DE2424335A1

DE2424335A1 - Leitungsanpassungsschaltung fuer einen mit einem tongenerator ausgeruesteten tondrucktastenwahlfernsprecher

Info

Publication number: DE2424335A1
Application number: DE2424335A
Authority: DE
Inventors: Cornelis Maria Hart; Daniel Johannes Gerard Janssen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-05-25
Filing date: 1974-05-18
Publication date: 1974-12-19
Also published as: GB1438263A; US3982078A; JPS5022507A; DK280374A; CA997079A; USB472284I5; NL7307296A; ES426575A1; IT1012756B; BE815522A; FR2231167A1

Description

PAss Dieter Poddig

PHN. Anm.: N.Y.Philips'Ixlooilaiapcnfaljrieken

DEEN/WJM/JOXG. Akte: PHN-6947
Anmeldung vom: 17.5.74 6-3-197*ΰ

"Leitungsanpassungsschaltung für einen mit einem Tongenerator ausgerüsteten Tondrucktastenwahlfernsprecher"

Die Erfindung betrifft eine Leitungsanpassung; schaltung für einen mit einem Tongenerator ausgerüsteten Tondrucktastenwahlfernsprecher.

Ein Fernsprecher ist gewöhnlich an ein aus

einer Zentrale ankommendes Leitungspaar angeschlossen, das zum Übertragen von zwischen der Zentrale und dem Fernsprechgerät auszutauschender Information, wie Sprach- und Tonsignalen, dient. Dieses Leitungspaar wird gleichfalls dazu benutzt, die im Apparat vorhandenen Schaltungen mit Gleichstrom zu versorgen. Die an die Apparatschaltungen zu stellenden Anforderungen sind, dass die Wechselspannungsimpedanz gleich der charakteristischen Impedanz des Leitungspaares

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sein. muss, während der,Gleichstromwiderstand einen solchen Wert haben muss, dass der vom minimal erforderlichen Lei— tungsstrom über diesen Widerstand ausgelöste Spannungsabfall wenigstens gleich der für die im Fernsprechapparat vorhandenen Schaltungen erforderlichen Versorgungsspannung ist. Der maximale Abstand zwischen einem Fernsprecher und einer Zentrale ist für einen bestimmten Wert der Spannung der in der Zentrale angeordneten Speisequelle und für einen bestimmten Leitungswiderstand pro Längeneinheit der Leitung nur vom Gleichstromwiderstand der Apparatschaltung abhängig. Es ist deshalb vorteilhaft, wenn dieser Gleichstromwiderstand möglichst niedrig ist.

Die von der Anmelderin eingereichte niederländische Patentanmeldung 7*212.510 beschreibt u.a. eine Leitungsanpassungsschaltung für einen mit einem Tongenerator ausgerüsteten Fernsprechapparat, wobei zwischen einem Leitungspaar die Reihenschaltung einer Hauptstrombahn eines Transistors und eines Widerstandes angeordnet ist. Die Steuerelektrode des Transistors ist dabei an ein zwischen dem Leitungspaar geschaltetes, die Wechselstromimpedanz des Kreises bestimmendes Potentiometer angeschlossen. Hierbei wird der Gleichstromwiderstand der Schaltung ύοώ. der Steuerspannung und vom Widerstand bestimmt. Dieser mit der Hauptstrombahn des Transistors in Reihe geschaltete Widerstand bestimmt auch die Gleichspannungseinstellung des Transistors. Eine Herabsetzung dieses Widerstandes zum Herabsetzen des Gleichstromwiderstandes der Schaltung

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bewirkt dadurch, dass die Aussteuerbarkeit des Transistors verkleinert wird. Es ist dabei nicht länger möglich, den von den Verwaltungen gewünschten Werten für die erzeugte Wechselspannungsleistung der Tonsignale bei einem von denselben Verwaltungen erforderten Wert des Gleichstromwider-Standes zu genügen.

