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Schclltnetzteil für ein Gerät mit Bereitschaftsbetrieb, ins-
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besondere einen Fernsehempfänger In Geräten der Nachrichtentechnik
wie einem Fernsehempfänger werden heute überwiegend für die Stromversorgung sogenannte
Schaltnetzteile verwendet. Diese haben den Vorteil, daß sie die gewünschte galvanische
Trennung der Empfängerschal tung vom Netz bewirken und wegen der hohen Arbeitsfrequwnz
von etwa 20-30 kHz der Trenntransformator wesentlich kleiner und leichter sein kann
als ein bei der Netzfrequenz von 50 Hz arbeitender Netztransformator.
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Derartige SchaAtnetztei]e sind im allgemeinen selbstschwingend ausgebildet
und schwingen auf einer Frequenz in der Größenordnung von 20-20 kHz. Es ist auch
bekannt (Funkschau 1979, Seite 42 und Funkschau 1976, Heft 9, Seite 359-362), ein
derartiges Schaltnetzteil mit der Zeilenablenkschaltung zu verkoFneln. Das bedeutet,
daß das Schaltnetzteil synchron mit der Zeilenfrequenz von etwa 16 kllz schwingt.
Der auf der Primärseite vorgesehene, den Primärstrom periodisch unterbrechende Schal
ttranistor wird dabei von einer zeilenfrequenten Schaltspannung gesteuert. Die Dauer
der den Schalttransistor leitend steuernden Impulse ist dabei so moduliert, daß
die von dem Schaltnetzteil erzeugten Betriebsspannungen stabilisiert werden.
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Fernsehempfänger haben heute im allgemeinen einen sogenannten Bereitschaftsbetrieb,
damit sie von einer Fernbedienung aus jederzeit eingeschaltet werden können. Bei
diesem Bereitschaftsbetrieb wird das eigentliche Schaltnetzteil durch Wegfall der
zeilenfrequenten Schaltspannung abgeschaltet. Die für den Bereitschaftbetrieb erforderliche
Leistung wird über einen vom Trenntransformator des Schaltnetzteils unabhängigen
kleinen Transformator übertragen. Während die übeftragene Leistung bei Normalbetrieb
etwa 100 Watt beträgt, beträgt die Leistung für den Bereitschaftsbetrieb nu etwa
5 Watt.
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Ein derartiger Transformator stellt ein zusätzliches Bauteil dar,
das wie der Trenntransformator des Schaltnetzteils VDb-Bestimmungen hinsichtlich
der galvanischen Trennung erfüllen muß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem im Normalbetrieb
durch die zeilenfrequente Schaltspannung synchronisierten Schaltnetzteil den Aufwand
für die Erzeugung der Spannungen für den Bereitschaftsbetrieb zu verringern und
insbesondere den bisher benötigten getrennten Transformator einzusparen.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Erfindung
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird also der ohnehin vorhandene
Trenntransformator des Schaltnetzteiles im Bereitschaftsbetrieb bei an sich ausgeschaltetem
Schaltnetzteil zur bertragung der Leistung für den Bcreitschaftsbetrieb ausgenutzt.
