EP0858665A1 - In hybridtechnik hergestellte abgleichbare spannungsteiler-anordnung - Google Patents
In hybridtechnik hergestellte abgleichbare spannungsteiler-anordnungInfo
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- EP0858665A1 EP0858665A1 EP97923765A EP97923765A EP0858665A1 EP 0858665 A1 EP0858665 A1 EP 0858665A1 EP 97923765 A EP97923765 A EP 97923765A EP 97923765 A EP97923765 A EP 97923765A EP 0858665 A1 EP0858665 A1 EP 0858665A1
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- voltage
- divider
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C17/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
- H01C17/22—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for trimming
- H01C17/24—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for trimming by removing or adding resistive material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C13/00—Resistors not provided for elsewhere
- H01C13/02—Structural combinations of resistors
Definitions
- the invention is based on a device according to the type specified in the preamble of claim 1.
- FIG. 1 shows an embodiment of this known voltage divider.
- FIG. 2 shows the associated equivalent circuit diagram.
- the voltage divider consists of a first resistance layer 1 produced in thin or thick-film technology with an area 11 serving for the supply of current and connected to a conductor 3 and with an area serving for dissipation of current being connected with a conductor 4.
- the conductors and resistance layers are made from those used in hybrid technology Conductor and resistor pastes made.
- the tap consists of a second resistance layer 2, which overlaps the first resistance layer 1 in a contact zone 9 and connects it to a third conductor track 5 provided as a removal electrode.
- a laser or sandblast cut 10 is made in the second resistance layer, which cuts the potential lines formed during operation of the voltage divider.
- the cut 10 is made until the potential at the take-off electrode 5 reaches the desired value.
- the ohmic voltage divider resistor through which current flows is formed from a single coherent resistance region 1 with a resistor R1, which is only divided into two partial resistors R1 'and R1''by the tap, as shown in FIG. 2. Since the partial resistors Rl 'and Rl'', which are connected in one piece, consist of the same material with the same temperature coefficient, in contrast to a voltage divider with two spatially separated resistance layers made of different materials, temperature dependence of the tapped voltage value can be largely excluded. In addition, by laying the cut necessary for the adjustment in the second resistance layer 2, the potential distribution within the current-flowing voltage divider resistor R1 remains essentially constant.
- the known voltage divider arrangement does not meet every requirement profile. For example, in cases where a very small
- the divider voltage is to be tapped at the resistor R1, one of the two partial resistors formed will become very small, for example the partial resistor R1 '' if the divider voltage is tapped at the second conductor track 4 and the third conductor track 5.
- the resistance ratio Rl '/ Rl'' is significantly greater than five in these cases. This leads to problems because the area requirement of the voltage divider arrangement within the integrated layer circuit should be as small as possible (as a rule, the length of the resistance layer R1 is about 5 mm, the width is about 2 mm), but at the same time
- the partial resistances Rl 'and Rl''must be tapped to an accuracy of at least one percent.
- the voltage divider arrangement according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that even very small divider voltages can be tapped at the take-off electrode and at the same time the area requirement for the voltage divider arrangement is increased to a significantly smaller extent than in the prior art must become. This is achieved by connecting the second resistance layer to the first resistance layer not directly, but via conductor tracks, a first divider voltage tapped at the first resistance layer being applied to the second resistance layer. Only a part of this first divider voltage is now advantageously tapped at the take-off electrode connected to the second resistance layer, so that overall very small divider voltages can be generated.
- the area required for the arrangement is increased only by the space for the laying of the additional conductor tracks and by the geometric expansion of the second resistance layer.
- this additional area requirement is far less than in the prior art, so that the area requirement of the arrangement does not increase disproportionately even with very small divider voltages desired.
- the alignment of the arrangement carried out by an incision in the second resistance layer can be carried out with the required accuracy, since the geometrical dimensions of the partial resistors formed in the first and in the second resistance layer provide the minimum necessary for an exact alignment. Do not undercut minimum size. The partial resistors can therefore still be tapped to within one percent even with small divider voltages.
