EP0462483B1 - Power supply circuit for a low-frequency amplifier - Google Patents
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- G05F1/468—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc characterised by reference voltage circuitry, e.g. soft start, remote shutdown
Definitions
- Such supply circuits are known in a variety of designs. In both radio and television receivers, which are equivalent here, based on the subject matter of the invention, the power supply circuits are designed so that they supply approximately stabilized output voltages for the connected LF amplifiers. Switching power supplies or power supplies with series regulators are usually used for this.
- a power supply with a series regulator is e.g. known from DE 26 17 444 B2.
- a controlled variable is tapped from the output of the longitudinally regulating transistor, which is fed to a first input of a comparator circuit, while a reference voltage is present at the second input.
- the comparator circuit supplies the control voltage for the transistor.
- an unregulated voltage is tapped from a second power supply unit, rectified and applied as a reference voltage to the second input of the comparator circuit.
- the higher the desired output power the higher the power losses of the electronic components used in the LF amplifier, such as power transistors.
- the power transistors e.g. Darlington circuits or integrated power amplifiers are mounted.
- the present invention has for its object to provide a power supply circuit according to the preamble of claim 1 such that when high music power and high output power is desired, the power loss is kept as low as possible to thereby reduce the cooling effort for the power output stages and / or a longitudinal power resistance in the power supply line to keep as low as possible.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsschaltung für einen NF-Verstärker in einem Rundfunkempfangsgerät mit einem Netzteil mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to a power supply circuit for an LF amplifier in a radio receiver with a power supply unit with the features specified in the preamble of claim 1.
Derartige Versorgungsschaltungen sind in mannigfaltiger Ausführung bekannt. Sowohl in Rundfunk- als auch in Fernsehempfangsgeräten, die hier, bezogen auf den Erfindungsgegenstand gleichzusetzen sind, werden die Stromversorgungsschaltungen so ausgelegt, daß diese annähernd stabilisierte Ausgangsspannungen für die angeschlossenen NF-Verstärker liefern. Üblicherweise werden hierfür Schaltnetzteile oder Netzteile mit Längsreglern eingesetzt. Ein Netzteil mit einem Längsregler ist z.B. aus der DE 26 17 444 B2 bekannt. Bei diesem wird von dem Ausgang des längsregelnden Transistors eine Regelgröße abgegriffen, die einem ersten Eingang einer Komparatorschaltung zugeführt wird, während an dem zweiten Eingang eine Bezugsspannung anliegt. Die Komparatorschaltung liefert die Regelspannung für den Transistor. Um die Verlustleistung der Schaltung niedrig zu halten, wird von einem zweiten Netzteil eine ungeregelte Spannung abgegriffen, gleichgerichtet und als Bezugsspannung an den zweiten Eingang der Komparatorschaltung gelegt.Such supply circuits are known in a variety of designs. In both radio and television receivers, which are equivalent here, based on the subject matter of the invention, the power supply circuits are designed so that they supply approximately stabilized output voltages for the connected LF amplifiers. Switching power supplies or power supplies with series regulators are usually used for this. A power supply with a series regulator is e.g. known from DE 26 17 444 B2. In this case, a controlled variable is tapped from the output of the longitudinally regulating transistor, which is fed to a first input of a comparator circuit, while a reference voltage is present at the second input. The comparator circuit supplies the control voltage for the transistor. In order to keep the power loss of the circuit low, an unregulated voltage is tapped from a second power supply unit, rectified and applied as a reference voltage to the second input of the comparator circuit.
In zunehmendem Maße werden NF-Verstärker mit einer sehr hohen Ausgangsleistung eingesetzt, wobei Ausgangsleistung hier gleichzusetzen ist der Nennausgangsleistung bzw. der Sinusleistung. Nach DIN 45 500 muß die Ausgangsleistung bei Monoverstärkern 10 W und bei Stereoverstärkern 2 x 6 W mindenstens betragen, und zwar bei einem Klirrfaktor von höchstens 1 %. Zum Messen der Ausgangsleistung wird ein Sinusdauerton von 1 kHz mindestens 10 Min. lang an den Lautsprecher abgegeben.LF amplifiers with a very high output power are being used to an increasing extent, whereby output power is to be equated with the nominal output power or the sine power. According to DIN 45 500, the output power must be at least 10 W for mono amplifiers and 2 x 6 W for stereo amplifiers, with a distortion factor of at most 1%. To measure the output power, a sinusoidal tone of 1 kHz is emitted to the loudspeaker for at least 10 minutes.
