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Fernsehempfänger. bei dem die Grösse des für die Wiedergabe wirksam benutzten Schirmteiles der Bildwiedergaberöhre ein Aspektverhältnis aufweist, das von dem durch das empfangene
Fernsehsignal bedingten Aspektverhältnis abweicht
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Der Empfänger nach der Erfindung begegnet diesen Nachteilen und weist dazu das Kennzeichen auf, dass die erwähnte Schaltungsanordnung derart bemessen ist, dass die Rückschlagzeit z"L und der Spitzenwert des sägezahnförmigen Ablenkstromes dem Aspektverhältnis a : b des für die Wiedergabe wirksam benutzten Schirmteiles angepasst sind, wobei die angepasste Rückschlagzeit bedingt ist durch : z"L=L-a'b (l-z') L/b'a und z'L den Teil einer Zeilenzeit L darstellt, in dem das empfangene Fernsehsignal keine Videoinformation enthält.
Die Erfindung wird an Hand der Figuren in beiliegenden Zeichnungen näher erläutert :
In Fig. 1 sind die Ausmasse des Bildschirmes einer Bildwiedergaberöhre angegeben. Fig. 2 zeigt ein Strom-Zeit-Diagramm. In Fig. 3 ist die benutzte Schaltung zum Erzeugen eines sägezahnförmigen Ablenkstromes mit der Zeilenfrequenz dargestellt. Fig. 4 zeigt eine Schaltung zum Unterdrücken des Strahlstromes in der Bildwiedergaberöhre während der angepassten Zeilenrückschlagzeit, und Fig. 5 zeigt ein gegenüber Fig. 4 abgeändertes Schaltbild. Bekanntlich werden zur Zeit Bildwiedergaberöhren hergestellt, bei denen die Ausmasse des Bildschir-
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gnals notwendig wären. So ist in Fig. 1 ein Bildschirm dargestellt, dessen Höhe a cm und dessen Breite b cm beträgt.
Für die modernen Bildwiedergaberöhren verhalten sich diese Abmessungen wie 4 : 5. Der Einfachheit halber wird dieses Verhältnis als Aspektverhältnis des Bildschirmes bezeichnet (also a : b = = 4 : 5). Die durch das Aspektverhältnis des Eingangssignals bedingten Abmessungen des wiederzugeben-
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Wie eingangs erwähnt, ist nun aus baulichen Erwägungen bei gleichbleibender Höhe für das betreffende Mass die Breite des Bildschirmes kleiner geworden, d. h. a'ist gleich a und b ist kleiner als b'gewählt. Dies ist in Fig. 1 durch die senkrechten Strichpunkt-Linien und durch die voll ausgezogenen
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mes) und a. : b' =3 : 4 (Aspektverhältnis des Eingangssignals).
Nach dem heutigen Standard enthält das empfangene Fernsehsignal während 18% jeder Zeilenzeit keine Video-Information (Unterdrückungsperiode), was bedeutet, dass der Elektronenstrahl in der Wiedergaberöhre mit Hilfe dieses Signals während dieser Zeit unterdrückt werden kann. Ausserdem ist es in der heutigen Fernsehtechnik üblich, die Rückschlagzeit des erzeugten sägezahnförmigen Stromes zur Ablenkung des Elektronenstrahles in der Zeilenablenkrichtung gleich 15% der Zeilenzeit zu setzen, so dass der fiktive Rückschlag des zwar unterdrückten Elektronenstrahles beendet ist, bevor die Unterdrückung beseitigt wird.
Bei den neuen Röhren bedeutet dies, dass der Elektronenstrahl über einen Abstand von b'cm ohne Unterdrückung abgelenkt werden würde, wenn wenigstens die Ausmasse des Schirmes dies gestatten würden. In Wirklichkeit beträgt die Breite des Schirmes aber b cm, so dass der Elektronenstrahl an den Schírmrändern auf die Seitenwände und sogar auf die Innenwand des unmittelbar mit dem Röhrenhals verbundenen trichterförmigen Teiles gelangt.