Deshalb ist kein getrennter Transformator zur Übertragung der Leistung für Bereitschaftsbetrieb
erforderlich. Dies wird dadurch erreicht, daß die Primärseite des Trenntransformators
in Bereitschaftsbetrieb durch den Wegfall der zeilenfrequenten Schaltspannung selbsttätig
in eine selbstschwingende Schaltung übergeht. Diese schwingt mit einer solchen Amplitude,
daß nur die für Bereitschaftsbetrieb notwendige Leistung über den Trenntransformator
übertragen wird. Durch eine zusätzliche Regelung kann erreicht werden, daß die im
Bereitschaftsbetrieb auf der Sekundärseite erzeugte Betriebsspannung stabilisiert
wird. Diese Stabilisierung erfolgt insbesondere gegenüber der Netzspannung von 100
-270 V, Änderungen in den Transistordaten und Änderungen der Last. Die erfindungsgemäße
Schaltung erfordert einen geringen Schaitungsaufwand, weil die meisten für den Bereitschaftsbetrieb
verwendeten Bauteile für den Normalbetrieb ohnehin benötigt werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden auf der
Sekundärseite unter anderem zwei Betriebsspannungen gewonnen, nämlich eine hohe
Betriebsspannung für die einzelnen Stufen und eine niedrige Betriebsspannung für
einen Fernbedienungsempfänger, der im Bereitschaftsbetrieb funktionsfähig bleiben
soll und daher mit Betriebsspannung versorgt werden muß. Dabei ist zischen den Klemmen
der beiden Betriebsspannungen ein elektonischer Schalter vorgesehen, der im Bereitschaftsbetrieb
die verringerte hohe Betriebsspannung auf die Betriebsspannungsklen'me des Ferndbedienungsempfängers
schaltet, so daß die an sich hohe Betriebsspannung mit ihrem verringerten Wert im
Bereitschaftsbetrieb als Betriebsspannung für den Fernbedienungsempfänger wirkt.
Durch eine besondere Steuerung des Schalters wird zusätzlich folgendes erreicht.
Schaltnetzteile der zugrunde liegenden Art haben vorzugsweise einen sogenannten
"weichen" Anlauf (Softanlauf) bei Übergang in den Normalbetrieb.
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Dies wird dadurch erreicht, daß die Impulsdauer der den Schalt-Transistor
leitend steuernden zeilenfrequenten Impulse langsam, über einen Zeitraum von einigen
Sekunden, vergrößert wird. Durch den langsamen Anstieg der sekundärseitig erzeugten
Betriebsspannungen kann es daher zu einer Unterbrechung in der Betriebsspannung
des Fernbedienungsempfängers kommen, so daß dieser kurzzeitig nicht empfangsfähig
wäre. Der elektronische Schalter wird nun über einen Steuertransistor so gesteuert,
daß die Betriebsspannung am Eingang des Fernbedienungsempfängers durch die hohe
Betriebsspannung so lange erhalten bleibt, bis die im Normal betrieb für den Fernbedienungsempfänger
erzeugte Betriebsspannung ihren Endwert erreicht hat.
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Die Erfindung wird in folgenden anhand der Zeichnung erläutert.
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Darin zeigen Fig. 1 in vejeinfachter Darstellung die im Bereitschaftsbebetrieb
wirksame Schaltung, Fig. 2 ein vollständiges Schaltbild des erfindungsgemäßen Schaltnetztejls
für Bereitschaftsbetrieb und Normalbetrieb und
Fig. 3 Kurven zur
Erläuterung des Übergarlas von Bereit schaft sbetrieb auf Normalbetrieb.
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In Fig. 1 ist die primärseitige Betriebs-Gleichspannung über die Primär-Arbeitswicklung
1 an den Schalttransistor 12 angelegt. Die Sekundärwicklung 20 liefert über den
Gleichrichter 21 an dem Ladekondensator 22 die Betriebsspannung UlB für den Beei
tschaftsbetri eb. Im fol genden werden die einzelnen Stufen und Funktionen nacheinander
erläutert.
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Selbstschçinaende Primärschaltung Im Bereitschaftsbetrieb gemäß Fig.
1 ist die zeilenfrequente Schaltspannung abgeschaltet und daher nicht dargestellt.