Je höher jedoch die gewünschte Ausgangsleistung ist, desto höher sind auch die Verlustleistungen der in dem NF-Verstärker verwendeten elektronischen Bauelemente, wie Leistungstransistoren. Um die Verlustwärme abführen zu können, ist es üblich, im Verhältnis zur Chassis- oder Gerätegröße überdimensionale Kühlkörper oder -bleche vorzusehen, auf denen die Leistungstransistoren, z.B. Darlington-Schaltungen oder integrierte Endstufen, montiert sind.However, the higher the desired output power, the higher the power losses of the electronic components used in the LF amplifier, such as power transistors. In order to be able to dissipate the heat loss, it is customary to provide oversized heat sinks or plates in relation to the chassis or device size, on which the power transistors, e.g. Darlington circuits or integrated power amplifiers are mounted.
Es versteht sich von selbst, daß dies nicht nur einen wesentlichen Kostenfaktor in einem Gerät darstellt, sondern auch unnötig viel Platz in Anspruch nimmt, der für andere Schaltungen des Gerätes, z.B. in einem Fernsehempfangsgerät für Signalaufbereitungsschaltungen, zur Verfügung gestellt werden sollte. Ebenso können z.B. Rundfunkgeräte in Kompaktausführung nicht beliebig klein gebaut werden, wenn allein für die Kühlkörper für die Leistungsendstufe ein erhöhter Platzbedarf besteht.It goes without saying that this not only represents an essential cost factor in a device, but also takes up an unnecessarily large amount of space which is necessary for other circuits of the device, e.g. in a television receiver for signal conditioning circuits. Likewise, e.g. Compact radio devices cannot be built arbitrarily small if there is an increased space requirement for the heat sink for the power output stage alone.
Darüber hinaus ist es zur Gewohnheit geworden, Leistungsangaben eines Endverstärkers in Musikleistung auszudrücken, insbesondere in Verbindung mit Fernsehempfangsgeräten. Die Musikleistung liegt meist um 20 bis 50 % höher als die tatsächliche Ausgangsleistung. Die Musikleistung hängt von der Spannungskonstanz des Netzteils ab und gilt nur für kurze Dynamik spitzen. Gerade diese Dynamikspitzen und damit die Musikleistung sind aber immer mehr zu einem Qualitätskriterium für NF-Endverstärker geworden, insbesondere bei Farbfernsehgeräten mit integrierten Boxen. Die Leistungsangaben aller Hersteller von Fernsehempfangsgeräten beziehen sich auf die Musikleistung.In addition, it has become a habit to express the power specifications of a power amplifier in terms of music performance, especially in connection with television receivers. The music output is usually 20 to 50% higher than the actual output power. The music performance depends on the constant voltage of the power supply and only applies to short dynamic peaks. However, it is precisely these dynamic peaks and thus the music performance that have become more and more a quality criterion for LF power amplifiers, especially in color television sets with integrated boxes. The performance specifications of all manufacturers of television receivers relate to the music performance.
