DE3123828A1 - Elektronische schaltvorrichtung - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltvorrichtung, wie etwa einen photoelektrischen Schalter, einen Näherungsschalter, einen Ultraschallschalter, ein logisches Relais etc.,welche eine Nachweisschaltung und eine mit der Nachweisschaltung verbundene Ausgangsschaltung enthält. Im einzelnen richtet sie sich auf eine verbesserte Schaltvorrichtung, die so eingerichtet ist, daß sie eine Arbeitskontakt- und eine Ruhekontaktschaltfunktion durchführen kann.

Es ist eine elektronische Schaltvorrichtung bekannt, welche eine Nachweisschaltung zur Erzeugung eines Nachweissignals, zwei mit der Nachweisschaltung verbundene Ausgangsschaltungen und zwei mit den beiden Ausgangsschaltungen entsprechend verbundene Ausgangsanschlüsse zur Verbindung mit einer Last umfaßt. Eine der beiden Ausgangsschaltungen ist mit der Nachweisschaltung über einen Inverter verbunden, so daß sie ein invertiertes Nachweissignal· von dieser erhält. Daher erzeugt, wenn die. eine Ausgangsschaltung ein bestimmtes Ausgangssignal an dem mit ihr verbundenen Ausgangsanschluß erzeugt, die andere Ausgangsschaltung ein umgekehrtes Ausgangssignal an dem mit ihr verbundenen Ausgangsanschluß. Wenn beispielsweise an einem der Ausgangsanschlüsse ein EIN-Signal existiert, existiert ein AUS-Signal am entgegengesetzten Ausgangsanschluß. Daher erscheinen an den einzelnen Ausgangsanschlüssen Ausgangssignale in Arbeitskontakt- und Ruhekontaktschaltweise. Da eine solche herkömmliche Schaltvorrichtung zwei Ausgangsschaltungen verwendet, hat sie den Nachteil, daß die Vorrichtung teuer in der Herstellung ist und relativ große Abmessungen hat.

Die Schaltvorrichtung enthält zusätzlich zu den Ausgangsanschlüssen zwei Spannungsanschlüsse und hat den Nachteil, daß die Gefahr einer manuellen Fehlverdrahtung hinsichtlich der vier Anschlüsse besteht.

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Ferner ist eine elektronische Schaltvorrichtung bekannt, welche eine einzige Ausgangsschaltung und einen von Hand betätigbaren mechanischen Schalter enthält, so daß die Art der Schaltbetriebsweise mittels des mechanischen Schalters ausgewählt werden kann. Auch eine solche Schaltvorrichtung hat den Nachteil, daß sie eine niedrige Kontaktzuverlässigkeit besitzt und platzaufwendig ist.

Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung einer elektronischen Schaltvorrichtung, die eine nicht-mechanische Schaltkonstruktion ist und eine duale Funktion einer Arbeitskontakt- und einer Ruhekontaktschalttätigkeit mit einer einzigen Ausgangsschaltung und einer verminderten Anzahl externerAnschlüsse erreicht. Ferner ist Ziel der Erfindung die Schaffung einer elektronischen Schaltvorrichtung, die klein in ihren Abmessungen und wirtschaftlich ist.

Hierzu schlägt die Erfindung eine elektronische Schaltvorrichtung gemäß Anspruch 1 vor. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche O

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser ist bzw. sind
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Fig. 1 ein schematisches Schaltbild, das eine bevorzugte Ausführungsform der elektronischen Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt,

Fign. 2A graphische Darstellungen von Spannungswellenformern in der Vorrichtung der Fig. 1 während des Vorhandenseins und Fehlens eines durch die Vorrichtung nachzuweisenden Objekts,

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Fig. 3 ein schematisches Schaltbild einer elektronischen Zweileiter-Gleichspannungsschaltvorrichtung gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung, und

