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Entzerreranordnung zum Ausgleich von geradlinig
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verlaufenden Laufze itverzerrungen Die Erfindung betrifft eine Entzerreranordnung
zum Ausgleich von geradlinig verlaufenden Laufzeitverzerrungen, bestehend aus einem
zwischen Entkopplungsverstärkern befindlichen höhergradigen Darlington-Allpaß mit
regelbarer, parabelartig verlaufender Betriebsgruppenlaufzeit und einem nachgeschalteten,
eine mittlere, parabelartige Laufzeit entzerrenden Laufzeitfestentzerrer.
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Bei Satelliten- und TV-Systemen werden u.a. Laufzeitentzerrer mit
stetig einstellbarer, im Ubertragungsbereich geradlinig steigender bzw. fallender
Betriebsgruppenlaufzeit (tB) benötigt. An diese sogenannten Schräglagenentzerrer
werden neben der Forderung nach möglichst guter Geradlinigkeit und großer Auslenkbarkeit
der Betriebsgruppenlaufzeit in meist breitbandigen Ubertragungsbereichen auch Forderungen
nach möglichst kleiner Grunddämpfung und Dämpfungsverzerrung gestellt.
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Außerdem soll die Zahl der reaktiven Einstellelemente möglichst klein
sein. Diese Anforderungen waren bisher nur mit relativ großem Aufwand zu realisieren,
da sich bei der Approximation mehrerer Laufzeitschräglagen durch Allpaßnetzwerke
(meist Allpaß-B-Glieder) immer die Notwendigkeit der Änderung relativ vieler Schaltelemente
ergibt, was auch für die ebenfalls verwendeten Transversalentzerrer gilt.
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Im Buch von G. Wunsch "Theorie und Anwendung linearer Netzwerke",
Teil I, Akad. Verl. Ges. Leipzig 1961, Seiten 292 bis 298, sind Darlington Allpässe
angegeben, die dort nicht regelbar sind und die somit zur Erzielung konstanter Laufzeit
dienen.
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Durch die 3E-OS 31 10 919 wurde weiterhin eine relativ aufwendige
Enizerreranõdnung b.eka;nnt, bet der mtt fünf 3-dB-Kopplern bzw. Modulatoren und
acht Abstimmdioden durch Verschieben von zwei quadratischen Laufeitkurven eine näherungsweise
geradlinige Laufzeitschräglage erzeugt wird.
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Alle angegebenen Realisierungsformen führen zu einer Vielzahl von
reaktiven Abstimmelementen oder störenden, nur grobstufig einstellbaren Schaltern
und entsprechend vielen Allpaßnetzwerken.
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Aufgabe der Erfindung ist es, Entzerrerschaltungen zum Ausgleich von
geradlinig verlaufenden Laufzeitverzerrungen anzugeben, bei denen gegebenenfalls
nur ein reaktives Einstellelement erforderlich ist.
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Für die einleitend angegebene Entzerreranordnung wird diese Aufgabe
erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß die Brückenreaktanz des Darlington-Allpasses
ein mit ein oder zwei kapazitiven oder induktiven Elementen einstellbares Netzwerk
aufweist, das eine Verschiebung der parabelartigen Laufzeit in der Weise bewirkt,
daß die verschobene Kurve gegenüber der Ausgangskurve eine geradlinige Differenz
hat, wobei dem Netzwerk ein nicht regelbarer, partial- oder kettenbruchartiger Zweipol
zugeschaltet ist.
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In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen angegeben.
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Anhand von Ausführungsbeispielen wird nachstehend die Erfindung noch
näher erläutert.
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Es zeigen in der Zeichnung Fig. 1a Die Pol-Nullstellenkoordinaten
Xo1 X02 und Yo1, y02 sowie Betriebsgruppenlaufzeit t B von 2 Allpaß-B-Gliedern,
Fig.