Um diesen beiden Anforderungen, hohe Musikleistung und hohe Ausgangsleistung, gerecht zu werden, hat man auch einen Längswiderstand mit hoher Verlustleistung in den Stromversorgungsweg des NF-Verstärkers eingeschaltet, so daß bei Leerlauf, also wenn wenig Strom durch den Widerstand fließt, eine hohe Musikleistung, jedoch bei höherem Strom durch den damit verbundenen Spannungsabfall eine höhere Ausgangsleistung gegeben ist. Die dabei entstehende Verlustleistung wird ausschließlich vom Widerstand aufgenommen. Hierdurch ist es zwar möglich, die Kühlbleche der Leistungsverstärkerstufen des Endverstärkers etwas kleiner zu halten, zugleich wird aber durch den Leistungswiderstand eine erhöhte Verlustwärme erzeugt, die ebenfalls aus dem Gerät abgeführt werden muß, zu welchem Zweck im unmittelbaren Bereich des Widerstandes Kühlschlitze vorzusehen sind. Die Verlustleistung ist dabei proportional der Betriebsspannung und dem gezogenen Strom.In order to meet these two requirements, high music power and high output power, a series resistor with high power loss has also been switched into the power supply path of the AF amplifier, so that when the motor is idling, i.e. when little current is flowing through the resistor, a high music power is however, with higher current, the associated drop in voltage results in a higher output power. The resulting power loss is only absorbed by the resistor. This makes it possible to keep the cooling plates of the power amplifier stages of the power amplifier somewhat smaller, but at the same time an increased heat loss is generated by the power resistor, which must also be dissipated from the device, for which purpose cooling slots must be provided in the immediate area of the resistor. The power loss is proportional to the operating voltage and the drawn current.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgungsschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart auszubilden, daß bei gewünschter hoher Musikleistung und gewünschter hoher Ausgangsleistung die Verlustleistung möglichst gering gehalten wird, um dadurch den Kühlaufwand für die Leistungsendstufen und/oder einen Längsleistungswiderstand in der Stromzuführleitung möglichst gering zu halten.The present invention has for its object to provide a power supply circuit according to the preamble of claim 1 such that when high music power and high output power is desired, the power loss is kept as low as possible to thereby reduce the cooling effort for the power output stages and / or a longitudinal power resistance in the power supply line to keep as low as possible.
Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene technische Lehre gelöst, wonach an den NF-Verstärker zwei Betriebsspannungen unterschiedlicher Größenordnung, abhängig vom gezogenen Strom durch den angeschlossenen NF-Verstärker, angelegt werden. Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß dann, wenn durch den NF-Verstärker mehr Strom gezogen wird als im Leerlauf für den Ruhestrom der Endstufe nötig ist, ab einem bestimmten Stromwert die Spannung schlagartig auf den Wert zurückgeregelt wird, der nötig ist, um die Nennausgangsleistung der Endstufe zu erreichen. Nimmt der Strom hingegen ab und geht auf den niedrigen Wert im Leerlauf zurück, so bewirkt die Schaltung, daß dann wieder die erhöhte Betriebsspannung anliegt, so daß die gewünschte hohe Musikleistung und damit die Aussteuerung bei kurzen Dynamikspitzen sichergestellt ist, wobei während dieses Betriebszustandes die Musikleistungsspitzen von dem Lade- und/oder Glättungskondensator oder einer Anordnung derselben der ersten Betriebsspannungsquelle aufgebracht werden. Die Schaltung nach der Erfindung ist also so ausgebildet, daß zum einen ein sprungartiger Spannungsabfall auf die Nennspannung erfolgt, die für die maximale Aussteuerung der Endstufe erforderlich ist, und zum anderen wieder bei Abnahme des Stromes auf die Spannung aufgestockt wird, die für die gewünschte hohe Musikleistung erforderlich ist.The object is achieved by the technical teaching specified in the characterizing part of claim 1, according to which two operating voltages of different magnitudes are applied to the LF amplifier, depending on the current drawn by the connected LF amplifier. The invention is based on the consideration that when one draws more current through the LF amplifier than is required for the quiescent current of the output stage when idling determined current value, the voltage is suddenly reduced to the value