DE2350737A1 - Monolithisch integrierte schaltung mit speicherverhalten - Google Patents

Description

Deutsche ITT Industries GmfcH G. Achtstaetter - 1

78 Freiburg, Hans-Bunte-Str. 19 Mo/ra

8. Oktober 1973

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I. BR.

Monolithisch integrierte Schaltung mit Speicherverhalten

Die Erfindung beschäftigt sich mit der Schaffung einer monolithisch integrierten Schaltung mit verzögert einsetzendem Speicherverhalten aufgrun-i eines ersten Eingangssignals und mit wesentlich langer verzögertem Aufhören des Speicherverhaltens aufgrund eines zweiten Eingangssignals, wobei die beiden Schaltverzögerungen mittels der stromkonstanten Aufladung und der freien Entladung eines einseitig am Schaltungsnullpunkt liegenden Parallel-RC-Gliedes erreicht sind.

Eine solche Schaltung kann beispielsweise als Zeitschalter mit einer Rückschaltverzögerung in der Größenordnung von einigen Minuten oder auch als Speicherschaltung mit einer Speicherungsdauer in der gleichen Größenordnung dienen. Die Aufgabe der Schaffung einer solchen Schaltung stellt sich beispielsweise

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auch dann, wenn bei einem sicherheitsgurt- und sitzgesteuerten Startblockierungssystem von Kraftfahrzeugen einerseits zusätzlich ermöglicht werden soll, daß der Anlasser unabhängig von der sicherheitsgurt-sitzgesteuerten Blockierung innerhalb einer Zeit von wenigen Minuten wieder betätigt werden kann, wenn der Motor vorher mindestens kurzzeitig gelaufen ist, anschließend die Zündung ausgeschaltet wird und der Fahrersitz nicht mehr" belegt ist, und andererseits der Anlasser wieder mit der Startblockierung verknüpft werden soll, wenn die erwähnten wenigen Minuten verflossen sind. Damit wird ermöglicht, daß der Fahrer beispielsweise vor der Garage die Zündung abschaltet, das Garagentor öffnet, wieder einsteigt und, ohne sich anzuschnallen, in die Garage fährt.

Die Aufgabe, eine monolithisch integrierte Schaltung mit den genannten Eigenschaften zu schaffen, wird von der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst.

Die Erfindung wird nun anhand zweier Ausführungsbeispiele und den in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel eine erste Variante der erfindungsgemäßen Schaltung,

Fig. 2 zeigt Impulsdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1,

Fig. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel eine zweite Variante der erfindungsgemäßen Schaltung und

Fig. 4 zeigt Impulsdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3.

Die in Fig. 1 gezeigte erste Variante der Erfindung besteht im wesentlichen aus dem Parallel-RC-Glied R, C, dem die Transistoren T2, T3 enthaltenden Differenzverstärker und aus der die Auf-

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C-

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ladung des Kondensators C ermöglichenden Stromspiegelschaltung mit dem Doppelkollektortransistor T9 und den Widerständen R3, R4. Als Stromspiegelschaltung dient dabei die aus "Funktechnik", 1973, Seiten 313 und 314 bekannte Schaltung zweier Transistoren, mit der es möglich ist, einen einem ersten Strom gleichen oder proportionalen zweiten Strom zu erzeugen. Die Stromspiegelschaltung besteht dabei aus zwei Transistoren, deren Basis-Emitter-Strecken einander parallelgeschaltet sind, während der Kollektor des einen Transistors mit den beiden Basen direkt verbunden ist. Dies ist in Fig. 1 durch den Doppelkollektortransistor T9 realisiert. Zum Einstellen der beiden Ströme dient meist ein Widerstand, der in der Kollektorzuleitung desjenigen Transistors angeordnet ist, dessen Kollektor mit den Basen verbunden ist. Dies ist in Fig. 1 der Widerstand R4. In Fig. 1 ist ferner noch äer Widerstand R3 vorgesehen, der die Basis des Transistors T9 mit dessen Emitter verbindet.