Die Erfindung bezweckt, eine Leitungsanpas-

sungsschaltung für einen mit einem Tongenerator ausgerüsteten Fernsprechapparat zu schaffen, der einerseits Tonsignale mit von den Verwaltungen gewünschten Wechselstrom erzeugen und andererseits einen von diesen Verwaltungen gewünschten niedrigen Gleichstromwiderstand verwirklichen kann.

Die erfindungsgemässe Leitungsanpassungsschaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den zwei Anschlussklemmen der Schaltung eine mit dem Tongeneratox gekoppelte Wechselstromquelle zum Abgeben von Wechselströmen mit Tonsignalfrequenzen sowie eine bestimmte Wechselspannungsimpedanz und ein Verstärker angeordnet sind, wobei der Verstärkereingang über ein Tiefpassfilter mit einem ersten Abzweig eines gleichfalls zwischen den Anschlussklemmen angeschlossenen Potentiometers verbunden ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der

Figuren näher erläutert, wobei entsprechende Teile der verschiedenen Figuren mit dementsprechenden Bezugsziffern angedeutet sind. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung, die die LeitungsanpassungsschaLtung nach der Erfindung enthält, und

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Fig. 2 eine graphische Darstellung, in der in der Anordnung nach Fig. 1 auftretende Spannungen als Funktion der Zeit wiedergegeben sind.

Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Anordnung, die die erfindungsgemässe Leitungsanpassungsschaltung enthält.

In Fig. 1 ist eine Anordnung zum Erzeugen

von im Sprechfrequenzband liegenden Tonsignalen für das Wählen und zum Ausstrahlen dieser Tonsignale auf einem Leitungenpaar wiedergegeben. Die Anordnung ist deshalb an die Leitungsanschlussklemmen 1 und 2 des Leitungenpaares 3 angeschlossen, das die Anordnung mit einer Fernsprechzentrale 4 verbindet.

Die Anordnung enthält einen Tongenerator 5j

eine Leitungsanpassungsschaltung 6 und eine Schaltung 7 zum Unempfindlichmachen der Anordnung gegen die Polarität der Leitungsspannung.

Eine ausführliche Beschreibung des Tongenerators 5 ist in der niederländischen Patentanmeldung 7»207«933 und eine Beschreibung der Schaltung 7 zum Unempfindlichmachen der Anordnung gegen die Spannungspolarität der Leitung ist in der niederländischen Patentanmeldung 7.2OO.294 gegeben.

Die nach Fig. 1 wiedergegebene Anordnung wird von der Zentrale 4 aus versorgt, wobei die Batterie 8 die in der Zentrale 4 vorhandene Versorgungsquelle darstellt. Die Gleichstromwiderstände des Leitungenpaares 3 sind mit 9 angedeutet.

Die Fernsprechverwaltungen fordern, dass die Wechselstromimpedanz der Anordnung einen bestimmten

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Vert haben muss, z.B. 800 Ohm, wodurch sie der charakteristischen Impedanz des Leitungenpaares 3 angepasst ist.

Für den Gleichstromwiderstand der Anordnung

gilt im allgemeinen, dass, je kleiner der Wert dieses Widerstandes ist, umso grosser die maximale Länge des zwischen dem Fernsprechapparat und der Zentrale liegenden Leitungenpaares sein kann.

Der Wert wird jedoch dadurch begrenzt, dass

der Gleichstromwiderstand so gross sein muss, dass der vom Leitungsstrom über den Widerstand ausgelöste Spannungsabfall einen Wert mindestens gleich der für die Elektronikschaltung der Anordnung erforderlichen Versorgungsspannung haben muss. Die Verwaltungen haben füx" diese Versorgungsspannung keine feste Bedingungen gestellt, aber sie empfehlen eine Versorgungsspannung, die darauf basiert, dass bestehende Fernsprechapparate ein Kohlemikrophon enthalten. Diese Kohlemikrophone erfordern eine Gleichstromversorgung von ungefähr 20 mA und haben einen Innenwiderstand von ungefähr 120 Ohm, so dass sie eine Gleichspannungsversorgung von ungefähr 2,4 Volt erfordern. Die für die Anordnung zur Verfugung zu stellende Versorgungsspannung müsste dieser Gleichspannungsversorgung entsprechen.

