DE2405500C3 - Bistabiler Multivibrator - Google Patents
Bistabiler MultivibratorInfo
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Description
3. Bistabiler Multivibrator, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Treiber-Transistor (17) in Reihenschaltung zwischen die ersten Elektrode
(Emitter) der die Stromsteuertorschaltung (3 bildenden Transistoren (13, 14) und Masse eingefüg
ist und daß die Steuerelektrode des zweitei Treiber-Transistors (17) über ein Dämpfungsgliei
(20, 21) mit der Impulsquelle (12) für die Eingangsim pulse verbunden ist, derart, daß der zweit«
Treiber-Transistor (17) infolge der endlichen Steil heit der Vorderflanken der Eingangsimpulse zi
ίο einem späteren Zeitpunkt in seinen leitender Zustand gelangt als der erste Treiber-Transistor (16)
4. Bistabiler Multivibrator nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Haupt-Flip-Flop
und die Stromsteuertorschaltung den ersten und den zweiten Transistor (33 und 34) jeweils gemeinsam
haben und mit einem einzigen gemeinsamen Anschluß (9) versehen sind, der mit den ersten
Treiber-Transistor (26) verbunden ist (F i g. 7).
5. Bistabiler Multivibrator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der
zweite Transistor (13, 14) der Stromsteuertorschaltung (3) mit ihren ersten Elektroden (Emitter)
miteinander und mit einem der Stromsteuertorschaltung (3) individuell zugeordneter, gemeinsamen
Anschluß (24) verbunden sind, daß dieser gemeinsame Anschluß (24) mit der zweiten Elektrode
(Kollektor) eines weiteren Treiber-Transistors (27) der von den Eingangsimpulsen gesteuerten Stromquelle
verbunden ist, wobei die Steuerelektrode und die erste Elektrode dieses weiteren Treiber-Transistors
(27) mit den gleichnamigen Elektroden des ersten Treiber-Transistors (26) verbunden sind, daß
die zweiten Elektroden des ersten und zweiten Transistors (13, 14) der Stromsteuertorschaltung (3)
mit den zweiten Elektroden des dritten bzw. vierten Transistors (7, 8) des Neben-Flip-Flops verbunden
sind und daß die Steuerelektroden des ersten und zweiten Transistors (13, 14) der Stromsteuertorschaltung
(3) mit den zweiten Elektroden des ersten und zweiten Transistors (5, 6) des Haupt-Flip-Flops
(1) verbunden sind.
Die Erfindung betrifft einen bistabilen Multivibrator der im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1
beschriebenen Art.
Ein solcher bistabiler Multivibrator ist beispielsweise durch die FR-PS 20 93 494 bekannt. Er zeichnet sich
dadurch aus, daß in die Verbindung zwischen den beiden Flip-Flops keine Widerstände eingefügt sind, so daß es
sich besonders einfach als monolitisch integrierte Schaltung herstellen läßt. Ein weiterer Vorteil dieses
bekannten bistabilen Multivibrators besteht darin, daß durch die Verwendung der Stromsteuertorschaltung
eine Rückkopplung zwischen den beiden Flip-Flops vermieden ist, so daß das Auftreten von Eigenschwingungen
weitgehend unterdrückt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen bistabilen Multivibrator zu schaffen, bei dem die
Entkopplung zwischen Haupt-Flip-Flop und Neben-Flip-Flop derart verbessert ist, daß die von den
Eingangsimpulsen gesteuerten Schaltzustandsänderungen mit noch größerer Zuverlässigkeit erfolgen. Ferner
soll der bistabile Multivibrator gemäß der Erfindung gegenüber Änderungen der Umgebungstemperatur und
der Speisespannung weitgehend unempfindlich sein.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden feil des Patentanspruches i genannten Merkmale
'döst.
