterie verhältnismäßig konstant gehalten, sondern der Impulsgenerator gemäß der Erfindung dehnt die Betriebsdauer der Batterie auf Spannungsniveaus aus, die um etwa 25 % niedriger sind als jene, die ohne die Erfindung erzielt werden könnten.The voltage of a typical lithium-iodine cell, for example, decreases from 2.8 V to 2.2 V by the nominal end of its service life. The decrease by 0.6 V is about 22 % and in order to maintain a constant energy, the pulse duration must be increased by about 64 % . According to another example, it is assumed that the values of the capacitor 108 and the resistors 124, 132 of the RC element in the circuit of FIG. 3 milliseconds at the end of the battery life. If a load resistance of 500 OHm is assumed, which is connected in parallel to the terminals 71, 72, and values of 2.8 V and 2.2 V for the beginning and the end of the service life of the battery, together with the above-mentioned values of Pulse duration, it can be calculated that the pulse energy at the beginning and at the end of the battery life remains relatively constant at a value of 12.5 microjoules »The pulse generator according to the invention therefore generates an output pulse with almost constant energy despite decreasing battery voltage when the battery is exhausted . The last remaining chemical capacity of the battery, which is only available when the voltage is reduced, is converted into a usable state instead of being left unused and wasted in the battery. The pulse energy is not only kept relatively constant over the range of the operating time of the battery, but the pulse generator according to the invention extends the operating time of the battery to voltage levels which are about 25% lower than those which could be achieved without the invention.

In dem Stromkreis gemäß der Erfindung besteht eine genaue und wiederholbare Beziehung zwischen der Impulsdauer und der Batteriespannung. Ein normales Oszilloskop kann mit dem Körper eines Patienten in der gleichen Weise verbunden werden wie eine elektrokardiographische Apparatur, um die Impulsdauer eines eingepflanzten Herzschrittmachers direkt abzulesen, der gemäß der Erfindung ausgebildet ist. Das Altern der Batterie des Herzschrittmachers kann daher von der Außenseite des Körpers überwacht werden, indemIn the circuit according to the invention there is an accurate and repeatable one Relationship between pulse duration and battery voltage. A normal oscilloscope can be used with a patient's body can be connected in the same way as an electrocardiographic apparatus to the pulse duration of an implanted Read cardiac pacemaker directly, which is designed according to the invention. The aging of the pacemaker battery can therefore be monitored by from the outside of the body

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der Impuls mit einem Oszilloskop direkt beobachtet wird. Ebenso kann eine Messung der Impulsdauer eines Impulsgenerators gemäß der Erfindung in einer durch eine Batterie betätigten Raumkapsel oder einer anderen entfernt angeordneten Einrichtung eine genaue Information über den Zustand der Batterie liefern, möglicherweise von Impulsen, die in dem normalen Fernmeßverfahren verwendet werden, und ohne zusätzliche Instrumente.the pulse is observed directly with an oscilloscope. A measurement of the pulse duration of a pulse generator according to FIG of the invention in a battery operated space capsule or other remotely located device Provide information about the condition of the battery, possibly from pulses used in normal telemetry, and without additional instruments.

Gemäß der Erfindung ist eine Einrichtung zur Überprüfung des Sicherheitsfaktors des Systems vorgesehen, welche den die Impulsdauer verlängernden Stromkreis durch ein entfernt zur Einwirkung kommendes Abfragesignal vorübergehend ausschaltet, um die Energie des erzeugten Impulses vorübergehend zu verringern, indem der anfängliche Zustand der Dauer des Impulses wiederhergestellt wird. Wie Fig. 2 zeigt, ist ein gewöhnlich offener Schalter 142 zu der Kombination der Zener-Dioden 134 durch die Leitungen 144 und 146 parallelgeschaltet. Wenn der Impulsgenerator 70 als ein eingepflanzter künstlicher Herzschrittmacher verwendet wird, kann der Schalter 142 ein Zungenschalter sein, der von der Außenseite des Körpers betätigt wird. Solche Schalter und deren Wirkungsweise sind dem Fachmann bekannt. Wenn der Schalter 142 geschlossen ist, um die Kombination der Zener-Dioden 134 kurzzuschließen, dient dies zum Abfragen des Systems. Wenn der Patient den Schrittmacher genau weiterverfolgt, selbst wenn die Impulsdauer durch die Schließung des Schalters 142 vorübergehend verkürzt wird, kann der Sicherheitsspielraum des Patienten als ausreichend angesehen "werden, um ihn bis zur nächsten Überprüfungsperiode zu sichern. Falls der Patient jedoch den Schrittmacher nicht genau verfolgt, wenn die Impulsdauer durch Betätigung des Schalters 142 verringert wird, dann kann sein Sicherheitsspielraum als ungenügend genug angesehen werden, um eine neuerliche Auswertung des Schrittmachers zu rechtfertigen. Der Schalter 142 kann auch aus einem bipolaren oder Feldeffekttransxstor bestehen, der kurzzeitig durch einen entfernten Hochfrequenzsender aktiviert wird, wie in der amerikanischen Patentanmeldung Nr. 47198 vom 18. Juni 1970 beschrieben ist.According to the invention is a device for checking the safety factor of the system is provided, which removes the circuit that extends the pulse duration incoming interrogation signal is temporarily switched off in order to temporarily reduce the energy of the generated pulse by removing the initial State of the duration of the pulse is restored. As shown in Fig. 2, a usually open switch 142 is to the Combination of Zener diodes 134 by lines 144 and 146 connected in parallel. When the pulse generator 70 is used as an implanted artificial cardiac pacemaker, the Switch 142 may be a reed switch operated from the outside of the body. Such switches and how they work are known to the person skilled in the art. When switch 142 is closed to short the combination of Zener diodes 134, serves this to query the system. If the patient follows the pacemaker closely, even if the pulse duration is through the closure of the switch 142 is temporarily shortened, the patient's safety margin can be considered sufficient ", to secure it until the next review period. However, if the patient does not closely track the pacemaker when the Pulse duration is reduced by operating the switch 142, then its safety margin may be considered insufficient to warrant a reevaluation of the pacemaker. The switch 142 can also consist of a bipolar or field effect transformer, which is activated briefly by a remote high-frequency transmitter, as in the American Patent Application No. 47198 filed June 18, 1970 is described.