Die Primärseite ist durch die dargestellten Bauteile auf folgende Weise selbstschwingend
ausgebildet. Von der positiven Betriebsspannungsklemme a gelangt zunächst eine positive
Spannung über die Widerstände 35 und 16 und die Spule 23 auf die Basis des Schalttransistors
12. Dieser wird dadurch zunächst etwas leitend und erzeugt einen Strom i in der
ersten Primärwicklung oder Arbeitswicklung 1. Der Strom i erzeugt in der zweiten
Primärwicklung 2 eine Spannung mit einer solchen Polarität, daß dadurch über die
Spule 23 der Transistor 12 weiter leitend gesteuert wird. Es kommt dadurch zu einem
anstieg des Stromes i. Die dritte Primärwicklung 3 erzeugt eine Spannung mit einer
Polarität: die den Schalttransistor 12 an seiner Basis sperrt.
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Durch die Schwellertschaltung mit der Diode 5, dem Transistor 6 und
dem Widerstand 7, die zunächst gesperrt ist, hird diese Spannung zunächst nicht
wirksam. Wenn der Strom i und damit die e Spannung an der dritten Primärwicklung
2 weiter ansteigen, wird die Schwellwertschaltung 5-7 durchlässig. Die Spannung
an der Primärwicklung 3 gelangt jetzt als Sperrspannung an die Basis des Schalttransistors
12, leitet die Sperrung dieses Transistors ein und unterbricht den Strom i. Der
Ksndensator 15 ivt danach auf eine Spannung mit der dargestellten Polarität aufge-1
a den, die die Sperrung des Schalttransistor 12 zunächst aufrechterhäl
t.
Dadurch bleibt dei Schalttransistor 12 auch nach Beendigung des Stromflusses i zunächst
gesperrt. SAes ist vorteilhaft, da nur eine geringe Leistung über den Trenntransformator
24 übertragen werden soll, die Stromstöße jedoch zur Vermeidung von Verlusten nicht
zu klein sein sollen. Die durch den Kondensator 15 bewirkte längere Sperrung des
Schalttransistors 12 bewirkt daher in erwünschter Weise eine relativ niedrige Arbeitsfrequenz.
Nach erfolgter Sperrung des Schalttransistors 12 entlädt sich der Kondensator 15
über die Widerstände 16,35, bis die Sperrung des Schalttransistors 12 aufgehoben
ird und der Vorgang vom neuen beginnt. Die Amplitude der so erzeugten Sehçingung,
die Frequenz und die Spitzenamplitude des Stromes i sind so eingestellt, daß die
erzeugte Spannung U1B den für Bereitschaftsbetrieb erforderlichen Wert von z.B.
12 Volt hat. Dabei wird iiber den Trenntransformator 24 eine Leistung in der Größenordnung
von 5 Watt übertragen.
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Die über den Widerstand 16 zugeführte positive Spannung wird mit dem
Widerstand 35 und der Zenerdiode 36 gegen Betriebsschwankungen stabilisiert. Die
Sekundärwicklung 40 liefert im Normalbetrieb über den Gleichrichter 41 an dem Kondensator
42 die Betriebsspannung U1B für den Fernbedienungsempfänger 49. In dem dargestellten
Betriebszustand für Bereitschaftsbetrieb wäre diese Betriebsspannung zu klein. Deshalb
ist im Bereitschaftsbetrieb die reduzierte Betriebsspannung U1B an der Klemme B
von ca 15 Volt mit dem in Bereitschaftsbetrieb geschlossenen Schalter 57 auf die
Klemme c durchgeschaltet und dort als Betriebsspannung U1B für den Fernbedienungsempfäger
49 «irksm. Im Normalbetriebs der später beschrieben wird, ist dr Schalter 57 geöffnet.
Die Wicklung 20 liefert dann an der Klemme b die Betriebsspannung UlN und die Wicklung
40 an der Klemme c die Betriebsspannung U1B für den Fernbedienungsempfänger 49.