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild einer elektronischen Zweileiter-Wechselspannungsschaltvorrichtung gemäß einer wiederum weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine elektronische Schaltvorrichtung, nämlich einen photoelektrischen Schalter als bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung enthält eine Nachweisschaltung 3,eine Exklusiv-ODER-Schaltung 12, eine Ausgangsschaltung 5, eine Diodebrückenschaltung 13 und eine Externanschlußeinrichtung * Die Anschlußeinrichtung besteht aus einem Ausgangsanschluß 8 zur Verbindung mit einer Last 14 und aus einem Paar von Spannungseingangsanschlüssen 6 und 7 zur Verbindung mit einer Gleichspannungsquelle 15. Die Nachweisschaltung 3 ist mit einem Lichteinstrahlelement 1 zum Einstrahlen von Licht auf ein Objekt 11 und einem Lichtempfängerelement 2 zum Empfang von am Objekt 11 reflektiertem Licht verbunden, so daß die Schaltung 3 ein Nachweissignal zur Aufgabe auf eine Eingangsleitung bzw. einen Anschluß 12a der Schaltung 12 erzeugen kann, wenn das Element 2 am Objekt 11 reflektiertes Licht empfängt. Die andere Eingangsleitung bzw. der Anschluß 12b ist mit dem Spannungsanschluß 7 verbunden, so daß sie die am Anschluß 7 vorhandene Spannung erhält. Die Gleichspannung der Spannungsquelle 15 wird über die Diodenbrückenschaltung 13 auf die Nachweisschaltung 3 und die Ausgangsschaltung 5 gegeben. Der Anschluß 8 ist mit einem in der Ausgangsschaltung 5 enthaltenen Schalttransistor 50 verbunden.

Die Arbeitsweise der Schaltung der Fig. 1 wird nun unter Bezugnahme auf die in den Fign. 2A und 2B gezeigten

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Spannungswellenformern beschrieben.

Die Nachweisschaltung 3 ist bei dieser Ausführungsform so ausgelegt, daß sie ein hohes Ausgangssignal während des Vorhandenseins des Objekts 11 liefert. Fig. 2A veranschaulicht die Arbeitsweise der Vorrichtung der Fig. 1, wo eine negative Spannung auf den Anschluß 6 und eine positive Spannung auf den Anschluß 7 gegeben wird. Während des Vorhandenseins des Objekts 11 wird die auf der Eingangsleitung 12a der Exklusiv-ODER-Schaltung 12 vorhandene Spannung auf hohem Wert gehalten. Dann erzeugt die Schaltung 12 auf ihrer Ausgangsleitung bzw= ihrem Anschluß 12c ein hohes Ausgangssignal, das die gleiche Polarität wie das Eingangssignal auf der Leitung 12a hat, weil die Eingangsleitung 12b die ganze Zeit über eine hohe Spannung erhält. Daher erzeugt während des Vorhandenseins des Objekts 11 die Ausgangsschaltung 5 ein EIN-Signal am Ausgangsanschluß 8, so daß die Last 14 unter Spannung gesetzt wird. Der Laststrom fließt dann durch den Transistor 50 der Ausgangsschaltung 5. Umgekehrt erzeugt die Ausgangsschaltung 5 während des Fehlens eines Objekts 11 ein AUS-Signal am Anschluß 8, wodurch die zwischen den Anschlüssen 7 und 8 angeschlossene Last 14 keine Spannung mehr erhält.

Fig. 2B zeigt eine weitere Betriebsweise der Vorrichtung der Fig. 1, bei welcher die Gleichspannungsquelle 15, wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 1 veranschaulicht, umgekehrt zwischen den Anschlüssen 6 und 7 angeschlossen ist, so daß eine negative Spannung an den Anschluß 7 und eine positive Spannung an den Anschluß 6 geliefert werden kann. Gleichzeitig wird der gemeinsame Punkt 15a zwischen Last 14 und Spannungsquelle 15 mit dem Anschluß 6 verbunden. Dann wird eine tiefe Spannung auf die Eingangsleitung 12b gegeben und die Schaltung invertiert das auf die Eingangsleitung 12a gegebene Eingangssignal, womit ein invertiertes Ausgangssignal er-

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zeugt wird. Die betreffenden Wellenformern auf den Leitungen 12c und 8 der Fig. 2B sind bezüglich denjenigen der Fig. 2A umgekehrt. In Fig. 2B erzeugt die Schaltung 5 während des Vorhandenseins eines Objekts 11 ein AUS-Ausgangssignal, während sie während des Fehlens eines Objekts 11 ein EIN-Ausgangssignal erzeugt.

