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Schaltungsanordnung in einem gleichstromgekoppelten Transistorverstärker
für Fernsehsignale Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung in einem
gleichstromgekoppelten Transistorverstärker für Fernsehsignale, bei dem der Kollektor
der Video-Transistor-Endstufe mit der Kathode der Bildröhre in galvanischer Verbindung
steht und bei der eine Änderung der Bildhelligkeit durch Änderung der Grundvorspannung
der Bildröhre erfolgt.
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Zur Aussteuerung einer Bildröhre ist eine verhältnismäßig hohe Spannung
erforderlich, die zwischen dem Schwarzpegel und dem Weißpegel z. B. 25 bis
30 Volt beträgt. Transistoren können zwar verhältnismäßig kräftige Ströme
bei niedrigen Spannungen abgeben, jedoch bereitet es Schwierigkeiten, mit ihnen
eine derart große Ausgangs-Signalspannung zu erhalten. Es ist daher erforderlich,
den Transistor in seinem zulässigen Bereich möglichst vollständig auszusteuern.
Mit Rücksicht auf die Gradation des wiederzugebenden Bildes folgt daraus, daß der
Kollektor eines pnp-Transistors mit der Kathode einer Bildröhre verbunden werden
muß. Dabei ergibt sich auch eine bessere Aussteuerung des Bildröhrenstromes, weil
auch die Schirmgittersteilheit mit ausgenutzt wird. Das maximale Signal für den
Bild-Weißwert erhält man dann, wenn die Kathode der Bildröhre am weitesten negativ
gesteuert wird. Da der Kollektor des Transistors mit dem negativen Pol der Speisequelle
verbunden ist, entspricht dies dem Wert, bei dem der Kollektorstrom minimal ist
und die Kollektorspannung weitgehend der Speisespannung entspricht.
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Für eine Regelung der Grundhelligkeit der Bildröhre wäre es erforderlich,
die Vorspannung der Intensitäts-Steuerelektrode, z. B. des Wehnelt-Zylinders, in
einem gewissen Bereich, z. B. um 5 bis 15 Volt, zu verändern. Wenn
die Spannung zwischen Kathode und Gitter der Bildröhre etwa gleich Null wird, setzt
bekanntlich Gitterstrom ein, der zu einer wesentlichen Verzerrung des Signals führen
kann. Dies ist besonders kritisch deshalb, weil es sich dabei um die Signalteile
für Bildweiß handelt, die eine beträchtliche Amplitude haben können. Es ist daher
erforderlich, die Regelung der Grundhelligkeit durch eine Vorspannungsänderung unterhalb
des Gitterstrom-Einsatzpunktes vorzunehmen, also mit einer Spannung, die vom Kathodenpotential
für Weißsignale nach negativeren Werten geht. Da, wie vorstehend erwähnt, der Weißwert
der Kathodenspannung etwa dem (negativen) Batteriepotential entspricht, würde das
eine demgegenüber noch weiter negativere Spannung erfordern, die im allgemeinen
nicht zur Verfügung steht bzw. nur mit erheblichem zusätzlichem Aufwand erhalten
werden könnte.
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Man könnte auch das Betriebspotential des Video-Verstärkertransistors
um den gewünschten Spannungsbetrag positiver legen dadurch, daß in Reihe mit dem
Arbeitswiderstand ein Vorwiderstand eingeschaltet wird, dessen Spannungsabfall gegebenenfalls
durch einen zusätzlichen Querstrom stabilisiert werden könnte und der wechselstrommäßig
durch einen parallelgeschalteten Kondensator überbrückt wäre.
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Bekanntlich enthält das Fernsehsignal auch eine sogenannte Gleichstromkomponente,
für die die Überbrückung eines Widerstandes durch einen Kondensator praktisch unwirksam
ist. Es ergibt sich somit eine verschiedene Verstärkung für die Gleichstromkomponente
einerseits und für die niedrigsten bis höchsten Wechselstromkomponenten andererseits.
Dadurch zeigt sich beim übergang von hellen auf dunkle Szenen und umgekehrt ein
Schwarzwertfehler, der positiv oder negativ sein kann: Ein Verstärker hat einen
positiven Schwarzwertfehler, wenn die Verstärkung der Gleichstromkomponente geringer
ist als die der niedrigsten Wechselstromkomponenten.
