DE2511479A1

DE2511479A1 - Steuerschaltung

Info

Publication number: DE2511479A1
Application number: DE19752511479
Authority: DE
Inventors: Albert J Marek
Original assignee: LTV Aerospace Corp
Current assignee: LTV Aerospace Corp
Priority date: 1974-03-18
Filing date: 1975-03-15
Publication date: 1975-09-25
Also published as: JPS5988949U; US3873905A; DE2511479B2; FR2265223B1; JPS511954A; GB1495574A; FR2265223A1

Description

Die Erfindung betrifft Steuerschaltungen und insbesondere Steuerschaltuiigen zum Schalten von Belastungen über eine Eingangsschaltung für elektrischen Strom und Verhindern des Stroiüflußes durch die Belastungen während Perioden, während denen die Belastung nicht in Betrieb ist.

Festkörpervorrichtungen, wie Transistoren, steuerbare Siliciumgleichrichter (SCil) und Triacs werden des öfteren als Schaltvorrichtungen zum Verbinden oder Anschalten von Belastungen über eine Eingangsschaltxing für elektrischen Strom verwendet. Derartige Vorrichtungen besitzen Schaltkreise, die einen nieüerohiuigen Weg für den Stromfluß bilden, wenn derartige Vorrichtungen in ihrem leitenden oder Ali— Betriebszustand sind, und sie bilden eine hohe, jedoch nicht unendliche Impedanz für den Stromfluß während, ihres AB—Zustandes. Dies bedeutet, daß durch ihre Schaltkreise Leck- oder Sperrströiue in der Größenordnung von 1 bis IGG Milliampere fließen können, obwohl die Schaltvorrichtungen in ihrem AB—Zustand sind. Bei vielen Anwendungen, beispielsweise bei pyrotechnischen Vorrichtungen, bei denen die Schaltvorrichtungen dazu verwendet werden den elektrischen Stroüifluß zu Zündvorrichtungen für explosive Ladungen zu steuern, können derartige Leck- oder Sperrströme eine nachteilige Wirkung auf die Lebensdauer und die Betriebseigenschaften der Zündvorrichtungen haben, die richtige Arbeitsweise einiger Schaltkreise verhindern oder Fehl funkt ionen hervox-rufen,

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Es ist deshalb wünschenswert, daß eine derartige Steuerschaltung mit derartigen Schaltvorrichtungen ausgestattet ist, die den Fluß von derartigen Leck— oder Sperrströmen durch die Belastung während Perioden, in denen die Schaltung nicht in Betrieb ist, verhindert wird, insbesondere wenn die Belastung nicht erregt werden soll und die Schaltvorrichtungen sich in ihrem AB-Zustand befinden. Andererseits sollen sie einen vollen Stromfluß durch die Belastung während der Perioden der Erregung der Belastung bieten, wenn die Schaltvorrichtungen in ihren Betriebsoder AiN^T-Zustand gebracht sind.

Demgemäß will die Erfindung eine neue und verbesserte Steuerschaltung zur Steuerung der Erregung einer über eine Eingangsschaltung für elektrischen Strom anschaltbaren Belastung schaffen, die den Stroiafluß durch die Belastung während Perioden der Michterregung der Last verhindert.

Ferner bezweckt die Erfindung eine Steuerschaltung zu schaffen, die eine Steuervorrichtung besitzt, die eine Steuerschaltung bildet, welche in iieihe mit der Belastung geschaltet ist, und die nur während Perioden des gewünschten Betriebes der Last vollständig leitend ist, und wobei Mittel vorgesehen sind, die den Stromfluß durch die Last während Perioden des Nichtbetriebes der Last verhindern.

