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@ -54,15 +54,15 @@ Da die Abschirmung sowie die Reihenschaltung der Rückkoppelwiderstände der
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vorherigen Version beide als Funktionsfähig befunden wurden, wird an diesem Teilen
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der Schaltung keine Änderung vorgenommen. Lediglich der OpAmp wird durch eine
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kaskadierte Schaltung des {\em ADA4817 } ersetzt.
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Abbildung \ref{fig:v11_tia_schematic} zeigt den geänderten Schaltkreis auf.
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\begin{figure}[h]
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\begin{figure}[hb]
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\centering
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\includegraphics[width=0.9\textwidth]{Auslegung/v1.1/tia_stage.png}
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\caption{\label{fig:v11_tia_schematic}Schaltkreis der zweiten Revision des
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Verstärkerteils des TIVs.}
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\end{figure}
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Abbildung \ref{fig:v11_tia_schematic} zeigt den geänderten Schaltkreis auf.
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Hierbei sind U2B und U2A die zwei ADA4817-OpAmps der kaskadierten Verschaltung.
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Widerstände R33 und R34 setzten hierbei die Verstärkung von U2A fest.
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U2B übernimmt den Rest der Verstärkung, wobei die Gesamtverstärkung nur durch
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@ -84,18 +84,18 @@ Die Rückkoppelwiderstände und Abschirmwiderstände (R19 bis 13, R15 bis 18, R2
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plus die anpassenden Spannungsteiler (R24, R14, R19) sind unverändert vom
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ersten Schaltungsdesign.
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\begin{figure}[h]
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Abbildung \ref{fig:v11_tia_pcb} zeigt die Auslegung des PCBs der zweiten Revision.
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Hierbei werden die vorherigen Konstruktionen für Rückkoppelpfad und Abschirmung der
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Widerstände bei behalten.
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Aus diesem Grund wird hierauf nicht mehr genauer eingegangen.
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\begin{figure}[hb]
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\centering
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\includegraphics[width=0.7\textwidth]{Auslegung/v1.1/tia_pcb.png}
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\caption{\label{fig:v11_tia_pcb}Auslegung des PCBs der zweiten Revision
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des TIVs}
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\end{figure}
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Abbildung \ref{fig:v11_tia_pcb} zeigt die Auslegung des PCBs der zweiten Revision.
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Hierbei werden die vorherigen Konstruktionen für Rückkoppelpfad und Abschirmung der
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Widerstände bei behalten.
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Aus diesem Grund wird hierauf nicht mehr genauer eingegangen.
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Die Kaskadenschaltung der zwei Verstärker ist um U2 herum gelegt. U2 ist
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ein sog. {\em Dual Package OpAmp}, d.h. es liegen zwei unabhängige
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ADA4817 im selben Packet vor. Dies ermöglicht eine möglichst kleine Auslegung
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@ -106,12 +106,15 @@ Der Vollständigkeit halber zeigt Abbildung \ref{fig:v11_pcb_3d_image} ein 3D-Mo
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der zweiten Revision der Platine. Die restlichen Schaltungsteile wurden nicht modifiziert,
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weshalb auf diese hier nicht mehr eingegangen wird.
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\begin{figure}[h]
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\begin{figure}[hb]
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\centering
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\includegraphics[width=0.9\textwidth]{Auslegung/v1.1/pcb_3d.png}
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\caption{\label{fig:v11_pcb_3d_image}3D-Modell der zweiten Revision des PCBs}
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\end{figure}
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\FloatBarrier
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\newpage
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\section{Vermessung der Revision}
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In diesem Kapitel wird die zweite Revision der Platine
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@ -130,7 +133,7 @@ Im Falle der neuen Schaltung liegt nun die erwartete stabile, statische Ausgangs
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bei $\SI{0}{\volt}$ mit einem akzeptablem Rauschen. Abbildung \ref{fig:v11_ims_noise} zeigt
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das Spektrum des Rauschens dieser Variante.
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\begin{figure}[h]
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\begin{figure}[hb]
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\centering
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\missingfigure{Add figure of with-IMS noise}
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\caption{\label{fig:v11_ims_noise}Rauschlevel der $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante mit angeschlossenem IMS.}
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@ -139,39 +142,48 @@ das Spektrum des Rauschens dieser Variante.
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Diese Messung bestätigt, dass diese Revision der Schaltung keine Oszillationen bei Anschluss einer IMS-Röhre
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aufweist. Der Fehler der ersten Revision wurde somit erfolgreich behoben.
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\FloatBarrier
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\subsection{Linearität}
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In diesem Abschnitt wird die Linearität der neuen Revision vermessen. Die Messung erfolgt hierbei mit den
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gleichen Messgeräten wie in Kapitel \ref{chap:v10_measurement_linearity}, es wird jedoch durch die höhere
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Versorgungsspannung des ADA4817 ein größerer Eingangsstrombereich von \todo{Measure this} vermessen.
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Abbildung \ref{fig:v11_linearity} zeigt die vermessene Linearität an der
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$\SI{47}{\mega\ohm}$-Variante.
