DE2423967A1 - Vorrichtung zur einstellung einer elektrischen fuehrungsgroesse - Google Patents

Vorrichtung zur einstellung einer elektrischen fuehrungsgroesse

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Description

Vorrichtung zur Einstellung einer elektrischen Führungsgröße
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Einstellung einer elektrischen Führungsgröße mit parallel geschalteten Digital-Analog-Wandlernt deren analoge Ausgangssignale jeweils mittels eines elektrischen Widerstandes bewertet sind.
Eine derartige Vorrichtung ist nach dem Artikel "Digital-Analog-Umsetzer mit FET-Sehaltern" aus der Zeitschrift Elektronik, 1972, Heft 2, Seiten. 39 - 43, bekannt. Sie weist drei parallel geschaltete Digital-Analog-Wandler auf, deren analoge Ausgangssignale in Potenzen der Zahl 10 bewertet sind.
Der Kachteil der bekannten Vorrichtung ergibt sich aus der allgemeinen Eigenschaft eines Digital-Analog-Wandlers, ein Ausgangssignal zu liefern, dessen Fehler gleich dem halben Wert der Bitstelle minimaler Wertigkeit des Wandlers ist. Bei einem Überlaufsprung, d. h. beim Über- bzw. Unterschreiten der Grenzen des Umsetzungsbereiches eines Digital-Analog-Wandlers und der damit verbundenen Änderung der Einstellung des Digital-Analog-Wandlers mit nächsthöherer Wertigkeit, hat dies einen Sprungfehler, d. h. einen Einstellungsfehler der analogen Führungsgröße zur Folge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Variation der Führungsgröße um den nach einem Überlaufsprung eingestellten Wert herum ohne Auftreten weiterer Überlaufsprünge und der damit verbundenen Sprungfehler möglich ist,-
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-Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die digitalen Eingangssignale der Digital-Analog-Wandler über Je einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler eingegeben sind und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die bei Über- bzw. Unterschreiten der Grenzen des Umsetzungsbereiches eines.Digital-Analog-Wandlers den diesem zugeordneten Zähler um einen Wert verändert, der zumindest annähernd dem halben Umsetzungsbereich des Digital-Analog-Wandlers entspricht, und die diese Korrektur durch entsprechende Änderung des Inhalts des dem Digital-Analog-Wandler mit der nächstgrößeren Wertigkeit zugeordneten Zählers ausgleicht.
Befindet sich ein Digital-Analog-Wandler in der Nähe einer Grenze seines Umsetzungsbereiches, so kommt es also bei Überbzw. Unterschreiten dieser Grenze zunächst zu einem Überlaufsprung. Gleichzeitig aber erfolgt eine Veränderung des Inhalts des diesem Digital-Analog-Wandler zugeordneten Zählers um einen dessen halbem Umsetzungsbereich entsprechenden Wert. Eine Variation der Führungsgröße ist jetzt ohne Schwierigkeit, d. h. ohne Störungen durch die mit einem Überlaufsprung verbundenen Einstellungsfehler möglich.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen, daß der Vorrichtung ein Summationsverstärker nachgeordnet ist. In diesem Fall genügt es, die Stromversorgung der Digital-Analog-Wandler mit Spannungsquellen geringer Leistung vorzunehmen.