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Fig. 2 zeigt das vollständige Schaltnetzteil . Die Schaltung
enthält
die seibstschwingende Schaltung gemäß Fig. 1 und 7.usätzlich eine Regeischaltung
zur Stabilisierung der Amplitude der erzeugten Betriebsspannungen, die Umschaltung
zwischen Bereitschaftsbetrieb und Normalbetrieb und die Gleichrichterschaltungen
zur Erzeugung der Betriebsspannungen einschl ießl ich der Betriebsspannung für einen
Fernbedienungsempfänger, die im Bereitschaftsbetrieb bestehen bleiben muß. Die einzelnen
Funktionen dieser Schaltung werden im folgenden nacheinander beschrieben.
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Regel schaltung im Bereitschaftsbetrieb Im Bereitschaftsbetrieb arbeitet
die Schaltung nach Fig. 2 im Prinzip wie die Schaltung nach Fig. 1, der Schalttransistor
12 wird von der Sekundärseite her nicht gesteuert. Die gemäß Fig.1 erzeugte Betriebsspannung
im Bereitschaftsbetrieb U1B wäre von der Netzspannung, Streuungen in den Transistordaten
und der angeschlossenen Last abhängig. Zur Stabilisierung ist daher das Schwellwertelement
5,6,7 zusätzlich geregelt. Mit der vielten Primärwicklung 25, dem Gleichrichter
26 und dem Ladekondensator 27 wird an der Basis des Tranistors 28 eine Regelspannung
erzeugt, die der Amplitude der am Trenntransformator 24 stehenden Impulsspannung
und damit der Amplitude der sekundärseitig erzeugten Betriebsspannung porportional
ist. Diese Regel spannung ändert den zwischen Basis und Kollektor des Transistors
6 wirksame Widerstand und steuert den Schwellwert der Schwellwertschaltung 5,6,7
in dem Sinne, daß die im Bereitschaftsbetrieb erzeugte Betriebsspannung U1B stabilisiert
wird. Auf diese Weise wird die Spannung U1B im Bereitschaftsbetrieb stabilisiert.
Binde fünfte Primärlficklung 29 liefert über den Gleichrichter 31 an dem Ladekondensator
32 die Betriebsspannung für den Transistor 8.
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In Reihe zur Diode 26 liegt noch eine Zenerdiode 53. Durch die Zenerdiode
53 wird die e Regelvirkung über den Transistor 28 in
dem Sinne
verbessert, daß der Innenwiderstand der an der Klemme c gewonnenen Spannung für
den Fernbedienungsempfänger 49 verringert wird. Die Widerstände 54 und 55 im Weg
zu Gewinnung der Regelspannung für den Transistor 28 verringern den Einfluß des
Überschwingers am Transformator 24 zu Beginn der Sperrphase auf die Regelung.
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Bereitschaftsbetrie-b Gemäß Fig. 1 steht an der Klemme b die verringerte
Betriebsspannung U1B von ca 15 Volt. Die an die Klemme b angeschlossenen Stufen
arbeiten in erwünschter Weise bei dieser Spannung nicht mehr. Die Sekundärwicklung
40 liefert über den Gleichrichter 41 an dem Ladekondensator 42 nur eine geringe,
nicht verwertbare Spannung von ca 1 Volt. Diese Spannung ist nicht in der Lage,
den Steuertransistor 43 über den Widerstand 44 leitend zu steuern, da am Emitter
des Transistors 43 durch die Zenerdiode 45 bei leitenden Transistor 43 eine Spannung
von 10 Volt liegen würde. Der Transistor 43 bleibt daher gesperrt. Dadurch sind
die eine Darlington-Schaltung bildenden Transistoren 46,47 über den Widerstand 48
leitend gesteuert und bilden den geschlossenen Schalter 57 von Fig. 1 zwischen den
Klemmen b und c. Die verringerte Betriebsspannung U1B von ca 15 Volt gelangt also
an die Klemme c und steht als Betriebs spannung für den Fernbedienungsempfänger
49 zur Verfügung-, so daß dieser funktionsfähig ist. Die Primärseite wird im Bereitschaftsbetrieb
von der Sekundärseite nicht beeinflußt, da die Schaltspannung 9 von dem integrierten
Schalter 14 abgeschaltet ist.