Ausserdem wünschen die Verwaltungen dabei

eine möglichst grosse Tonsignalleistung an das Leitungenpaar .

Mit Hilfe der erfindungsgemässen Leitungsanpas sungsschaltung 6 kann obigen Bedingungen auf einfache

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Weise entsprochen werden.

Zu diesem Zweck ist zwischen der Anschlussklemme 10 und der Anschlussklemme 11 eine Wechselstromquelle aus einer Hauptstrombahn eines Transistors 12 und einem Widerstand 13 angeschlossen, wobei die Steuerelektrode des Transistors 12 mit einem Ausgang 19 des Tongenerators 5 gekoppelt ist. Die Leitung ist für Wechselspannungen mit der aus den Widerständen 14, 15 und 16 zusammengesetzten Wecliselstromimpedanz von 800 Ohm gesperrt, welche Widerstände 14, 15 und 16 ein zwischen den Anschlussklemmen 10 und 11 angeordnetes Potentiometer bilden. Weiter ist zwischen den Anschlussklemmen 10 und 11 ein Verstärker I7 angeschlossen, der in diesem Ausführungsbeispiel durch den Transistor 18 gebildet wird, der jedoch, wenn eine grosse Stromverstärkung erfordert wird, aus einer Anzahl Transistoren bestehen kann. Weiter ist der von der Steuerelektrode des Transistors 18 gebildete Eingang I9 des Verstärkers I7 über ein Tiefpassfilter 10 mit einem ersten Abzweig 21 des Potentiometers 14, 15 und 16 gekoppelt.

Das Tiefpassfilter enthält einen zwischen

dem ersten Abzweig 21 des Potentiometers 14, I5 und l6 und dem Eingang I9 des Verstärkers 17 geschalteten Widerstand 22 und einen zum Eingang des Verstärkers 18 parallel geschalteten Kondensator 23·

Der Wert des Widerstandes 14 ist gleich der

Summe der Werte der Widerstände I5 und 16 gewählt und beträgt 400 Ohm. Damit ist die Grösse der Gleichspannung

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zwischen den Anschlussklemmen 10 und 11 festgelegt. Denn am Basis-Emitterübergang des Transistors 18 liegt 0,7 Volt. Unter Vernachlässigung des vom Einstellstrom der Steuerelektrode verursachten äusserst geringen Spannungsabfall am Widerstand 22 liegt diese 0, 7 Volt an den Widerständen 15 und 16 des Potentiometers. Der dadurch ausgelöste Strom in den Widerständen I5 und 16 durchfliesst auch den Widerstand i4. Da dieser Widerstand 14 gleich der Summe der Widerstände 15 und 16 ist, beträgt die zwischen den Anschlussklemmen 10 und 11 anliegende Gleichspannung 1, 4 VoIt. Würde die Spannung zwischen diesen Punkten langsam ansteigen, nimmt die Spannung an der Steuerelektrode des Transistors 18 gleichfalls zu und zieht dieser Transistor mehr Strom, der von der Versorgungsquelle 8 über den Widerstand 9 geliefert wird. Hierdurch vergrössert sich der Spannungsabfall am Widerstand 9 derart, dass die Spannung zwischen den Anschlussklemmen 10 und 11 wiederum 1,4 Volt beträgt. Die umgekehrte Wirkung wird bei einer langsamen Abnahme der Gleichspannung zwischen den Anschlussklemmen 10 und 11 erzielt. Diese Gleichspannung ist in einer nach Fig. 2 wiedergegebenen graphischen Darstellung gegen die Zeit eingetragen und wird dort mit dem Symbol V «r angedeutet.