Von besonderer Bedeutung ist bei der Erfindung, daß sie eine Steuerschaltung mit Festkörperschaltvorrichtungen, wie Transistor, steuerbare Siliciumgleichrichter oder Triac schafft, bei denen eine Steuerschaltung in Reihe mit der Belastung geschaltet ist, welche eine niedrige Impedanz hat, wenn eine derartige Festkörpervorrichtung leitend geschaltet oder in ihren ÄN-Zustand gebracht wird, und die eine hohe Impedanz besitzt, wenn die Schaltvorrichtung sich iia AB-Zustand befindete

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Weiterhin will die Erfindung eine Steuerschaltung der angegebenen Art vorsehen, mit einer überbrückungsschaltung, die in Betrieb ist, wenn die Schaltvorrichtung sich in ihrem AB-Zu-r stand befindet, so daß der Stroiafluß durch die Belastung verhindert wird, wenn die Schaltvorrichtung gesperrt ist.

Weiterhin bringt die Erfindung eine Steuerschaltung der angegebenen Art tiit einer Steuervorrichtung, etwa einer Diode, die in Seihe zwischen die Belastung und den Schaltkreis gelegt ist, wobei die Steuervorrichtung nur dann leitend geschaltet wird, wenn die Spannung an ihr einen vorbestimmten Wert überschreitet, wobei die Überbrückungsschaltung das Überschreiten der Spannung über den vorbestimmten Wert verhindÄ, wenn der Schaltkreis sich in seinem AB-Zustand befindet.

Ferner schafft die Erfindung eine Steuerschaltung der beschriebenen Art mit Mitteln,über die die überbrückungsschaltung wirksam gemacht wird, wenn die Schaltvorrichtung sich in ihrem AB-Zustand befindet,und durch die die genannte Überbrückungsschaltung außer Betrieb gesetzt wird, wenn die Schaltvorrichtung sich in ihrem AN-Zustand befindet.

Kurz gesagt bringt die Erfindung eine Steuerschaltung für einen Schaltkreis mit einer Festkörpervorrichtung, etwa einen Transistor, einen steuerbaren Siliciumgleichrichter oder einen Triac, die als Schaltmittel in Reihe mit der Belastung verwendet wird, wobei die Schaltvorrichtung eine niedrige Impedanz in ihrem AN-Zustand und eine hohe Impedanz in ihrem AB-Zustand besitzt, so daß in ihrem AB-Zustand ein Leck- oder Sperrstrom fließen kann, wobei die Steuerschaltung einen überbrückungspfad für einen derartigen Leck- oder Sperrstrom bildet, so daß das Fließen eines derartigen Stromes durch die Belastung verhindert wird, wenn sich die Schaltvorrichtung in ihrem AB-Zustand befindet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Patentansprüchen.

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In den Figuren zeigen:-

Fig. 1 ein Schaltdiagramin einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskennlinie einer in der erfindungsgemäßen Schaltung verwendeten Diode,

Fig. 3 ein Sehaltdiagramm einer weiteren Steuerschaltung gemäß der Erfindung, und

Fig. 4 ein Schaltdiagramm einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerschaltung.

Gemäß Fig. 1 wird eine erfinöungsgemäße Steuerschaltung 10 zur Steuerung der Erregung einer Last 11 verwendet, die eine niederohiiiige Last sein kann., welche für eine kurze Zeit Leistung benötigt, etwa bei pyrotechnischen Vorrichtungen zur Zündung einer explosiven Ladung. Die Steuerschaltung 10 erlaubt einen Stromfluß durch die Last nur dann, wenn ein Schalttransistor 12 AN-geschaltet wird, d.h. daß sein Emitter-Kollektorkreis voll leitend gemacht wird.

Der Emitter-Kollektoriere!s des Schalttransistors ist in Reihe mit der Last über eine Gleichstrom-Eingangsschaltung 14 über einen Leiter 15, einen Schalter 16, Leiter 17 und 18, eine Siliciumdiode 20, Leiter 21 und 22, Masse und Leiter 23 geschaltet, Wie in Fig. 2 veranschaulicht, läßt die Diode nur dann Strom durch, wenn die Vorwärts- oder Durchlaßspannung an ihr bei einer gegebenen Umgebungstemperatur einen vorbestimmten Wert überschreitet, im vorliegenden Beispiel 0,6 Volt« Da der Emitter-Kollektorkreis des Schalttransistors in dessen AB-Zustand keinen unendlichen Widerstand darstellt, leitet er Strom. Dies hat zur Folge, daß eine Ss*epaaa»B»g Spannung über der Diode 20 entsteht, die einen derartigen vorbestimmten Wert überschreiten könnte, so daß sie leitend wird und den Leck- oder Sperrstrom zur Last leitet, auch wenn der Transistor in seinem gesperrten Zustand