1b den Reaktanzverlauf des aus den beiden in Fig. 1a gezeigten B-Gliedern gewonnenen
Allpaß-D-Gliedes, Fig. 1c die Verschiebung der Laufzeit #B durch Änderung der Kapazitäten
C1 und C2 jeweils in der gleichen Richtung 1 (Mittelkurve), 2 (-#C1,2),3 (+#C1,2),
Fig. 1d die Umwandlung der Reaktanz jXD nach Fig. 1b, die der Steuerung der Abstimmkapazitätswerte
dient und die Möglichkeit des Abgleichs mit nur einer einstellbaren Kapazität CO
aufzeigt, Fig. le einen einstellbaren Laufzeitentzerrer mit nach Fig. 1d umgewandelter
D-Gliedreaktanz jXD; als Darlington-Allpaß ausgeführt, Fig. 2a einen einstellbaren
Laufzeit-Schräglagenentzerrer mit einem Abstimmkondensator CT, Fig. 2b die Gruppenlaufzeit##B
des LE(V) im Einstellbereich von CT, Fig. 2c die Gruppenlaufzeit ##B des Darlington-Allpasses
LE(V) mit dem Laufzeitfestentzerrer (LE(F) im Einstellbereich von CT, Fig. 3a die
Reaktanz jX mit einem kapazitiven Einstellelement CT und mit zwei kapazitiven Einstellelementen
CT1, CT2, Fig. 3b die Reaktanz jX mit einem induktiven Einstellelement LT und mit
zwei induktiven Einstellelementen LT1, LT2, Fig. 3c die Teilreaktanz jZ2 als Kettenbruchschaltung,
Fig. 4a einen einstellbaren Laufzeitentzerrer mit einem Differentialtrimmer zur
Einstellung von verschiedenen konstanten Laufzeiten, Fig. 4b prinzipielle Verläufe
der Gruppenlaufzeiten #I, #II der Laufzeitentzerrer I und -II.
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Wie in der Figurenkurzbeschreibung bereits angegeben, sind in den
Figuren 1a bis leAllpaß-B-Glieder und
deren Umwandlung in Darlington-Allpässe
besprochen.
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Die Schaltung in Fig. 1a zeigt dabei die Kettenschaltung von zwei
sogenannten Allpaß-B-Gliedern, deren Definition und deren Wirkungsweise für sich
bekannt ist.
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Der Vollständigkeit halber sei hier nochmals auf folgendes hingewiesen.
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Allpaß-B-Glieder bestehen dem Grundkonzept nach aus der Kreuzschaltung
von einem Parallel-Resonanz-Kreis im Längs zweig und einem Serien-Resonanz-Kreis
im Diagonalzweig. Die gestrichelten Linien deuten an, daß in der Kreuzschaltung
genau die gleichen Schaltelemente nochmals vorhanden sein müssen. Gemäß Fig. 1a
sind nun zwei solche Allpaß-B-Glieder in Kette geschaltet. Der formelmäßige Zusammenhang
ist vollständig in Fig. 1a angegeben und es ist auch zu erkennen, daß die maximale
Laufzeit max ungefähr bei y01,2 liegt. In Abhängigkeit vom Wert x0 ist nämlich auf
der Ordinate yO der Reaktanzverlauf aufgetragen, es ist kenntlich gemacht der11
Übertragungsbereichlund es ist auf der zweiten Kurve in Abhängigkeit von einer normierten
Frequenz Q die Betriebsgruppenlaufzeit t B dieser beiden Allpaß-B-Glieder aufgetragen.
Die Kettenschaltung zweier Allpaß-B-Glieder liefert ein sogenanntes Allpaß-D-Glied,
dessen Reaktanzverlauf mit Jeweils den zugehörigen Indizes und Bezeichnungsweisen
in den Kurven dargestellt ist.
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Solche Umwandlungen sind an sich bekannt und sie werden hier zum besseren
Verständnis nochmals kurz wiedergegeben.
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Die Fig. 1c zeigt nun die Verschiebung der Laufzeit t B wenn die Kapazitäten
C1 und C2 Jeweils in der gleichen Richtung um ein A C1,2 verändert werden. Dadurch
entsteht die Mittenkurve 1 bzw. die rechte Kurve 2 bzw.
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die linke Kurve 3.
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Ebenfalls bekannt sind die in den Figuren 1d und le dargestellten
Umwandlungen bzw. die Schaltungsaquivalenzen.
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Die Schaltbilder in Fig. 1d zeigen die Umwandlung der Reaktanz JXB
nach Fig. 1b und es kann dadurch die Steuerung der Abstimmkapazitätswerte vorgenommen
werden und zugleich ergibt sich die Möglichkeit, den Abgleich mit nur einer einzigen
einstellbaren Kapazität CO vorzunehmen. Der einstellbare Laufzeitentzerrer nach
Fig. le entsteht, wenn die Schaltung von Fig. 1d als Darlington Allpaß ausgeführt
wird.
