DE3629349A1 - Triggerbarer impulsgenerator - Google Patents
Triggerbarer impulsgeneratorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen triggerbaren Impulsgenera
tor, welcher periodisch mit fester oder variabler Im
puls-Wiederholungsrate eine gespeicherte elektrische
Ladung über einen elektronischen Schalter als zeitlich
kurzen Impuls hoher Spannung und hoher Stromstärke (T ≲
200 ns, U ≲ 800 V, I ≵ 200 A) an eine Lastimpedanz,
vorzugsweise eine Laserdiode, abgibt, und bei welchem
die Triggerung durch einen Triggergenerator erfolgt,
welcher den elektronischen Schalter periodisch durch
schaltet.
Ein Impulsgenerator der genannten Art ist beispielsweise
aus dem Propekt SSE-100, 1-81 (Seite 20, Figur 21) der
Firma RCA Electrooptics and Devices, Lancaster, PA 17 604,
USA, bekannt.
Bei diesem und anderen bekannten Impulsgeneratoren ist
für jede Änderung der Lastimpedanz, sei es durch deren
Austausch oder Alterung, eine induviduelle Anpassung und
Einstellung erforderlich, um die Lastimpedanz in optima
ler Weise, d. h. mit der maximal möglichen Leistung ohne
Überlastung, mit Impulsen zu beschicken. In der Praxis
wird diese erforderliche Einstellung häufig fehlerhaft
oder gar nicht vorgenommen, so daß die Lastimpedanz, z.
B. eine Laserdiode, nicht mit ihrer optimalen Leistung,
sondern mit zu niedriger oder schädlicher zu hoher Lei
stung betrieben wird. Eine weitere Anpassungserfordernis
ergibt sich bei Verwendung des Impulsgenerators an ex
ternen, d. h. über längere Zuleitungen angeschlossenen
Lastimpedanzen, da diese Zuleitungen ebenfalls eine
nicht zu vernachlässigende Impedanz darstellen. Schließ
lich sei noch als Nachteil bekannter Impulsgeneratoren
angeführt, daß sie nicht über eine ausreichende Siche
rung gegen Zerstörung oder Beschädigung im Falle von
Funktionsstörungen verfügen.
Es stellt sich daher die Aufgabe, einen triggerbaren
Impulsgenerator der eingangs genannten Art zu schaffen,
welcher die aufgeführten Nachteile vermeidet, welcher
insbesondere eine individuelle Anpassung an veränderte
Lastimpedanzen nicht benötigt und welcher weiterhin
einen optimalen und sicheren Betrieb bei unterschied
lichen Lastimpedanzen gewährleistet.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch
einen triggerbaren Impulsgenerator der eingangs genann
ten Art, welcher durch Kopplung des Triggergenerators
mit der Lastimpedanz in Abhängigkeit von dieser betreib
bar ist.
Hierdurch wird eine Selbstregulierung des Impulsgenera
tors erreicht, die eine individuelle Anpassung und Ein
stellung - abgesehen von einer einmaligen Grundeinstel
lung - überflüssig macht.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die Impuls-Wiederholungs
rate in Abhängigkeit von der Größe der Lastimpedanz
selbsttätig variierbar ist. Bei dieser Ausgestaltung der
Erfindung wird dafür gesorgt, daß bei Vergrößerung der
Lastimpedanz, z. B. durch Alterung des als Lastimpedanz
verwendeten Elementes, die Impuls-Wiederholungsrate und
damit die mittlere Leistung der Lastimpedanz verkleinert
wird. Hierdurch wird eine schädliche Überlastung der
Lastimpedanz vermieden und damit deren Lebensdauer ver
größert, was im Fall einer Laserdiode als Lastimpedanz
eine erhebliche Kosteneinsparung bedeutet.