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Normalbetrieb Zu Beginn des Normalbetriebes wird der im Bereitschaftsbetrieb
gesperrte Schalter 56 geschlossen, also leitend, und schaltet die Betriebsspannung
von der Klemme c auf den Betriebsspannungseingang
der integrierten
Schaltung 14. Diese wird damit wirksam und erzeugt die Impulsspannung 9. Der durch
die Zeilenablenkung synchronisierte integrierte Schaltkreis 14 liefert die zeilenfrequente
Schaltspannung 9, die über den Übertrager 13 und den Transistor 33 auf die Primärseite
gelangt. Die Schaltspannung 9 gelangt über den Widerstand 10 und die Diode 11 sowie
die Spule 23 auf die Basis des Transistors 12 und wirkt dort als Schaltspannung.
Der Transistor 12 wird jeweils mit dem positiven Teil der Schaltspannung 9 lietend
gesteuert und in der übrigen Zeit gesperrt. Bei diesem Betrieb wird die volle Leistung
von etwa 100 Watt über den Trenntransformator 24 übertragen. Die Dauer des positiven
Teils der Schaltspannung 9 ist so geregelt, daß die Einschaltdauer des Schalttransistors
12 und damit die Stromflußdauer des Stromes i im Sinne einer Stabilisierung der
Betriebsspannung U1N für den Nromalbetrieb von 140 Volt stabilisiert werden. Die
Schaltspannung 9 steuert außerdem den Transistor 8 leitend, so daß dessen Kollektor/Emitter-Strecke
die Basis/Emitter-Strecke des Transistors 6 kurzschließt.
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Der Transistor 6 bleibt daher gesperrt, so daß die mit der Schwellwertschaltung
5,6,7 im Bereitschaftsbetrieb selbstschwingende Schaltung unwirksam gesteuert ist.
Der Transistor 12 wird somit im Normalbetrieb lediglich durch die Schaltspannung
9 leitend gesteuert und gesperrt. Die selbstschwingende Schaltung gemäß Fig. 1 ist
nicht mehr wirksam.
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Die Primärseite des Schaltnetzteiles wird also durch die Schaltspannung
9 selbsttätig zwischen zwei Betriebsarten umgeschaltet.
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Die erste Betriebsart, nämlich der Bereitschaftsbetrieb, arbeitet
mit der selbstschwingenden Schaltung gemäß Fig. 1 mit der Übertragung einer geringen
Leistung von ca 5 Watt und Erzeugung der niedrigen Betriebs spannung U1B. Die zweite
Betriebsart arbeitet im Normalbetrieb mit der Steuerung des Schalttransistors 12
durch die Schaltspannung 9 zur Übertragung der vollen Leistung von ca 100 Watt zur
Erzeugung der hohen Betriebsspannung U1N von ca 140 Volt.
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Durch die erhöhte Betriebsspannung U1N an der Klemme b werden die
angeschlossenen Stufe, z.B. unter anderem die Zeilenablenkung eines Fernsehempfängers,
wirksam gesteuert. Am Ladedondensator 42 steht jetzt eine Spannung von ca 15 Volt,
die an die Betriebsspannungsklemme c des Fernbedienungsempfängers 49 gelangt. Diese
Spannung steuert außerdem den Transistor 43 leitend. Dadurch werden die Transistoren
46,47 gesperrt und somit die Punkte b und c, die unterschiedliche Spannungen führen,
voneinander getrennt.
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Die Spule 23 dient zur Verbesserung der Sperrung des Schalttransistors
12, des sogenannten Ausräumens des Transistors. Die in Fig. 1 beschriebene Startspannung,
die über den Widerstand 16 auf die Basis des Transistors 12 gelangt, wäre von der
Netzspannung abhängig. Deshalb ist diese Spannung mit dem Widerstand 35 und den
Zenerdioden 36,37 auf etwa 60 Volt stabilisiert. Die Spannung an der Zenerdiode
37 gelangt zusätzlich über die Diode 51 auf den Emitter ' des Transistors 8 und
dient dort als Startspannung beim Aufbau der Betriebsspannung.