Zwischen den Leitungsanschlussklemmen 1 und 2 und den Anschlussklemmen 10 und 11 ist die Schaltung 7 angebracht, die das Arbeiten der Anordnung unabhängig von der Polarität der Leitungsspannung ermöglicht und die den Multiemittertransistor 24 und die Transistoren 25 und 26

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enthält. In positivem Zustand der Leitungsanschlussklemme gegenüber der Leitungsanschlussklemme 2 ist der Emitterbasisübergang des Transistors 2k, der mit der Klemme 1 verbunden ist, in Durchlassrichtung geschaltet und ist gleichfalls der Transistor 25 leitend, weil der Emitter dieses Transistors 25 mit der Leitungsanschlussklemme 2 verbunden ist, wobei dieser Transistor 25 in die Sättigung gesteuert wird. Ein identische Wirkungsweise für den anderen Basisemitterübergan* des Transistors 2k und des Transistors 26 gilt für den positiven Zustand der Leitungsanschlussklemme 2 gegenüber der Leitungsanschlussklemme 1. An einem der Emitterbasisübergänge des Transistors 2k liegt somit 0,7 Volt, während der Spannungsabfall an dem in die Sättigung gesteuerten Transistor 25 oder 26 ungefähr 0,2 Volt beträgt. Zusammen mit den zwischen den Klemmen 10 und 11 vorhandenen 1,k Volt erfordert diese Schaltung eine Gleichspannung, die einen Wert von nur 2,3 Volt zwischen den Leitungsanschlussklemmen 1 und 2 hat, welcher Wert dem Wert der für ein gegebenenfalls zwischen diese Leitungsanschlussklemmen anzuschliessendes Kohlemikrophon erforderten Gleichspannungsversorgung entspricht.

Die Wirkungsweise der Leitungsanpassungs-

schaltung 6 für die vom Tongenerator 5 erzeugten Tonsignale ist wie folgt. Die Gleichstromeinstellung des Transistors 12 wird derart gewählt, dass sie etwas grosser ist als der Spitzenwert des gewünschten Wechselstromes, was durch die geeignete Wahl der Steuerspannung und den Wert von Wider-

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ständen verwirklicht wird. Steigt nach dem Ablauf des Einschal tvorgangs des Tongenerators 5 der von diesem Tongenerator 5 der Basis des Transistors 12 zugeführte Basisstrom an, so wird der Transistor 12 mehr Kollektorstrom ziehen. Dieser zusätzliche Strom wird von der Batterie 8 über einen der Leitungswiderstände 9, die Leitungsanschlussklennne 1 und den Transistor 24 dem Transistor 12 zugeführt und über einen der Transistoren 25 und 26 und den anderen Leitungswiderstand 9 zur Batterie 8 zurückgeführt. Dieser zusätzliche Strom bewirkt eine Vergrössertuig des Spannungsabfalls auf den Leitungswiderständen 9t so dass die Spannung zwischen den Leitungsanschlussklemmen 1 und 2 und in entsprechender Weise die Spannung zwischen den Klemmen 10 und 11 absinkt. Verringert der T.ongenerator 5 den Basisstrom durch den Transistor 12, sinkt der Kollektoremitterstrom ab und der Spannungsabfall auf den Leitungswiderständen 9 wird entsprechend kleiner. Dies hat zur Folge, dass sich die Spannung zwischen den Anschlussklemmen 10 und 11 vergrössert und die vom Transistor 18 auf 1,4 Volt bestimmte Spannung übersteigt. Die vom Tongenerator 5 an die Basis des Transistors 12 gelegten Schwankungen in den Basisströmen sind sinusförmig und haben Signalfrequenzen, die vom Tiefpassfilter abgeblockt werden. Die Steuerung des Transistors 18 wird durch diese Tonsignale somit nicht beeinflusst, wodurch vermieden worden ist, dass der Transistor 18 die Wechselspannungsschwankungen zwischen den Klemmen 10 und 11 beeinflusst«

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In der Fig. 2 ist ein Beispiel eines an den