Infolge dieser sogenannten Überabtastung wird der Elektronenstrahl beim Auftreffen auf die Seiten-
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und dem Aluminiumfilm oder sogar aus dem Glas selbst auslösen. Dabei werden umso mehr Sekundärelektronen ausgelöst, je heller das Bild an den Rändern ist, was z. B. bei einem vor einem hellen Hintergrund gesetzten Gegenstand immer der Fall ist. Die so entwickelte Sekundärelektronenwolke schwärmt über den Bildschirm und liefert einen prozentuellen Beitrag zur Lichterzeugung, welcher umso grösser ist, je weniger die Primärelektronen (die unmittelbar vom stellenweise abtastenden Elektronenstrahl herrühren) dies bewirken. Auch die schnellen, von den erwähnten Wänden zurückgeworfenen Primärelektronen verursachen eine unerwünschte Hintergrundbeleuchtung.
Der Kontrast des wiederzugebenden Bildes wird daher von der erwähnten Überabtastung sehr ungünstig beeinflusst.
Ein zweiter Nachteil liegt darin, dass für den grossen Ablenkwinkel von 1100 ein sehr grosser Ablenkspitzenstrom erforderlich ist. Diese Spitzenströme werden so gross, dass hiefür besondere Zeilenausgangsröhren entwickelt, oder bestehende Röhren parallelgeschaltet werden müssten, welche diese Spitzenströme zu liefern vermögen.
Nach der Erfindung können alle diese Nachteile dadurch überwunden werden, dass die Rückschlagzeit des sägezahnförmigen Stromes verlängert und diesem Strom eine'impulsförmige Spannung entnommen wird, mittels der der Strahlstrom während dieser verlängerten Rückschlagzeit unterdrückt wird.
Im Nachstehenden wird nachgewiesen, dass dabei der Anodenspitzenstrom der Zeilenausgangsröhre
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und auch der Spitzenstrom der Reihen-Spardiode gegenüber den nach der bekannten Technik erforderlichen Strömen beträchtlich herabgesetzt werden.
In Fig. 2 ist eine Periode eines sägezahnförmigen Ablenkstromes als Funktion der Zeit dargestellt.
Beträgt eine Zeilenzeit L Sekunden und die RUckschlagzeit zL Sekunden, so braucht man bei einer solchen Rückschlagze. it einen Spitzenwert des Deflexionsstromes von is Amp, wobei z = AL/L und AL die gewählte Ruckschlagzeit darstellt. Wie im Vorstehenden bereits bemerkt wurde, ist für z in den üblichen Systemen ein Wert von 15% gewählt. Zum Abtasten des Schirmes in waagrechter Richtung seitens des Elektronenstrahles wird dann aber nur der [ (1-z') L]-te Teil der Gesamtzeilenzeit L benutzt, wobei der Strahl während z'L Sekunden unterdrückt wird. z'wird durch das Eingangssignal bestimmt und beträgt z.
B. für das europäische 625-Zeilensystem durchschnittlich 18%.
Die waagrechten Abmessungen des wiederzugebenden Bildes werden daher durch die Zeit (1-z') L bedingt.
Beträgt die durch das Eingangssignal bedingte senkrechte Unterdrückungszeit x'B, wobei B die zum Schreiben eines Rasters erforderliche Zeit ist, so werden die senkrechten Abmessungen des wiedergegebenen Bildes durch eine Zeit von (1-x') B Sekunden bedingt.
Das Verhältnis der beiden erwähnten Zeiten muss nun dem durch den Sender bedingten Aspektverhältnis entsprechen, d. h. : (1-x') B : (1-z') L = a' : b', wobei a' : b'= 3 : 4 für die meisten heutzutage verwendeten Fernsehsysteme.
Wenn das Aspektverhältnis des Bildschirmes von dem durch den Sender bedingten Aspektverhältnis
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2. Wie oben bereits bemerkt wurde, werden sowohl der Anodenspitzenstrom als auch der Spitzenstrom der Reihen-Spardiode durch die erwähnte Massnahme beträchtlich herabgesetzt.