- transverse resistance Rl '+ Rl' 'of the first resistance layer remains constant during the adjustment, since the adjustment is carried out by an incision in the second resistance layer, which is spatially separated from the first resistance layer.
- the second and fifth conductor tracks are also advantageous to have the second and fifth conductor tracks as one piece with the second region of the first Resistance layer connected conductor track to provide, since this facilitates the layout and execution of the voltage divider arrangement in hybrid technology.
- only one conductor track is provided as a removal electrode on the first resistance layer.
- Fig. 1 shows a voltage divider arrangement according to the prior art
- Fig. 2 shows the equivalent circuit diagram of the voltage divider from Fig. 1
- Fig. 3 shows a first embodiment of the invention
- Fig. 4 shows the equivalent circuit diagram of the voltage divider arrangement shown in Fig. 3.
- resistance layers and conductor tracks are produced from resistance and conductive pastes known in thick-film technology on a ceramic substrate.
- 3 shows a first exemplary embodiment of the arrangement consisting of two voltage dividers connected in series.
- the voltage divider arrangement comprises a first resistance layer (1), which is preferably made using thick-film technology and is designed as a rectangular strip.
- the resistance layer (1) has a first end region (11), over the entire length of which a first conductor track (3) serving to supply current is connected to the opposite layer (1). Over the entire length of the opposite end area
- the (12) is a second conductor track (4) used for current dissipation connected to the first resistance layer (1).
- the first resistance layer (1) has an electrical resistance R1 between the first region (11) and the second region (12).
- the voltage divider arrangement comprises a second resistance layer (2) designed as a rectangular strip with a first end region (15) and a second end region (16) opposite this.
- the second end region (16) is connected to the second region (12) of the first resistance layer (1) via a conductor track (7).
- the conductor track (7) and the conductor track (4) are connected in one piece in the exemplary embodiment shown in FIG. 3 and form a common conductor track.
- the first region (15) of the second resistance layer (2) is connected to the edge (13) between the first region (11) and the second region (12) via a further conductor track (6) with a location provided for voltage tapping. connected to the resistance layer (1).
- the conductor track (6) serves as a removal electrode and divides the resistor Rl into two partial resistors Rl 'and Rl''.
- a second divider voltage is tapped at the second resistance layer (2) via a further conductor track (5).
- the conductor track (5) is provided as a removal electrode of the entire voltage divider arrangement and is connected between the first region (15) and the second region (16) at the edge (14) of the second resistance layer (2).
- the conductor track (5) divides the resistance R2 of the second resistance layer (2), as shown in the equivalent circuit diagram in FIG. 4, into two partial resistors R2 'and R2''.
- measuring electrode (6) of the second resistance layer (2) a partial voltage of the first divider voltage taken off at the first resistance layer (1) is tapped.
- At least one laser or sandblast cut (10) L-shaped is introduced into the second voltage divider R2 ', R2' ', which is guided until the second divider voltage tapped at the removal electrode 5 reaches the desired value Has.
- the L-shaped laser or sandblast cut (10) is introduced from the edge (14) into the second resistance layer (2) and consists of a first cut (22) made transversely in the resistance layer and a vertically projecting one from it second area (16) facing the first area (15) second cut (23).
- the first cut (22) achieves a coarse adjustment, while the second cut (23) serves for fine adjustment of the voltage divider arrangement.
Landscapes
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Abstract
Der Erfindung bezieht sich auf eine in Hybridtechnik hergestellte abgleichbare Spannungsteiler-Anordnung mit einer ersten zwischen zwei Leiterbahnen angeordneten stromdurchflossenen ohmschen Widerstandsschicht und einer mit der ersten Widerstandsschicht elektrisch verbundenen zweiten Widerstandsschicht, an die eine als Abnahmeelektrode vorgesehene dritte Leiterbahn angeschlossen ist. In die zweite Widerstandsschicht wird zum Abgleich des Spannungsteilers ein Schnitt derartig angebracht, daß an der Abnahmeelektrode ein gewünschter Wert abgreifbar ist. Um bei nur geringer Zunahme des Flächenbedarfs der Spannungsteiler-Anordnung sehr kleine Teilerspannungen mit der erforderlichen Genauigkeit abgreifen zu können, wird vorgeschlagen, die zweite Widerstandsschicht über Leiterbahnen mit der ersten Widerstandsschicht so zu verbinden, daß eine an der ersten Widerstandsschicht abgegriffene erste Teilerspannung an der zweiten Widerstandsschicht anliegt und an der mit der zweiten Widerstandsschicht verbundenen Abnahmeelektrode eine Teilspannung der ersten Teilerspannung abgegriffen werden kann.