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ist. Sin Überbrückungspfad für einen derartigen Leck- oder Sperrstrom, der verhindert, daß die Spannung an der Diode über den vorbestimmten Wert steigt, wird gebildet durch einen Leiter 25, den Emitter-Kollektorkreis eines Überbrüekungsstransistors 26, einen Leiter 27, Masse und den Leiter 25. Der Leiter 25 verbindet den Kollektor des Überbrückungstransistors mit dem Leiter 18 und somit mit dem Verbindungspunkt der Anode der Diode 20 und dem Emitter des Schalttransistors 12. Der Überbrückungstransistor wird leitend geschaltet immer dann, wenn der Schalttraiisistor 12 durch einen Steuertransistor 30 gesperrt wird.

Der Emitter-Kollektorkreis des Steuertransistors ist über die Eingangsschaltung 14 gelegt, und zwar durch den Leiter 15, den Schalter 17, Leiter 31 und 32, einen Widerstand 33, Leiter 3^ und 55, Hasse und den Leiter 23.

Es zeigt sich somit, daß bei leitendem Steuertransistor 30, d.h. wenn sein Emitter-Kollektorkreis leitend ist, die Basis des Überbrückungstransistors 26 sich praktisch auf Massepotential befindet, so daß der Überbrückungstransistor gesperrt ist.

Umgekehrt liegt die Basis des Überbrückungstransistors auf einer positiven Spannung relativ zu seinem Emitter, wenn der Steuertransistor 30 abgeschaltet, d.h. sein Emitter-Kollektorkreis nicht leitend ist, so daß der Emitter-Kollektorkreis des überbrückungstransistors leitet.

Der Schaittransistor 12 und der Steuertransistor 30 werden immer dann gleichzeitig leitend geschaltet, wenn die Belastung 11 durch eine geeignete Steuerung 40 erregt werden soll, wobei die Steuerung 40 ein handbetätigter Schalter, ein Festkörperschalter oder dergleichen sein kann. Die Basis des Schalttransistors 12 kann über einen Leiter 41, einen Widerstand 42, Leiter 43, 31 und 17, den Schalter 16 und den Leiter 15 an die positive Spannungsklemme eier Eingangsschaltung 14 angeschaltet werden.

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Die Steuerung 40 verbindet auch die Basis des Steuertransistors 3ü mit der positiven Spannungskiemme der Eingangsschaltung 14, da der Leiter 43 mit der Basis des Transistors 30 über den Leiter 45, einen Widerstand 46 und einen Leiter 47 verbunden ist.

Wird nun angenommen, daß dea/Schalter 16 geschlossen ist, und daß die Steuerung 40 nun die Verbindung der Basen des Schalt- und des Steuertransistors 12 bzw. 30 mit der positiven Spannungskleimue der Eingangsschaltung 14 verhindert, so befinden sich der Schalt- und der Steuertransistor in abgeschaltetem Zustand, da kein Vorspannungspotential an ihre Basen angelegt wird. Die Basis des üoerbrückungstransistors 26 jedoch ist mit der positiven Spannung ski eaime durch den Widerstand 33 verbunden und, da der SiHitter-Kollektorkreis des Steuertransistors mm gesperrt ist, schaltet das Potential an dem Basis-Emitterkreis des Überbrückungstransistors 26 den Emitter-Kollektorkreis des Überbrüekungstransistors leitend. Der üTirch den Emitter—KoIlektorkreis des Schalttransistors fließende niedrige Leck- oder Sperrstrom wird somit um die Diode 20 und die Last 11 herum geleitet, wodurch verhindert wird, daß die Spannung an der Diode 2C den Schwellspannungswert erreicht, bei der die Diode leitend geschaltet wird. Dies hat zur Folge, daß die Diode 20 jeglichen Stromfluß durch die Last 11 verhindert, wobei der gesamte Leck- oder Sperrstrom durch den Eiuitter-Kollektorkreis des Schalttransistors 12 fließt, der über den Emitter-Kollektorkreis des Überbrückungstrairistors 2b auf Masse geschlossen ist.