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In Fig. 2a ist folgendes zu erkennen. Dort ist zwischen zwei Entkopplungsverstärkern
EV ein einstellbarer Laufzeitschräglagenentzerrer mit einem Abstimmkondensator CT
eingeschaltet. In Kette geschaltet ist ein weiterer Laufzeitentzerrer LE(F), dessen
Wirkungsweise durch das Symbol "g" ebenfalls kenntlich gemacht ist. Der Laufzeitschräglagenentzerrer
LE(V) selbst besteht aus einer überbrückten Schaltung mit einer angezapften Spule
(im Beispiel Ubersetzungsverhältnis 1:1) im Längszweig und dem Widerstand Ro/2 im
Querzweig. Ro ist dabei jeweils der Abschlußwiderstand der Gesamtschaltung. Im Uberbrückungszweig
sind die Schaltungen JZ1 und JZ2 enthalten.
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Dabei enthält jZ1 einen angezapften Parallel-Resonanzkreis, an dessen
Mittelanzapfung der einstellbare Kondensator CT geschaltet ist. Zugeschaltet ist
der Blindwiderstand JZ2, der aus der Parallelschaltung zweier Serienresonanzkreise
besteht, von denen im AusfUhrungsbeispiel die Resonanzfrequenz f01 = 300 MHz und
die andere Resonanzfrequenz f02 = 175 MHz ist.
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In Abhängigkeit von der Frequenz f sind nun im Einstellbereich des
Trimmkondensators CT in Fig. 2b die Gruppenlaufzeit wt B des Darlingtonallpasses
LE(V) und in Fig. 2d die Gruppenlaufzeit tt B des Darlington Allpasses (LE(V) und
des nachgeschalteten Laufzeitentzerrers LE(F) anhand der Kurven 1, 2, 3, 4, 5 für
verschiedene Einstellwerte von CT gezeigt.
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In den Figuren 3a bis 3c sind weitere Schaltungsmöglichkeiten gezeigt,
mit deren Hilfe die Laufzeit des angegebenen Darlington-Allpasses eingestellt werden
kann. In Fig. 3a haben beide Schaltungen die Eingangsraktanz JX und es wird in der
ersten Schaltung lediglich mit dem Trimmkondensator CT abgestimmt, während in der
zweiten Schaltung eine Möglichkeit in Form eines a-Gliedes gegeben ist, bei der
die beiden Abstimmkondensatoren CTl und CT2 in den Querzweigen einer s-Schaltung
liegen. In jedem Fall sind in Kette nachgeschaltet die Blindwiderstände jZ2, die
wiederum aus der Parallelschaltung zweier Serienresonanzkreise mit der Resonanfrequenz
fO bzw. f02 bestehen. In Fig. 3b wird die Reaktanz jX mit einem induktiven Einstellelement
LT in der ersten Schaltung eingestellt bzw. mit zwei induktiven Einstellelementen
der 2 in der zweiten Schaltung.
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Die Einstellinduktivität LT liegt in der ersten Schaltung an der Anzapfung
eines Übertragers (mit dem Ubersetzungsverhältnis 1:ü) und ihre Veränderbarkeit
ist durch das entsprechende Schaltsymbol angegeben. In der zweiten Schaltung sind
zu erkennen die einstellbaren Induktivitäten bzw. k 2 die in den Querzwig en einer
s-Schaltung liegen, wobei im Längszweig dieser s-Schaltung ein Kondensator liegt.
Jeweils nachgeschaltet sind die Parallel-Resonanzkreise in den Längs zweigen der
nachfolgenden Schaltung und es liegen deren Parallelresonanzfrequenzen bei der Resonanzfrequenz
fF 1 bzw. ft Im Eingangsquerzweig der Schaltungen von Fig. 3a liegt eine weitere
Spule, sodaß entsprechend im Eingangsquerzweig der Schaltung von Fig. 3b ein Kondensator
liegen muß. Die einzelnen Schaltungsabschnitte sind wiederum mit iZ1 bzw. mit JZ2
in der Darstellung von Fig. 3b kenntlich gemacht.
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Die Fig. 3c zeigt Teilreaktanzen der-Schaltung JZ2 von Fig. 3a bzw.
Fig. 3b in der sogenannten Kettenbruchschaltung. Solche Schaltungen bestehen aufeinanderfolgend
aus
Spulen im Querzweig und Kondensatoren im Längszweig bzw. umgekehrt, Kondensatoren
im Querzweig und Spulen im Längszweig.