Description
Tn Hybridtechnik hergestellte abgleichbare Spannungsteiler- Anordnung
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Vorrichtung nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung aus.
Aus der EP 0 093 125 ist bereits eine in Hybridtechnik ausgeführte abgleichbare Spannungsteiler-Anordnung für eine integrierte Schichtschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekann . Ein Ausführungsbeispiel dieses bekannten Spannungsteilers ist in Fig. 1 dargestellt. Fig. 2 zeigt das zugehörige Ersatzschaltbild. Der Spannungsteiler besteht aus einer ersten in Dünn- oder Dickschichttechnik hergestellten Widerstandsschicht 1 mit einem der Stromzufuhr dienenden mit einer Leiterbahn 3 verbundenen Bereich 11 und mit einem der Stromabfuhr dienenden mit einer Leiterbahn 4 verbundenen Bereich 12. Die Leiterbahnen und Widerstandsschichten werden aus in der Hybridtechnik gebräuchlichen Leiter- und Widerstandspasten hergestellt. Der Abgriff besteht aus einer zweiten Widerstandsschicht 2, welche die erste Widerstands- schicht 1 in einer Kontaktierzone 9 überlappt und mit einer als Abnahmeelektrode vorgesehenen dritten Leiterbahn 5 ver-
blinden ist. Zum Abgleich des Spannungsteilers wird in die zweite Widerstandsschicht ein Laser- oder Sandstrahlschnitt 10 eingebracht, der die beim Betrieb des Spannungsteilers gebildeten Potentiallinien schneidet. Der Schnitt 10 wird so weit geführt, bis das Potential an der Abnahmeelektrode 5 den gewünschten Wert erreicht. Der stromdurchflossene ohm- sche Spannungsteilerwiderstand wird aus einem einzigen zusammenhängenden Widerstandsgebiet 1 mit einem Widerstand Rl gebildet, das erst durch den Abgriff, wie in Fig. 2 darge- stellt, in zwei Teilwiderstände Rl' und Rl' ' eingeteilt wird. Da die einstückig miteinander verbundenen Teilwiderstände Rl' und Rl'' aus dem gleichen Material mit dem gleichen Temperaturkoeffizienten bestehen, kann anders als bei einem Spannungsteiler mit zwei räumlich getrennten, aus un- terschiedlichem Material bestehenden Widerstandsschichten eine Temperaturabhängigkeit des abgegriffenen Spannungswertes weitestgehend ausgeschlossen werden. Außerdem wird durch die Verlegung des für den Abgleich notwendigen Einschnitts in die zweite Widerstandsschicht 2 erreicht, daß die Poten- tialverteilung innerhalb des stromdurchflossenen Spannungsteilerwiderstands Rl im wesentlichen konstant bleibt.
Trotz der genannten Vorteile wird die bekannte Spannungsteiler-Anordnung nicht jedem Anforderungsprofil gerecht. So muß zum Beispiel in solchen Fällen, in denen eine sehr kleine
Teilerspannung am Widerstand Rl abgegriffen werden soll, einer der beiden gebildeten Teilwiderstände sehr klein werden, z.B. der Teilwiderstand Rl'', falls die Teilerspannung an der zweiten Leiterbahn 4 und der dritten Leiterbahn 5 abge- griffen wird. Das Widerstandsverhältnis Rl'/Rl'' wird in diesen Fällen deutlich größer als fünf. Dies führt zu Problemen, weil der Flächenbedarf der Spannungsteiler-Anordnung innerhalb der integrierten Schichtschaltung möglichst gering sein sollte (in der Regel beträgt die Länge der Widerstands- schicht Rl etwa 5 mm, die Breite etwa 2 mm) , aber gleichzei-
tig die Teilwiderstände Rl' und Rl'' bis auf wenigstens ein Prozent genau abgegriffen werden müssen.