Durch die Verwendung getrennter Sfotnpfade zur Ansteuerung von Haupt- und Neben-FHp-Flop oder des
Haupt-Flip-Flops und der Stromsteuertorschaltung und dadurch, daß diese Ansteuerstromkreise außerdem
zeitlich gegeneinander entkoppelt sind, wird vermeden, daß sich Stromschleifen bilden, über welche der die
Transistoren der Stromsteuertorschahung durchfließende Sperrstrom die Funktion der von den Eingangsimpulsen gesteuerten Stromquelle zur Ansteuerung der
Flip-Flops beeinti ächtigen könnten.
Durch eine Weiterbildung der Erfindung gemäß dem. Patentanspruch 2 wird der bistabile Multivibrator so
abgewandelt, daß er auch für den Betrieb mit höheren Eingangsfrequenzen geeignet ist.
Hierdurch wird erreicht, daß die Stre'ikapazität der
Diodenübergänge der Transistoren der Stromsteuertorschaltung beim Übergang vom Diodenbetrieb in den
Transistorbetrieb besonders schnell aufgeladen werden, so daß dieser Übergang ebenfalls entsprechend schnell
erfolgt. Dies wiederum ermöglicht den Betrieb bei höheren Eingangsfrequenzen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen beschrieben.
Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert:
Fig. 1 zeigt die Schaltung eines bistabilen Multivibrators
nach dem Stand der Technik,
F i g. 2 zeigt eine Tabelle mit den Schaltzuständen der Transistoren der Schaltung nach F i g. 1,
Fig. 3 zeigt tabellarisch die Abhängigkeit der Ausgangsspannungen der Schaltung nach F i g. 1 in
Abhängigkeit von den Eingangsimpulsen,
Fig.4A bis 4D zeigen Zeitdiagramme zur Erläuterung
der Schaltung nach Fig. 1 sowie des Multivibrators gemäß der Erfindung,
Fig.5 bis 7 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Der in Fig. 1 dargestellte bistabile Multivibrator ist
vom sog. T-Typ. Er dient als Frequenzteile und besteht aus einem Haupt-Flip-Flop 1 und einem Neben-Flip-Flop
2 sowie einer Stromsteuertorschaltung 3. Alle Transistoren ^ind vom ntn-Typ, ihre Kollektoren sind
mit dem Anschluß 4 für den positiven Pol der Speisespannung V1x verbunden.Indem Haupt-Flip-Flop
1 ist der Kollektor jedes der Transistoren 5 und 6 mit der Basis des jeweils anderen Transistors 6 bzw. 5
verbunden. Ihre Emitter stehen miteinander und mit dem gemeinsamen Anschluß 9 des Haupt-Flip-Flops 1 in
Verbindung.
In ähnlicher Weise sind die Kollektoren der Transistoren 7 und 8 des Neben-Fli^-Flops 2 mit der
Basis des jeweils anderen Transistors 8 bzw. 7 verbunden, ihre Emitter stehen unmittelbar mit dem
Bezugspotential Masse in Verbindung. Der gemeinsame Anschluß 9 des Haupt-Flip-Flops ist über eine
geschaltete Stromquelle mit dem Bezugspotential verbunden. Diese Stromquelle besteht aus einem
Transistor 11, der durch ein Zeitgebersignal 12 gesteuert
wird und einen konstanten, d. h. von der Belastung unabhängigen, Strom liefert.
Die Stromsteuertorschaltung 3 besteht aus zwei Transistoren 13 und 14, deren Emitter miteinander und
mit dem gemeinsamen Anschluß 9 der geschalteten Stromquelle verbunden sind. Basiselektroden der
Transistoren 13 und 14 sind mit den Kollektoren der Transistoren 5 bzw. 6 verbunden. Ihre Kollektor-Elektroden
stehen mit den Kollektor-Elekiroden der Transistoren 7 bzw. 8 in Verbindung.
Im folgenden sei die Wirkungsweise der in F i g. 1 dargestellten Schaltung unter Bezug auf Fig. 2 bis 4
erläutert:
In Fig. 2 bedeuten die Ausdrücke »CW« und »OFF«
den leitenden bzw. nichtleitenden Zustand der betreffenden Transistoren. Das Diodensymbol bedeutet, daß
die betreffenden Transistoren 13 bzw. 14 derart vorgespannt sind, daß ihre Basis-Kollektor-Strecken als
Dioden wirken.