Der freie,»nicht mit der Basis verbundene Kollektor des Transistors T9 speist über die Flußdiode Dl das Parallel-RC-Glied mit Strom, d. h. er ist über die Flußdiode Dl mit dem nicht am Schaltungsnullpunkt liegenden gemeinsamen Verbindungspunkt von Kondensator C und Widerstand R verbunden.

Das nicht mit ier Basis des Transistors T9 verbundene Ende des Widerstandes R4 steht mit dem Anschluß für das zweite Eingangssignal E2 über den Transistor T4 in Verbindung, und zwar liegt das erwähnte Ende des Widerstandes R4 am Kollektor dieses Transistors, während dessen Basis als Eingang dient·und dessen Emitter über die Flußdiode D2 am Schaltungsnullpunkt angeschlossen ist. Beim Transistor T4 handelt es sich um einen npn-Transistor, also^ist er komplementär zum Transistor T9? der ein pnp-Transistor ist.

Der Eingang El für das erste Eingangssignal liegt ebenfalls an der Basis eines Transistors und zwar an der Basis des Transistors T10_r dessen Emitter am Schaltungsnullpunkt und dessen

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Kollektor über die in dieser Reihenfolge hintereinandergeschalteten Widerstände R2, Rl am spannungsführenden, Pol + der Betriebsspannungsquelle U₀ angeschlossen ist« Der gemeinsame Verbindungspunkt der beiden Widerstände Rl, R2 liegt an der Basis des Transistors Tl, der von der gleichen Leitungsart wie der Transistor T9, also ein pnp-Transistor, ist und dessen Emitter am spannungsführenden Pol + der Betriebsspannungsquelle U_D liegt.

Am Kollektor des Transistors Tl ist die Stromspiegelschaltung mit dem Emitter des Doppelkollektortransistors T9 und dem Widerstand R3 angeschlossen, so daß in erfindungsgemäßer Weise die Stromspiegelschaltung vom Eingangssignal El mit der geschalteten Versorgungsspannung Ul beaufschlagt wird. Somit kann in der Stromspiegelschaltung einerseits nur Strom fließen, wenn das Eingangssignal El den Transistor TlO leitend steuert, und andererseits nur fließen, wenn das Eingangssignal E2 den Transistor T4 leitend steuert.

Der Differenzverstärker mit den Transistoren T2, T3, die ebenfalls pnp-Transistoren sind, enthält in seinem gemeinsamen Emitterkreis die aus den weiteren pnp-Transistoren TIl, T12 und den· Widerständen R5 und R6 bestehende Stromspiegelschaltung als dynamisch hochohmigen Emitterwiderstand, wie dies bei Differenzverstärkern bekannt ist. Diese Stromspiegelschaltung liegt mit den Emittern der beiden Transistoren TIl, T12 am spannungsführenden Pol + der Betriebsspannungsquelle O_.

Der Widerstand R5, der mit seinem einen Ende an Kollektor und Basis des Transistors T12 angeschlossen ist, liegt mit seinem anderen Ende an der Basis des Differenzverstärkertransistors T3 und am Widerstand R6, dessen anderes Ende mit dem Schaltungsnullpunkt verbunden ist. Somit liegt die Basis des Transistors T3 auf dem festen Potential O_, .das durch Wahl der Widerstandswerte

der Widerstände R5, R6 eingestellt werden kann. Als Kollektorwiderstände des Differenzverstärkers dient schließlich eine

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dritte Stromspiegelschaltung mit den Transistoren T7, T8, wobei es sich jedoch um npn-Transistören handelt.