Die Probleme entstehen daher, daß bei gleichbleibend kleinem Flächenbedarf die geometrischen Ausmaße der Schichtstruktur des zweiten Teilwiderstandes Rl' ' innerhalb der Widerstandsschicht 1 zu klein werden, um den Abgriff noch mit der erforderlichen Genauigkeit durchführen zu können. Da die Kontaktierzone 9 der ersten und der zweiten Widerstandsschicht in Fig. 1 in diesem Fall äußerst klein ausgelegt werden muß, kann beim Abgleich mit dem Laser der Einschnitt in die kleinen Strukturen nicht mehr mit der erforderlichen Genauigkeit durchgeführt werden. Dies gilt auch dann, wenn mit dem Laser direkt in die erste Widerstandsschicht eingeschnitten wird. Die Teilwiderstände Rl' und Rl'' können deshalb in den beschriebenen Fällen nicht bis auf ein Prozent genau abgegriffen werden. Darüber hinaus sinkt die Stabilität des Spannungsteilers über die Lebensdauer erheblich. Dem kann nur dadurch abgeholfen werden, daß die geometrischen Ausmaße der ersten Widerstandsschicht 1 insgesamt vergrößert werden. Dies führt aber zu einer deutlichen Erhöhung des Platzbedarfs des Spannungsteilers innerhalb der integrierten Schichtschaltung. Um zum Beispiel von einem Teilerverhältnis von Rl'/Rl''= 5/1 auf ein Verhältnis von Rl'/Rl''= 20/1 überzugehen, müßte der Flächenbedarf der Spannungsteiler- Anordnung bei gleichbleibender geometrischer Ausdehnung von Rl'' vervierfacht werden.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Spannungsteiler-Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß auch sehr kleine Teilerspannungen an der Abnahmeelektrode abgegriffen werden können und gleichzeitig der Flächenbedarf für die Spannungsteiler-Anordnung in deutlich geringerem Ausmaß als beim Stand der Technik vergrößert
werden muß. Dies wird erreicht, indem die zweite Widerstandsschicht nicht unmittelbar, sondern über Leiterbahnen mit der ersten Widerstandsschicht verbunden wird, wobei eine an der ersten Widerstandsschicht abgegriffene erste Teiler- Spannung an die zweite Widerstandsschicht angelegt wird. An der mit der zweiten Widerstandsschicht verbundenen Abnahmeelektrode wird nun vorteilhaft nur ein Teil dieser ersten Teilerspannung abgegriffen, so daß insgesamt sehr kleine Teilerspannungen erzeugt werden können. Innerhalb der inte- grierten Schichtschaltung wird der Flächenbedarf für die Anordnung lediglich durch den Raum für die Verlegung der zusätzlichen Leiterbahnen und durch die geometrische Ausdehnung der zweiten Widerstandsschicht vergrößert. Dieser zusätzliche Flächenbedarf ist aber weitaus geringer als beim Stand der Technik, so daß der Flächenbedarf der Anordnung auch bei gewünschten sehr kleinen Teilerspannungen nicht überproportional anwächst .
Vorteilhaft ist insbesondere, daß der durch einen Einschnitt in der zweiten Widerstandsschicht durchgeführte Abgleich der Anordnung mit der erforderlichen Genauigkeit durchgeführt werden kann, da die geometrischen Ausmaße der gebildeten Teilwiderstände in der ersten und in der zweiten Wider- standsschicht die für einen genauen Abgleich notwendige Min- destgröße nicht unterschrei en. Die Teilwiderstände können daher auch bei kleinen Teilerspannungen weiterhin bis auf ein Prozent genau abgegriffen werden.