Nach dieser Ausführungsform wird durch einfache Umkehr der Polarität der Gleichspannungsquelle 15 zwischen den Anschlüssen 6 und 7 die Schaltbetriebsweise dieser elektronischen Schaltvorrichtung zwischen einer Arbeitskontaktschaltweise und einer Ruhekontaktschaltweise geändert. Da ferner die Vorrichtung eine einzige Ausgangsschaltung aufweist und keinen mechanischen Schalter zum Umschalten zwischen den Schaltbetriebsweisen besitzt, ist sie hinsichtlich extremer Miniaturisierung und präzisen Arbeitens der Schaltvorrichtung äußerst vorteilhaft. Die Last 14 ist bei dieser Ausführungsform an ihrem einen Ende mit dem Ausgangsanschluß 8 und an ihrem anderen Ende mit dem Anschluß 7 oder 6 verbunden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Last 14 in Reihe mit einer weiteren Gleichspännungsquelle 18 zu schalten, die von der Spannungsquelle 15 verschieden ist, und sie über diese weitere Gleichspannungsquelle zwischen den Anschlüssen 6 und 8 anzuschließen,wie dies in gestrichel- ten Linien dargestellt ist. Dann kann durch einfaches Ändern des Anschlusses der Spannungsquelle 15 zwischen den Anschlüssen 6 und 7 ohne Änderung des Anschlusses der Last 14 die Vorrichtung der Fig. 1 zwischen einer Arbeitskontakt-und einer Ruhekontaktschaltweise umgeschaltet werden.

Die elektronische Schaltvorrichtung der Fig. 1 kann in einer solchen Weise abgewandelt werden, daß ein Ausgangsanschluß 5b der Schaltung 5 mit einem Spannungseingangsanschluß 5a verbunden wird, so daß der Laststrom durch den Anschluß 5a fließen kann, und daß der externe

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Anschluß 8 weggelassen wird. Die externen Anschlüsse 6 und 7 sind zur Verbindung mit der Last 14 und der Spannungsquelle 15, die in Reihe geschaltet sind, vorgesehen. Bei dieser abgewandelten Schaltvorrichtung ist die Anzahl externer Anschlüsse auf nur zwei gesenkt und ihre Verdrahtung für Last und Gleichspannungsquelle weiter vereinfacht.

m Fig. 3 ist eine elektrische Ziveileiter-Schaltvorrichtung zum Schalten der in Reihe liegenden Last 14 und Gleichspannungsquelle 15 als weitere Äusführungsform der Erfindung gezeigt. Die Vorrichtung enthält eine Nachweisschaltung 3, eine Exklusiv-ODER-Schaltung 12, eine Ausgangsschaltung 51, eine Diode 21, einen Widerstand 22 und drei externe Anschlüsse 6, 7a und 7b.

Komponenten aus Fig. 3, die solchen aus Fig. 1 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen wie dort versehen. Beispielsweise haben die Schaltungen 3 und 12 die gleichen Funktionen wie die in Fig. 1 gezeigten Schaltungen 3 und 12. Die Nachweisschaltung 3 kann natürlieh ein anderer Typ von Nachweisschaltung sein, etwa eine Metallfühlschaltung, eine Ultraschall-Fühlschaltung, eine Logikschaltung usw.,die ein Ausgangssignal zum Schalten der mit dieser Vorrichtung verbundenen Last erzeugt. Die Ausgangsschaltung 51 hat den gleichen Aufbau wie die Ausgangsschaltung der vorgenannten abgewandelten Schaltvorrichtung zu obiger Ausfuhrungsform und enthält einen Schalttransistor 52. Die Vorrichtung dieser Äusführungsform ist so ausgelegt, daß, wenn die Nachweisschaltung 3 ein Objekt 11 feststellt und der Eingangsanschluß 12b auf hohem Potential gehalten wird, der Transistor 52 durchgeschaltet wird und ein ausreichender Laststrom du-rch die Last 14 fließt.