necessary to achieve the nominal output power of the output stage. If, on the other hand, the current decreases and goes back to the low value when idling, the circuit causes the increased operating voltage to be applied again, so that the desired high music performance and thus the modulation is ensured in the event of short dynamic peaks, the music performance peaks during this operating state are applied by the charging and / or smoothing capacitor or an arrangement thereof to the first operating voltage source. The circuit according to the invention is thus designed so that, on the one hand, there is a sudden drop in voltage to the nominal voltage, which is required for the maximum control of the output stage, and, on the other hand, the voltage is increased again when the current decreases, for the desired high level Music performance is required.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gemäß Anspruch 1 sind in den Unteransprüchen angegeben. Im Anspruch 2 ist eine besonders kostengünstige Ausführung angegeben, bei der die Sekundärwicklung bzw. die Sekundärspule eines Transformators geteilt ist, wobei eine erste Teilspule zur Erzeugung einer Unterspannung und die zweite Teilspule zur Erzeugung der Oberspannung dienen. Beide Spannungen werden nach der Gleichrichtung aufaddiert, so daß bei Leerlauf die volle Oberspannung gleich der Betriebsspannung für den NF-Verstärker ist. Von dieser Oberspannung schaltet der vorgesehene Schaltkreis auf die erste Betriebsspannung, die Unterspannung, schlagartig um, sobald über den Stromfühler ein bestimmter Schwellenwert festgestellt wird. Als Schalter empfiehlt es sich dabei, eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 4 zu verwenden, die zugleich sicherstellt, daß ohne besondere weitere Schaltungsmaßnahmen auch ein automatisches Wiederanschalten der Oberspannung an den NF-Verstärker erfolgt, sobald der Nennstrom unter einen Schwellwert absinkt.Advantageous developments of the subject matter of the invention are specified in the subclaims. Claim 2 specifies a particularly inexpensive embodiment in which the secondary winding or the secondary coil of a transformer is divided, a first coil section being used to generate undervoltage and the second coil section being used to generate the high voltage. Both voltages are added after the rectification, so that the full upper voltage is equal to the operating voltage for the AF amplifier when idling. The circuit provided switches suddenly from this high voltage to the first operating voltage, the undervoltage, as soon as a specific threshold value is determined via the current sensor. As a switch, it is advisable to use a circuit arrangement according to claim 4, which at the same time ensures that without any special Circuit measures also an automatic re-connection of the high voltage to the AF amplifier takes place as soon as the nominal current falls below a threshold value.
Es hat sich gezeigt, daß die Schaltung nach der Erfindung besonders geeignet für den Einsatz in Fernsehempfangsgeräten ist, da sie auf dem Chassis wenig Raum in Anspruch nimmt und große Kühlkörper nicht notwendig sind.It has been shown that the circuit according to the invention is particularly suitable for use in television receivers, since it takes up little space on the chassis and large heat sinks are not necessary.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Fig. 1 mit dem Diagramm in Fig. 2 näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment in FIG. 1 with the diagram in FIG. 2.
In Fig. 1 ist mit einem Wechselstromnetz 19 eine Primärwicklung 20 eines Transformators 21 verbunden. Der Transformator 21 weist eine geteilte Sekundärspule 1, 2 auf. Die erste Teilspule 1 dient zur Erzeugung einer ersten Betriebsspannung U₁, die auch als Unterspannung bezeichnet werden kann. Der Abgriff 11 ist zu diesem Zweck mit einer Gleichrichterdiode 3 verbunden, und zwar ist sie an der Anode angeschlossen, während die Kathode mit einem Lade- und/oder Glättungskondensator 5 verbunden ist, der über den Gleichrichter positiv aufgeladen wird. Bei dem Kondensator 5 handelt es sich um einen spannungsfesten Elektrolytkondensator, der üblicherweise in solchen Schaltungen eingesetzt wird. Der zweite Pol des Elektrolytkondensators 5 ist mit dem Bezugsbasispotentialpunkt 13 der Schaltung verbunden. Das Bezugspotential kann Massepotential sein, kann aber auch vom Massepotential abweichend auf einen bestimmten Wert gelegt sein.1, a