Bei einem Impulsgenerator, bei welchem der Triggergene
rator einen Kondensator aufweist, mittels welchem bei
Erreichen bzw. Überschreiten einer Schwellenspannung bei
dessen Aufladung der elektronische Schalter durchschalt
bar ist, ist die Kopplung des Triggergenerators mit der
Lastimpedanz vorzugsweise dadurch realisiert, daß der
Kondensator über die Lastimpedanz aufladbar ist. Jede
Änderung der Lastimpedanz verändert so unmittelbar die
Aufladezeit des Kondensators, wodurch sich entsprechend
die Impuls-Wiederholungsrate ändert.
Um den Impulsgenerator gegen Beschädigung oder Zer
störung im Fall einer Fehlfunktion eines oder mehrerer
der Bauteile zu schützen, weist dieser zweckmäßig eine
elektronische, die Stromzufuhr zum Speicher für die
elektrische Ladung unterbrechende, im Ansprechfall
selbsthaltende, nur durch externen Eingriff rücksetz
bare Sicherung auf. Hierdurch wird der Impulsgenerator
beim Auftreten eines Fehlers völlig stillgesetzt, bis
die Sicherung durch einen externen Eingriff - und nach
Behebung des Fehlers - wieder rückgesetzt wird. Ein
"Schwingen" der Sicherung, d. h. ein ständiges Hin- und
Herkippen zwischen zwei Schaltzuständen, wie dies bei
Sicherungen nach dem Stand der Technik vorkommen kann,
wird so ausgeschlossen.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist die
elektronische Sicherung des Impulsgenerators einen Thy
ristor auf, welcher bei einem über eine vorgebbare oder
festgelegte Zeit andauernden Durchschaltzustand des
elektronischen Schalters des Impulsgenerators durchge
schaltet wird und nachfolgend mittels Durchleitung eines
ausreichend hohen Haltestromes im Durchlaßzustand ver
bleibt und welcher im Durchlaßzustand die Speisespannung
des Impulsgenerators unmittelbar abschaltet oder einen
weiteren elektronischen Schalter aktiviert, welcher die
Speisespannung des Impulsgenerators abschaltet. Bei
dieser Sicherung erfolgt ein Rücksetzen der Sicherung
erst bei einer externen Unterbrechung des durch den
Thyristor fließenden Haltestromes, d. h. bei Abschaltung
der Versorgungsspannung. Damit ist der Impulsgenerator
und auch die Lastimpedanz - im Fall einer Laserdiode ein
teures Bauteil - gegen Schäden infolge von Bauteile
fehlern oder -ausfällen gesichert.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung
näher erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen im
einzelnen
Fig. 1 einen Impulsgenerator mit Peripherie in Form
eines Blockdiagrammes,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Impulsgenerators
gemäß Erfindung mit Triggergenerator und Lastim
pedanz in Form eines vereinfachten Schaltbildes
und
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Impulsgenerators
gemäß Erfindung mit vollständiger Peripherie
einschließlich elektronischer Sicherung in Form
eines Prinzip-Schaltbildes.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt in einem Blockschaltbild
einen Impulsgenerator mit seinen peripheren, für den
Betrieb erforderlichen bzw. nützlichen Einheiten.
Bei einem Impulsgenerator für Netzbetrieb, wie im Bei
spiel der Fig. 1, wird die aus dem Netz entnommene
Netzspannung über einen Netztransformator auf eine
höhere Spannung transformiert. Diese wird in einem
nachfolgenden Hochvolt-Gleichrichter zu einer Hochvolt-
Gleichspannung gleichgerichtet. Die gleichgerichtete
Spannung wird einer Hochvolt-Stabilisierung zugeführt,
welche die Spannung auf einem stabilen, festgelegten
Wert hält. Die stabilisierte Spannung wird anschließend
auf einen Hochvolt-Regler gegeben, welcher über ein
ebenfalls von der Hochvolt-Stabilisierung versorgtes
Hochvolt-Stellglied einstellbar ist. Der Hochvolt-Regler
gibt eine stabilisierte, geregelte Gleichspannung als
Speisespannung U P an den Impulsgenerator. Eine vom Hoch
volt-Regler versorgte elektronische Sicherung sorgt bei
Auftreten eines Fehlers für ein Abschalten der Versor
gungsspannung U P .