W 75/5 409808/0413W 75/5 409808/0413

Der Stromkreis gemäß der Erfindung kann einen Ausgangskupplungskondensator enthalten oder nicht, der zu der Leitung 80 der Figur 2 oder zu der Leitung 24 der Figur 1 in Reihe geschaltet ist. Während solche Kondensatoren in Herzschrittmacherstromkreisen gewöhnlich vorhanden sind, sind sie für das Verständnis der Erfindung nicht wesentlich und sind daher zur Vereinfachung der Beschreibung weggelassen worden.The circuit according to the invention may include an output coupling capacitor included or not, which is connected in series to the line 80 of FIG. 2 or to the line 24 of FIG. While such capacitors are commonly present in cardiac pacemaker circuits, they are essential for an understanding of the invention are not essential and are therefore omitted for simplicity of description.

Ein künstlicher Herzschrittmacher gemäß der Erfindung gewährleistet einen verhältnismäßig konstanten Sicherheitsfaktor des Systems während der ganzen zu erwartenden Betriebsdauer der Batterie. Bei bestimmten Patienten kann eine zufällige· Verschiebung ihres Herzschrittmachers einen abnormal hohen physiologischen Schwellenwert der Elektrode erzeugen. Ein solcher Schwellenwert kann innerhalb der ursprünglichen Kapazität des Schrittmachers liegen, kann aber bei einem nur geringen Absinken der Batteriespannung zu einem Randwert werden. Ein solcher Patient brauchte bisher eine neuerliche Operation, lange bevor die normalerweise zu erwartende Betriebsdauer des Schrittmachers abgelaufen war. Mit einem Schrittmacher gemäß der Erfindung braucht ein solcher Patient keine neuerliche Operation vor dem normalerweise geplanten, wahlweisen Austauschdatum. Mit anderen Worten, gemäß der Erfindung bleibt der Sicherheitsfaktor des Systems während der ganzen Betriebsdauer des künstlichen Schrittmachers verhältnismäßig konstant, wenn ein hoher, aber unveränderlicher physiologischer Schwellenwert angenommen wird.An artificial pacemaker guaranteed according to the invention a relatively constant safety factor of the system during the entire expected service life of the battery. In certain patients, an accidental shift of their pacemaker can have an abnormally high physiological level Generate electrode threshold. Such a threshold may be within the original capacity of the pacemaker but can become a marginal value if the battery voltage drops only slightly. Such a patient needed so far, a new operation long before the normally expected operating life of the pacemaker had expired. With a pacemaker according to the invention, such a patient does not need a new operation before the normally planned, optional exchange date. In other words, according to the invention the safety factor of the system remains proportionate throughout the life of the artificial pacemaker constant if a high but invariable physiological threshold is assumed.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen beispielsweisen Ausführungsformen beschränkt, die verschiedene Abänderungen erfahren können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiments, the various Changes can be made without departing from the scope of the invention.