Am Kollektor des Transistors T3, also am Kollektor desjenigen Transistors, dessen Basis am gemeinsamen Verbindungspunkt der Widerstände R5, R"6 liegt, ist die Basis des Transistors T5 angeschlossen, der ebenfalls wie der Transistor T4 zu den Differenzverstärkertransistoren T2, T3 komplementär ist. Der Kollektor des Transistors T5 liegt am Kollektor des Transistors T4, während, sein Emitter als Ausgang Al dient. Es ist jedoch auch ohne weiteres möglich, vom Emitter des Transistors T5, wie in Fig. 1 gezeigt, die Basis des weiteren npn-Transistors T6 anzusteuern, dessen Emitter am Schaltungsnullpunkt liegt und dessen Kollektor als Ausgang A2 dient. An diesen Ausgang kann beispielsweise die Steuerwicklung eines Relais angeschlossen werden, deren anderes Ende am spannungsführenden Pol + der Betriebsspannungsquelle U_D liegt.

Die Wirkungsweise des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels wird nun anhand der in Fig. 2 gezeigten Impulsdiagramme näher erläuert. Es sei angenommen, daß das erste Eingangssignal El, das · an der Basis des Transistors TlO liegt, vorhanden ist und diesen Transistor leitend steuert, wodurch auch der Transistor Tl leitend ist und somit die Betriebsspannung U' der Stromspiegel^ schaltung vorhanden ist. Dies ist in Fig. 2a gezeigt. Im Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Schaltung zusammen mit einer sicherheitsgurt-sitzgesteuerten Startblockierung eines Kraftfahrzeuges kann als Eingangssignal El das Signal für den besetzten Fahrersitz oder die eingeschaltete Zündung dienen, wobei auch beide dieser Signale im Sinne einer ODER-Verknüpfung angelegt werden können, wozu der Kollektor.-Emitter-Strecke des Transistors TlO dann ein weiterer Transistor parallelzuschalten ist, an dessen Basis dann das andere dieser Eingangssignale liegt.

Zum Zeitpunkt t erscheint am zweiten. Eingang E2 das in Fig. 2b gezeigte Eingangssignal, wodurch der Transistor T4 leitend ge-

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steuert wird und somit die in Reihe geschalteten Widerstände R4, R3 über die Diode D2 mit'dem Schaltungsnullpunkt verbunden werden, so daß in der Stromspiegelschaltung Strom fließen kann. Dadurch beginnt die Aufladung des Kondensators C, was in Fig. 2c zu sehen ist. Als zweites Eingangssignal dient bei der erwähnten Anwendung alsr Startblockierung in einem Kraftfahrzeug ein Signal, das eine Information über den laufenden Motor'abgibt, also kann beispielsweise ein elektrisches Signal vom öldruckschalter abgeleitet werden.

Wird nun das zweite Eingangssignal, wie in Fig. 2b gezeigt, wieder abgeschaltet, bevor die Kondensatorspannung U_c den mittels des Spannungsteilers R5, R6 eingestellten Schwellspannungswert U erreicht hat, so entlädt sich der Kondensator C über den Widerstand R entsprechend der bekannten Exponentialfunktion.

Es sei nun angenommen, daß zum Zeitpunkt t¹ das zweite Eingangssignal wieder angelegt wird, und zwar solange, bis die Kondensatorspannung U_ die Schwellspannung U erreicht. In diesem Mo-

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ment gelangt der Differenzverstärker in seinen Arbeitsbereich, so daß der bisher gesperrte Transistor T5 und somit auch der ihm nachgeschaltete Transistor T6 leitend wird. Das Eingangssignal E2 kann nun zu einem beliebigen Zeitpunkt abgeschaltet werden, ohne daß die Kondensatorentladung wieder einsetzt. Vielmehr wird die Aufladung des Kondensators C bis zur maximal möglichen Kondensatorspannung ü. ,„ fortgesetzt.

In Fig. 2 ist der Zeitpunkt des Überschreitens der Schwellspannung ü_ mit ti bezeichnet, während der ab dem Zeitpunkt t' be-

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liebig variable Zeitpunkt des Abschaltens des zweiten Eingangs-Signals mit t" bezeichnet ist. Die freie Wahl des Abschaltens des Eingangssignals E2 ist in Fig. 2b durch den doppelten Pfeil angedeutet.