Vom bereits erwähnten Hochvolt-Gleichrichter wird wei
terhin eine Spannung abgezweigt, die einem Trigger-
Stabilisator zugeführt wird, wo sie auf einen festgeleg
ten Wert stabilisiert wird. Diese Spannung wird als
Versorgungsspannung U T einem Triggergenerator zugeführt.
Dieser Triggergenerator dient zur Triggerung des Impuls
generators, d. h. er löst die vom Impulsgenerator er
zeugten Strom- bzw. Spannungsimpulse aus. Vom Impulsge
nerator gelangen die erzeugten Impulse zu einer Lastim
pedanz, z. B. einer Laserdiode. Soweit wie bisher be
schrieben, entspricht der Aufbau dem von gängigen Im
pulsgeneratoren.
Neu ist bei der vorliegenden Erfindung, daß die Lastim
pedanz mit dem Triggergenerator gekoppelt ist, genauer
daß die Lastimpedanz auf den Triggergenerator zurück
wirkt. Durch diese Rückwirkung der Lastimpedanz auf den
Triggergenerator wird der Triggergenerator so beein
flußt, daß der Impulsgenerator die Lastimpedanz unabhän
gig von Änderungen oder Austausch der Lastimpedanz stän
dig optimal ansteuert.
Ein erstes, einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in Fig. 2 dargestellt, welche ein prinzipielles
Schaltbild eines Impulsgenerators mit Triggergenerator
und Lastimpedanz zeigt. Der eigentliche Impulsgenerator
besteht hier aus einem Thyristor THY, einem Kondensator
C P , einem Widerstand R P und einer Spule L P . Der Trigger
generator wird gebildet durch einen Kondensator C T , eine
Triggerdiode D T , einen Widerstand R T sowie einen Schutz
widerstand R S zwischen Gate und Kathode des Thyristors
THY. Die Lastimpedanz ist hier eine Laserdiode D L .
Die Funktionsweise ist wie folgt:
Mittels der Versorgungsspannung U P wird der Kondensator
C P über die Induktivität L P und den Widerstand R P aufge
laden, d. h. der Kondensator C P dient als Speicher für
die elektrische Ladung, die der Laserdiode D L zugeführt
werden soll. Gleichzeitig wird mittels der Versorgungs
spannung U T der Kondensator C T über den Widerstand R T
aufgeladen. Im Unterschied zu Schaltungen nach dem Stand
der Technik wird hier der Kondensator C T über die Last
impedanz, hier über die Laserdiode D L aufgeladen. Dies
bedeutet, daß die Ladezeit des Kondensators C T unmittel
bar von der Größe der Lastimpedanz, hier der Impedanz
der Laserdiode D L abhängt. Sobald die Spannung an den
Platten des Kondensators C T die Durchbruchsspannung der
Diode D T erreicht bzw. überschreitet, schaltet diese
durch und es wird ein Stromimpuls auf das Gate des Thy
ristors THY gegeben; hierbei wird der Kondensator C T
schlagartig entladen und die Triggerdiode D T fällt in
den Sperrzustand zurück. Der Thyristor THY schaltet durch
und entleert den Kondensator C P über den Widerstand R P
und die Laserdiode D L . Hierbei wird ein zeitlich kurzer
Impuls hoher Stromstärke und hoher Spannung erzeugt, wie
er für den Betrieb der Laserdiode D L erforderlich ist.
Nach Entleerung des Kondensators C P über den Thyristor
THY, den Widerstand R P und die Last D L sperrt der Thyri
stor THY wegen Unterschreitung seines Haltestromes.
Hierbei hat die Spule L P die Aufgabe, durch Begrenzung
der Stromanstiegsgeschwindigkeit des Ladestromes für den
Kondensator C P den Thyristor THY für eine Zeit, die
größer als dessen Freiwerdezeit ist, an einer nicht
durch den Triggergenerator kontrollierten Wiederdurch
schaltung zu hindern. Danach beginnt der beschriebene
Zyklus von vorn.
