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WO2008128573A1 - Schaltanordnung zum betreiben einer niederdruck-gasentladungslampe - Google Patents

Schaltanordnung zum betreiben einer niederdruck-gasentladungslampe Download PDF

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WO2008128573A1
WO2008128573A1 PCT/EP2007/053937 EP2007053937W WO2008128573A1 WO 2008128573 A1 WO2008128573 A1 WO 2008128573A1 EP 2007053937 W EP2007053937 W EP 2007053937W WO 2008128573 A1 WO2008128573 A1 WO 2008128573A1
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inductive element
gas discharge
coil
switch
discharge lamp
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PCT/EP2007/053937
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French (fr)
Inventor
Olaf Busse
Bernhard Reiter
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Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
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Publication date
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters
    • H05B41/295—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps with preheating electrodes, e.g. for fluorescent lamps

Definitions

  • the invention relates to a switching arrangement for operating a low-pressure gas discharge lamp having a first and a second coil, between which a gas discharge can be formed, in particular a switching arrangement according to the preamble of claim 1.
  • such a switching assembly comprises a one ⁇ direction for generating a temporally changing Potenzi- as at a node (ie, a voltage of the node to a reference point, for example to Mas ⁇ s), wherein the node via a first inductive e lement ( Inductance) is connected to the first coil.
  • the switching device further comprises a so-called heating circuit, namely a a circuit-forming with the rest of the switchgear ⁇ order semicircle that includes a switch, namely, the semi-circle is used, the first coil to the second coil electrically verbin ⁇ what the case is exactly when the switch is closed.
  • the switch is in particular by means of a timing when switching the low-pressure gas discharge lamp, before its ignition, closed ⁇ sen, so that (due to the potential at the node ⁇ point generated) heating current flows over both coils and preheats this. Preheating facilitates nachfol ⁇ quietly be introduced ignition. Ignition is the switch opened, and the first inductive element cooperates with a switched between the first coil and the second coil resonant capacitor : By resonance, a particularly high voltage is generated, namely the ignition voltage. The ignition causes the onset of the gas discharge ⁇ , and in the subsequent operation of the low-pressure gas discharge lamp, the operating voltage is then wesent ⁇ Lich lower than the ignition voltage. During operation, the switch remains permanently open.
  • the semi-circle (ie the heating circuit) should themselves have a mög ⁇ lichst low resistance, thus causing as much energy as the heating current heating the filaments.
  • the heating circuit thus usually consists only of the switch whose one connection is connected to the first coil via a connecting line and the other connection is connected via a connecting line to the second coil.
  • the size of the heating current through the remaining construction is ⁇ parts of the switching arrangement determined. Since, of course, the preheating is subordinate to the ignition and the duration ⁇ operation of the low-pressure gas discharge lamp, the other components of the switching arrangement for ignition and continuous operation, but not optimized for preheating. It therefore often comes in the art to the situation that the heating current is incorrectly dimensioned. A particular disadvantage is when the heating current is too low and thus the preheating time is too long. Presentation of the invention
  • patent applica ⁇ such that a way is sawn to define the size of the heating current.
  • a second inductive element (inductance) is thus provided in the semicircle.
  • the developer of the predetermined switching principle USAGE ⁇ wants and has to select the components of concrete and thereby their properties (catalysts capacities of the condensate, inductances of the inductive elements, etc.) has to select, is through the second inductive element, an additional degree of freedom.
  • ge ⁇ sent choice of the inductance of the second inductive E lement can be determined in advance, how large the Schuström is and in particular to ensure that the preheating is not too long.
  • the second in ⁇ inductive element is magnetically coupled to the first inductive Ele ⁇ ment, so that the effect of a transformer is achieved. Due to the magnetic coupling, the switching arrangement is stabilized in its operation, the ge ⁇ called sizes of the components can be sensitively set a precisely ⁇ . - A -
  • the magneti ⁇ cal coupling looks so that the first and the second in ⁇ inductive element are each provided as a coil on a winding body, on a common winding elements both elements. Each coil is provided by at least one winding. As is customary in coils in the winding body, a core may be provided (from weichmag ⁇ netischem material), which is thus the first and the second inductive element also jointly.
  • the second inductive element with the first inductive element is gekop ⁇ pelt exactly pelt that when the switch is open, a part of zwi ⁇ rule of the first and the second coil falling voltage at the second inductive Element drops off.
  • the effect of the second inductive Ele ⁇ ment should not be such that the voltage applied to the switch voltage is increased compared to the situation without a second inductive ⁇ ves element, but is reduced. For example, 500 volts of the 1000 volts ignition voltage can drop across the second inductive element, so that then 500 Volt applied to the switch.
  • Switches which tolerate an on ⁇ lying voltage of 500 volts are schgüns ⁇ tiger than switches that tolerate an applied voltage of 1000 volts.
  • a 600V MOSFET can be used and this is less expensive than the aforementioned 1200V IGBT.
  • the second inductive element thus proves to be helpful in the effort to design the switching arrangement cost-effectively.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of a switching arrangement according to the invention.
  • a low-pressure gas discharge lamp designated by L in the figure has a first coil Wl and a second coil W2.
  • the low-pressure gas discharge lamp L is to operate with an AC voltage.
  • the switching ⁇ arrangement generates this AC voltage from a DC ⁇ voltage UDC by means of a device for generating a temporally changing potential, which includes a half ⁇ bridge, namely two of a Halbmaschinensteue ⁇ tion HS alternately on and off switches.
  • the switches are designed as transistors Tl and T2 with parallel ge ⁇ switched diodes Dl and D2 (so-called free-wheeling diodes).
  • the low-pressure gas discharge lamp L In order to achieve the operating state at all, the low-pressure gas discharge lamp L must first be ignited. In order to provide a relatively high ignition voltage, the effect of the resonance is used.
  • a resonance capacitor CR is adoptedge ⁇ provides, which is connected in parallel to the path of the gas discharge, that is with a first terminal on the coil Wl and a second terminal on the coil W2 attacks. Together with the first inductive element LIl forms of Re ⁇ R sonanzkondensator an LC resonant circuit that causes the ignition voltage is generated.
  • a heating circuit with a switch S legige ⁇ provides. If the switch S is closed, controlled by a time control ZS, a current flows over the entire ⁇ th helices Wl and W2 and heats them up. Erfindungsge ⁇ Telss a second inductive element Ele ⁇ LI2 is now provided in the heating circuit. In the present case this is formed in the same lamp inductor LD as the first inductive element Ele ⁇ LiI.
  • the lamp choke may take a winding body to ⁇ surrounding a core, and the first inductive element LIl may include a first number of windings umfas ⁇ sen and the second inductive element LI2 comprise a as shown in the figure connected second number of windings.
  • the inductive elements LIl and LI2 are coupled directly to each other magnetically, as is the case with a transformer.
  • the second inductive element LI2 affects the size of the heating current, which is a first object of the invention provides ⁇ .
  • a second object of the invention is to relieve the switch S at the time of ignition. Without the second inductive element L12, the entire ignition voltage would be applied to the terminals of the switch S, and it must be provided a switch S, which tolerates the entire ignition ⁇ voltage.
  • a suitable winding direction of the windings of the first and second inductive elements LIl and LI2 to each other at the second inductive EIe- element LI2 exactly a voltage of that polarity decreases, that the voltage at the switch S is reduced compared to the state without the second inductive element LI2.
  • the switch S no longer tolerates the entire ignition ⁇ voltage and can be designed more cost-effective.
  • the device shown in the figure for generating a temporally changing potential at the node Kl is only an example. Other embodiments are also conceivable .
  • Essence of the invention is the provision of two ⁇ th inductive element LI2 in the heating circuit, which is preferably magnetically gekop ⁇ pelt with the first inductive element LIl.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