In vorteilhafter Weise findet die erfindungsgemäße Vorrichtung bei der Stromversorgung einer magnetischen Linse eines Korpuskularstrahlgerätes Verwendung. Bei einem derartigen Gerät ist es häufig erforderlich, den Erregerstrom der magnetischen Linse von einem eingestellten Wert ausgehend zu variieren. Entspricht diesem Wert eine Einstellung eines Digital-Analog-Wandler s an einer Grenze seines Umsetzungsbereiches,
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so hat das bei der bekannten Vorrichtung ein mehrfaches Auftreten der genannten Sprungfehler und damit ein unkontrollierbares Verhalten der magnetischen Linse zur Folge,
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es ferner vorteilhaft sein, daß jedem Zähler eine Einrichtung zugeordnet ist, die anzeigt, ob sich der zugehörige Digital-Analog-Wandler in der ersten Hälfte seines Umsetzungsbereiches befindet. Damit läßt sich abschätzen, ob der Inhalt des Zählers noch um einen Wert zu vergrößern bzw. zu verkleinern ist, der dem halben Umsetzungsbereich des Digital-Analog-Wandlers entspricht, ohne daß dabei ein störender Überlaufsprung auftritt*
Es kann vorkommen, daß der für die schrittweise Verkleinerung der Führungsgröße zur Verfügung stehende Bereich des entsprechenden Digital-Analog-Wandlers kleiner als dessen halber Umsetzungsbereich ist und daß es außerdem erforderlich ist, die Führungsgröße um den diesem halben Umsetzungsbereich entsprechenden Betrag ohne Störungen durch Überlaufsprünge zu verkleinern. In diesem Fall ist mit Vorteil eine Einrichtung zur willkürlichen Veränderung des diesem Digital-Analog-Wandler zugeordneten Zählers vorgesehen, die den Inhalt des diesem Digital-Analog-Wandler zugeordneten Zählers um einen dem genannten halben Umsetzungsbereich entsprechenden Wert vergrößert und diese Korrektur durch entsprechende Änderung des Inhalts des dem Digital-Analog-Wandler mit der nächstgrößeren Wertigkeit zugeordneten Zählers ausgleicht.
In gleicher Weise kann das analoge Problem gelöst werden, daß die Führungsgröße schrittweise um einen Betrag zu vergrößern ist, der dem halben Umsetzungsbereich eines Digital-Analog-Wandlers entspricht, daß sich aber dieser Digital-Analog-Wandler in der zweiten Hälfte seines Umsetzungsbereiches befindet. In diesem Fall wird man eine weitere willkürlich betätigbare Einrichtung vorsehen, die den Inhalt des diesem .
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Digital-Analog-Wandler zugeordneten Zählers um einen Wert verkleinert, der dessen halbem Umsetzungsbereich entspricht, sowie ferner den Inhalt des dem Digital-Analog-Wandler mit der nächstgrößeren Wertigkeit zugeordneten Zählers in entsprechender Weise verändert.
In den Figuren 1 bis 3 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen
Fig. 1 das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur stufenförmigen Veränderung des Erregerstromes einer magnetischen Linse eines Elektronenmikroskops, Fig. 2 den Aufbau eines in Fig. 1 dargestellten Schaltungsteiles,
Fig. 3 eine Alternative der in Fig. 1 dargestellten Schaltung.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist zwei als Speicher dienende, digitale Vorwärts-Rückwärts-Zähler 7, 8 auf, die. als Binärzähler mit jeweils zwölf Stellen ausgebildet sind; jeder der Zähler 7, 8 ist dabei aus drei hintereinandergeschalteten Zählerbausteinen 71, 72, 73 bzw. 81, 82, 83 mit jeweils vier Binärstellen aufgebaut. Der Zähler 7 dient der Fein-, der Zähler 8 der Grobeinstellung einer analogen Füh-
12 rungsgröße. Die beiden Zähler besitzen jeweils 2 = 4096 verschiedene Einstellmöglichkeiten.
Den beiden Zählern 7, 8 sind Digital-Analog-Wandler 1, 2 nachgeschaltet, die eine der Stellenzahl des korrespondierenden Zählers gleiche Anzahl von Digitaleingängen aufweisen
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und die ebenfalls jeweils 4096 (= 2 ) verschiedene Einstellungen besitzen. Die Digitaleingänge der Digital-Analog— wandler 1, 2 stehen jeweils mit einem der Ausgänge GL bis Q12 bzw. Q1 1 bis Q12' der Zähler 7, 8 in Verbindung. Jedem dieser Ausgänge ist eine Binärstelle zugeordnet. Diese Zuordnung ist so vorgenommen, daß Q1 (Q1 1) der niedrigsten, Q12 (Q^*) höchsten Stelle des zugehörigen Zählers 7 (8) entspricht.
