DE2012376C3

DE2012376C3 - Schaltungsanordnung zum Unterscheiden zwischen unterschiedlichen metallischen Gegenständen, insbesondere Münzen

Info

Publication number: DE2012376C3
Application number: DE2012376A
Authority: DE
Inventors: Benno Dipl.-Ing. Kaufmann; Klaus Reinewald
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-03-16
Filing date: 1970-03-16
Publication date: 1975-04-30
Also published as: LU62780A1; JPS5214496U; DE2012376A1; DE2012376B2; GB1285305A; AT309543B; BE764333A; NL7102988A; FR2084554A5; CH573152A5; SE359951B

Description

ίο Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Unterscheiden zwischen unterschiedlichen metallischen Gegenständen, insbesondere Münzen in Selbstverkäufern, z. B. Münzfernsprechern, mit einei auf eine Impedanzänderung ansprechenden Brücken·

is schaltung und anschließenden Auswerteschaltmitteln. Bei den bekannten Brückenschaltungen zum Unterscheiden von unterschiedlichen metallischen Gegenständen (französische Patentschrift 1 283263, USA-Patentschrift 3152677, DT-OS 1474 736) wird nut

ao das in der Brücke auftretende Wechselspannungssignal verstärkt. Das ist verhältnismäßig aufwendig, da sich an die Brückenschaltung ein Verstärker, eine Gleichrichterschaltung, eine Siebschaltung und ein Grenzwertanzeiger anschließen müssen Außerdem

>5 gestaltet sich die bekannte Auswertung bei sehr kleinen Differenzspannungen sehr schwierig und aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Unterscheiden zwischen unterschiedlichen metallischen Gegenständen zu schaffen, durch die die Auswertung verbessert werden soll. Auf Münzen bezogen soll eine Werkstoffprüfung mit einer Genauigkeit erreicht werden, die für die Ausscheidung von allen gängigen Kursmün zen ausreicht und die in ihrem Aufwand in einem lohnenden Verhältnis zu den zur Zeit vorkommenden Fehleinnahmen durch Fremdgeld steht. Bei der Verwendung einer Brückenschaltung, die auf eine ImpedanzKnderung anspricht, wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, daß außer den für die Brücke nötigen Bauelementen ein zusätzlicher Widerstand zwischen der Brückendiagonale und einer Spannungsquelle vorgesehen ist, durch den in der Brückendiagonale eine Gleichspannung auf tritt, die in Zusammenhang mit der Wechselspannung in der Brückendiagonale den Schaltpunkt für die Auswertung bestimmt. Mit einer derartigen Anordnung wird durch den zusätzlichen Widerstand die Größe des Annahmebereichs in einfacher und ein deutiger Weise festgelegt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung beeinflußt ein weiterer Widerstand zusätzlich zu dem durch den ersten Widerstand bewirkten Spannungsabfall den Schaltpunkt so, daß selbst bei sehr schneller Modu lation der Brückendiagonalspannung noch eine Aus wertung realisierbar ist. Auf diese Weise wird es möglich, bei Selbstwählferngesprächen bis nach Übersee eine rasche Kassierung durchzuführen.

Die Trennschärfe an den Grenzen des Annahme-

bereichs wird gemäß einer Weiterbildung dadurch verbessert, daß parallel zu dem weiteren Widerstand ein Kondensator vorgesehen ist.

Metallische Gegenstände aus verschiedenen Werkstoffen lassen sich mit einer derartigen Prüfungsan- Ordnung leicht unterscheiden. Liegt hingegen die Leitfähigkeit der zu prüfenden Materialien ziemlich dicht beieinander, wie es in der Regel bei Münzen der Fall ist, dann wird es mit der Prüfung bzw. dem

Aufwand für eine entsprechende Anordnung, die für graphisch, wie anschließend anhand des Beispiels mil ein Massenprodukt wirtschaftlich sein soll, schwierig. den angenommenen Münzen erläutert wird.
Bei den folgenden Ausführungen wird daher nicht Aaf der Abszisse der komplexen Ebene wird beimehr allgemein auf metallische Gegenstände, sondern spielsweise der ohmsche Widerstand und auf dei aaf den speziellen Anwendungsuill, d. h. Münzen, 5 Ordinate der imaginäre Widerstand der durch die Bezug genommen. einzelnen Münzen beeinflußten Tastspulen aufgetra-