Der Widerstand R S hat in der Schaltung nach Fig. 2 die
Aufgabe, eventuelle schädliche Verschiebeströme im
Halbleiterkristall des Thyristors THY zu verhindern bzw.
auf für dieses Bauteil unschädliche Werte zu begrenzen.
Fig. 3 der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung, bei welchem alle in Fig. 1 in Form des
Blockdiagrammes dargestellten Baueinheiten beispielhaft
in Form eines vereinfachten Schaltbildes dargestellt
sind.
Gemäß dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel der Erfin
dung wird die Netzspannung von 220 V / 50 Hz mittels
eines Transformators TR 1 transformiert und über eine
Sicherung F 1 auf die Schließerkontakte eines Relais K 1
geführt. Bei Anlegen einer externen Versorgungsspannung
an die Spule des Relais K 1, in diesem Beispiel 12 V
Gleichspannung, werden die Kontakte des Relais K 1 ge
schlossen. Die transformierte Wechselspannung gelangt
daraufhin zu dem in Fig. 1 bereits erwähnten Hochvolt-
Gleichrichter, hier bestehend aus vier Dioden D 1-D 4 in
Brückengleichrichterschaltung, denen ein Kondensator C 1
als Ladekondensator zugeordnet ist. Diese gleichgerich
tete Spannung gelangt nachfolgend zu der erwähnten Hoch
volt-Stabilisierung, die in diesem Ausführungsbeispiel
aus einem Widerstand R 1 sowie einer Zenerdiode D 5 ge
bildet wird. Die stabilisierte Gleichspannung wird dem
aus Fig. 1 bekannten Hochvolt-Stellglied zugeführt, das
hier aus einem Potentiometer R 2 besteht. Dieses liefert
ausgangsseitig eine variable Spannung, mittels welcher
der Hochvolt-Regler, bestehend aus zwei Transistoren T 1
und T 2 in Darlington-Schaltung, über zwei Widerstände R 6
und R 7 geregelt wird. Der mit seinem einen Pol zwischen
den Widerständen R 6 und R 7 und mit seinem anderen Pol am
Minuspol der Versorgungsspannung angeschlossene Konden
sator C 2 dient zur Unterdrückung von Rückwirkungen und
Schwingungen des Reglers. Ausgangsseitig liefert der
Hochvolt-Regler die Speisespannung U P für den eigentli
chen Impulsgenerator, wobei die Spannung U P noch über
Dioden D 9 und D 10 sowie eine Spule L 1 zur Glättung und
Vermeidung von Rückwirkungen auf den Regler geführt
wird. Die Spule L 1 hat weiterhin die Aufgabe, durch
Begrenzung der Stromanstiegsgeschwindigkeit des Lade
stroms, der über die Dioden D 9 und D 10 den Kondensator
C 5 auflädt, dem Thyristor THY 2 die erforderliche Frei
werdezeit zu verschaffen und zugleich sein Ausschalten
durch Unterschreiten des Haltestromes zu bewirken bzw. zu
ermöglichen.
Wie in Fig. 1 bereits erläutert, wird die vom Gleich
richter gelieferte Spannung weiterhin einem Triggersta
bilisator zugeführt. Dieser besteht hier aus einem Wi
derstand R 3 sowie einer Zenerdiode D 6. Die so erzeugte
stabilisierte Gleichspannung wird über einen Widerstand
R 8 dem Triggergenerator als Versorgungsspannung U T zuge
führt. Der Triggergenerator besteht hier, wie bereits
anhand von Fig. 2 beschrieben, wieder aus einem Konden
sator C 3, welcher über den Widerstand R 8 und die Lastim
pedanz D L aufladbar ist, sowie einer Diode D 8 zur An
steuerung des Thyristors THY 2 des Impulsgenerators. Auch
dieser entspricht im wesentlichen der Ausführung gemäß
Fig. 2, wobei hier ergänzend noch eine antiparallel zur
Laserdiode D L geschaltete Diode D 11 vorgesehen ist.
Weiterhin ist noch ein Widerstand R 10 zwischen Gate und
Kathode des Thyristors THY 2 vorgesehen. Die Funktionen
von D 11 sowie R 10 werden im folgenden noch erläutert.