Weiterhin ist vorteilhaft, daß der Querwiderstand Rl ' + Rl ' ' der ersten Widerstandsschicht während des Abgleichs konstant bleibt, da der Abgleich durch einen Einschnitt in der räumlich von der ersten Widerstandsschicht getrennten zweiten Widerstandsschicht durchgeführt wird.
Vorteilhaft ist außerdem, die zweite und die fünfte Leiterbahn als eine einstückige mit dem zweiten Bereich der ersten
Widerstandsschicht verbundene Leiterbahn vorzusehen, da hierdurch das Layout und die Ausführung der Spannungsteiler- Anordnung in Hybridtechnik erleichtert wird. In diesem Fall ist nur eine Leiterbahn als Abnahmeelektrode an der ersten Widerstandsschicht vorgesehen.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläuter . Es zeigt
Fig. 1 eine Spannungsteiler-Anordnung nach dem Stand der
Technik,
Fig. 2 das Ersatzschaltbild des Spannungsteilers aus Fig. 1, Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfingungsgemäßen
Spannungstei1er-Anordnung,
Fig. 4 das Ersatzschaltbild der in Fig. 3 gezeigten Spannungsteiler-Anordnung .
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Bei dem im folgenden dargestellten Ausführungsbeispiel einer Spannungsteiler-Anordnung für eine integrierte Schichtschaltung sind Widerstandsschichten und Leiterbahnen aus in der Dickschichttechnik bekannten Widerstands- und Leitpasten auf einem Keramiksubstrat hergestellt. In Fig. 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der aus zwei hintereinander geschalteten Spannungsteilern bestehenden Anordnung dargestellt. Die Spannungsteiler-Anordnung umfaßt eine erste vorzugsweise in Dickschichttechnik ausgeführte Widerstandsschicht (1) , die als rechteckiger Streifen ausgebildet ist. Die Widerstandsschicht (1) weist einen ersten Endbereich (11) auf, über dessen ganze Länge eine erste der Stromzufuhr dienende Leiterbahn (3) mit der Widers andεschicht (1) verbunden ist. Über die ganze Länge des gegenüberliegenden Endbereiches
(12) ist eine zweite der Stromabfuhr dienende Leiterbahn (4)
mit der ersten Widerstandsschicht (1) verbunden. Zwischen dem ersten Bereich (11) und dem zweiten Bereich (12) weist die erste Widerstandsschicht (1) einen elektrischen Widerstand Rl auf. Weiterhin umfaßt die Spannungsteiler-Anordnung eine zweite als rechteckigen Streifen ausgebildete Widerstandsschicht (2) mit einem ersten Endbereich (15) und einem diesen gegenüberliegenden zweiten Endbereich (16). Der zweite Endbereich (16) ist über eine Leiterbahn (7) mit dem zweiten Bereich (12) der ersten Widerstandsschicht (1) ver- bunden. Die Leiterbahn (7) und die Leiterbahn (4) sind bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel einstückig verbunden und bilden eine gemeinsame Leiterbahn. Weiterhin ist der erste Bereich (15) der zweiten Widerstandsschicht (2) über eine weitere Leiterbahn (6) mit einer für den Span- nungsabgriff vorgesehenen Stelle auf dem Rand (13) zwischen dem ersten Bereich (11) und dem zweiten Bereich (12) der Widerstandsschicht (1) verbunden. In diesem Ausführungsbei- spiel dient die Leiterbahn (6) als Abnahmeelektrode und teilt den Widerstand Rl in zwei Teilwiderstände Rl' und Rl'' ein. Es ist aber auch denkbar sowohl die Leiterbahn (6) als auch die Leiterbahn (7) als Abnahmeelektroden mit dem Rand (13) der Widerstandsschicht (1) zu verbinden. Entscheidend ist, daß zwischen dem ersten Bereich (15) und dem zweiten Bereich (16) der zweiten Widerstandsschicht (2) über die Leiterbahnen (6,7) eine an der ersten Widerstandsschicht (1) abgegriffene Teilerspannung anliegt.