Normalerweise wird jede Meßbrücke für derartige gen. Wenn in einer derartigen komplexen Ebene eine Schaltungsanordnungen auf Null abgeglichen. Eine Reihe von Meßwerten der als gut zu erkennenden daran atigeschlossene Auswerteschrltung gibt dann Kursmünze und der auszuscheidenden Münzen einbei einer gewissen Überschreitung der Verstimmung 10 getragen worden sind und um die Meßpunkte der als der Brücke ein Kriterium, das im vorliegenden Fall richtig zu erkennenden Münzen ein Kreis entspreals Rückweisungssignal ausgewertet werden kann. chend dem durch die Empfindlichkeit der Answerte-Diese Verstimmung wird aus technischen Gründen, schaltung vorgegebenen Annahmebereich eingezeichz. B. der Verstärkung usw., in der Regel größer sein, «et wird, wie es bei einem Nullabgleich der Brücke als es durch den Annahmebereich der Münzen vor- 15 der Fall wäre, so würde dieser Annahmebereich auch gegeben ist, so daß in der Nähe liegende fremde einen großen Teil von österreichischen Schillingen Münzen kein Rückweisungssignal ergeben wurden, und englischen Shiüingen überdecken. Damit ist aber da sie innerhalb des Annahmebereichs liegen. Eine eine einwandfreie Trennung der Münzen nicht mög-Einengung des Prüfbereichs läßt sich beispielsweise lieh. Eine wesentliche Einengung des Prüfbereichs mit der der Erfindung zugrunde liegenden Anordnung ao läßt sich nun dadurch erzielen, daß die Grenzwerte dadurch erzielen, daß die Speisespannung der Briik- des Annahmebereichs durch Verbindung der Mittelkenschaltung oder der Verstärkungsgrad erhöht wird, punkte der jeweiligen Streubereiche und Halbieren so daß sich jeweils eine Vergrößerung der Auflösung dieser Strecken ermittelt werden und aus diesen ergibt. Unter Vergrößerung der Auflösung soll ver- Punkten und dem bekannten Durchmesser des Anstanden werden, daß bereits Münzen mit geringfügig »5 nahmebereichs in der komplexen Ebene zwei Kreise abweichender Leitfähigkeit ausgeschieden werden mit den Mittelpunkten außerhalb des Zentrums des können. Diese beiden genannten Möglichkeiten haben Streubereichs konstruiert werden. Je nach Lage der natürlich unter Berücksichtigung der technischen und tatsächlichen Streubereiche der auszuscheidenden wirtschaftlichen Verwertbarkeit ihre Grenzen. Münzen wird der Mittelpunkt des Abgleichkreises

Eine Anordnung zum Unterscheiden von Münzen 30 nach der einen oder anderen Seite der Trennungslinie aufgrund ihres Scheinwiderstandes basiert vorwiegend verlegt. Die Verbindung der Grenzwerte hat dann in auf der Trennung von Münzen fremder Währung, dem durch den neuen Kreis begrenzten Annahmedie in GröRe und Form mit der eigenen, also richtig bereich die Funktion einer Sehne. Aus den Widerzu erkennenden Kursmünze übereinstimmen und da- Standsangaben auf den Koordinaten der komplexen her aufgrund der bekannten mechanischen Sortier- 35 Ebene ist abzulesen, auf welchen Wert die Brücke einrichtungen nichi getrennt werden können. Ein der- für diesen Mittelpunkt zu verstimmen ist.
artiger Fall ist z. B. bei Prüfeinrichtungen für 1-DM- Bei laufender Sortierung wird die durch die Münze Stücke gegeben, die beispielsweise von Automaten bewirkte Verstimmung der Brücke ziemlich schnell zur Zeit gegenüber österreichischen Schillingen und erfolgen, so daß die Modulation in die Größenordenglischen Shillingen mit den bekannten Prüfmetho- 40 nung der Speisefrequenz der Brücke kommt und mit den kaum zu unterscheiden sind. Nachdem die ge- einer normalen Gleichrichterschaltung mit zwangnannten Münzen alle aus derselben Legierung, näm- läufig angeschlossener Siebung nicht wieder zu ge-Iich CuNi 25 bestehen, muß die Unterscheidungs- winnen ist. Das ist insbesondere ein Nachteil, wenn bzw. Trennmöglichkeit auf eine nicht 100%ige Ein- eine Münze den Annahmebereich zweimal durchläuft, haltung der Legierungsbestandteile und auf he- 45 so daß zwei Impulse entstehen müssen. Diese Imstimmte Verunreinigungen zurückgeführt werden. pulse treten dann durch die Trägheit der Gleich-