Anschlussklemmen 10 und 11 auftretenden, der Gleichspannung von 1,4 Volt überlagerten Vechselspannungssignals 30 wiedergegeben, welches das Summensignal zweier erzeugter Tonsignale 31 und 32 bildet. Um nichtlineare Verzerrung zu vermeiden, kann der Transistor 12 so weit ausgesteuert werden, dass er noch gerade Strom zieht. Veil der Basisemitterübergang eines Transistors einen nichtlinearen Charakter aufweist, wird zur Vermeidung nichtlinearer Verzerrung der . Transistor 12 nicht voll ausgesteuert und durch die Spannung am Widerstand 13 gegengekoppelt.

Die maximale Amplitude der zusammengesetzten

Tonsignale zwischen den Klemmen 10 und 11 beträgt denn auchungefähr 1,1 Volt, was einer Effektivspannung von 0,78 Volt entspricht. Das Tonsignal über eine Leitungsimpedanz von ungefähr 800 Ohm erzeugter Leistung beträgt dann 0,2 mWatt, was den von den Verwaltungen gewünschten Werten entspricht.

Obenstehendes zeigt, dass es durch Anwendung

der nach Fig. 1 wiedergegebenen Leitungsanpassungsschaltung möglich ist, einen mit einem Tongenerator ausgerüsteten Tondrucktastenwählfernspreeher mit einer äusserst niedrigen Gleichspannung zu betreiben und dabei noch genügend Tonsignalleistung für Auswahl erzeugen zu können.

Durch die Anwendung des Tiefpassfilters 20

ist die Anordnung nicht gegen auf der Leitung auftretende Störsignale geschützt, die eine sprunghafte Änderung aufweisen und eine hohe Amplitude haben. Um diesen Nachteil

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zu beseitigen, ist der Transistor 27 angeordnet, dessen Hauptstrombahn zur Hauptstrombann des Transistors 18 parallel geschaltet ist, und dessen Steuerelektrode mit einem zwischen den Widerständen 15 und 16 angeordneten zweiten Abzweigpunkt 28 des Potentiometers verbunden ist. Die Werte dieser Widerstände 15 und Λ 6 sind z.B. 250 und 150 Ohm» Der Transistor 27 leitet, wenn sich die Spannung am zweiten Abzweigpunkt der Basisemitterschvellenspannung von 0,7 Volt angleicht oder übersteigt. Dies geschieht bei den erwähnten Werten der Widerstände 14, 15 und 16, venn die Spannung zwischen den Anschlussklemmen 10 und 11 3j7 Volt übersteigt. Dieser Wert ist derart gewählt, dass er über dem Spitzenwert von 2,8 Volt der Tonsignalspannungen liegt.

Durch den an das Tiefpassfilter auf diese

Weise angeschlossenen Verstärker I7 ist die Zeitkonstante des Tiefpassfilters um einen Vervielfachungsfaktor gleich dem Verstärkungsfaktor dieses Verstärkers I7 vergrössert. Abgesehen von der dadurch erhaltenen besseren Wirkung des Tiefpassfilters hat diese grosse Zeitkonstante den Nachteil, dass die Einschaltzeit der Leitungsanpassungsschaltung ihr entspricht.

Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist die

Leitungsanpassungsschaltung mit einem Einschaltkreis jj^ versehen, der im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wiedergegeben ist. Dieser Einschaltkreis 33 ist mit einem aus den komplementären Transistoren 3h und 35 aufgebauten Thyristor

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versehen. Dabei ist die Basis des Transistors 3k, die die Steuerelektrode des Thyristors bildet, an einen Abzweig 36 des aus den Widerständen 37 und 38 gebildeten Spannungsteilers angeschlossen. Dieser Spannungsteiler hat einen Widerstand von 8OO_£7- 1 der die Wechselstromimpedanz der Leitungsanpassungsschaltung bildet. Weiter ist der Kollektor des Transistors 3^ über einen Widerstand 39 und Leiter kO mit einer der Eingangsklemmen 1 oder 2 gekoppelt und der die Kathode des Thyristors bildende Emitter ist an die Klemme 19 angeschlossen. Die Basis des komplementären Transistors 35 ist mit dem Kollektor des Transistors 3k verbunden; der die Anode des Thyristors bildende Emitter ist mit dem Leiter kO und der Kollektor mit der Basis des Transistors 3k verbunden. Die Wirkungsweise eines Thyristors wird als allgemein bekannt angenommen und hier deswegen nicht weiter beschrieben.