PatentansprücheClaims

¥ 75/5 409808/0413¥ 75/5 409808/0413

Claims (1)

Dr.-lng. E. BERKENFELD · D:pl.-lng. H. BERKEKFCLD, Patentanwälte, KölnDr.-lng. E. BERKENFELD · D: pl.-lng. H. BERKEKFCLD, patent attorneys, Cologne Anlage AktenzeichenAttachment file number zur Eingabe vom 26. Juli 1973 VA// Name d. Anm. WILSON GREATBATCH LTD.on the submission of July 26, 1973 VA // Name d. Note WILSON GREATBATCH LTD. PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS 1. Herzschrittmacher, gekennzeichnet1. Pacemaker, labeled a) durch eine Batterie,a) by a battery, b) durch einen Oszillator, der mit der Batterie gekuppelt ist, um Ausgangsimpulse zu erzeugen, von denen jeder eine Energie aufweist, die zu dem Produkt der Amplitude und der Dauer desselben proportional ist, wobei die Amplitude jedes Impulses zu der Spannung der Batterie proportional ist,b) by an oscillator coupled to the battery, to produce output pulses each of which has an energy equal to the product of amplitude and duration it is proportional, the amplitude of each pulse being proportional to the voltage of the battery, c) durch ein RC-Glied, das mit dem Oszillator verbunden ist und das die Größe der Impulsdauer regelt, wobei das RC-Glied eine Komponente enthält, welche eine wahlweise veränderliche Größe aufweist, und wobei die Impulsdauer zu der Größe dieser Komponente proportional ist,c) by an RC element which is connected to the oscillator and which regulates the size of the pulse duration, the RC element including a component which is an optionally variable Size, and where the pulse duration is proportional to the size of this component, d) durch eine Regeleinrichtung, welche mit der Batterie und mit dem RC-Glied verbunden ist, um die Größe der Komponente entsprechend einer Abnahme der Spannung der Batterie zu verändern zwecks Vergrößerung der Dauer der Ausgangsimpulse, um die Energie der Impulse konstant zu halten, undd) by a control device, which is connected to the battery and to the RC element, to the size of the component to change according to a decrease in the voltage of the battery in order to increase the duration of the output pulses, to keep the energy of the impulses constant, and e) durch ein Paar Ausgangsklemmen, die mit dem Oszillator verbunden sind, wobei mindestens eine derselben mit dem Herzen eines Patienten wirksam gekuppelt v/erden kann.e) through a pair of output terminals connected to the oscillator at least one of which can be operatively coupled to a patient's heart. 2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente aus der Widerstandskomponente eines RC-Gliedes besteht, das durch einen zu einem Kondensator in Reihe geschalteten Widerstand gebildet wird, und daß die Regeleinrichtung aus einem Schalter zur Regelung dsr Größe der Widerstandskomponente besteht.2. Cardiac pacemaker according to claim 1, characterized in that the component consists of the resistance component of an RC element consists, which is connected in series with a capacitor Resistance is formed, and that the control device consists of a switch for controlling the size of the resistance component consists. Herzschrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandskomponente aus einem Paar von Zweigwiderständen besteht, die parallelgeschaltet sind, und daß der Schalter spannungsabhängig ist und die Ausschaltung eines Zweigwider-Cardiac pacemaker according to Claim 2, characterized in that the resistance component consists of a pair of branch resistances that are connected in parallel, and that the switch is voltage-dependent and the switching off of a branch resistance W 75/5 409 8 Q 8/0413W 75/5 409 8 Q 8/0413 Standes bewirkt, wenn die Spannung der Batterie auf einen vorherbestimmten Wert abnimmt.Standes causes when the voltage of the battery drops to a predetermined one Value decreases. 4. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das RC-Glied aus einem Kondensator besteht, der mit dem Oszillator verbunden ist, aus einem ersten Widerstand, der mit dem Kondensator verbunden ist,- und einen Entladungsweg für den Kondensator bildet, und aus einem zweiten Widerstand, der mit dem Kondensator verbunden ist, sowie daß die Regeleinrichtung aus einem spanneungsabhängigen Schalter besteht, der mit dem zweiten Widerstand verbunden ist und gewöhnlich ermöglicht, daß der zweite Widerstand einen zweiten Entladungsweg für den Kondensator bildet, bzw. den zweiten Entladungsweg blockiert, wenn die Spannung der Batterie auf einen vorherbestimmten Wert abnimmt.4. pacemaker according to claim 1, characterized in that the RC element consists of a capacitor connected to the oscillator is connected, from a first resistor, which is connected to the capacitor, - and a discharge path for the Capacitor forms, and a second resistor, which is connected to the capacitor, and that the control device consists of a voltage-dependent switch that is connected to the second resistor is connected and usually allows the second resistor to provide a second discharge path for the Capacitor forms or blocks the second discharge path when the voltage of the battery has reached a predetermined value decreases. 