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Die Grenzen des Umsetzungsbereiches der Digital-Analog-Wandler 1, 2 sind durch den minimalen bzw. maximalen Inhalt der zugehörigen Zähler 7» 8 festgelegt. Die Ausgangssignale der beiden Digital-Analug-Wandler 1, 2 sind über elektrische Widerstände 3, 4 bewertet und einem Summationsverstärker 5 zugeführt. Dieser ist mittels eines elektrischen Widerstandes 51 gegengekoppelt. Die Ausgangsspannung U des Verstärkers 5 ist mit der analogen Führungsgröße identisch; diese steuert die Stromquelle 6 der andeutungsweise dargestellten magnetischen Linse 9 eines Elektronenmikroskops.
Die beiden Widerstände 3, 4 sind so "dimensioniert, daß eine Änderung des Inhalts des Zählers 8 (Grobzähler) um eine Einheit eine Änderung der Ausgangsspannung U des Summationsverstärkers 5 zur Folge hat, die - fehlerfreie Digital-Analog-Wandler vorausgesetzt - gleich der Änderung dieser Spannung bei Änderung des Inhe.Lts des Zählers 7 (Feinzähler) um den Wert der höchsten Binärstelle (2048) ist. Das bedeutet, daß der Wert des elektrischen Widerstandes 3 möglichst genau 2048mal größer als der Wert des elektrischen Widerstandes 4 sein soll.
In Fig. 1 sind ferner den Zählern 7» 8 zugeordnete Pulsgeber 10, 11 dargestellt, die über Eingänge A bzw. A1 und B bzw. B1 erregbar sind und die einen Vorwärts- oder Rückwärts-Zählimpuls an die Vorwärts-Zähleingänge V, V1 oder die Rückwärts-Zähleingänge R bzw. R1 der Zähler 7, 8 liefern und damit deren Inhalt um eine Einheit verändern.
Weiter ist in Fig. 1 eine mit dem Zähler 7 verbundene Leuchteinrichtung 14 zu sehen, die eten Zählerstand anzeigt, der kleiner als der- halbe Maximalinhalt des betreffenden Zählers ist. Die Leuchteinrichtung -14 ist als Leuchtdiode ausgebildet, deren Kathode mit dem Ausgang GLp (Binärstelle größter Wertigkeit des Zählers 7) verbunden ist; ihre Anode befindet
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sich auf einem konstanten Potential, das dem Potential am Ausgang GLj2 gleich ist, sofern in der höchsten Binärstelle des Zählers 7 der logische Zustand "H" eingestellt ist, d. tu sofern sich der zugehörige Digital-Analog-Wandler 1 in der zweiten Hälfte seines Umsetzungsbereiches befindet. Die Leuchtdiode 14 leuchtet also dann, wenn sich der Digital-AiELog-Wandler 1 in der ersten Hälfte seines Umsetzungsbereiches befindet. In diesem Fall ist in der höchsten Binärstelle des Zählers 7 stets der logische Zustand "L" eingestellt; dieser ist durch ein niedrigeres Potential am Ausgang GLj2 gekennzeichnet.
Außerdem ist in Fig. 1 ein Schaltungsteil 15 dargestellt, das dem Zähler 7 zugeordnet ist und bei Über- bzw. Unterschreiten der Grenzen des Umsetzungsbereiches des Digital-Analog-Wandlers 1 in Aktion tritt. Der Aufbau und die Wirkungsweise dieses Teiles sind anhand von Fig. 2 erläutert.