Die Wirkungsweise des Einschaltkreises

ist bei entladenem oder teilweise geladenem Kondensator 23 wie folgt. Beim Einschalten steigt die Spannung zwischen den Anschlussklemmen 10 und 11 und damit die Spannung am Basis-Emitter des Transistors 3k rasch an, da diese Basis-Emitter spannung gleich der Spannung zwischen den Anschlussklemmen 10 und 11 nach Abzug einer möglichen Spannung infolge einer Restladung am Kondensator 23 ist. Beim Überschreiten dieser Basis-Emitterspannung wird der Thyristor 3^,35 leitend, wonach sich der Kondensator 23 über den Leiter kO und den Thyristor 3k,35 durch den nahezu vollen

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Leitungsstrom sehr schnell auflädt. Die ansteigende Spannung am Kondensator 23 verursacht einen sehr raschen Abfall der Spannung zwischen dem Leiter 40 und der Klemme 19» also der

Spannung am Thyristor, bis unter die Löschspannung des Thyristors. Die Leitungsanpassungsschaltung befindet sich dabei in der Arbeitsstellung.

Es sei dabei bemerkt, dass der Thyristor 3h, 35 gleichfalls die Funktion des in der Fig. 1 wiedei-gegebenen Transistors 27 erfüllt. Der Potentiometerabzveig, . der mit dem Widerstand 22 verbunden ist, nimmt in diesem Ausführungsbeispiel die höchste Stellung ein.

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Claims

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- 14 PATENTANSPRÜCHE .

I 1 .j Leitungsanpassungsschaltung für einen mit

einem Tongenerator ausgerüsteten Tondrucktastenvählfernsprecher, dadurch, gekennzeichnet, dass zwischen den zwei Anschlussklemmen der Schaltung eine mit dem Tongenerator gekoppelte Wechselstromquelle zum Abgeben von Wechselströmen mit Tonsignalfrequenzen sowie eine bestimmte Wechselspannungsimpedanz und ein Verstärker angeordnet sind, wobei der Verstärkereingang über ein Tiefpassfilter mit einem ersten Abzweig eines gleichfalls zwischen den Anschlussklemmen angeschlossenen Potentiometers verbunden ist.
2. Leitungsanpassungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefpassfilter einen zwischen dem ersten Abzweig des Potentiometers und dem Eingang des Verstärkers angeordneten Widerstand und einen dem Verstärkereingang parallel geschalteten Kondensator enthält,
3. Leitungsanpassungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Potentiometerwiderstand die bestimmte Wechselspannungsimpedanz bildet.
4. Leitungsanpassungsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Schaltung einen zweiten Verstärker enthält, dessen Ausgang zum Ausgang des ersten Verstärkers parallel geschaltet ist und dessen Eingang mit einem zweiten Abzweig des Potentiometers verbunden ist, um dem zweiten Verstärker mit einer Teilspannung der dem ersten Verstärker zugeführten Spannung zu versorgen.

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5· Lextungsanpassungsschaltung nach einem der

Ansprüche 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass ein Einschaltkreis angeordnet ist, in dem ein mit dem Kondensator in Reihe geschalteter Thyristor vorgesehen ist, dessen Anode mit einer Eingangsklemme gekoppelt ist, dessen Kathode mit dem Verstärkereingang und dessen Steuerelektrode mit einem dritten Potentiometerabzweig verbunden ist.

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