Wenn die Last 14 und Spannungsquelle 15, wie mit durchgehenden Linien in Fig. 3 dargestellt, zwischen den Anschlüssen 6 und 7a angeschlossen sind, wird über

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die Diode 21 eine Gleichspannung den Schaltungen 3 und 51 zugeführt und die Eingangsleitung 12b auf hohem Potential gehalten. Dann wird während des Vorhandenseins oder Fehlens des Objekts 11 die Last 14 nach der gleichen Wirkungsweise erregt bzw. entregt wie unter Bezugnahme auf Fig. 2A beschrieben.

Wenn die Last 14 und Spannungsquelle 15, wie in unterbrochenen Linien dargestellt, mit den Anschlüssen 7b und 6 verbunden sind, wird eine Gleichspannung direkt den Schaltungen 3 und 51 zugeführt. Die Eingangsleitung 12b wird jedoch auf niedrigem Potential gehalten, weil es nicht zum Anlegen einer hohen Spannung an den Anschluß 7a kommt und die Leitung 12b durch den Widerstand 22 und die Diode 21 auf Null-Potential geführt wird. Dann wird während des Vorhandenseins oder Fehlens des Objekts 11 die Last 14 nach der gleichen Wirkungsweise entregt bzw. erregt wie unter Bezugnahme auf Fig. 2B beschrieben.

Daher wird durch einfaches Umlegen des einen Endes der aus der Reihenschaltung aus Last 14 und Spannungsquelle 13 bestehenden externen Schaltung zwischen den Anschlüssen 7a und 7b die Schaltvorrichtung dieser Ausführungsform in die Arbeitskontakt- bzw. Ruhekontaktarbeitsweise geschaltet. Obwohl die Vorrichtung der Fig. 1 vier Großdioden benötigt, verwendet die Vorrichtung dieser Ausführungsform eine" einzige Diode. Dies ist von Vorteil hinsichtlich einer miniaturisierten Schaltvorrichtung mit verminderter Leistungsaufnahme. Die Schaltvorrichtung der Fig. 3 kann in eine solche Dreileiter-Schaltvorrichtung abgewandelt werden, daß die Vorrichtung ferner einen mit der Kollektorelektrode des Transistors 52 verbundenen besonderen externen Ausgangsanschluß zur besonderen Verbindung mit der Last 14 in der gleichen Weise wie nach Fig. 1 enthält. Bei der abgewandelten Ausführungsform sind drei Leiter mit

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drei der vier externen Anschlüssen verbunden. Die negative Elektrode der Gleichspannungsquelle 15 ist mit dem Anschluß 6 über einen ersten Leiter verbunden. Die positive Elektrode der Spannungsquelle 15 und ein Ende der Last 14 sind über einen zweiten Leiter gemeinsam mit dem Anschluß 7a oder 7b verbunden. Das andere Ende der Last 14 ist über einen dritten Leiter mit dem besonderen externen Ausgangsanschluß verbunden. Daher kann durch Verbinden des zweiten Leiters mit Anschluß 7a oder 7b die Schaltvorrichtung zwischen einer Arbeitskontakt- und einer Ruhekontaktschaltbetriebsweise umgeschaltet werden. Der Laststrom der erregten Last 14 fließt direkt aus dem besonderen Anschluß in die Schaltung 51, ohne durch die Diode 21 zu fließen, so daß eine hohe Leistung der Diode 21 nicht erforderlich und der Leistungsverbrauch in derselben vernachlässigbar ist. Daher läßt sich diese abgewandelte Schaltvorrichtung auf kleine Abmessungen reduzieren, wobei ihre Leistungsaufnahme ebenfalls reduziert ist.