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Die Stapeldiode 34 bewirkt, daß die Spannung der Sperrphase des Transistors
12 von der Wicklung 2 an den Emitter des Transistors 12 gelangt.
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Ubergang Bereitschaftsbetrieb/Normalbetrieb Gemäß Fig. 3 erfolgt zwischen
tl und t3 der Übergang vom Bereitschaftsbetrieb in den Nromalbetrieb, bei dem die
Spannung an der Klemme b etwa von 15 Volt auf 140 Volt ansteigt und die Spannung
an der Klemme c etwa gleich bleibt. Schaltnetzteile der beschriebenen Art werden
vorzugsweise beim Übergang in den Nromalbetrieb "weich" gestartet (Softanlauf),
um unerwünscht hohe Ströme im Schalttransistor 12 bei der Aufladung der Ladekondensatoren
22,43 zu vermeiden. Dieser weiche Anlauf erfolgt dadurch, daß die Breite der Impulse
9 und damit die Stromflußdauer des Transistors 12 während des Übergangs, also von
t1 bis t3 langsam erhöht wird. Da nach dem Verlassen
des Bereitschaftsbetriebes
die Klemme b nicht mehr auf die Klemme c geschaltet ist'und die Spannung am Ladekondensator
42 erst langsam von der Wicklung 40 aufgebaut wird, kann es zu einem kurzzeitigen
Ausfall der Spannung an der Klemme c für den Fernbedienungempfänger 49 kommen, so
daß dieser kurzzeitig nicht empfangsfähig wäre. Durch die Schaltung 43 bis 48 wird
dies verhindert. Die Spannung am Punkt b steigt vom Zeitpunkt t1 entsprechend dem
weichen Umschalten auf Normalbetrieb langsam an. Dadurch steigt auch die Spannung
an der Klemme c entsprechend an, da diese beiden Klemmen zusätzlich noch über den
Transistor 46 verbunden sind. Im Zeitpunkt t2 ist die Spannung an der Klemme c soweit
angestiegen, daß der Transistor 43 leitend wird und die Transistoren 46,47 gesperrt
werden. Die Klemme c und b werden dann voneinander getrennt.
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Die Spannung an der Klemme c hat dann den in Fig. 3 zwischen t2 und
t3 dargestellten Wert. Wenn diese Spannung in dieser Zeit abfallen würde, wird der
Transistor 43 sofort wieder gesperrt und schaltet die Spannung an der Klemme b über
den Transistor 46 wieder auf die Klemme c. Durch diese Lösung wird also die Spannung
an der Klemme c derart kontrolliert, daß sie den dargestellten Wert auch in der
Übergangszeit tl-t3 nicht unterschreiten kann. Durch die Kurve 50 ist die langsame
Aufladung des Ladekondensators 43 von der Impulsspannung an der Sekundärwicklung
40 dargestellt. Im Zeitpunkt t3 liefert der Gleichrichter 41 an dem Ladekondensator
42 und somit an der Klemme c die gewünschte endgültige Spannung im Normalbetrieb
für den Fernbedienungsempfänger 49. Der Normalbetrieb ist im Zeitpunkt t3 erreicht.
Die Spannung an der Klemme c wird dann nur von der Wicklung 40 erzeugt. Die Transistoren
46,47 bleiben gesperrt.
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Die für die erfindungsgemäße Schaltung wesentlichen Bauteile hatte
bei einem praktisch erprobten Ausführungsbeispiel folgende Werte: R 7: 270 Ohm R10:
10 Ohm C15: 10 nF R16: 39 kOhm R35: 39 kOhm
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