Aus den obenstehenden Formeln folgt nämlich :
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B : (l :-z') L=a' : b' undz"L=L-a'b (l-z') L/b'a
Für a' : b'= 3 : 4, a : b = 4 : 5 und z* = 18% folgt darauf nach etwas Umarbeitung : z"= 23, 15%.
Wird nicht die Höhe, sondern die Diagonale des Schirmes für das betreffende Mass konstant gehalten, so bleibt Obenstehendes unverändert geltend. Bei letzterem Verfahren wird dann bei einem Übergang von einem Aspektverhältnis von 3 : 4 auf eines von 4 : 5 die Höhe des Bildschirmes grösser, die Breite jedoch kleiner.
Ein Vergleich der beiden Verfahren zeigt, dass bei Übergang vom einen Aspektverhältnis, auf das andere die Breite des Bildschirmes beim zuletzt genannten Verfahren gegenüber dem zuerst genannten Verfahren zugenommen hat. Die Oberfläche des Bildschirmes einer nach dem Verfahren der konstanten Diagonale hergestellten Röhre ist ausserdem grösser bei einem Aspektverhältnis von 4 : 5 als bei einem von 3 : 4, wobei trotzdem die Vorteile einer widerstandsfähigen Röhre und des geringeren Glasverbrauches beibehalten sind.
Bei konstanter Höhe wird, wie aus Fig. 1 ersichtlich, die Oberfläche kleiner, die obenerwähnten Vorteile aber etwas gesteigert.
Im Falle einer Bildwiedergaberöhre mit konstanter Diagonale muss der Spitzenwert des sägezahnförmigen Ablenkstromes für die senkrechte Richtung etwas grösser werden., Dies stellt keinen Nachteil dar, da die Frequenzen viel niedriger als für die Zeilenablenkrichtung sind, so dass der von der Ausgangsröhre gelieferte Strom vom Ausgangstransformator hinreichend herauftransformiert werden kann, ohne dass während der senkrechten Rückschlagzeit die an der Röhre auftretende Spitzenspannung die für diese Röhre zulässigen Werte überschreitet. Auch die senkrechte Rückschlagzeit wird konstant gehalten, so dass sowohl die durch das Eingangssignal bedingte senkrechte Abmessung als auch die zum Abtasten des Bildschirmes in senkrechter Richtung erforderliche Abmessung durch die Zeit. von (l-x') B Sekunden bedingt werden.
Die obensteheaden Berechnungen gelten daher auch für eine Röhre mit konstanter Diagonale, so dass auch für diese Röhren eine neue Rückschlagzeit z"L gilt, wofür z" = 23, 150/0 ist.
Bei der Schaltung nach Fig. 3 sind die verschiedenen durch die Wicklungen und die Ablenkspule 4 fliessenden Ströme bzw. die verschiedenen an diesen Wicklungen auftretenden Spannungen angegeben.
So fliesst durch die Ablenkspule 4 der eigentliche sägezahnförmige Strom mit einem Spitzenwert is und an dieser Spule wird eine Spannung Vs entwickelt. Während des Rückschlages kann die Spitzenspannung an der Spule 4 mittels folgender Formeln berechnet werden :
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wobei z L die Rtickschlagzeit, Ls die Induktivität der Ablenkspule 4 und is/2 den halben Spitzenwert des Stromes is darstellt.
Bei den üblichen Systemen ist z = 0, 15, so dass für die Spitzenspannung gefunden wird :
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Für die verlängerte Ruckschlagzeit wird z"= 0 2315, so dass die an der Spule 4 erzeugte Spannung gleich
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wird.