Die Schalttransistoren (50 und 52) bei vorstehenden Ausführungsformen sind zwar NPN-Transistoren, die einzelnen Vorrichtungen können jedoch auch so ausgelegt sein, daß sie PNP-Transistoren verwenden.

Fig. 4 zeigt eine elektronische Zweileiter-Wechselspannungsschaltvorrichtung als wiederum weitere Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung enthält eine Nachweisschaltung 3, eine Exklusiv-ODER-Schaltung 12, eine Ausgangsschaltung 53, einen Widerstand 22, eine Diode 21, zwei Diodenbrückenschaltungen 31 und 32 und zwei Paare externer Anschlüsse 41-42 sowie 43-44. Eine aus einer Wechselspannungsquelle 50 und einer Last 51 bestehende Reihenschaltung ist zwischen den Anschlüssen 41 und 42 oder den Anschlüssen 4 3 und 4 4 angeschlossen. Der zweite Eingangsanschluß 12b ist mit der Schaltung 31 über eine Glättungsschaltung 60 verbunden, welche die

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von der Schaltung 31 an· die Schaltung 60 gelieferte gleichgerichtete Spannung glättet, so daß die Eingangsleitung 12b mit einer stabilisierten konstanten Gleichspannung versorgt wird. Die Ausgangsschaltung 33 verwendet einen Thyristor 54, welcher während des Anlegens eines Eingangssignals an seine Steuerelektrode durchgeschaltet wird. Die Vorrichtung der Fig. 4 ist in einer solchen Weise ausgelegt, daß, wenn die Nachweisschaltung 3 ein Nachweissignal entsprechend dem Vorhandensein eines Objekts 11 erzeugt und die Eingangsleitung 12b auf einer hohen Spannung gehalten wird, der Thyristor 54 durchgeschaltet wird.

Wenn die Wechselspannungsquelle 50 und Last 51 zwischen den Anschlüssen 41 und 42 angeschlossen sind, wird eine durch Gleichrichtung durch die Schaltung 31 gewonnene Gleichspannung auf die Schaltungen 3 und 53 über die Diode 21 und die Eingangsleitung 12b über die Schaltung 60 gegeben. Die Leitung 12b wird dann auf einer hohen Spannung gehalten, wodurch während des Vorhandenseins oder Fehlens des Objekts 11 die Last 51 ähnlich der Arbeitsweise gemäß Fig. 2A erregt bzw. entregt wird. Genau gesagt ist während des Fehlens des Objekts 11 der Thyristor 54 gesperrt und es fließt ein durch die Schaltung 3 erzeugter geringer Strom durch die Last 51. Solch ein geringer Strom ist jedoch zu gering, die Last 51 in Tätigkeit zu setzen.

Wenn die Wechselspannungsquelle 50 und Last 51, wie in unterbrochenen Linien dargestellt, zwischen den Anschlüssen 4 3 und 44 angeschlossen sind, wird eine durch Gleichrichtung durch die Schaltung 32 gewonnene Gleichspannung direkt auf die Schaltungen 3 und 53, wegen der Diode 21 nicht aber auf die Leitung 12b gegeben. Das Potential am Verbindungspunkt 61 wird durch den Widerstand 22 auf null geführt, weil keine Spannungsversorgung durch die Schaltung 31 vorliegt. Daher wird ein tiefes Eingangssignal auf die Eingangsleitung 12b

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gegeben und die Exklusiv-ODER-Schaltung 12 invertiert auf die Leitung 12a gegebene Eingangssignale. Daher ist während des Vorhandenseins oder Fehlens des Objekts 11 die Last 51 in ähnlicher Weise wie nach der Arbeitsweise entsprechend Fig. 2B entregt oder erregt. Daher wird durch Anschließen der in Reihe liegenden Last und WechselSpannungsquelle zwischen den Anschlüssen 41 und 42 oder den Anschlüssen 43 und 44 die Last durch die Schaltvorrichtung in Arbeitskontakt- bzw. Ruhekontaktschaltweise geschaltet.