5. Herzschrittmacher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung besteht:5. Heart pacemaker according to claim 4, characterized in that the control device consists of: a) aus einem Halbleiterschalter, der in Regelbeziehung zu dem zweiten Widerstand steht, unda) from a semiconductor switch which is in control relationship to the second resistor, and b) aus Zener-Dioden, die in Regelbeziehung zu der Batterie und zu dem Schalter stehen.b) from Zener diodes, which are in control relationship to the battery and stand by the switch. 6. Herzschrittmacher nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen gewöhnlich offenen Schalter, der zu den Zener-Dioden parallelgeschaltet ist und der in geschlossenem Zustand bewirkt, die Regeleinrichtung vorübergehend unwirksam zu machen, wodurch die Dauer der Ausgangsimpulse vorübergehend auf den Wert vor der Betätigung der Regeleinrichtung zurückgeführt wird.6. pacemaker according to claim 5, characterized by a usually an open switch which is connected in parallel to the Zener diodes and which, when closed, causes the To make control device temporarily ineffective, whereby the duration of the output pulses temporarily to the value before the actuation of the control device is returned. 7. Impulsgenerator, gekennzeichnet7. Pulse generator, marked a) durch eine elektrische Stromquelle,a) by an electrical power source, b) durch einen Oszillator, der mit der Stromquelle verbunden ist, um Ausgangsimpulse zu erzeugen, von denen jeder eine Energie aufweist, die zu dem Produkt der ersten und zweiten Impulsparameter proportional ist, wobei de:;"" erste Impulspa-b) by an oscillator connected to the power source to produce output pulses, each of which is one Having energy which is proportional to the product of the first and second pulse parameters, where de :; "" first pulse parameter W 75/5 409808/0413W 75/5 409808/0413 rameter zu einem elektrischen Parameter der Stromquelle proportional ist,rameter is proportional to an electrical parameter of the power source, c) durch ein RC-Glied, das mit dem Oszillator.verbunden ist und die Größe des zweiten Ausgangsimpulsparameters regelt, wobei das RC-Glied eine Komponente enthält, die eine wahlweise veränderliche Größe aufweist, und der zweite Ausgangsimpulsparameter zu der Größe dieser Komponente proportional ist, undc) by an RC element that is connected to the oscillator and regulates the magnitude of the second output pulse parameter, the RC element including a component which is an optional having variable magnitude, and the second output pulse parameter proportional to the magnitude of this component is and d) durch eine Regeleinrichtung, die mit der Stromquelle und dem RC-Glied verbunden ist, um die Größe der Komponente zu verändern entsprechend Veränderungen der Größe des elektrischen Parameters der Stromquelle, wodurch der zweite Ausgangsimpulsparameter verändert wird, um die Energie der Impulse konstant zu halten.d) by a control device which is connected to the power source and the RC element in order to adjust the size of the component change according to changes in the size of the electrical parameter of the power source, thereby changing the second output pulse parameter is changed in order to keep the energy of the impulses constant. 8. Impulsgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Ausgangsimpulsparameter die Amplitude bzw. die Dauer sind, und daß die Komponente des RC-Gliedes die Widerstandskomponente eines RC-Gliedes bildet, das aus einem zu einem Kondensator in Reihe geschalteten Widerstand besteht.8. Pulse generator according to claim 7, characterized in that the first and second output pulse parameters the amplitude or the duration, and that the component of the RC element forms the resistance component of an RC element that consists of one a resistor connected in series to a capacitor. 9. Impulsgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandskomponente aus einer Vielzahl von Widerständen besteht und daß die Regeleinrichtung aus einem Schalter zur Regelung der Anzahl der die Widerstandskomponente bildenden Widerstände besteht, welche durch die Größe des elektrischen Parameters der Stromquelle bestimmt wird.9. Pulse generator according to claim 8, characterized in that the resistance component consists of a plurality of resistors and that the control device consists of a switch for controlling the number of components forming the resistance There is resistance, which is determined by the size of the electrical parameter of the power source. 10. Impulsgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Stromquelle aus einer Batterie besteht und daß der elektrische Parameter der Stromquelle die Spannung ist, daß die Widerstandskomponente aus einem Paar von Zweigwiderständen besteht, die mit dem Kondensator des RC-Gliedes verbunden sind, sowie daß der Schalter spannungsabhängig ist und die Ausschaltung eines Zweigwiderstandes bewirkt, wenn die Spannung der Batterie auf einen vorherbestimmten Wert abnimmt.10. Pulse generator according to claim 8, characterized in that the electrical power source consists of a battery and that the electrical parameter of the power source is voltage, that the resistance component consists of a pair of branch resistors connected to the capacitor of the RC element are, and that the switch is voltage-dependent and causes a branch resistor to be switched off when the The voltage of the battery decreases to a predetermined value. W 75/5 409808/0413W 75/5 409808/0413
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