Ihr Ausgangszustand ist dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor 7 des Neben-Flip-Flops 2 leitend und der
Transistor 8 nichtleitend ist. Die Zeitgeberimpulse am gemeinsamen Anschluß 9 sind in Fig.4A dargestellt.
Wenn einer dieser Zeitgeberimpulse zu Beginn des
Intervalls Ti seinen oberen Pegelwert erreicht, sind die Transistoren 5, 6. 13 und 14 nichtleitend. Es sei
vorausgesetzt, daß hierbei die Basis-Kollektor-Strecken der Transistoren 13 und 14 in Flußrichtung, die
Transistoren also invers, d. h. als Dioden betrieben werden. Bei dem in der ersten Zeile der Tabelle nach
F i g. 2 dargestellten Schaltzustand fließt der Strom von dem Batterieanschluß 4 über die Basis-KoUektor-Strekke
des Transistors 14 und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 8 nach Masse. Da der Transistor 8
zunächst leitend ist, liegen die Kollektoren der Transistoren 8 und 14 praktisch auf Null-Potential.
Dementsprechend hat das Basispotential des Transistors 14 in bezug auf das Bezugspotential (auf Masse)
den Wert V^ der dem Spannungsabfall über der
Basis-Kollektor-Strecke des Transistors 14 entspricht (F ig. 4C).
Das Basispotential des Transistors 13 hat den Wert 2 Vbe (Fig. 4B), das den Spannungsabfall an der
Basis-Kollektor-Strecke des Transistors 14 zuzüglich dem Spannungsabfall an der Basis-Emitter-Strecke des
Transistors 8 entspricht. Fig. 4D und 4E zeigen die Kollektorpotentiale der Transistoren 7 und 8.
Die in F i g. 3 dargestellte Tabelle zeigt die Spannungen an den Kollektoren, d. h. an den Schaltungspunkten
T P, Q und Q in Abhängigkeit von den Zeitgeberimpulsen am gemeinsamen Anschluß 9. Wenn dieser seinen
oberen Pegelwert hat, arbeiten die beiden Transistoren 13 und 14 als Dioden.
Wenn die Signalspannung am gemeinsamen Anschluß 9 während der Zeitspanne T2 auf ihren niedrigen Wert
absinkt, wird der Transistor 6 leitend. Der Transistor 5 bleibt infolge der unterschiedlichen Basisvorspannung
der Transistoren 13 und 14 nichtleitend. Auf diese Weise wird der Schaltzustand des Neben-Flip-Flops 2, dessen
Transistor 7 nichtleitend und dessen Transistor 8 leitend ist, auf das Haupt-Flip-Flop 1 übertragen. Dadurch
nehmen die Basispotentiale der Transistoren 13 und 14 die Pegelwerte V^ebzw. Null an, wie dies in F i g. 4B und
4C dargestellt ist.
Gleichzeitig werden die Transistoren 13 und 14 derart umgesteuert, daß sie im Transistorbetrieb arbeiten. In
diesem Zustand ist der Transistor 13 leitend, während der Transistor 14 nichtleitend ist. Der Zustand des
Neben-Flip-Flops 2 wird invertiert. Aus den in Fig. 2
und 3 dargestellten Tabellen sowie aus den Zeitdiagrammen nach Fig. 4D und 4E ist erkennbar, daß der
Transistor 7 während der Zeitspanne T2 leitend und der
Transistor 8 nichtleitend ist.