Wenn die Last 11 erregt werden soll, dann verbindet die Steuerung 40 die Basen des Schalt- und des Steuertransistors 12 bzw. 30 mit der positiven Spannungskieiiime der Eingangsschaltung über die Widerstände 42 bzw. 46 und die Einitter-Kollektorkreise dieser Transistoren v/erden leitend, Wenn der Emitter-Kollektorkreis 'les Steuertransistors 30 leitend wird, dann fällt das Potential

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an der Basis des Überbrückungstransistors 26 praktisch auf kasse, so daß der Emitter-Kollektorkreis des Überbrückungstraiasistors gesperrt wird. Dies hat zur Folge, daß die Spannung über der Diode 20 plötzlich über den Wert ansteigt, bei der sie leitend wird, so daß der volle Strom durch den Einitter-Kollektorkreis des Schalttransistors 12 nun durch die Diode 20 und die Last 11 fließt.

Es zeigt sich somit, daß die Steuerschaltung 10 jeglichen Stroinfluß durch die Last 11 immer dann verhindert, wenn der Schalttransistor 12 abgeschaltet wird, und einen vollen Stronifluß durch die Last bewirkt, wenn der Schalttransistor leitend geschaltet wird.

Die Steuerschaltung 1OA gemäß Fig. 3 ist ähnlich aufgebaut wie die Steuerschaltung gemäß Fig. 1, mit der Ausnahme, daß anstellte des Transistors 12 ein steuerbarer Siliciumgleichrichter (SCR) verwendet wird. Demgemäß wurden alle Elemente der Steuerschaltung 1OA mit den gleichen Bezugszeichen mit Hinzufügung eines "a" versehen, wie sie den Elementen der Steuerschaltung 10 entsprechen.

Die Steuerelektrode 50 des SCR 12a kann mittels des Leiters 41a, des Widerstandes 42a, des Leiters 43a, der Steuerung 40a, der Leiter 31a und 17a, des Schalters l6a und eines Leiters 15a an die positive Eingangsspannungsklennue der Eingangsschaltung 14a angelegt werden. Die Anode des 3CH 12a ist mit der positiven Spannungsklemme verbindbar, da sie mit dem Leiter 17a verbunden ist, während seine Kathode über den Leiter 18a mit der Anode der Diode 20a verbunden ist.

Es zeigt sich somit, daß der SCR 12a leitend geschaltet wird, wenn die Steuerung 40a seine Steuerelektrode mit der positiven Spannungsklemme der Eingangsschaltung verbindet, nachdem der Schalter 16a geschlossen wurde, und daß der SCR 12a leitend bleibt bis entweder der Schalter 16a oder die Last ila und die

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Steuerung 40a geöffnet werden. Der SCR 12a hat wie andere Festkörper-Schaltvorrichtungen einen Leck- oder Sperrstroni, der durch seinen Anoden-Kathoden-Kreis fließt, auch wenn er gesperrt, d.h. wenn kein Potential an seine Steuerelektrode 50 zu seiner Einschaltung angelegt ist_o Ein derartiger Sperrstrom wird um die Diode und die Last über den überbrückungstransistor 26a abgeleitet.

Für den Fachmann ist klar, daß, wenn der SCR 12a einmal leitend geschaltet wurde, dieser auch leitend bleibt, bis entweder der Schalter 16a geöffnet oder die Last 11a und der Schalter 40a geöffnet wird, wie es der Fall wäre, wenn die Last eine Zündvorrichtung zur Zündung einer explosiven Ladung in einer pyrotechnischen Vorrichtung wäre.

In Fig. 4 ist eine Steuerschaltung 1OB veranschaulicht, die ähnlich der Steuerschaltung 10 ist. Demgemäß sind ihre Elemente mit den gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügung eines "b" versehen, wie sie den Elementen der Schaltung 10 entsprechen.