Wenn man nun eine Reihe der voneinander zu richtereinheit nicht mehr in Erscheinung,
trennenden Münzen, und zwar beispielsweise 1-DM- Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Stücke, österreichische und englische Schillinge, in Differenzverstärker, vorzugsweise ein Operationsvereiner Meßbrücke mit den Spulen duichmißt, die 50 stärker, vorgesehen, der vom Wechselspannungssignal später in einer Brückenschaltung zur Trennung Ver- der Brücke angesteuert wird und dessen Gleichwendung finden sollen und die ohmschen und induk- Stromarbeitspunkt außerhalb des aktiven Bereichs tiven Widerstandswerte in einer komplexen Ebene des Verstärkers liegt. Dadurch wird erreicht, daß die aufträgt, dann ist leicht zu erkennen, daß die Werte Funktion eines Verstärkers, Gleichrichters und Grenzder einzelnen Kursmünzen nicht auf einen Punkt zu- 55 wertanzeigers erzielt werden. Die Schaltungsanordsammenfallen, sondern streuen. Der Bereich, in dem lung dieses Operationsverstärkers besteht darin, daß die Streupunkte liegen, wird für die als gut zu er- zwischen dem Differenzeingang die Brücke liegt, der kennenden 1-DM-Stücke im folgenden als Annahme- nicht invertierende Eingang über einen Widerstand bereich bezeichnet. Eine Lösung zur Einengung des auf den Ausgang zurückgekoppelt ist und ein Wider-Prüfbereichs mit einfachen Mitteln besteht nun ge- 60 stand nach einem positiven bzw. negativen Potential maß einer Weiterbildung der Erfindung darin, daß führt. Bei einer relativ großen Verstimmung der man die Brückenschaltung nicht auf die als richtig zu Brücke, wird das Wechselspannungssignal der Brücke erkennende Münze, d. h auf die Mitte der Streu- den Verstärker in den aktiven Bereich steuern, so punkte, abgleicht, sondern daß die Abstimmung der daß am Ausgang des Verstärkers Impulse erscheinen, Brücke so vorgenommen wird, daß der Mittelpunkt 65 die durch einfache Integration einen bestimmten des Annahmebereichs außerhalb des Mittelpunkts Gleichspannungsmittelwert ergeben. Innerhalb des des Streubereichs der anzunehmenden Münze liegt. Annahmebereichs der als richtig zu erkennenden Die Ermittlung dieses Punktes geschieht vorzugsweise Münze wird der Verstärker nicht mehr in den aktiven

Rl	R2	■3 f ¹	: +	/V(Cl	+	*Cl)*
	_ R 3
Rl	A4
*~R2*	EutClly

5 ^L ' ■"' ■' '^! "' ' J 6 j

Bereich gebracht, so daß sich am Ausgang ein nur Die Brücke ist unabhängig vpn der Frequenz ab- j

von den Daten des ^!Verstärkers und der übrigen geglichen, Wenn "