Herkömmliche Schaltanordnungen zum Betreiben von Niederdruck-Gasentladungslampen umfassen ein induktives Element (LI1), das sowohl beim Erreichen des Betriebszustands der Lampe als beim zuvorigen Zünden der Gasentladung eine Rolle spielt. Vor der Zündung werden die Wendeln (W1 und W2) der Lampe (L) aufgeheizt. Hierzu ist ein besonderer Heizkreis vorgesehen. Erfindungsgemäß ist in dem Heizkreis ebenfalls ein induktives Element (LI2) angeordnet, das bevorzugt magnetisch mit dem ersten induktiven Element (LI1) gekoppelt ist.

Description

Beschreibung
Schaltanordnung zum Betreiben einer Niederdruck- Gasentladungslampe
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zum Betreiben einer Niederdruck-Gasentladungslampe mit einer ersten und einer zweiten Wendel, zwischen denen eine Gasentladung ausbildbar ist, insbesondere eine Schaltanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Bekanntlich umfasst eine solche Schaltanordnung eine Ein¬ richtung zum Erzeugen eines zeitlich wechselnden Potenzi- als an einem Knotenpunkt (also einer Spannung von dem Knotenpunkt zu einem Referenzpunkt, zum Beispiel zu Mas¬ se) , wobei der Knotenpunkt über ein erstes induktives E- lement (Induktivität) mit der ersten Wendel verbunden ist. Die Schaltanordnung umfasst ferner einen so genann- ten Heizkreis, nämlich einen mit der restlichen Schaltan¬ ordnung einen Stromkreis bildenden Halbkreis, der einen Schalter umfasst, und zwar dient der Halbkreis dazu, die erste Wendel mit der zweiten Wendel elektrisch zu verbin¬ den, was genau dann der Fall ist, wenn der Schalter ge- schlössen ist. Der Schalter wird insbesondere vermittels einer Zeitsteuerung beim Einschalten der Niederdruck- Gasentladungslampe, und zwar vor ihrem Zünden, geschlos¬ sen, damit ein (aufgrund des Potenzials an dem Knoten¬ punkt erzeugter) Heizstrom über beide Wendeln fließt und diese vorheizt. Die Vorheizung erleichtert die nachfol¬ gend einzuleitende Zündung. Zur Zündung wird der Schalter geöffnet, und das erste induktive Element wirkt mit einem zwischen der ersten Wendel und der zweiten Wendel ge¬ schalteten Resonanzkondensator zusammen: Durch Resonanz wird eine besonders hohe Spannung erzeugt, nämlich die Zündspannung. Die Zündung bewirkt das Einsetzen der Gas¬ entladung, und im nachfolgenden Betrieb der Niederdruck- Gasentladungslampe ist die Betriebsspannung dann wesent¬ lich geringer als die Zündspannung. Im Betrieb bleibt der Schalter dauerhaft geöffnet.
Der Halbkreis (also der Heizkreis) soll selbst einen mög¬ lichst geringen Widerstand haben, damit möglichst viel Energie des Heizstroms das Aufheizen der Wendeln bewirkt. Der Heizkreis besteht üblicherweise somit praktisch nur aus dem Schalter, dessen einer Anschluss über eine Ver- bindungsleitung mit der ersten Wendel und dessen anderer Anschluss über eine Verbindungsleitung mit der zweiten Wendel verbunden ist.
Für den Entwickler besteht gegenwärtig praktisch keine Möglichkeit, die Größe des Heizstroms einzustellen. Viel- mehr wird die Größe des Heizstroms durch die übrigen Bau¬ teile der Schaltanordnung bestimmt. Da naturgemäß das Vorheizen nachrangig gegenüber der Zündung und dem Dauer¬ betrieb der Niederdruck-Gasentladungslampe ist, sind die übrigen Bauteile der Schaltanordnung für Zündung und Dau- erbetrieb, nicht aber für das Vorheizen optimiert. Es kommt daher im Stand der Technik häufig zur Situation, dass der Heizstrom falsch dimensioniert ist. Nachteilig ist insbesondere, wenn der Heizstrom zu niedrig ist und dadurch die Vorheizzeit zu lang ist. Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltan¬ ordnung zum Betreiben einer Niederdruck- Gasentladungslampe nach dem Oberbegriff von Patentan¬ spruch 1 derart weiterzubilden, dass eine Möglichkeit be- steht, die Größe des Heizstroms zu definieren.
Diese Aufgabe wird bei einer Schaltanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst .
Erfindungsgemäß wird somit in dem Halbkreis ein zweites induktives Element (Induktivität) bereitgestellt.
Dem Entwickler, der das vorgegebene Schaltprinzip verwen¬ den möchte und die Bauelemente konkret auszuwählen hat und hierbei deren Eigenschaften (Kapazitäten der Konden- satoren, Induktivitäten der induktiven Elemente etc.) auszuwählen hat, steht durch das zweite induktive Element ein zusätzlicher Freiheitsgrad zur Verfügung. Durch ge¬ schickte Wahl der Induktivität des zweiten induktiven E- lements kann vorab festgelegt werden, wie groß der Heiz- ström ist und insbesondere dafür gesorgt werden, dass die Vorheizzeit nicht zu lang ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das zweite in¬ duktive Element magnetisch mit dem ersten induktiven Ele¬ ment gekoppelt, so dass die Wirkung eines Transformators erzielt wird. Durch die magnetische Kopplung wird die Schaltanordnung in ihrem Betrieb stabilisiert, die ge¬ nannten Größen der Bauteile können empfindlich genau ein¬ gestellt werden. - A -
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sieht die magneti¬ sche Kopplung so aus, dass das erste und das zweite in¬ duktive Element jeweils als Spule bereitgestellt sind auf einem Wickelkörper, und zwar auf einem beiden Elementen gemeinsamen Wickelkörper. Jede Spule wird durch jeweils zumindest eine Wicklung bereitgestellt. Wie bei Spulen üblich, kann in dem Wickelkörper ein Kern (aus weichmag¬ netischem Material) bereitgestellt sein, der somit dem ersten und dem zweiten induktiven Element ebenfalls ge- meinsam ist.
Durch das zweite induktive Element ist es erstmals ermög¬ licht, dass auf die an dem Schalter in dem Halbkreis an¬ liegende Spannung Einfluss genommen wird. Insbesondere bei der Zündung liegen zwischen den beiden Wendeln der Niederdruck-Gasentladungslampe sehr hohe Spannungen von über 1000 Volt an. Im Stand der Technik muss der Schal¬ ter, der bei der Zündung geöffnet ist, diesen Spannungen standhalten. Geeignete Schalter sind sehr teuer. Ein Bei¬ spiel für einen Schalter, der 1000 Volt Spannung stand- hält, ist ein so genannter 1200 V-IGBT. Es ist nun eine bevorzugte Ausführungsform, dass das zweite induktive E- lement mit dem ersten induktiven Element genau so gekop¬ pelt ist, dass bei geöffnetem Schalter ein Teil der zwi¬ schen der ersten und der zweiten Wendel abfallenden Span- nung an dem zweiten induktiven Element abfällt. Mit ande¬ ren Worten soll die Wirkung des zweiten induktiven Ele¬ ments nicht so sein, dass die an dem Schalter anliegende Spannung im Vergleich zur Situation ohne zweites indukti¬ ves Element erhöht wird, sondern verringert wird. Von den 1000 Volt Zündspannung können beispielsweise 500 Volt an dem zweiten induktiven Element abfallen, so dass dann 500 Volt an dem Schalter anliegen. Schalter, welche eine an¬ liegende Spannung von 500 Volt vertragen, sind preisgüns¬ tiger als Schalter, welche eine anliegende Spannung von 1000 Volt vertragen. So kann beispielsweise ein 600 V- MOSFET verwendet werden, und dieser ist preisgünstiger als der genannte 1200 V-IGBT.
Unabhängig von der Einstellung des Heizstroms erweist sich somit das zweite induktive Element als hilfreich bei dem Bemühen, die Schaltanordnung kostengünstig zu gestal- ten.
Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungs¬ beispiels näher erläutert werden. Die Figur zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Eine in der Figur mit L bezeichnete Niederdruck- Gasentladungslampe weist eine erste Wendel Wl und eine zweite Wendel W2 auf. Die Niederdruck-Gasentladungslampe L ist mit einer Wechselspannung zu betreiben. Die Schalt¬ anordnung erzeugt diese Wechselspannung aus einer Gleich¬ spannung Udc vermittels einer Einrichtung zum Erzeugen eines zeitlich wechselnden Potenzials, welche eine Halb¬ brücke umfasst, nämlich zwei von einer Halbbrückensteue¬ rung HS wechselnd ein- und