Die Schaltung 1OB unterscheidet sich von der Schaltung dadurch, daß die Steuermittel der Schalt-Steuer- und Überbrückungstransistoren 12b, 30b bzw. 26b durch eine Isolationsschaltung 60 von der Steuerschaltung 401) elektrisch isoliert sind, welche Isolationssehaltung 60 eine über eine Eingangsschaltung 63 durch die Steuerung 40b schaltbare Licht emittierende Diode 6l, die Leiter 64 und 65, einen Widerstand 66 und die Leiter 67 und 68 besitzt. Das durch die Diode 6l bei ihrer Erregung emittierte Licht fällt auf einen Fototransistor 70, der hierdurch leitend wird.

Der Emitter-Kollektorkreis des lichtempfindlichen oder Fototransistors 70 ist mittels des Leiters 15b, des Schalters l6b, der Leiter 17b und 31b, eines Widerstandes 72, eines Leiters 73, eines Widerstandes 74, Leiter 75 und 76, Masse und des Leiters 23b über die Eingangsschaltung 14b geschaltet.

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Die Basis eines Verstärkertransistors 80 ist mit cieci Leiter 73 und somit mit üein gemeinsamen Verbindungspunkt der Widerstände 72 und 74 durch einen Leiter 81 verbunden. Der Emitter-Kollektorkreis des Verstärkertransistors 80 ist über die Eingangsschaltung 141) gelegt, wenn der Schalter Iod geschlossen ist, da sein Emitter mit dem Leiter 31t) über einen Leiter 83 uiiti sein Kollektor über den Leiter 84, einen i/iderstand 85, einen Leiter So, einen Y/iderstand 87 und einen Leiter 88 mit Masse verbunden ist. Die Basis des 3chalttransistors 12b ist über einen Leiter 90 üiit dem Leiter 84 und damit mit den Verbindung spunkt aes Kollektors des Verstärkertransistors 80 und des Widerstandes 85 verbunden. Die Basis des Steuertransistors 30b ist über einen Leiter 91 an den Leiter 8o und damit an den Verbindimgspunkt der i/iderstände 85 und 87 angeschlossen.

2-Jinuat man an, daß der Schalter 16b geschlossen ist, wenn die Steuerung 40b die Licht emittierende Diode öl aberregt hält, so daß sie kein Licht erzeugt, dann ist der Fototransistor 70 gesperrt, Dies beaeutet, daß der Verstärkertransistor 60 eoenfalls gesperrt ist, da seine Basis nun praktisch an dem gleichen Potential v/ie sein 'ümitter liegt. Dies hat zur Folge, daß der Schaittransistor 12b und tier Steuertransistor 30b nun gesperrt sind, ua ihre Basen auf den gleichen Potentialen wie ihre Emitter liegen. Der überbrückungstransistor 2oh jedoch ist leitend, da seine Basis an einem positiveren Potential als sein Emitter liegt, ^folglich wird der durch den üiuitter—KoI lektorier eis des 3chalttransistors 12b fließende Leck— oder Spexrrstrom nach kasse abgeleitet und die Spannung über der Diode 2üb steigt nicht über einen Wert an, bei dem die Diode leitend väirde.

Soll nun die Last lib abhängig von irgendeinem vorbestimmten Zustand oder durch Handbetätigung erregt werden, dann schaltet die Steuerung hüb die Licht emittierende Diode 6l über die Stromeingangs schaltung 6'J. Das von der Diode öl erzeugte Licht schelltet

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dann den Fototransistor 70 leitend, so daß das Potential an der Basis des Verstärkertransistors 80 relativ zu eiern Potential an seinem Emitter abfällt, so daß sein Emitter—KoIleirfcorkreis leitend wird. Sobald der Yerstärkertransistor 80 leitend wird, xverden die Spannungen an den Basen des Schalttransistors 12b und des Steuertransistors 30b positiver als die Spannungen an ihren Smittern, so daß ilire Emitter—Kollektorkreise plötzlich leitend ■werden.