Schaltung abhängiger Spannungswert ergibt. Dadurch

wird erreicht,- ääß am¹ Ausgang des Verstärkers eine

digitale Aussage in Form 'zweier verschiedener Span- 5

nungen existiert. Die Ausgangsspannung folgt durch

die Einfügung einer geeigneten' Rückführung vom ^so

Ausgang'auf denEingarig (Mitkopplung) in dem Ar ·

beitsbereich des Verstärkers praktisch trägheitslos

den schnellen Modulationen der Eingangsspannung. io

Je nachdem bei welcher Brilckenspannung der aktive ^u Bereich des Verstärkers verlassen bzw. betreten wird, R2-R3 = ~ sind (Imaginärteil).

erhält man am Ausgang eine digitale Information, c

d. h., ein bestimmter Grenzwert wird angezeigt. Die

Lage des Grenzwertes wird durch die Wahl der 15 Mit der Brückenschaltung nach der Erfindung ist Widerstände bestimmt. Ah Verstärker wurde ein ein leichter Abgleich mit ohmschen Widerständen

integrierter Operationsverstärker verwendet. Da es möglich. Mit dem regelbaren Widerstand RS wird

bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung vor die Amplitude der Brückenspeisespannung eingestellt,

allem darauf ankommt, eine wirtschaftliche Schaltung wodurch der Annahmebereich verkleinert oder ver-

zu finden, ist es mit dieser Ausführung gelungen, ao größen werden kann. Durch die besondere Anord-

einen Verstärker, einen Gleichrichter und einen nung der Meßspulen wird die Abstandsunempfind-

Grenzwertanzeiger praktisch in einem Bauteil zu ver- lichkeit verbessert. Vorzugsweise werden Tastspulen

wirklichen. verwendet, die die Größe der zu prüfenden Münzen

Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert. haben. Es zeigt 35 Der Temperaturgang einer solchen Spule wird Fig. 1 ein Schema für eine Schaltungsanordnung durch die zwei parallelgeschalteten Kondensatoren

nach der Erfindung, C1, C 2 kompensiert. Diese besitzen verschiedene

F i g. 2 den Aufbau einer Brückenschaltung, Temperaturbeiwerte, so daß je nach Wahl der Größe F i g. 3 eine Brückenschaltung mit anschließendem ein bestimmter Temperaturgang nachgebildet werden Verstärker, 30 kann.

F i g. 4 die Ortskurve des Scheinwiderstandes einer Eine andere Ausführungsform einer Brückenschal-Münze als Funktion vom Weg, tung besteht nach der F i g. 3 darin, daß sich der eine

F i g. 5 die Streubereiche auszuscheidender Münzen Brückenzweig aus den einander gegenüberstehenden

mit dem Annahmebereich der als richtig zu erkennen- Tastspulen Ll, L 2 und einem Widerstand R 6 mit

den Münze in einer komplexen Ebene und 35 negativem Temperaturbeiwert zusammensetzt Dieser

F i g. 6 die Differenzspannung am Verstärker in reduziert den Temperaturbeiwert dieses Zweiges so Abhängigkeit vom Weg der Münze für die als richtig weit, bis er den Wert des Widerstandes R 2 erreicht zu erkennende Münze und die auszuscheidenden hat. Der den Spulen gegenüberliegende Brücken-Münzen, zweig setzt sich aus der Parallelschaltung von einem

Wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist besteht die 40 regelbaren Widerstand R7 und einem Kondensator Schaltungsanordnung nach der Erfindung aus vier C 3 zusammen. Zwischen der Brückendiagonale und

Hauptbestandteilen, und zwar einem OszillatorO, der Spannungsquelle ist ein Widerstand R9 vorge-

einer Brücke Br, einem Operationsverstärker V und sehen, durch den in der Brückendiagonale eine

Auswerteschaltmitteln W, deren Ausgangssignale Gleichspannung auftritt, die in Zusammenhang mit

einen Auswurfmagneten Ma betätigen. Unter Aus- 45 der Wechselspannung in der Brückendiagonale den

werteschaltmitteln sind beispielsweise ein Schmitt- Schaltpunkt5 (Fig. 6) für die Auswertung bestimmt

Trigger und eine Kippstufe zu verstehen. Die übrigen Bauteile können in derselben Anordnung