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In Fig. 4a ist eine mögliche Kettenschaltung einer An~ ordnung nach
Fig. 2a gezeigt. Lediglich zur Unterscheidung sind den Bezugshinweisen noch die
Zahlen "1" bzw. "2" zugeordnet, im übrigen sind die gleichen Bezugsziffern für gleiche
Schaltungsabschnitte verwendet. Der Laufzeitentzerrer LE(V1) hat also die Mittenfrequenz
I, der Laufzeitentzerrer LE(V2) hat die Mittenfrequenz II.
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Die Entkopplungsverstärker EV sind ebenfalls zu erkennen und auch
der weitere Laufzeitfestentzerrer LE(F). Diese Schaltung stellt einen einstellbaren
Laufzeitentzerrer mit einem Differentialtrimmer zur Einstellung von verschiedenen
konstanten Laufzeiten dar. In Fig. 4b ist die Wirkungsweise der Schaltung von Fig.
4a gezeichnet und zwar ist die Laufzeitänderung so B in Abhängigkeit von der Frequenz
A f aufgetragen. Die Mittenfrequenzen I bzw. II sind ebenfalls kenntlich gemacht
und die Summenkurven sind unmittelbar dargestellt.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei noch folgendes ausgeführt.
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Es werden hier Darlington-Allpäasse höheren Grades angegeben, die
die Realisierung von stufenlos einstellbaren Laufzeitsohräglagen unter Verwendung
von nur einem oder zwei Einstellelementen ermöglichen.
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Ein Darlington Allpaß (vergl. z.B. das eingangs erwähnte Buch von
Wunsch, Seite 292 bis 298) besteht bekanntlich aus einer Brückenschaltung, bei der
ein Brückenzweig durch den Bezugs- bzw. Abschlußwiderstand Ro und der zweite als
beliebige Reaktanz jX ausgebildet ist. Aus dem Ubertragungsfaktor
ist die Allpaßeigenschaft mit 6dB Grunddämpfung ersichtlich.
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Die Reaktanz JX besteht gemäß der Erfindung aus dem Regelnetzwerk
JZ1 und einer Ketten- oder Partialbruchschaltung jZ2 (vgl. Fig. 3a-c), wobei JX
so ausgelegt wird, daß vor und nach dem Ubertragungsbereich Jeweils mindestens ein
Laufzeitmaximum und im Übertragungsbereich ein parabelartiger Verlauf der Gruppenlaufzeit
entsteht (Fig. 1a). Die parabelartige Laufzeitkurve wird mittels eines oder zweier
Abstimmelemente so verschoben, daß die Differenz der Jeweiligen durch Verstimmung
erzielten Kurve zur ursprünglichen Kurve einen geradlinigen Verlauf hat. Hierbei
wird von der Tatsache ausgegangen, daß die Differenz zwischen zwei Parabeln einen
linearen Verlauf hat, was aus folgender Betrachtung der Parabeln Y1 und Y2 hervorgeht.
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Die Verwendung von parabelartigen Laufzeitentzerrungen bei der Approximation
solcher Darlington-Allpaßschräglagenentzerrer gestattet wegen der besseren Realisierbarkeit
solcher Verläufe gegenüber geradlinigen den Bau großhubiger Entzerrer mit nur einem
reaktiven Abstimmelement (Fig. 2a-c), wobei die parabelartige mittlere Laufzeit
mit einem meist einfachen Laufzeitentzerrer LE(F) Fig. 2a-b vorentzerrt wird. Im
Falle des in Fig. 2a-c gezeigten geradlinigen Entzerrers fUr ein 140 MHz-Satellitensystem
konnte die Zahl der Einstellelemente von drei auf eins bei nur zwei statt vier Entkopplungsverstärkern
gegenüber herkömmlichen Realisierungskonzepten reduziert werden. In Fig. 1a bis
le wird die prinzipielle Wirkungsweise
dieser neuen Entzerrer
an einem aus zwei Allpaß-B-Gliedern zusammengesetzten Allpaß-D-Glied verdeutlicht.
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Fig. 1a zeigt die Pol-Nullstellenkoordinaten Xoi'2 und Y01,2 der Übertragungsfunktion
von zwei Allpaß-B-Gliedern und den typischen Verlauf der dazugehörigen Betriebsgruppenlaufzeit
#B, wobei zum besseren Erkennen der Zuordnung von Nullstellen, Laufzeit- und Reaktanzfunktionen
die komplexe Frequenzebene um 900 gedreht ist.