Das leitend werden des Steuertransistors 30b hat zur Folge, daß der überbrückungstransistor abgeschaltet und der gesamte Strom durch den Einitter-Kollektorkreis des Schalttransistors durch die Diode 20b und die Last 11b geleitet wird. Die Diode 20b wird leitend geschaltet, sobald der SchalttransistorAN-geschaltet und der überbrückungstransistor abgeschaltet wird.

Ss zeigt sich soaiit, daß die erfindungsgemäße Steuerschal tung eine Schaltvorrichtung, wie beispielsweise eine Festkörpervorrichtung 12 besitzt, die einen Schaltkreis, nämlich den Siaitter-Kollektorkreis des Transistors 12 oder den Anoden-Kathodenkreis des SCR 12a bildet, wobei ferner vorgesehen sind, eine Steuervorrichtung, etwa die Diode 20, die in Reihe mit einem derartigen Schaltkreis und der Belastung geschaltet ist, Überbrückungsmittel, etwa der Transistor 26, zum überbrücken des Belastungssperrstronies durch den Schaltkreis, Steuermittel, etwa die Steuerung 40 zum wahlweisen AN— und AB-schalten der Sehaltmittel und den Steuerjiimitteln zugeordnete Vorrichtungen, etwa der Steuertransistor 30, um die uberbrückungsniittel in Betrieb zu setzen, wenn die Schaltinittel außer Betrieb sind und umgekehrt.

Während nur eine ^lusführungsform der Erfindung, sowie verschiedene Modifikationen im Einzelnen beschrieben und in den Zeichnungen gezeigt wurden, ist es für den Fachmann verständlich, daß die verschiedensten weiteren Modifikationen in der Anordnung und im Aufbau seiner Elemente ohne Abweichen von dem Srfindungsrahmen möglich sind.

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Claims

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Patentansprüche

1. Steuerschaltung, gekennzeichnet durch

eine Schaltvorrichtung, die einen Schaltkreis mit einer niedrigen Impedanz in einem ersten Zustand und einer hohe Impedanz in einem zweiten Zustand der Schaltvorrichtung bildet, eine Belastung,

eine Steuervorrichtung, die in Reihe zwischen den Schaltkreis und die Belastung geschaltet ist und leitend geschaltet wird, wenn die Spannung an ihr einen vorbestimmten Wert überschreitet,

eine Vorrichtung zum Verbinden des Schaltkreises mit der Steuervorrichtung in Reihe über einer elektrischen Stromeingangsschaltung (Stromversorgung),

eine zwischen die Steuervorrichtung und den Schaltkreis geschaltete Überbrückungsvorrichtung zum Ableiten von durch den Schaltkreis fließenden Strömen von der Belastung, wenn die Schaltvorrichtung in dem genannten zweiten Zustand ist,wodurch verhindert wird, daß die Spannung an der Steuervorrichtung einen vorbestimmten Wert überschreitet,

der Schaltvorrichtung zugeordnete Steuermittel zum Afahlweisen Setzen der Schaltvorrichtung in den ersten oder zweiten Zustand und

den Steuermitteln zugeordnete Mittel, über die die Überbrückungsvorrichtung wirksam gemacht wird, wenn die Schaltvorrichtung im ersten Zustand ist, und die Überbrückungsvorrichtung unwirksam gemacht wird, wenn die Schaltvorrichtung im zweiten Zustand ist.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung eine Diode und die Schaltvorrichtung eine Festkörperschaltvorrichtung ist.

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3· Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungsvorrichtung aus einem Transistor mit einem Emitter-Kollektorkreis besteht, der mit dem Verbindungspunkt der Diode und dem Schaltkreis zum Leiten von Strom aus diesem verbunden ist, wobei die Steuermittel Vorrichtungen zum Sperren des ÜTberbrückungstransistors bei leitend werden des Schalttransistors und zum leitend schalten des Überbrückungstransistors bei Sperren des Schalttransistors besitzen.

k. Steuerschaltung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel von den anderen Elementen der Steuerschaltung elektrisch isoliert sind_s

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