Die zweite Teilspule, die gleichen Wicklungssinn aufweist, ist am Abgriff 12 mit der Anode einer weiteren Gleichrichterdiode 4 verbunden, deren Kathode an den Pluspol eines weiteren Elektrolytkondensators 6 angeschaltet ist, der als Lade- und/oder Glättungskondensator für die Oberspannung in die Schaltung eingebunden ist. Der zweite Anschluß des Elektrolytkondensators 6 kann dabe1 entweder mit der Kathode der Gleichrichterdiode 3 verbunden oder aber auch auf das Bezugspotential 13 gelegt sein. Von der Kathode des Gleichrichters 4 wird die zweite Betriebsspannung U₂, die als Oberspannung der Betriebsspannung U₁ aufaddiert ist, abgegriffen. Zwischen der Kathode des Gleichrichters 4 und der Kathode der Gleichrichterdiode 3 ist ein Strombegrenzungswiderstand 15 geschaltet und mit dem Ausgang 22 der Schaltung verbunden, an dem ein NF-Verstärker 7 angeschlossen ist, der beispielhaft als Block angegeben ist. Der NF-Verstärker 7 ist ferner auf das Bezugspotential 13 geschaltet. Parallel zu dem Strombegrenzungswiderstand 15, der relativ hochohmig ist (z.B. 47 Ohm), ist parallel ein Widerstand 10 als Stromfühler geschaltet, der niederohmiger ist (z.B. 4 Ohm), zu dem in Reihe die Emitterkollektorstrecke eines pnp-dotierten Schalttransistors 8 geschaltet ist, dessen Kollektor am Ausgang 22 anliegt. Mit dem Emitter des Transistors 8 ist weiterhin ein Widerstand 16 eines Spannungsteilers aus den Widerständen 10, 16 und 17 geschaltet, der mit dem anderen Anschluß zum einen an der Basis eines weiteren Schalttransistors 9, ein pnp-dotierter Transistor, angeschlossen und zum anderen mit dem weiteren Widerstand 17 verbunden ist, der ebenfalls am Ausgang 22 anliegt. Der Kollektor des Schalttransistors 9 ist mit der Basis des Schalttransistors 8 verbunden. Der Emitter ist an die Kathode der Gleichrichterdiode 4 angeschaltet. Die Schaltung weist weiterhin einen Widerstand 18 auf, der zwischen der Basis des Schalttransistors 8 und Bezugspotential 13 geschaltet ist.The second coil section, which has the same winding sense, is connected at the
Die Schaltung arbeitet wie folgt:The circuit works as follows:
Im Leerlaufbetrieb unter Leerlauflast des angeschalteten NF-Verstärkers 7 erfolgt die Stromversorgung über den Widerstand 10 und den leitendgeschalteten Schalttransistor 8 von dem Oberspannungsabgriff 12. Dadurch ist es möglich, eine besonders hohe Musikleistung zu erzielen. Nimmt der Strom am als Stromfühler vorgesehenen Widerstand 10 zu und wird dabei die Schwellspannung 0,7 V des Transistors 9 zwischen Emitter und Basis überschritten, so wird dieser leitendgesteuert und bewirkt zugleich die Sperrung des Schalttransistors 8, zu welchem Zweck über den leitendgeschalteten Schalttransistor 9 und den hochohmigen Widerstand 18 ein Spannungsabfall an der Basis des Schalttransistors 8 ansteht, der für die Sperrung ausreichend ist. In diesem Betriebszustand, d.h. wenn die Nennleistungsaufnahme des NF-Verstärkers 7 zunimmt, wird automatisch auf die erste Betriebsspannung U₁ geschaltet, die wesentlich niedriger als die Oberspannung sein kann, z.B. 30 V gegenüber 40 V Oberspannung. Die beiden Schalttransistoren sind pnp-dotiert. Bei anderer Schaltungsausführung können auch npn-dotierte Transistoren als Schalter eingesetzt werden. Dem Strombegrenzungswiderstand 15 kommt in Verbindung mit den Widerständen 10, 16, 17 eine besondere Bedeutung zu. Er ist so zu bemessen, daß über ihn bei Abnahme des von dem NF-Verstärker gezogenen Stromes ein Spannungsstrom entsteht, der den Transistor 9 sperrt. Nimmt der Strom ab, so fließt durch den Strombegrenzungswiderstand 15 ebenfalls ein kleinerer Strom, aber auch durch den Spannungsteiler mit den Widerständen 10, 16 und 17. Unterschreitet dabei der Strom einen Wert, so daß der Spannungsabfall an den Widerständen 16 und 10 kleiner wird als 0,7 V, so sperrt schlagartig der Schalttransistor 9, wodurch der Transistor 8 wieder leitendschaltet, d.h. ab einem bestimmten Stromwert wird die Oberspannung als Betriebsspannung wieder angeschaltet. Die Schaltung mit dem Stromfühler 10 ist somit eine Strombegrenzungsschaltung, die selbsttätig die beiden Spannungsquellen zusammenschaltet bzw. trennt.In no-load operation under no-load load of the connected LF amplifier 7, the power supply takes place via the
In Fig. 2 ist in dem Diagramm dargestellt, daß ab einer bestimmten Stromschwelle I₀ durch den Stromfühler 10 schlagartig die Betriebsspannung UB auf die Unterspannung U₁ und bei Unterschreiten der Schwelle I₀ wieder auf die Oberspannung umschaltet. Die Anstiegsflanke ist dabei abhängig von der Schaltungsdimensionierung.In Fig. 2 it is shown in the diagram that from a certain current threshold I₀ by the