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\begin{figure}[h]
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\begin{figure}[hb]
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\centering
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\missingfigure{Measure linearity of v11}
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\caption{\label{fig:v11_linearity}Vermessung der Linearität der zweiten Revision,
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$\SI{47}{\mega\ohm}$-Variante}
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\end{figure}
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Abbildung \ref{fig:v11_linearity} zeigt die vermessene Linearität an der
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$\SI{47}{\mega\ohm}$-Variante. \todo{Fill this out after measurement}
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\todo{Fill this out after measurement}
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\newpage
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\FloatBarrier
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\subsection{Bandbreite}
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In diesem Abschnitt werden die Übertragungsfunktionen und Bandbreiten der erstellten
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Platinen genauer untersucht.
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Es wird hierfür dieselbe Methode wie aus Kapitel \ref{chap:v10_measurement_bandwidth}
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genutzt.
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genutzt. Abbildung \ref{fig:v11_measurement_bandwidth} zeigt die gemessenen Übertragungsfunktionen
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der zweiten Platinenversion, wobei mehrere Platinen mit variiertem Rückkoppelwiderstand
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aufgebaut wurden.
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\begin{figure}[h]
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\begin{figure}[hb]
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\centering
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/V1.1-a1/bandwidths.png}
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\caption{\label{fig:v11_measurement_bandwidth}Messungen der Übertragungsfunktionen
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der Platinen der zweiten Revision.}
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\caption[Messungen der Übertragungsfunktionen
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der Platinen der zweiten Revision]{\label{fig:v11_measurement_bandwidth}
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Messungen der Übertragungsfunktionen
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der Platinen der zweiten Revision. Zu erkennen
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ist die Abhängigkeit der Bandbreite vom Rückkoppelwiderstand.}
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\end{figure}
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Abbildung \ref{fig:v11_measurement_bandwidth} zeigt die gemessenen Übertragungsfunktionen
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der zweiten Platinenrevision.
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Deutlich zu erkennen ist die gewünschte glatte Übertragungsfunktion bis hin zur Eckfrequenz.
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Hiernach fallen die Verstärkungen der Platinenvarianten jedoch unterschiedlich schnell ab.
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Alle Platinen bis auf die $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante weisen einen Abfall von circa
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@ -185,13 +197,13 @@ Diese Diskrepanzen stören das Verhalten der Übertragungsfunktion für die hier
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Zielparameter nicht, da die beobachteten Frequenzen gänzlich überhalb der Filter-Eckfrequenz
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von $\SI{30}{\kilo\hertz}$ liegen. Im Falle der $\SI{47}{\mega\ohm}$ ist der
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stärkere Abfall der Verstärkung sogar vorteilhaft.
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Eine Vermutung der Ursache dieser Resonanz ist der kaskadierte Aufbau des Verstärkers selbst.
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Die zweite Stufe des Verstärkers kann zu einer Phasenverschiebung führen, welches diverse
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Einflüsse auf den Frequenzverlauf der Verstärkung haben kann.
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Eine Vermutung der Ursache dieser Resonanz ist der kaskadierte Aufbau des Verstärkers selbst,
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wobei das GBWP der ersten oder zweiten Stufe zu einer leichten Überhöhung der Bandbreite
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führen kann.
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Aus der Messung der Übertragungsfunktionen können nun die -3dB-Punkte der Platinen
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entnommen werden. Diese sind in Tabelle \ref{table:v11_bandwidths} dargestellt.
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\todo[inline]{Check with our LTSpice simulation if we see these!}
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\begin{table}[H]
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\begin{table}[hb]
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\centering
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\caption{\label{table:v11_bandwidths}-3dB-Frequenzen des ungefilterten
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TIV-Ausgangs der zweiten Revision}
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@ -207,27 +219,26 @@ Einflüsse auf den Frequenzverlauf der Verstärkung haben kann.
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\end{tabular}
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\end{table}
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Tabelle \ref{table:v11_bandwidths} zeigt die -3dB-Frequenzen der gemessenen
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Übertragungsfunktionen. Im Vergleich zur ersten Revision
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Im Vergleich zur ersten Revision
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bieten die $\SI{20}{\mega\ohm}$ und $\SI{47}{\mega\ohm}$ varianten der Platinen
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eine höhere Bandbreite als die Platinen der ersten Revision, während die
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$\SI{120}{\mega\ohm}$ Variante eine niedrigere Bandbreite aufweist.
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Diese Diskrepanz liegt vermutlich ebenfalls am beobachteten Verhalten der Kaskadenschaltung, und
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ist erneut im Falle der $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante von Vorteil.
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\begin{figure}[h]
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\centering
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/revision_compare_bandwidth.png}
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\caption{\label{fig:v11_comparison_bandwidth}Vergleich der Bandbreiten der
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$\SI{47}{\mega\ohm}$ Varianten von der alten und neuen Revision.}
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\end{figure}
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Abbildung \ref{fig:v11_comparison_bandwidth} zeigt einen direkten Vergleich der
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Bandbreiten der TIV-Stufen der vorherigen und neuen Revison für
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die $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante. Der steilere Abfall sowie die
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leicht höhere -3dB-Frequenz der zweiten Revision
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ist hierbei deutlich zu erkennen.
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\begin{figure}[hbH]
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\centering
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/revision_compare_bandwidth.png}
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\caption{\label{fig:v11_comparison_bandwidth}Vergleich der Bandbreiten der
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$\SI{47}{\mega\ohm}$ Varianten von der alten und neuen Revision.}
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\end{figure}
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Da die Filterstufe zwischen den Revisionen nicht geändert wurde,
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da das Filterverhalten bereits als ausreichend empfunden wurde, wird hier nicht
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erneut darauf eingegangen.
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