Setzt man für eine Rückschlagzeit von 150/0 die Windungszahl des Transformators bis zur Anzapfung,
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k,Wählt man für eine Rückschlagzeit von 23, 15% diese Windungszahl gleich k", nd"k"bzw. na"k", so werden die verschiedenen Spannungen :
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v"=nana/na"=0,65is"/is
Nun wird die negative Hälfte des sägezahnförmigen Stromes is von dem durch die Reihen-Spardiode fliessenden Strom id und die positive Hälfte durch den in entgegengesetztem Sinne durch den Transformator 1 fliessenden Anodenstrom ia geliefert.
Im idealen Falle (d. h. wenn die Güte Q des aus den Elementen im Anodenkreis der Röhre 6 bestehenden Kreises unendlich ist) gilt dann : für 15% Rückschlagzeit :
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und'ia. = is/2na,für 23, 15% Rückschlagzeit : id"=is/2nd"und ia"= is/2na".
Daraus folgt durch Teilung der entsprechenden Ströme : id"/id=ndis"/nd"isundia"/ia=nais"/na"is
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Aus Fig. 2 folgt : is"/is= (l-Z")/ (l-Z) = 0, 904, so dass schliesslich für die neuen Ströme gefunden wird : i"d = 0, 526 id und i"a =0, 526 ia d. h. dass sowohl der Strom durch die Reihen-Spardiode als auch der Anodenstrom durch die Röhre 6 nahezu bis zur Hälfte herabgesetzt sind.
Durch das Verlängern der Rückschlagzeit ist es daher möglich, eine grosse Bildwiedergaberöhre mit einem Ablenkwinkel von 1100 zu betreiben und trotzdem mit nur einer bestehenden Zeilenausgangsröhre, z. B. mit nur einer PL 81-Röhre, auszukommen, wobei auch an die Reihen-Spardiode keine besonderen Anforderungen gestellt werden.
Obenstehendes wird noch günstiger in Anbetracht des Umstandes, dass sowohl für die 15%-als auch für die 23,15%-Rückschlagzeit der erwähnte Kreis im Anodenkreis der Röhre 6 nicht ideal ist.
Ist die Resonanzfrequenz dieses Kreises gleich f[Hz], so ist die Beziehung zwischen Rückschlagzeit und Resonanzfrequenz gegeben durch : f = 1/2 zL.
Für z = 15% müssen die Elemente dieses Kreises derart gewählt werden, dass gilt : z L = 1/2 f oder f= 1/0, 30 L.
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Die gewünschte Rückschlagzeit kann somit durch eine richtige Bemessung des erwähnten Kreises erzielt werden, so dass dieser eine Resonanzfrequenz von f"Hz erhält.
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Die GUte Q des Kreises kann jedoch verbessert werden, wenn seine Resonanzfrequenz niedriger wird.
Da im vorliegenden Falle f" < f, ist die Güte Q des Kreises im Anodenkreis der Röhre 6 besser bei einer
Rückschlagzeit z" von 23, 15% als bei einer Rückschlagzeit von 151o. Die Verluste dieses Kreises nehmen somit ab, so dass auch die von der Röhre 6 zu liefernde Gesamtenergie im nichtidealen Falle bei einer längeren Rückschlagzeit kleiner ist als bei einer kürzeren. Auch aus diesem Grunde kann bei gleichbleibender Speisespannung der Anodenspitzenstrom kleiner im Falle der grösseren Rückschlagzeit als in dem der kleineren Rückschlagzeit sein. Diese Verbesserung beträgt etwa lolo, so dass der Anodenspitzenstrom schliesslich bei gleichbleibenden Ablenkspulen bis zur Hälfte herabgesetzt werden kann.
Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass für die niedrigere Ausschwingfrequenz des erwähnten Anodenkreises die Störungsmöglichkeit auf benachbarte Rundfunkempfänger abnimmt.
Es ist einleuchtend, dass der Gewinn an Stromersparnis nicht immer völlig verwirklicht zu werden braucht. So kann es z. B. vorkommen, dass die Reserve der Reihen-Spardiode grösser als die der Zeilen- ausgangsröhre ist. In diesem Falle kann V"d kleiner als die höchstzulässige Spitzenspannung der Reihen-
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gangsröhre, wenn deren Reserve grösser als die der Reihen-Spardiode ist. Das Transformationsverhältnis muss daher von Fall zu Fall gemäss den obengegebenen Formeln bestimmt werden.