Das in Fig. 2 gezeigte Teil 15 besteht aus einem UND-Gatter 16, einem monostabilen Kippglied 17 mit der Eigenzeit T^ und einem weiteren monostabilen Kippglied 18 mit der Eigenzeit T2* Die Eigenzeit T1 des Kippgliedes 17 ist dabei größer als die Signallaufzeit des Zählers 7 und kleiner als die Eigenzeit T2 des Kippgliedes 18 gewählt. Die Wirkungsweise des Schaltungsteils 15 sei zunächst anhand eines ÜberlaufSprunges des Digital-Analog-Wandlers 1 in positiver Richtung erläutert.
Der Zähler 7 besitze maximalen Inhalt, d. h. sämtliche Binärstellen des Zählers sind im Zustand "H". Liefert der Pulsgeber 10 nun einen Vorwärts-Zählimpuls, so hat dies eine Einstellung des Zustandes "L" sämtlicher Stellen des Zählers 7 sowie einen Vorwärts-Zählimpuls, d. h. eine Potentialänderung am Ausgang P dieses Zählers zur Folge. Dieser Impuls gelangt nun einerseits über die Leitung 19 und das ODER-Gatter 21 auf den Eingang V1 des Zählers 8 (vgl. Fig. 1); dies hat eine
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Erhöhung des Inhalts des Zählers 8 um eine Einheit zur Folge. Andererseits gelangt der Vorwärts-Zählimpuls auf das Kippglied 18 und über das UND-Gatter 16 des Schaltungsteils 15 sowie ein v/eiteres UND-Gatter 23 auf das Kippglied. 17. Der Ausgangsimpuls des Kippgliedes 17 ist einem Setzeingang S des Zählbausteines 73, der Ausgangsimpuls des Kippgliedes 18 dem Vorbereitungseingang M12 desselben Zählbausteines zugeführt; der Vorbereitungseingang M12 is"t der höchsten Binärstelle des Zählbausteines 73 zugeordnet. Die den übrigen Binärstellen dieses Bausteines zugehörigen Vorbereitungseingänge Mq- M11 sind jeweils mit den entsprechenden Ausgängen Qq, Q1Q, Q11 verbunden; damit ist die Beibehaltung des in diesen Binärstellen eingestellten Zustandes ("L") gewährleistet. ·
Durch die Wahl der Eigenzeiten der Kippglieder 17, 18 in der angegebenen ¥eise ist dafür gesorgt, daß der Vorwärts-Zählimpuls noch nach Ablauf der Signallaufzeit des Zählers 7 am Eingang M12 wirksam ist und damit in der höchsten Binärstelle des Zählers 7 anstelle des Zustandes "L" den Zustand 11H" einstellt. Damit ist am Zähler 7 ein Wert von 211 = 2048 eingestellt. Die sich auf diese Weise insgesamt ergebende Änderung der analogen Führungsgröße U entspricht der Vergrößerung des Inhalts des Zählers 7 um eine Einheit. Gleichzeitig aber weist der Zähler 7 einen Inhalt auf, der. dem halben Umsetzungsbereich des Digital-Analog-Wandlers 1 entspricht. Eine Variation des Inhalts des Zählers 7 nach oben · und unten ist, ausgehend von dem nun eingestellten Wert, ohne Schwierigkeiten, d. h. ohne die mit einem Überlaufsprung des Digital-Analog-Wandlers 1 verbundenen Einstellungsfehler der Ausgangsspannung des Verstärkers 5 möglich.