Die bereits erwähnte Tatsache, daß der Transistor T5 bei über-

.lspannung U_g sti

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schreiten der Schwellspannung U_ stromführend wird, kommt in

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Fig. 2d dadurch zum Ausdruck, daß der dort gezeigte Emitterstrom Ι_Δ1 schlagartig ansteigt.

Der geschilderte Zustand bleibt solange erhalten, bis das erste Eingangssignal El abgeschaltet wird. Hierbei sind wiederum zwei Fälle möglich. Im ersten Fall sei angenommen, daß zum Zeitpunkt t₂ das erste Eingangssignal abgeschaltet wird, wodurch die freie Entladung des Kondensators C über den Widerstand R einsetzt. Es sei jedoch angenommen, daß zu einem Zeitpunkt tdas erste Eingangssignal wieder eingeschaltet wird, zu dem die Kondensatorspannung U_, die Schwell spannung U noch nicht wieder

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erreicht hat. In diesem Fall beginnt die Aufladung des Kondensators von neuem, da der Differenzverstärker wieder den Transistor T5 leitend steuert«, Im aktiven Bereich eines Differenzverstärkers bewegen sich die Ausgangsspannungen zwischen ihren Endwerten, d. h. dies ist die Zone, in der der Stromwechsel von einer Seite des Differenzverstärkers zur anderen erfolgt. Bezogen auf die Eingänge ist der aktive Bereich bei der Erfindung nur ca. 50 mV breit.

Für den zweiten möglichen Fall sei angenommen, daß das erste Eingangssignal zum Zeitpunkt t' abgeschaltet wird? wodurch wiederum die freie Entladung des Kondensators C beginnt» Die Entladung bis zum nochmaligen Einschalten zum Zeitpunkt t' soll nun solange dauern, daß die Schwel!spannung ü von der Kondensatorspannung IL, unterschritten wird. Dadurch wird zum Zeitpunkt t. des Überschreitens der Schwellspannung der Strom des DifferenzVerstärkers auf die andere Seite umgeschaltet, wodurch der Transistor T5 gesperrt wird? so daß in Fig. 2d der Emitterstrom des Transistors T5 wieder auf null zurückgeht«,

Das Eingangssignal El hat nach Unterschreiten der Schaltschwelle keinen Einfluß mehr, so daß die Zeiten ti für das nochmalige Einschalten und t" für das diesem folgende Ausschalten ab dem Zeitpunkt t. wiederum variabel sind, was durch die Doppelpfeile wieder angedeutet ist.

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Die Schaltung nach Fig. 1 weist somit eine Einschaltverzögerung t' - t^f auf, die .vergeht, bis das Speicherverhalten einsetzt, und eine Abschaltverzögerung t. - ti auf, die vergeht, bis das Speicherverhalten aufhört. Es sei hervorgehoben, daß der zeitliche Ablauf der Ein- und Ausschaltvorgänge in Fig. 2 nicht maßstabsgetreu dargestellt ist, insbesondere erfolgt das Aufladen sehr schnell, so daß die Einschaltverzögerung t' - t¹ wesentlich kürzer ist als die Abschaltverzögerung t, - ti· Bei einer ausgeführten Schaltung für die erwähnte Startblockierung eines Kraftfahrzeuges betrug die Einschaltverzögerung einige Sekunden und die Abschaltverzögerung einige Minuten.

In Fig. 3 ist die zweite erfindungsgemäße Variante mit Speicherverhalten gezeigt. Diese Schaltung unterscheidet sich von der Variante nach Fig. 1 dadurch, daß nun auch die im Emitterkreis <les Differenzverstärkers liegende Stromspiegelschaltung mit den Transistoren TIl, T12 an eine vom ersten Eingangssignal geschaltete Betriebsspannung, nämlich die Betriebsspannung U", geschaltet ist land daß der Emitter des dem zweiten Eingang E2 zugeordneten Transistors T4 nicht mehr über die zweite Flußdiode D2 am Schaltungsnullpunkt angeschlossen ist, sondern mit dem Emitter des Transistors T5 direkt verbunden ist.