Zu Beginn der Zeitspanne T3 steigt die Spannung am
gemeinsamen Anschluß 9 von neuem an. Die Tiansisto-
ren 13 und 14 sind wieder so vorgespannt, daß sie als Dioden arbeiten. Deshalb nimmt das Basispotential des
Transistors 13 den Wert Vde an, der dem Spannungsabfall
über der Kollektor-Basis-Strecke des Transistors 13 entspricht. Das Brasispotential des Transistors 14 nimmt
den Wert 2 Vde an, der dem Spannungsabfall über der
Kollektor-Basis-Strecke des Transistors 14 zuzüglich dem Spannungsabfall über der Basis-Emitter-Strecke
des Transistors 7 entspricht (F i g. 3 und 4). Während der Zeitspanne Ta, fällt die Spannung am gemeinsamen
Anschluß 9 von neuem ab, so daß der Transistor 5 leitend und der Transistor 6 nichtleitend wird. Damit
wird der Schaltzustand des Neben-Flip-Flops 2, in welchem der Transistor 7 leitend und der Transistor 8
nichtleitend ist, auf das Haupt-Flip-Flop 1 übertragen. Das Basispotential des Transistors 13 wird Null und das
Basispotential des Transistors 14 nimmt den Wert Vde
an. Dies ist aus der unteren Zeile der Tabelle nach F i g. 3 und aus den Zeitdiagrammen nach F i g. 4D und 4E für
die Zeitspanne T4 erkennbar. Der Transistor 7 wird dementsprechend nichtleitend und der Transistor 8 wird
leitend.
Aus der vorangehenden Beschreibung geht hervor, daß das Neben-Flip-Flop 2 nacheinander zwei stabile
Schaltzustände einnimmt und daß an den Kollektoren eine Frequenzteilung der Eingangsimpulse auftritt. Wie
aus Fig. 4D und 4E erkennbar ist, haben die Ausgangsimpulse, d. h. die Impulse an den Kollektoren
der Transistoren 7 und 8, die halbe Frequenz der Eingangsimpulse. Die Polarität der Ausgangsimpulse
wechselt jeweils mit der Rückflanke des Eingangssignals am gemeinsamen Schaltungspunkt 9.
Wenn die Transistoren 13 und 14 invers, d. h. als Dioden, arbeiten, fließt ein endlicher Leckstrom von den
Emittern der Transistoren 5 und 6 über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 13 zum Transistor 7 und
über diesen nach Masse. Dies entspricht dem Schaltzustand während der Zeitspanne T3. Während dieser
Zeitspanne kann das Potential am gemeinsamen Anschluß 9 und damit am Kollektor des Transistors 11
zu Null werden, so daß das Eingangssignal den Transistor 12 nicht korrekt in seinen leitenden Zustand
steuert.
F i g. 5 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das diesen Nachteil vermeidet. Bei der
Schaltung nach F i g. 5 werden die zum Umschalten der Transistoren bestimmten Signale dem Haupt-FlipFlop 1
und der Stromsteuertorschaltung 3 getrennt zugeführt. Die von den Eingamgsimpulsen der Impulsquelle 12
gesteuerte Stromquelle besteht aus zwei Transistoren 16 und 17. Während die Basis des Transistors 16
unmittelbar mit der Irnpulsquclle 12 verbunden ist, ist in die Verbindung zwischen der Basis des Transistors 17
und der Impulsquelle 12 ein als Spannungsteile ausgebildetes Dämpfungsglied eingefügt. Durch die
Widerstände 20 und 21 dieses Spannungstciles sowie durch die Widerstände 18 und 19 im Basiskreis des
Transistors 16 bzw. im Kollcktorkrcis des Transistors 17 sind die Transistoren 16 und 17 derart vorgespannt, daß
der Transistor 16 infolge der endlichen Steilheit der Vordcrflankc der Eingangsimpulse um eine endliche
Zeitspanne früher in seinen leitenden Zustand gelangt als der Transistor 17. Der hohe Wert des Emitterpotcntials
des Haupt-Flip-Flops 1 sinkt dann auf das Bezugspolential ab, während der Schaltzustand des
Ncbcn-Flip-Flops 2 beibehalten wird. Die Transistoren
13 und 14, welche zunächst invers betrieben werden, also als Dioden arbeiten, werden durch die Zustandsänderung
des Haupt-Flip-Flops so umgesteuert, daß sie im Transistorbetrieb arbeiten.