ausgeschaltete Schalter. Die Schalter sind als Transistoren Tl und T2 mit parallel ge¬ schalteten Dioden Dl und D2 (so genannten Freilaufdioden) ausgebildet. Werden die Transistoren Tl und T2 perfekt abwechselnd geschaltet, würde man ohne weitere Maßnahme am Knotenpunkt Kl eine Folge von rechteckigen Spannungs¬ pulsen, definiert zum zweiten Knotenpunkt K2 erhalten (d. h. ein zeitlich wechselndes Potenzial am Knotenpunkt Kl). Durch das Bereitstellen eines so genannten Trapezkonden- sators CT wird bewirkt, dass tatsächlich am Knotenpunkt Kl ein zeitlich wechselndes Potenzial mit Pulsen in einer Form erzielt wird, die von einer Rechteckform abweicht. Insbesondere sind die Flanken im Vergleich zu einem per¬ fekten Rechteckpotenzial abgeflacht. Der Knotenpunkt Kl ist nicht direkt mit der Wendel Wl verbunden, sondern ü- ber eine Lampendrossel LD, vorliegend also über ein ers¬ tes induktives Element LIl. Die zweite Wendel W2 ist über einen Koppelkondensator CK mit dem Knotenpunkt K2 verbun¬ den. Erstes induktives Element LIl und Koppelkondensator CK sind genau so ausgebildet, dass der Betriebsstrom op¬ timiert wird.
Um überhaupt den Betriebszustand zu erreichen, muss die Niederdruck-Gasentladungslampe L erst einmal gezündet werden. Damit eine relativ hohe Zündspannung bereitge- stellt wird, wird der Effekt der Resonanz verwendet. Zu diesem Zweck ist ein Resonanzkondensator CR bereitge¬ stellt, der parallel zum Pfad der Gasentladung geschaltet ist, also mit einem ersten Anschluss an der Wendel Wl und einem zweiten Anschluss an der Wendel W2 angreift. Zusam- men mit dem ersten induktiven Element LIl bildet der Re¬ sonanzkondensator R einen LC-Schwingkreis, der bewirkt, dass die Zündspannung erzeugt wird.
Vor dem Zünden nun ist es sinnvoll, die Wendeln Wl und W2 vorzuheizen, damit die Zündung sicher einsetzt. Zu diesem Zweck ist ein Heizkreis mit einem Schalter S bereitge¬ stellt. Wird der Schalter S geschlossen, gesteuert von einer Zeitsteuerung ZS, fließt ein Strom über die gesam¬ ten Wendeln Wl und W2 und heizt diese auf. Erfindungsge¬ mäß ist nun in dem Heizkreis ein zweites induktives Ele¬ ment LI2 vorgesehen. Vorliegend ist dieses in derselben Lampendrossel LD ausgebildet wie das erste induktive Ele¬ ment LiI. Die Lampendrossel kann einen Wickelkörper um¬ fassen, der einen Kern umgibt, und das erste induktive Element LIl kann eine erste Anzahl von Wicklungen umfas¬ sen und das zweite induktive Element LI2 eine wie in der Figur gezeigt geschaltete zweite Anzahl von Wicklungen umfassen. Damit sind die induktiven Elemente LIl und LI2 direkt magnetisch miteinander gekoppelt, so wie dies bei einem Transformator auch der Fall ist.
Das zweite induktive Element LI2 beeinflusst die Größe des Heizstroms, was ein erstes Ziel der Erfindung dar¬ stellt.
Ein zweits Ziel der Erfindung besteht darin, den Schalter S zum Zeitpunkt der Zündung zu entlasten. Ohne das zweite induktive Element L12 würde die gesamte Zündspannung an den Anschlüssen des Schalters S anliegen, und es muss ein Schalter S bereitgestellt werden, der die gesamte Zünd¬ spannung verträgt. Bei geeigneter Wicklungsrichtung der Wicklungen des ersten und zweiten induktiven Elements LIl und LI2 zueinander fällt an dem zweiten induktiven EIe- ment LI2 genau eine Spannung derjenigen Polarität ab, dass die Spannung am Schalter S im Vergleich zum Zustand ohne das zweite induktive Element LI2 verringert wird. Damit muss der Schalter S nicht mehr die gesamte Zünd¬ spannung vertragen und kann kostengünstiger ausgelegt werden. Die in der Figur gezeigte Einrichtung zum Erzeugen eines zeitlich wechselnden Potenzials am Knotenpunkt Kl ist nur beispielhaft. Es sind auch andere Ausführungsformen denk¬ bar. Kern der Erfindung ist die Bereitstellung des zwei¬ ten induktiven Elements LI2 im Heizkreis, das bevorzugt magnetisch mit dem ersten induktiven Element LIl gekop¬ pelt ist.