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Die zwei Laufzeitmaxima liegen beiderseits des normierten Ubertragungsbereiches
1 # # # 2, in dem der gewünschte parabelartige Verlauf von #B entsteht. In Fig.
1b ist die Zusammenfassung der B-Glied-Reaktanzen jXa1,2 und jXb1,2 zur D-Glied-Brückenreaktanz
jXD dargestellt.
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Es ist ersichtlich, daß durch Verändern der Kapazität C1 um L C1 eine
Verschiebung der zwei Parallelresonanzen und damit beider Laufzeitmaxima in der
gleichen Richtung erfolgt, während eine Veränderung von C2 um #C2 außerdem noch
eine Verschiebung des Laufzeitminimums ermöglicht.
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Durch Ändern dieser beiden Kapazitäten kann somit die Fig. 1e dargestellte
Kurvenschar von #B erzeugt werden, wobei bei der Approximation lediglich darauf
geachtet werden muß, daß bei Veränderung von C1 und C2 die Differenz zwischen der
Ausgangskurve 1 und den verschobenen Kurven 2 bzw. 3 einen geradlinigen Verlauf
der Laufzeit ##B aufweist. Wegen des flachen Verlaufs von #B im Minimum der parabelartigen
Kurve bleibt die von Grundlaufzeit in der Bandmitte näherungsweise konstant.
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In Fig. 1d sind Schaltungsumwandlungen der D-Gliedreaktanz (Fig. 1c)
angegeben, die der Steuerung der Schaltelemente dienen und die zu der nur noch mit
einer Einstellkapazität C0/2 versehenen Darlington-Allpaß-Brückenreaktanz in Fig.
le führen.
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Ein nach obigen Gesichtspunkten dimensionierter variabler Laufzeitentzerrer
mit nur einer Abstimmkapazität wird in
Fig. 2a bis 2c gezeigt.
Die grundsätzliche Anordnung besteht aus einem Darlington-Alipaß LE(V), der zwischen
zwei entkopplende Verstärker EV oder Dämpfungsglieder geschaltet ist, während ein
die Mittelkurve 3 entzerrender Festentzerrer LE(F) dieser Anordnung vor-oder nachgeschaltet
wird.
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Der hier verwendete Brückenzweipol JX ist in Fig. 3a angegeben und
setzt sich aus dem abstimmbaren Teil JZ1 und dem festen Zweipol JZ2 zusammen. Die
gegenüber der einfachen D-Glied-Reaktanz (Fig. 1c) hier verwendete höhergradige
Reaktanz bietet wegen der größeren Zahl von Parametern eine bessere Approximationsgenauigkeit
der Sollkurvenschar. Die Figuren 3a bis 3c zeigen mögliche Brückenreaktanzen JX
der diesen variablen DarlingtPn-Laufzeitentzerrer, die aus einem kapazitiv oder
induktiv geregeltem Netzwerkteil JZ1 und einer festen Partial-oder Kettenbruchschaltung
JZ2 bestehen. Die Brücken zweige JX und Ro/2 dieser Darlington-Allpässe (vgl. Fig.
1c) können selbstverständlich in jede andere Brückenschaltung -behaftet mit den
Jeweiligen Umrechnungsfaktoren - eingesetzt werden.
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In Fig. 4a und 4b ist schließlich eine mögliche Anordnung für einen
variablen Laufzeitentzerrer mit konstantem Verlauf der Gruppenlaufzeit rJ\i B angegeben.
Dabei werden zwei der beschriebenen Schräglagenentzerrer durch Entkopplungsverstärker
EV getrennt in Kette geschaltet, wobei eine der Mittenfrequenz (I, II) an das obere,
die andere an das untere Bandende des Übertragungsbereiches gelegt wird.
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Da die geradlinigen Laufzeitschräglagen (HtI(I) und 551(II)) entgegengesetzte
Verläufe (z.B. steigend/fallend) haben, ist hier die Regelung mit einem Differentialtrimmer
möglich.
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Die Regelkapazitäten können in allen beschriebenen Fällen auch durch
die entsprechend angesteuerte Kapazitätsdioden realisiert werden.
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4 Patentansprüche 4 Figuren
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