Die Ausgangsschaltung 5 3 verwendet den Thyristor 54, alternativ kann aber stattdessen auch ein Schalttransistor verwendet werden.

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Claims (5)

1. Elektronische Schaltvorrichtung

   Priorität: 16. Juni 1980 - JAPAN - Nr. 81103/1980

   PATENTANSPRÜCHE

   Elektronische Schaltvorrichtung, gekennzeichnet durch eine externe Anschlußeinrichtung (6, 7, 8; 6, 7a, 7b; 41, 42, 43, 44) zur Verbindung der Schaltvorrichtung mit einer externen Spannungsquelle (18, 15, 50) und mit einer Last (14), eine Nachweisschaltung (3) zur Erzeugung eines Nachweissignals, eine Exklusiv-ODER-Schaltung (12) mit einem mit der Nachweisschaltung verbundenen ersten Eingangsanschluß (12a) für den Empfang des erzeugten Nachweissignals und einem mit der externen Anschlußeiririchtung verbundenen zweiten Eingangsanschluß

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   (12b) für den Empfang eines tiefen oder hohen Eingangssignals von dort, und eine mit der Exklusiv-ODER-Schaltung verbundene Ausgangsschaltung (5, 51, 53) für den Empfang eines von der Exklusiv-ODER-Schaltung erzeugten.Ausgangssignals und zum Schalten der mit der externen Anschlußeinrichtung verbundenen Last.
2. 2. Elektronische Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine ein Paar von Eingangsanschlüssen und ein Paar von. Ausgangsanschlüssen enthaltende Diodenbrückenschaltung (13) aufweist, und daß die externe Anschlußeinrichtung (6, 7, 8) ein Paar von mit den Eingangsanschlüssen der Diodenbrückenschaltung verbundenen Gleichspannungseingangsan-Schlüssen (6, 7) enthält, wobei der zweite Eingangsanschluß (12b) der Exklusiv-ODER-Schaltung mit dem einen (7) der Gleichspannungseingangsanschlüsse verbunden ist.
3. 3. Elektronische Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die externe Anschlußeinrichtung (6, 7, 8) einen Ausgangsanschluß (8) zum Anschluß zwischen der Last (14) und der Ausgangsschaltung (5) enthält.
4. 4. Elektronische Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Diode (21) und einen Widerstand (22) aufweist und daß die externe Anschlußeinrichtung (6, 7a, 7b) einen gemeinsamen externen Anschluß (6), einen ersten externen Anschluß (7a) und einen zweiten externen Anschluß (7b) enthält, wobei die Diode zwischen dem ersten und dem zweiten externen Anschluß, der Widerstand zwischen dem gemeinsamen und dem ersten externen Anschluß angeschlossen ist und der erste externe Anschluß mit dem zweiten Eingangsanschluß (12b) der Exklusiv-ODER-Schaltung (12) verbunden ist.

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5. 5. Elektronische Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Diode (21), einen Widerstand (22) und eine erste Diodenbrückenschaltung (31) sowie eine zweite Diodenbrückenschaltung (32) aufweist, und daß die externe Anschlußeinrichtung (41, 42, 43, 44) aus einem mit der ersten Diodenbrückenschaltung verbundenen ersten Paar von Wechselspannungseingangsanschlüssen (41, 42) und einem mit der zweiten Diodenbrückenschaltung verbundenen zweiten Paar von Wechselspannungseingangsanschlüssen (4 3, 44) aufgebaut ist, wobei der Widerstand zwischen einem Paar von Ausgangsanschlüssen der ersten Diodenbrückenschaltung, die Diode zwischen der ersten und der zweiten Diodenbrückenschaltung angeschlossen ist und der zweite Eingangsan-Schluß (12b) der Exklusiv-ODER-Schaltung (12), die Diode und der Widerstand gemeinsam mit einem der Ausgangsanschlüsse der ersten Diodenbrückenschaltung verbunden sind.

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