Claims

Ansprüche
1. Schaltanordnung zum Betreiben einer Niederdruck- Gasentladungslampe (L) mit einer ersten und einer zweiten Wendel (Wl, W2), zwischen denen eine Gasent¬ ladung ausbildbar ist, wobei die Schaltanordnung um- fasst: eine Einrichtung zum Erzeugen eines zeitlich wechselnden elektrischen Potenzials an einem Knoten¬ punkt (Kl), der über ein erstes induktives Element (LIl) mit der ersten Wendel (Wl) verbunden ist, und einen Halbkreis, der einen Schalter (S) umfasst, wo- bei bei geschlossenem Schalter (S) des Halbkreises die erste Wendel (Wl) mit der zweiten Wendel (W2) e- lektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Halbkreis ein zweites induktives Element (LI2) bereitgestellt ist.
2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite induktive Element (LI2) magnetisch mit dem ersten induktiven Element (LIl) gekoppelt ist.
3. Schaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite induktive Element durch je zumindest eine Wicklung auf einem gemeinsamen Wickel¬ körper bereitgestellt sind.
4. Schaltanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite induktive Element (LI2) derart mit dem ersten induktiven Element (LIl) gekoppelt ist, dass bei geöffnetem Schalter (S) ein Teil der zwischen der ersten und der zweiten Wendel (Wl, W2) abfallenden Spannung an dem zweiten induktiven Element (LI2) ab¬ fällt.
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