Auch für Farbfernseh-Wiedergaberöhren ist dieser Aspektverhältnis-Übergang von Wichtigkeit, falls mit einem 1100-Ablenkwinkel gearbeitet wird. An der Schaltungsanordnung als solcher braucht in der Regel nichts geändert zu werden, da die drei Elektronenstrahlen in der einen Bildwiedergaberöhre meist mit Hilfe nur eines Ablenkspulensatzes abgelenkt werden. Nur ist es notwendig, den erzeugten Unter- drückungsimpuls allen drei Elektronenstrahlquellen zuzuführen, um zu bewirken, dass alle drei Elektronenstrahlen während der Verlängerten Rückschlagzeit unterdrückt werden.
In Fig. 4 ist veranschaulicht, wie der an der Hilfswicklung 2 auftretende Spannungsimpuls zum Unterdrücken des Strahlstromes in der Bildwiedergaberöhre benutzt werden kann. In dieser Figur bezeichnet 7 die Videoausgangsröhre, der das Videosignal V'i zugefuhrt wird und deren. Anode mit der Kathode der Bildwiedergaberöhre 8 verbunden ist. Der Wehneltzylinder der Röhre 8 ist mit einem Ende der Hilfswicklung 2 verbunden, deren anderes Ende mit der positiven Klemme einer nicht dargestellten Spannungquelle verbunden ist. Diese Quelle kann aus einem mit dem Anodenspannungsgerät des Empfängers gekoppelten Potentiometer bestehen, dessen Anzapfung an das untere Ende der Wicklung 2 gelegt ist.
Durch Verschiebung dieser Anzapfung kann die Grösse des Strahlstromes im nichtunterdrückten Zustand geregelt werden, so dass auf diese Weise die Helligkeit des wiedergegebenen Bildes geändert werden kann. Die über 2 entwickelten Impulse 9 mit negativem Vorzeichen sind dann von hinreichender Grösse zum Unterdrücken des Elektronenstrahles während der Zeit z"L. Auch besteht die Möglichkeit, die Wicklung 2 einerseits zu erden und anderseits über einen hinreichend grossen Kondensator mit dem Wehneltzylinder zu verbinden. Die positive Spannung zum Einstellen der Helligkeit kann dann direkt dem Wehneltzylinder zugeführt werden.
Damit die Synchronisierung des Empfängers durch die Zufuhrung des Signals 9 nicht in ungünstigem Sinne beeinflusst wird, ist der Kondensator 10 vorgesehen. Das Gesamtfernsehsignal wird ja der Anode der Röhre 7 entnommen und über die Leitung 11 einem Synchronisierimpuls-Abtrenner zugeführt, in dem die Synchronisierimpulse vom Rest des Signals getrennt und anschliessend zum Synchronisieren der waagrechten und senkrechten Ablenkgeneratoren benutzt werden. Da der Wehneltzylinder und die Kathode der Röhre 8 eine gewisse Kapazität Cwk darstellen, wird das Signal 9 über diese Kapazität CWk gleichfalls der Leitung 11 zugeführt und dieses Signal kann die Synchronisierimpulse verzerren. Um dies zu vermeiden, wird das Signal 9 gleichfalls über den Kondensator 10 dem Steuergitter der Röhre 7 zugeführt.
Infolge der phasenumkehrenden Wirkung der Röhre 7 ist das an der Anode dieser Röhre auftretende Signal gegenphasig mit dem über die Kapazität Cwk der Leitung 11 zugeführten Signal. Wird die Impedanz im
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Kapazität Cwk zugeführten Signals gleich der des über die Röhre 7 zugeführten Signals. Die beiden Signale neutralisieren also einander, so dass die Synchronisierimpulse von diesem zusätzlich zugeführten Unterdrückungssignal nicht gestört werden.