Als Oszillator kann ein Oszillator üblicher Bauart wie in der Fi g. 2 übernommen werden. Verwendung finden. Eine Brückenschaltung nach der Die Diagonalspannung der in der Fig. 3 darge-Erfindung ist in der F i g. 2 dargestellt. Der eine 50 stellten Brücke wird dem Verstärker V zugeführt. An Brückenzweig besteht ans zwei sich gegenüberstehen- dessen Ausgang steht eine digitale Information zur den Tastspeles L1, L 2, die so geschaltet sind, daß Verfügung. EHe Mitkopplung wird durch die Parallelsich ihr Feld im Luftspalt addiert Auf diese Weise schaltung von einem Widerstand R 8 end einem Konerhält man ein nahezu konstantes Feld zwischen den densator C 4 erzielt. Aa dea Ausgang des Verstärkers beiden Spaten, das die zu prüfenden Münzen M pas- 55 schließt sich ein KC-Gtied an, das die beim Durchsieren. Der geerliegende Brückenzweig setzt fahren des aktiven Bereichs des Verstärkers auftresich aus einer Parallelschaltung von zwei Kondensa- tenden Spannungen glättet Anschließend folgen die toren C1, C2 und von einem regelbaren Widerstand zur Steuerung eines Ausscheideorgans, z.B. eines A4 zusammen. Die beiden anderen Brückenzweige AuswurfmagnetenMA,erforderlichen Schaltmittd W, bestehen aas einem festen Widerstand R 2 and einem 60 wie z. B. ein Schmitt-Trigger und eine Kippstufe, die veränderbaren Widerstand R 3. Zur Veränderung der in der F ig. 3 nicht mehr dargestellt sind. Speisespasnang ist ia der Zoleitaiig zar Brücke ein Für die Besonderheit der Auswertung, die bei anveränderbarer Widerstand R S vorgesehen. Vom zunehmenden Münzen nacfa dem vorliegenden Aus-Wechsefcpanal der Brocke wird der Diffe- führungsbeispiel einen Impels und bei gewissen ausrenzverstärker, vorzugsweise em Operationsverstär- 65 zuscbeidendea MSnzen zwei Impulse ergibt, ist die ker V, angesteuert Ia den anschKeßenden Betrach- nachfolgende Kippstufe so ausgefegt, daß sie bei taugen wird der obmscbe Wtderstaodswert der Spu- einem Impels nach einer dnrcfa die Laufzeit der Manien L1, L 2 mit R1 bezeichnet zen in die Spekfeersteflang bestimmten Zeit selbst-

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tätig zurückkippt, während sie beim Auftreten eines zweiten Impulses, der bei gewissen auszuscheidenden Münzen auftritt, sofort in die Ausgangsstellung zurückgestellt wird und damit mit Hilfe eines Auswurfmagneten Ma den Weg für die Rückgabe öffnet.

Die F i g. 4 zeigt eine Ortskurve des Scheinwiderstandes als Funktion vom Weg. Mit F ist der Leerlaufpunkt bezeichnet, d. h. der Scheinwiderstandswert der Spulen, wenn sich keine Münze im Bereich der Spulen befindet. Mit E ist der Einlauf und mit G der Auslauf der Münzen markiert. Mit B ist der Annahmebereich gekennzeichnet, den die als richtig zu erkennende Kursmünze erreicht. C hi die auszuscheidende Münze, die den Annahmebereich nicht erreicht und A die auszuscheidende Münze, die den Annahmebereich zweimal passiert.