Im Falle eines ÜberlaufSprungs in negativer Richtung ist die Wirkungsweise des Schaltungsteils 15 die folgende: Der Zähler 7 habe seinen Minimalinhalt erreicht, d. h. an sämtlichen
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Stellen dieses Zählers ist der Zustand "L" eingestellt. Ein Rückwärts-Zählimpuls des Impulsgebers 10 führt nun zu einer Veränderung sämtlicher Stellen dieses Zählers von 11L" zu "H" und einem Rückwärts-Zählinpuls, d. h. einer Potentialänderung am Ausgang N dieses Zählers. Das Schaltungsteil 15 führt nun diesen Rückwärts-Zählimpuls einerseits über eine Leitung 20 sowie ein ODER-Gatter 22 dem Zähler 8 zu und verringert dessen Inhalt um eine Einheit. Gleichzeitig gibt es diesen Impuls über ein UND-Gatter 23 während der Zeitdauer T^ an den Setzeingang S. Dieser übernimmt damit die am Vorbereitungseingang M.J2 liegende Information (11L"). Die höchste Binärstelle des Zählers 7 befindet sich somit nach Ablauf der Eigenzeit T^ des Kippgliedes 17 im Zustand "L". Die resultierende Änderung der Ausgangsspannung U des Summationsverstärkers 5 entspricht einer Verringerung des Inhalts des Zählers 7 um eine Einheit.
Auf diese Weise ist auch im Falle eines Überlaufsprungs des Digital-Analog-Wandlers 1 in negativer Richtung der Zähler 7 auf einen Wert eingestellt, der in etwa dem halben Umsetzungsbereich des Digital-Analog-Wandlers 1 entspricht. Eine Variation der Einstellung dieses Wandlers ist nach erfolgtem Überlaufsprung ebenfalls ohne weiteres möglich.
Innerhalb des Schaltungsteiles 15 befinden sich, wie in Fig.2 dargestellt, logische Verknüpfungselemente. Es sind dies UND-Gatter 23, 24, 25 sowie ein ODER-Gatter 26. Mit Hilfe dieser Verknüpfungseiemente ist es möglich, den Inhalt des Zählers willkürlich um den Wert 2048, d. h. den dem halben Umsetzungsbereich des Digital-Analog-Wandlers 1 entsprechenden Wert, zu vergrößern; Voraussetzung dafür ist allerdings, daß sich der Digital-Analog-Wandler 1 in der ersten Hälfte seines Umsetzungsbereiches befindet.■ In diesem Fall ist in der höchsten Binärstelle des zugehörigen Zählers 7 der Zustand "L" eingestellt.
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Unter der genannten Voraussetzung kann die Vergrößerung des Inhalts des Zählers 7 dadurch vorgenommen werden, daß ein Impuls über eine Leitung 27 sowie die beiden UND-Gatter 23, auf die beiden Kippglieder 17 und 18 gegeben wird. Das Kippglied 17 sorgt analog zu seiner Wirkungsweise im Falle eines Überlaufsprungs des Digital-Analog-Wandlers 1 in positiver Richtung dafür* daß der Impuls als Vorwärts-Zählimpuls in der höchsten J3inärstelle des Zählers 7 wirksam werden kann.
Um im Falle der soeben geschilderten willkürlichen Vergrößerung des Inhalts des- Zählers 7 eine Veränderung der Ausgangsspannung U des Summationsverstärkers 5 zu vermeiden, ist das ODER-Gatter 26 vorgesehen. Dieses ist mit dem Ausgang GLj2 =g8wTe"T£er"Leitung 27 verbunden. Falls in der höchsten Binärstelle des Zählers 7 der Zustand" nL" eingestellt ist, gibt das ODER-Gatter 26 im Falle eines auf die Leitung 27 gegebenen Impulses einen Rückwärts-Zählimpuls über das UND-Gatter auf die Übergabeleitung 20» Auf- diese"Weis? erfolgt eine Ver^-~ kleinerung des Inhalts des Zählers 8 um einen Wert, der der Vergrößerung des Inhalts des Zählers 7 entspricht.