Dadurch ändert sich zwar hinsichtlich des Speicherverhaltens der Schaltung gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 nichts, jedoch hat das Ausgangssignal einen anderen zeitlichen Verlauf. Das Ausgangssignal, also der in Fig. 4d gezeigte Strom I,- folgt nämlich vom Zeitpunkt des Anlegens des zweiten Eingangssignals t_Q bzw. t^ bis zum überschreiten der Schwellspannung U dem Eingangssignal E2 und oberhalb der Schwellspannung dem Eingangssignal El, während bei der Variante nach Fig. 1 das Ausgangssignal nur oberhalb der Schwellspannung vorhanden ist.

Im einzelnen entnimmt man der Fig. 4, daß bei anliegendem Eingangssignal El und danach zum Zeitpunkt t erfolgendem Anlegen des Eingangssignals E2 wiederum die stromkonstante Auf-

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ladung des Kondensators C beginnt, gleichzeitig jedoch auch der Ausgangsstrom I - ■vorhanden ist, der zu diesem Zeitpunkt aus

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dem Emitterstrom des Transistors T4 besteht. Eine zum Zeitpunkt t. vor Erreichen der Schaltschwelle erfolgende Abschaltung des zweiten Eingangssignals bewirkt hinsichtlich des Spexcherverhaltens dasselbe wie bei -Fig. 1, jedoch bezüglich des Ausgangssignals, daß der Ausgangsstrom wieder zu null wird.

Eine neuerliche Einschaltung des zweiten Eingangssignals zum Zeitpunkt t¹ ergibt wieder das Erscheinen des Ausgangsstromes I

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Erfolgt nun die Aufladung des Kondensators solange, bis die Kondensatorspannung U-, die Schwellspannung ü zum Zeitpunkt t' über-

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schreitet, so kann das zweite Eingangssignal zu einem beliebigen Zeitpunkt t" später abgeschaltet werden, ohne daß das Ausgangssignal verschwindet. Bei'Abschalten des zweiten Eingangssignals nach dem Zeitpunkt t! übernimmt nämlich der Emitterstrom des Transistors T5 die Funktion des Ausgangssignals I₂. und über

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dessen Kollektor wird, auch die Stromspiegelschaltung mit dem Transistor T9 eingeschaltet gehalten.

Wird nun zum Zeitpunkt t₂ das erste Eingangssignal und somit auch die Betriebsspannung U" für Stromspiegelschaltung und Differenz-

verstärker abgeschaltet, so beginnt die freie Entladung des Kondensators C über den Widerstand R. Erfolgt vor Erreichen der Schwellspannung U zum Zeitpunkt t, ein nochmaliges Einschalten des ersten Eingangssignals, so erscheint wiederum das Ausgangssignal und die stromkonstante Aufladung des Kondensators C beginnt wieder.

Wird nun zum Zeitpunkt ti das erste Eingangssignal wieder abgeschaltet und dauert diese Abschaltung über den Zeitpunkt t, des Erreichens der Schwel!spannung U_ hinaus, so wird das Ausgangssignal zum Zeitpunkt ti wiederum abgeschaltet, ein neuerliches Einschalten zum Zeitpunkt t^ kann jedoch kein Ausgangs-

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signal mehr hervorrufen, da sowohl der Differenzverstärker als auch der Transistor T4 (kein Eingangssignalί) gesperrt sind.

Die zweite Variante der erfindungsgemäßen Schaltung zeigt gegenüber der Variante nach Fig. 1 ein etwas einfacheres Verhalten, das jedoch den in einem Kraftfahrzeug vorkommenden Gegebenheiten durchaus angepaßt ist. Unter der bereits erwähnten Voraussetzung, daß das erste Eingangssignal die Information über den belegten Fahrersitz oder die eingeschaltete Zündung oder beides enthält und daß das zweite Eingangssignal die Information über den laufenden Motor enthält, während das Ausgangssignal den Anlasser ein- bzw. ausschaltet, ist die geschilderte Funktion der Fig. 3 zulässig, da der Anlasser immer nur nach Einschalten der Zündung betätigt werden kann und somit die umgekehrte Schaltreihenfolge gar nicht möglich ist.