Nach Einschalten der Versorgungsspannung mittels des
Relais K 1 wird der Kondensator C 3 über den Widerstand R 8
und über die Laserdiode D L aufgeladen. Dies hat neben
dem bereits erwähnten Vorteil der Selbstregulierung des
Triggergenerators in Abhängigkeit von der Lastimpedanz
noch den Vorteil, daß die Triggerung ohne die ange
schlossene Laserdiode nicht funktionsfähig ist und daß
die Laserdiode leicht in Flußrichtung vorgespannt wird.
Durch die Schaltungsart des Kondensators C 3 wird verhin
dert, daß der Gateimpuls des Thyristors beim Durchschal
ten der Triggerdiode D 8 durch die Laserdiode fließt; der
Widerstand R 10 verhindert eventuelle, schädliche Ver
schiebeströme im Halbleiterkristall des Thyristors THY 2.
Erreicht die Spannung am Kondensator C 3 die Durchbruchs
spannung der Triggerdiode D 8, so schaltet diese durch
und gibt einen kurzen Stromimpuls auf das Gate des
Thyristors THY 2, worauf dieser durchschaltet. Der zuvor
bereits aufgeladene Kondensator C 5 wird nun über den
Widerstand R 11, den Thyristor THY 2 und die angeschlos
sene Laserdiode D L schlagartig entladen.
Nach Entladung des Kondensators C 3 verschwindet der Gate-
Impuls am Thyristor THY 2 und die Spannung an der Trig
gerdiode D 8 fällt unter die Durchbruchsspannung ab, d.
h. die Diode D 8 geht in Sperrzustand über. Nach Entla
dung des Kondensators C 5 unterschreitet der Strom im
Thyristor THY 2 den Haltestrom, woraufhin dieser eben
falls wieder in Sperrzustand übergeht. Ein Rückstrom zum
Ausräumen des Thyristors THY 2 kann jedoch über die Diode
D 11 sowie den Kondensator C 5 und den Widerstand R 11 noch fließen.
Hierdurch wird der Kondensator C 5 bereits teilweise
wieder aufgeladen. Ist der Rückstrom durch den Thyristor
THY 2 abgeklungen, steigt der Strom durch die Spule L 1
sowie die Diode D 10 wieder an, was dem Thyristor THY 2
die erforderliche Freiwerdezeit verschafft, sowie den
Kondensator C 5 wieder auflädt. Daraufhin beginnt der
beschriebene Ablauf wieder von vorn. Die Impuls-Wieder
holungsrate wird durch die Höhe der Spannung U T , den
Widerstand R 8, den Kondensator C 3 und die Größe der
Lastimpedanz D L festgelegt. Eine Grundeinstellung er
folgt dabei durch entsprechende Wahl der Spannung U T ,
des Widerstandes R 8 und des Kondensators C 3. Die Selbst
regelung des Triggergenerators erfolgt über die Last
impedanz, hier die Impedanz der Diode D L , welche, wie
beschrieben, ebenfalls die Impuls-Wiederholungsrate un
mittelbar beeinflußt.
Um die Lastimpedanz, insbesondere im Fall einer teuren
Laserdiode, vor eventuellen Überkopf-Zündungen oder
sogar Kurzschlüssen des Thyristors THY 2 zu schützen, ist
noch eine elektronische Sicherung vorgesehen, welche aus
einem Widerstand R 9, einem Kondensator C 4, einem Thyri
stor THY 1 und einer Diode D 7 besteht. Der Widerstand R 9
und der Kondensator C 4 sind parallel zueinander in die
Verbindung von Trigger- und Impulsgenerator zum Minuspol
der Versorgungsspannung geschaltet. Im Normalzustand
fällt über den Widerstand R 9 und den Kondensator C 4 eine
geringe Spannung ab, welche nicht ausreicht, den zuge
hörigen Thyristor THY 1 zu zünden. Bleibt aber der Thyri
stor THY 2 im Impulsgenerator zulange durchgeschaltet,
fällt über den Widerstand R 9 und den Kondensator C 4 eine
höhere Spannung ab, welche ausreicht, den Thyristor THY 1
zu zünden. Daraufhin wird über die Diode D 7 die Basis
spannung der Darlington-Schaltung, bestehend aus den
Transistoren T 1 und T 2, kurzgeschlossen. Über einen
Widerstand R 5 erhält der Thyristor THY 1 gleichzeitig den
erforderlichen Haltestrom, so daß dieser in seinem
durchgeschalteten Zustand verbleibt, bis durch externen
Eingriff die Versorgungsspannung durch Betätigung des
Relais K 1 abgeschaltet wird. Eine Zerstörung von Bautei
len, insbesondere von teuren Laserdioden, ist damit
gänzlich ausgeschlossen.