In dem Zeitpunkt, in welchem sich der Betriebszustand der Transistoren 13 und 14 in der vorgenannten
Weise ändert, wird eine von ihnen für den Kollektorstrom eines der Transistoren 7 oder 8 des Neben-Flip-Flops
durchlässig. Das Neben-Flip-Flop ändert dadurch seinen Schaltzustand, während die Transistoren 16 und
17 der gesteuerten Stromquelle leitend sind.
ίο Wenn die Spannung des von der Impulsquelle 12
gelieferten Eingangssignals abfällt, wird der Transistor 17 eine endliche Zeitspanne früher in seinen nichtleitenden
Zustand gesteuert als der Transistor 16. Die Betriebsart der Transistoren 13 und 14 wird umgekehrt,
IS so daß diese invers, d. h. als Dioden arbeiten. Sobald der
Transistor 16 vollständig nichtleitend ist, fließt ein Strom von der Speisespannungsquelle über den
leitenden Transistor des Haupt-Flip-Flops 1 zu der Basis des Transistors 13 bzw. 14. Dementsprechend wird das
ίο Kollektorpotential der Transistoren 5 und 6 auf die
Werte 2 Vde bzw. Vre fixiert, wie dies oben anhand von
F i g. 1 beschrieben wurde.
Die bei der Beschreibung der Schaltung nach F i g. 1 erwähnte Stromschleife, welche das ordnungsgemäße
Umschalten des Transistors 11 der gesteuerten Stromquelle beeinträchtigt, ist bei der Schaltung nach Fig.5
nicht vorhanden, da die Emitter der Transistoren des Haupt-Flip-Flops 1 und der Stromsteuertorschaltung 3
voneinander getrennt sind. Da dem mit dem gemeinsamen Anschluß 24 verbundenen Kollektor des Transistors
17 über den Widerstand 18 außerdem ein endlicher Strom zur Vorspannungserzeugung zugeführt wird,
kann sein Kollektorpotential niemals auf den Wert Null fallen. Daher kann das von der Impulsquelle 12
gelieferte Eingangssignal den Transistor 17 ohne jede Beeinträchtigung in seinen leitenden Zustand steuern.
F i g. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das mit Eingangssignalen sehr hoher
Frequenz betrieben werden kann. Die Frequenz kann etwa 80 Mhz betragen. Die von den Eingangsimpulsen
gesteuerte Stromquelle ist bei der Schaltung nach F i g. 6 als Differentialschaltung ausgebildet. Sie besteht
aus den Transistoren 26, 27 und 28. Die Emitter dieser Transistoren sind miteinander und über eine aus einem
Transistor 29, dessen Basis durch eine Spannungsquelle 31 vorgespannt ist, bestehende Stromquelle mit dem
Bezugspotential verbunden. Die Basis des Transistors 28, welcher Bestandteil der erwähnten Differentialschal·
tung ist, ist durch eine Spannungsquelle 30 vorgespannt so daß die Steuersignale der Transistoren 26 und 2Ί
einerseits und des Transistors 28 andererseits gegen phasig sind. Da die Spannung an den Emittern dci
Transistoren 13 und 14 einerseits und die Spannung an Kollektor der Transistoren 7 und 8 unterschiedlich«
Phase besitzen, werden die Transistoren 13 und 14 dann wenn sie invers, d. h. als Dioden betrieben werden
schnell in den Betriebszustand umgeschaltet, in welchen sie als normale Transistoren arbeiten. Dies bedeute!
daß die Kapazität der Diodenübergänge der Transisto rcn 13 und 14 schnell aufgeladen werden. Infolge de
hohen Kollektorspannung der Transistoren 7 und ι werden die Transistoren 13 und 14 anschließend rase'
auf normalen Transistorbetrieb geschaltet.