In der F i g. S sind in einer komplexen Ebene die Streubereiche der Scheinwiderstandswerte für 1-DM-Stücke B, österreichischer Schilling C, englischer Shilling und S Pence A dargestellt. Im Vergleich hierzu ist auch die Position der tschechischen 3-Kronen-Stücke K eingetragen, die aber infolge eines anderen Werkstoffs weiter abseits liegen. Der Annahmebereich ist gestrichelt gezeichnet. Die beiden Grenzpunkte gegenüber den österreichischen Schillingen

und den englischen Kursmünzen sind mit Y und Z bezeichnet. Die Verbindungslinie zwischen den beiden Grenzpunkten Y und Z ist eine Sehne des den Annahmebereich für die 1-DM-Stücke utnschließenden Kreises. Der Abgleichpunkt P, der den Mittelpunkt des Annahmebereichkreises darstellt, liegt auf eimer Normalen N, die auf der Verbindungslinie zwischen Y und Z in der Mitte errichtet ist.
In der Fig. 6 sind die Kurven der Differenzspannung U am Verstärker V für die Münzen A, B und C in Abhängigkeit des Weges N der Münze aufgetragen. Mit D ist der Abgleichbereich und mit S der Schaltpunkt bezeichnet. Durchläuft eine falsche Münze das Spulenfeld, so kann entweder der Abgleichbereich

is nicht erreicht werden, wie es bei der Münze C der Fall ist, oder er wird zweimal erreicht, wie bei der Münze/1. Aus diesem Grund ist für die Auswertung eine Kippstufe erforderlich, die die Münzen A und C zurückweisen. Damit der Zeitraum bei einem solchen

so zweimalig erreichten Abgleich nicht zu kurz wird, muß die Spulengröße entsprechend der Münzgröße gewählt werden. Es kann nämlich auch möglich sein, daß sich die Spulen in einem senkrechten Kanal befinden, d. h., daß die Münzen im freien Fall auf eine

as hohe Geschwindigkeit kommen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Unterscheiden zwischen unterschiedlichen metallischen Gegenständen, insbesondere Münzen in Selbstverkäufern, z. B. Münzfernsprechern, mit einer auf eine Impedanzänderung ansprechenden Brückenschaltung und anschließenden Auswerteschaltmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß außer den für die Brücke (Ur) nötigen Bauelementen ein zusätzlicher Widerstand (Ä9) zwischen der Brükkendiagosale und einer Spannungsquelle vorgesehen ist, durch den in der Brückendiagonale eine Oleichspannung auftritt, die in Zusammenhang mit der Wechselspannung in der Brückendiagonale den Schaltpunkt (S) für die Auswertung bestimmt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Widerstand (/78) zusätzlich zu dem durch den ersten Widerstand (Ä9) bewirkten Spannungsabfall den Schaltpunkt (S) so beeinflußt, daß selbst bei sehr schneller Modulation der Brückendiagonalspannung durch rasch durchlaufende Münzen noch eine Auswertung möglich ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem weiteren Widerstand (ft 8) ein kondensator (C4) zur Impulsformung vorgesehen ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die für die Brücke (Sr) nötigen Bauelemente so ausgelegt sind, daß — bezogen auf die komplexe Widerstandsebene — der Mittelpunkt des durch den zusätzlichen Widerstand (R 9) bestimmten Annahmebereichs nicht mit dem Mittelpunkt des Streubereichs der anzunehmenden Münzen zusammenfällt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Briickenzweig aus zwei sich gegenüberstehenden Tastspulen (Ll. L I), zwischen denen die zu unterscheidenden Gegenstände (Af) hindurchlaufen, besteht, die so geschaltet sind, daß sich ihr Feld addiert und daß die Tastspulen (LI, Ll) die Größe der zu prüfenden metallischen Gegenstände, z. B. Münzen (M), haben.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Briickenzweig mit den zwei sich gegenüberstehenden Tastspulen (Ll, Ll) ein Widerstand (R 6) mit geeignetem Temperaturkoeffizien'en in Reihe angeordnet ist und daß sich der dazu gegenüberliegende Brükkenzweig aus einer Parallelschaltung von einem Kondensator und einem abgleichbaren Widerstand zusammensetzt.

7. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Wechselspannungssignal der Brücke angesteuerter Differenzverstärker (V) vorgesehen ist, dessen Gleichstromarbeitspunkt außerhalb des aktiven Bereichs des Verstärkers liegt.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für den Differenzverstärker (V) ein Operationsverstärker vorgesehen

ist, der die Funktion eines Verstärkers, Gleich richters und Grenzwertanseigers umfaßt