Die erfindungsgemäße Schaltung hat den Vorteil, daß sie gegen der Versorgungsspannung ü„ überlagerte Störspannungen völlig

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unempfindlich ist, d. h. daß sie insbesondere durch solche Störungen nicht ein- oder ausgeschaltet werden kann. Durch die erfindungsgemäße Wahl der Anschaltung der Eingänge, insbesondere einerseits dadurch, daß das zweite Eingangssignal die Stromspiegelschaltung einschalten muß, wodurch die Funktion der Schaltung erst beginnt, und andererseits dadurch, daß das erste Eingangssignal die Betriebsspannung für die Stromspiegelschaltung und beim zweiten Ausführungsbeispiel auch die des Differenzverstärkers einschaltet, wird erreicht, daß sowohl positive als auch negative, der Versorgungs spannung U_, überlagerte Störspannungsspitzen die Schaltung nicht in Funktion setzen können.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung besteht darin, daß nach überschreiten der Schwellspannung U₃, also nach Erreichen des Speicherverhaltens, die Versorgungsspannung sogar

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kurzzeitig aussetzen kann, wobei die Dauer dieser Versorgungsspannungsunterbrechung nur kleiner als die oben erwähnte Ausschaltverzögerung t - ti zu sein braucht.

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1 Patentanspruch

2 Blatt Zeichnungen
mit 4 Figuren

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Claims (1)

1. Fl 774 « Al* ^G* ^Achtstaetter - 1

   PATENTANSPRUCH

   Monolithisch integrierte Schaltung mit verzögert einsetzendem Speicherverhalten aufgrund eines ersten Eingangssignals und mit wesentlich länger verzögertem Aufhören des Speicherverhaltens aufgrund eines zweiten Eingangssignals, wobei die beiden Schaltverzögerungen mittels der stromkonstanten Aufladung und der freien Entladung eines einseitig am Schaltungsnullpunkt liegenden Parallel-RC-Gliedes erreicht sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Parallel-RC-Glied (R, C) über eine erste Flußdiode (Dl) vom einen Strom einer Stromspiegelschaltung (T9, R3, R4) geladen wird, deren anderer Strom vom zweiten Eingangssignal (E2) über die.Basis-Kollektor-Strecke eines ersten Transistors (T4) der einen Leitungsart ein- und ausgeschaltet wird, daß die Kondensatorspannung (U_n) am einen Eingang eines zwei Transistoren (T2, T3) der einen Leitungsart als Verstärkertransistoren enthaltenden Differenzverstärkers liegt, dessen anderer Eingang auf festem, vorgegebenem, die Schaltverzögerungen mitbestimmendem Potential (U ) liegt, daß der Kollektor des mit seiner Basis am festen Potential liegenden Transistors (T3) des Differenzverstärkers mit der Basis eines zweiten Transistors (T5) der einen Leitungsart verbunden ist, der mit seinem Kollektor auf den anderen Strom der Stromspiegelschaltung im Sinne einer ODER-Verknüpfung mit dem zweiten Eingangssignal einwirkt, daß als Ausgang (Al) der Emitter des zweiten Transistors der einen Leitungsart dient und daß der Emitter des ersten Transistors der einen Leitungsart über eine zweite Flußdiode (D2) mit dem Schaltungsnullpunkt verbunden ist sowie das erste Eingangssignal (El) die Betriebsspannung (U') der Stromspiegelschaltung ein- und ausschaltet oder daß der Emitter des ersten Transistors der. einen Leitungsart mit dem Emitter des zweiten Transistors der einen Leitungsart verbunden ist und das erste Eingangssignal die Betriebsspannung (U") der Stromspiegelschaltung und des Differenzverstärkers ein- und ausschaltet.

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