F i g. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel de Erfindung. Bei diesem sind das Haupt-Flip-Flop und di
Stromsteuertorschaltung zu einer einzigen Schaltung; stufe 32 zusammengefaßt. Der gemeinsame Anschlu
des Haupt-Flip-Flops und der des Nebcn-Flip-Flor.
sind wieder mit gegeneinander entkoppelten Ausgängen der von den Eingangsimpulsen 12 gesteuerten
Stromquelle verbunden, welche wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.5 als Differentialschaltung
ausgebildet ist. Der erste Transistor 26 wird durch das Eingangssignal 12 wieder direkt angesteuert, während
der zweite Transistor 28, dessen Basispotential dui die Spannungsquelle 30 festgelegt ist, als Phasenu
kehrschaltung betrieben wird, so daß die an c Kollektoren 26 und 28 auftretenden Steuersign
entgegengesetzte Phasenlage besitzen.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
709 641/3:
Claims (2)
- Patentansprüche:I. ßistabiler Multivibrator mit einem Haupt-Flip-Flop, welches einen ersten und einen zweiten Transistor mit jeweils einer ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode und einer Steuereleketrode aufweist, wobei die ersten Elektroden beider Transistoren mit einem ersten gemeinsamen Anschluß verbunden sind, mit einem Neben-Flip-Flop, welches einen dritten und einen vierten Transistor mit jeweils einer ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode und einer Steuerelektrode aufweist, wobei die ersten Elektroden des dritten und vierten Transistors miteinander verbunden sind, mit einer Stromsteuertorschaltung, die zwei den beiden Flip-Flops zugeordneten Transistoren' enthält, welche im Takt der Eingangsimpulse alternativ im Dioden- oder Transistorbetrieb arbeiten und damit eine Rückkopplung zwischen den beiden Flip-Flops verhindern, ferner mit einer durch die Eingangsimpuise gesteuerten Stromquelle, die mit dem genannten ersten gemeinsamen Anschluß und der Stromsteuertorschaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Eingangsimpulsen (12) gesteuerte Stromquelle einen ersten (16, 26) und einen zweiten Treiber-Transistor (17, 28) umfaßt, daß der in seiner Leitfähigkeit beeinflußbare Strompfad jedes dieser Treiber-Transistoren von der zwischen der ersten (Emitter) und der zweiten Elektrode (Kollektor) liegenden Halbieiterstrecke gebildet ist, daß die Eingangsimpulse der Steuerelektrode (Basis) des ersten Treiber-Transistors (16, 26) zugeführt werden, derart, daß dieser vor dem zweiten Treiber-Transistor (17, 28) in seinen leitenden Zustand gesteuert wird, und daß der steuerbare Strompfad zwischen der ersten (Emitter) und der zweiten Elektrode (Kollektor) des zweiten Treiber-Transistors (17, 28) mit einem zweiten gemeinsamen Anschluß (Masse, 24) in Reihe geschaltet ist, der von dem Verbindungspunkt der ersten Elektroden (Emitter) der beiden Transistoren (13, 14) der Stromsteuertorschaltung (3) oder dem Verbindungspunkt der ersten Elektroden (Emitter) der beiden Transistoren (7, 8) des Neben-FIip-Flops (2) gebildet ist.
- 2. Bistabiler Multivibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Treiber-Transistor (26 und 28) in Differentialschaltung miteinander verbunden sind und daß der zweite Treiber-Transistor (28) in Serienschaltung zwischen die miteinander verbundenen ersten Elektroden (Emitter) des dritten und vierten Transistors (7 und 8) und Masse eingefügt ist, daß die von den Eingangsimpulsen gesteuerte Stromquelle einen als Konstantstrornquelle dienenden dritten Transistor (29) mit einer ersten, einer zweiten und einer Steuerelektrode umfaßt, und daß die zwischen der ersten und der zweiten Elektrode liegende Halbleiterstrecke (Emitter-Kollektor-Strecke) dieses als Konstantstromquelle dienenden Transistors (29) mit den entsprechenden Halbleiterstrecken (Emitter-Kollektor-Strecken) der beiden Differentialschaltungen miteinander verbundenen Treiber-Transistoren (26 und 28) verbunden ist (F i g. 6 und
Applications Claiming Priority (3)
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JP1589073 | 1973-02-06 | ||
JP1589073U JPS5249632Y2 (de) | 1973-02-06 | 1973-02-06 | |
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Publications (3)
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DE2405500B2 DE2405500B2 (de) | 1977-03-03 |
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