Ein zweites Verfahren zum Vermeiden des Auftretens differentiierter Unterdrückungsimpulse im Synchronisiersignal ist in Fig. 5 veranschaulicht. In dieser Figur, in der entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 4 versehen sind, wird ein zusätzliches impulsförmiges Signal 12 der Hilfswicklung 13 entnommen. Die Hilfswicklung 13 ist derart am Transformator 1 angebracht, dass das an dieser Wicklung auftretende Signal 12 ein entgegengesetztes Vorzeichen zum Signal 9 hat und eine solche
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Amplitude, dass es, nachdem es über den Kondensator 14 der Leitung 11 zugeführt worden ist, das über die Kapazität Cwk zugeführte Signal 9 gerade ausgleicht.
Die obenbeschriebenen Schaltungsanordnungen nach den Fig. 3,4 und 5 und die dabei ausgeführten Berechnungen für einen Aspektverhältnisübergang von 3 : 4 auf 4 : 5 sind nur beispielsweise gegeben.
Auch bei einem andern Aspektverhältnis des Bildschirmes ist eine entsprechende Anpassung der Ruckschlagzeit des sägezahnförmigen Stromes möglich. Auch kann die Schaltung nach Fig. 3 mit Transistoren betrieben werden, sofern diese die auftretenden Spitzenspannungen ertragen können. Die Lieferung der erforderlichen Spitzenströme bietet in der Regel wenig Schwierigkeiten.
Bei Verwendung von Transistoren bietet die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, die auftretenden Spitzenspannungen zu verringern, denn aus den Formeln für Va und Va" folgt :
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Für die vom steuernden Transistor zu liefernden Spitzenströme (welche den von der Röhre 6 gelieferten Anodenströmen entsprechen) kann geschrieben werden : "a=s"/s- Wählt man nun ia = ilt a, so folgt daraus : na"/na = is"/is
Bei Substitution in obenstehender Formel ergibt sich :
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wobei die oben gefundenen Werte von i"s/is erfüllt sind. Was oben angenommen wurde, ist damit nachgewiesen.
Es ist einleuchtend, dass in diesem Falle i"a = ia der höchstzulässige Spitzenstrom für den steuernden Transistor ist.
Bemerkt wird, dass, auch wenn mit einem Bildschirm mit einem Aspektverhältnis von 3 : 4 gearbeitet wird, ein Übergang auf ein Aspektverhältnis von 4 : 5 dadurch möglich ist, dass vor dem Bildschirm eine Maske mit dem zuletztgenannten Aspektverhältnis entsprechenden Abmessungen angebracht wird.
Beim Betrieb der Bildwiedergaberöhre nach dem oben beschriebenen Verfahren geht zwar Videoinformation verloren, jedoch es kann wieder eine Stromersparnis erreicht werden, falls mit Elektronenröhren gearbeitet wird, oder ein Gewinn an auftretender höchstzulässiger Spitzenspannung ist möglich, wenn Transistoren als Steuerelemente benutzt werden.
Schliesslich sei erwähnt, dass die Rückschlagzeit nicht immer von 155fa auf 23, 15% der Zeilenzeit vergrössert zu werden braucht. So genügt für den neuen Rückschlag 210/0, wobei bereits eine angemessene Stromersparnis möglich ist, während der Unterdrückungsimpuls mit einer Unterdrückungszeit von 23, 150/0 der Zeilenzeit auf andere Weise abgeleitet wird. Letzteres kann z. B. dadurch erfolgen, dass die Zeilensynchronisierimpulse einer"impulsverzerrenden, monostabilen Multivibratorschaltung zugeführt werden.
Zwar wird die Apparatur durch die zuletztgenannten Massnahmen umfangreicher und geht der Vorteil der starren Kopplung von Rückschlag und Unterdrückung verloren, jedoch schafft das zuletztgenannte Verfahren eine Lösungsmöglichkeit, falls zwischen den beiden erwähnten Grössen vorzugsweise etwas Spielraum gewünscht wird.
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