Die in Fig. 3 gezeigte Schaltung, bei der Teile gleicher Funktion mit gleichen Bezugszeichen versehen sind wie in Fig. 1, stellt eine Variante zu der in Fig. 1 dargestellten Schaltung dar. Ein an den Ausgängen P bzw. N des Zählbausteines 73 auftretender Vorwärts- bzw. Rückwärts-Zählimpuls ist jetzt über die Leitungen 19, 20 sowie die ODER-Gatter 21, 22 auf die Eingänge des Zählbausteines 82 geführt; der Inhalt dieses Bausteines wird durch diese Impulse um eine Einheit vergrößert bzw. verkleinert. Damit ergibt sich eine Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Inhalts des Zählers 8 um jeweils 2 = 16 Einheiten.
Die den beiden Digital-Analog-Wandlern 1, 2 nachgeschalteten Widerstände 31, 41 sind in der in Fig. 3 dargestellten . Schaltung analog zur Schaltung von Fig. 1 so dimensioniert,
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daß ein tiberlaufsprung des Digital-Änalog-Wandlers 1 eine Änderung der Ausgangs spannung U des Sümmationsverstärkers zur Folge hat, die einer Änderung des Inhalts des Zählers um eine Einheit entspricht. Dies wird in der in Fig. 3 gezeigten Schaltung dadurch erreicht, daß der Wert des elektrischen Widerstandes 31 möglichst genau 128mal größer als der Wert des elektrischen Widerstandes 41 gewählt wird.
Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung ermöglicht eine Verringerung des bei einem Überlaufsprung des Digital-Analog-Wandlers 1 auftretenden Einstellüngsfehlers der Ausgangsspännüng U des Summationsverstärkers 5. Damit verbunden aber ist gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Schaltung eine Verkleinerung des gesamten Einstellbereiches dieser Spannung um vier Binärstellen (vgl. insbesondere den Verlauf der Übergabeleitiungen 19, 20).
3 Figuren
5 Ansprüche
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Claims (5)

  1. VPA 74/3760
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    Patentansprüche
    Λ J Vorrichtung zur Einstellung einer elektrischen Führungsgröße mit parallel geschalteten Digital-Analog-Wandlern, deren analoge Ausgangssignale jeweils mittels eines elektrischen Widerstandes bewertet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Eingangssignale der Digital-Analog-Wandler (1, 2) über je einen Vdrwärts-Rückwärts-Zähler (7, 8) eingegeben sind und daß eine Einrichtung (15) vorgesehen ist, die bei Über- bzw. Unterschreiten der Grenzen des Umsetzungsbereiches eines Digital-Analog-Wandlers (1) den diesem zugeordneten Zähler (7) um einen Wert verändert, der zumindest annähernd dem halben Umsetzungsbereich des Digital-Analog-Wandlers (1) entspricht, und die diese Korrektur durch entsprechende Änderung des Inhalts des dem Digital-Analög-Wandler (2) mit der rvichstgrößeren Wertigkeit zugeordneten Zählers (8) ausgleicht.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihr ein Summationsverstärker (5) nachgeordnet ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Verwendung zur Stromversorgung einer magnetischen Linse (9) eines Korpuskularstrahlgerätes.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß jedem Zähler (7, 8) eine Einrichtung (14) zugeordnet ist, die anzeigt, ob sich der zugehörige Digital-Analog-Wandler (1, 2) in der ersten Hälfte seines Umsetzungsbereiches befindet.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit jedem Zähler (7f 8) eine willkürlich betätigbare Einrichtung (23, 24, 26, 27) verbunden ist, die
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    seinen Inhalt, sofern der zur Verkleinerung des Ausgangssignals zur Verfügung stehende Bereich des diesem Zähler zugeordneten Digital-Analog-Wandlers (1, 2) kleiner als dessen halber Umsetzungsbereich ist, um einen diesem halben Umsetzungsbereich entsprechenden Wert vergrößert und die diese Korrektur durch entsprechende Änderung des Inhalts des dem
    Digital-Analog-Wandler (2) mit der nächstgrößeren Wertigkeit zugeordneten Zählers (8) ausgleicht.
    509847/1001
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