An der zweiten Widerstandsschicht (2) wird über eine weitere Leiterbahn (5) eine zweite Teilerspannung abgegriffen. Die Leiterbahn (5) ist als Abnahmeelektrode der gesamten Spannungsteiler-Anordnung vorgesehen und zwischen dem ersten Bereich (15) und dem zweiten Bereich (16) an den Rand (14) der zweiten Widerstandsschicht (2) angeschlossen. Die Leiterbahn (5) teilt den Widerstand R2 der zweiten Widerstandsschicht (2) , wie in dem Ersatzschaltbild in Fig. 4 dargestellt, in zwei Teilwiderstände R2 ' und R2'' ein, wobei an der Abnah-
meelektrode (6) der zweiten Widerstandsschicht (2) eine Teilspannung der an der ersten Widerstandsschicht (1) abgenommenen ersten Teilerspannung abgegriffen wird.
Zum Abgleich der Spannungsteiler-Anordnung wird in den zweiten Spannungsteiler R2',R2'' wenigstens ein Laser- oder Sandstrahlschnitt (10) L-fδrmig eingebracht, der so weit geführt wird, bis die an der Abnahmeelektrode 5 abgegriffene zweite Teilerspannung den gewünschten Wert erreicht hat. Der L-förrnige Laser- oder Sandstrahlschnitt (10) wird von dem Rand (14) aus in die zweite Widerstandsschicht (2) eingebracht und besteht aus einem ersten quer in die Widerstands- Schicht eingebrachten Schnitt (22) und einem davon senkrecht abstehenden, vom zweiten Bereich (16) zum ersten Bereich (15) gerichteten zweiten Schnitt (23) . Durch den ersten Schnitt (22) wird ein Grobabgleich erreicht, während der zweite Schnitt (23) zum Feinabgleich der Spannungsteiler- Anordnung dient. Da eine erhöhte elektrische Feldstärke am Endpunkt des Einschnitts (10) auftritt, kann dort eine star- ke Migration innerhalb der Widerstandsschicht auftreten, durch welche der Schnitt (23) im Laufe der Zeit wieder teilweise zusammenwächst. Da dies aber nur den Bereich des Fein- abgleichs betrifft, wird hierdurch die Lebensdauer der Spannungsteiler-Anordnung nicht wesentlich beeinträchtigt.
Claims
1. In Hybridtechnik hergestellte abgleichbare Spannungsteiler-Anordnung mit einer ersten stromdurchflossenen ohmschen Widerstandsschicht (1) , welche einen ersten zur Stromzufuhr vorgesehenen und mit einer ersten Leiterbahn (3) verbundenen Bereich (11) und einen zweiten zur Stromabfuhr vorgesehenen und mit einer zweiten Leiterbahn (4) verbunden Bereich (12) aufweist, und mit einer zweiten Widerstandsschicht (2), welche mit der ersten Widerstandsschicht (1) elektrisch verbunden ist und an eine als Abnahmeelektrode vorgesehene dritte Leiterbahn (5) angeschlossen ist, wobei in der zweiten Wi- derstandsschicht (2) ein Schnitt (10) derartig angebracht ist, daß an der Abnahmeelektrode (5) ein gewünschter Wert abgreifbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem ersten Bereich (15) der zweiten Widerstandsschicht (2) eine vierte Leiterbahn (6) und mit einem zweiten Bereich (16) der zwei- ten Widerstandsschicht (2) eine fünfte Leiterbahn (7) verbunden ist, daß zum Abgriff einer ersten Teilerspannung die vierte Leiterbahn (6) und/oder die fünfte Leiterbahn (7) zwischen dem ersten Bereich (11) und dem zweiten Bereich (12) der ersten Widerstandsschicht (1) an diese angeschlos- sen ist, und daß zum Abgriff einer zweiten Teilerspannung die dritte Leiterbahn (5) zwischen dem ersten Bereich (15) und dem zweiten Bereich (16) an die zweite Widerstandsschicht (2) angeschlossen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leiterbahn (4) und die fünfte Leiterbahn (7) ein- stückig miteinander verbunden sind und an den zweiten Bereich (12) der erste Widerstandsschicht (1) angeschlossen sind.
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