Claims (5)
- Power supply circuit for a low-frequency amplifier in a radio broadcast receiver, comprising a mains supply unit with a transformer (21) with at least one secondary coil (1, 2), a rectifier (3, 4) connected therewith and a charging and/or smoothing capacitor (5, 6), from which the rectified operating voltage (U₁) for the low-frequency amplifier (7) can be tapped off, characterised thereby that two secondary coils (1, 2) with the same winding direction, as well as two rectifiers (3, 4) and charging and/or smoothing capacitors (5, 6) connected with the coils, are provided, that the first secondary coil (1) with the downstream rectifier circuit delivers a first operating voltage (U₁) as low-tension voltage for the low-frequency amplifier (7) and the second secondary coil (2) with the rectifier (4) delivers a second operating voltage (U₂), wich is additively superimposed on the first operating voltage (U₁), as high-tension voltage, that a switch (8, 9) is provided which switches off the second operating voltage (U₂) in dependence on the current which flows through a current sensor (10) in the current suply path of the low-frequency amplifier on exceeding of a current threshold value, and that the switch (8, 9) applies to the low-frequency amplifier an operating voltage, which corresponds to the additive operating voltage (U₂) from the low-tension and high-tension voltage, until attainment of the predetermined current threshold value by the current sensor (10).
- Power supply circuit according to claim 1, characterised thereby that a divided secondary coil (1, 2) is provided, the base terminal (13) of which forms the reference potential, the first tap (11) of which is connected with a first charging and/or smoothing capacitor (5) by way of a first rectifier (3), that a second rectifier (4), by way of which a second charging and/or smoothing capacitor (6) is chargeable, is connected with the end tap (12) of the second part coil (2), that the second terminal of this charging and/or smoothing capacitor (6) is connected with the junction of the first rectifier (3) with the first charging and/or smoothing capacitor (5) or is placed at the reference potential, wherein the second terminal of the first charging and/or smoothing capacitor (5) is connected with the lower base terminal (13), which conducts reference potential, of the secondary coil (1, 2), and that a current sensor circuit is interposed between the taps (11, 12) for the first and second operating voltage, wherein arranged parallel to or in series with the current sensor (10) is a switch (8) with a voltage-dependent detector (9), which in dependence on the voltage decay at the current sensor (10) produces a low-resistance shunt to the second charging and/or smoothing capacitor (6) and switches this to high-resistance as soon as the current threshold value is fallen below.
- Power supply circuit according to claim 2, characterised thereby that a current limiting resistor (15) is connected in parallel with the current sensor (10) and the switch (8) connected in series.
- Power supply circuit according to claim 2 or 3, characterised thereby that the current sensor (10) is part of a resistance divider comprising three resistors (10, 16, 17), and that the first resistor (10) is connected with the tap of the high-tension voltage (U₂) and with the emitter of the first pnp transistor switch (9) of a voltage detector, the base of which is coupled to the junction of the second resistor (16) and the third resistor (17), and that the collector of the transistor switch (9) is connected with the base of the other pnp transistor switch (8) of the switch, the emitter of which is connected with the junction (14) of the first resistor (10) and the second resistor (16), and the collector of which is in contact with the tap (22) with which also the third resistor (17) is connected, and that a further resistor (18) is connected between the connection of the reference potential (13) and the base of the second transistor switch.
- Power supply circuit according to one of the previous claims, characterised thereby that it is used in a television receiver comprising a mains supply unit, from the secondary coil of which both operating voltages for the supply to a low-frequency amplifier can be tapped off.
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