Neben diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind auch
weitere Schaltungen denkbar, welche unter den Erfin
dungsgedanken fallen. Ein weiterer Vorteil der vorlie
genden Erfindung gegenüber Impulsgeneratoren gemäß dem
Stand der Technik besteht darin, daß diese vollständig
mit handelsüblichen Bauelementen realisierbar ist, so
daß keine unnötig hohen Kosten oder Schwierigkeiten bei
der Beschaffung von Ersatzteilen auftreten.
Claims (5)
1. Triggerbarer Impulsgenerator, welcher periodisch mit
fester oder variabler Impuls-Wiederholungsrate eine
gespeicherte elektrische Ladung über einen elektroni
schen Schalter als zeitlich kurzen Impuls hoher Span
nung und hoher Stromstärke (T ≲ 200 ns, U ≲ 800 V, I ≲
200 A) an eine Lastimpedanz, vorzugsweise eine Laser
diode, abgibt, und bei welchem die Triggerung durch
einen Triggergenerator erfolgt, welcher den elektro
nischen Schalter periodisch durchschaltet,
dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator durch
Kopplung des Triggergenerators mit der Lastimpedanz
in Abhängigkeit von dieser betreibbar ist.
2. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Impuls-Wiederholungsrate in Abhängigkeit
von der Größe der Lastimpedanz selbsttätig variierbar
ist.
3. Impulsgenerator nach den Ansprüchen 1 und 2, bei
welchem der Triggergenerator einen Kondensator (C T )
aufweist, mittels welchem bei Erreichen bzw. Über
schreiten einer Schwellenspannung bei dessen Aufla
dung der elektronische Schalter (THY) durchschaltbar
ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C T ) über
die Lastimpedanz (D L ) aufladbar ist.
4. Impulsgenerator nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekenn
zeichnet durch eine elektronische, die Stromzufuhr
zum Speicher für die elektrische Ladung unterbrechen
de, im Ansprechfall selbsthaltende, nur durch exter
nen Eingriff rücksetzbare Sicherung.
5. Impulsgenerator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die elektronische Sicherung einen
Thyristor aufweist, welcher bei einem über eine vor
gebbare oder festgelegte Zeit andauernden Durch
schaltzustand des elektronischen Schalters des Im
pulsgenerators durchgeschaltet wird und nachfolgend
mittels Durchleitung eines ausreichend hohen Halte
stromes im Durchlaßzustand verbleibt und welcher im
Durchlaßzustand die Speisespannung des Impulsgenera
tors unmittelbar abschaltet oder einen weiteren elek
tronischen Schalter aktiviert, welcher die Speise
spannung (U P ) des Impulsgenerators abschaltet.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863629349 DE3629349A1 (de) | 1986-08-28 | 1986-08-28 | Triggerbarer impulsgenerator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19863629349 DE3629349A1 (de) | 1986-08-28 | 1986-08-28 | Triggerbarer impulsgenerator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3629349A1 true DE3629349A1 (de) | 1988-03-10 |
DE3629349C2 DE3629349C2 (de) | 1988-07-21 |
Family
ID=6308427
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863629349 Granted DE3629349A1 (de) | 1986-08-28 | 1986-08-28 | Triggerbarer impulsgenerator |
Country Status (1)
Country | Link |
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