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Ein solcher positiver Schwarzwertfehler zeigt sich beispielsweise
in einem gleichstromgekoppelten Verstärker mit einem Transistor in Emitterschaltung,
bei dem im Emitterzweig ein Widerstand merklicher Größe liegt, der von einem Kondensator
überbrückt ist. Für die Gleichstromkomponente ergibt sich eine Gegenkopplung, die
für die Wechselstromkomponenten nicht in Erscheinung tritt. Beim übergang von
einem
vorwiegend weißen auf ein vorwiegend schwarzes Bild tritt dann eine Verschiebung
des Schwarzwertes in Richtung auf Weiß auf. Ein negativer Schwarzwertfehler ergibt
sich bei umgekehrten Verstärkungsverhältnissen und macht sich dadurch bemerkbar,
daß beim Übergang von einem vorwiegend weißen Bildinhalt auf einen vorwiegend schwarzen
Bildinhalt eine Verschiebung in Richtung auf Schwarz eintritt. Ein negativer Schwarzwertfehler
ergibt sich insbesondere dann, wenn ein Teil des Kollektor-Auscran-swiderstandes
von einem Kondensator über-Z, brückt " ist. Dadurch, daß Schaltelemente
zur Erzielung eines positiven Schwarzwertfehlers und Schaltelemente zur Erzielung
eines negativen Schwarzwertfehlers und mit gleicher Frequenzcharakteristik (Zeitkonstante)
angebracht werden, läßt sich ein Schwarzwertfehler im Ausgangssignal kompensieren.
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Durch die obenerwähnte Einschaltung eines eine Herabsetzung der Speisespannung
bewirkenden, kapazitiv überbrückten Widerstandes im Kollektorzweig des Videoverstärkers
würde sich also außer der "ewünschten Verschiebung der Arbeitsspannung für die Wechselstromkomponente
- auch ein ne-ativer Schwarzwertfehler ergeben. Dieser müßte durch zusätzliche
Mittel, z. B. einen größeren Widerstand im Emitterzweig, kompensiert werden, jedoch
würde dies zu einer weiteren Herabsetzung der effektiv zur Verfügung stehenden Speisespannung
für den Transistorverstärker führen.
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Bei einer Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art können diese
Nachteile vermieden werden, und ohne Einfluß auf die übertragungsgüte, insbesondere
ohne störenden Schwarzwertfehler, läßt sich die gewünschte Änderung der Grundhelligkeit
erreichen, wenn gemäß der Erfindung zwischen dem negativen Pol der Speisequelle
(-54 Volt) und dem Kollektor-Arbeitswiderstand des Endstufen-Transistors ein spannungsstabilisierendes
Element angeordnet ist, an dem eine etwa dem für die Helligkeitsänderung erforderlichen
Spannungsbereich entsprechende Potentialdifferenz auftritt, und wenn die Helligkeits-Steuerelektrode
(Wehnelt-Zylinder) der Bildröhre mit dem Schleifer eines am negativen Pol
(- 54 Volt) der Speisequelle angeschlossenen Potentiometers verbunden ist.
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Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, daß bereits eine Anordnung
zur Schwarzsteuerung in einem Fernsehempfänger vorgeschlagen worden ist, bei der
im Anodenkreis der Video-Endröhre ein nur für Gleichstrom wirksamer Arbeitswiderstand
eingeschaltet ist, der einen erheblichen negativen Schwarzfehler hervorruft, wobei
durch einen Vorwiderstand einer Schwarzsteuerdiode dem ohne Gleichstromkomponente
zugeführten Videosignal ein derartiger positiver Schwarzwertfehler erteilt wird,
daß wenigstens subjektiv ein Ausgleich eintritt. Nach der Erfinduno, wird durch
die Verwendung eines stabilisierenden Elementes ein Schwarzwertfehler praktisch
ganz vermieden, so daß auch die Steuerung durch ein die Gleichstromkomponente enthaltendes
Signal zulässig ist und somit keine Störungen im Bild auftreten können.
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Bei einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann als spannungsstabilisierendes
Element vorzugsweise ein aus Siliciumearbid gesinterter spannungsabhängiger Widerstand
verwendet werden, wie er im Handel unter der Bezeichnung »VDR-Widerstand« erhältlich
ist. Die Spannung an einem solchen Widerstand ist zwar noch immer ein wenig von
dem hindurchfließenden Strom abhängig, was gegebenenfalls durch einen Hilfsstrom,
der über einen zum positiven Pol geschalteten Widerstand zugeführt wird, vermindert
werden kann. Im allgemeinen ist jedoch ein geringer negativer Schwarzwertfehler
durchaus erwünscht, weil dadurch die unterschiedliche Augenempfindlichkeit bei Dunkel-
und Helladaption ausgeglichen werden kann. Beim Übergang von einer dunklen Szene
auf eine helle Szene wird dadurch der Sprung zunächst etwas vermindert, und das
Bild wird danach etwa in dem Maß noch etwas heller, in dem die Augenempfindlichkeit
durch zunehmende Adaption zurückgeht. Es muß allerdings dafür gesorgt werden, daß
die Zeitkonstante der Schwarzwertänderung etwa der Änderung der Augenempfindlichkeit
entspricht. Es kann daher zweckmäßig sein, dem spannungsstabilisierenden Element
noch einen großen Kondensator parallel zu schalten. Auch die Anordnung eines Reihen-
und/oder Parallelwiderstandes zu dem stabilisierenden Element kann zweckmäßig sein,
um einen gewünschten Schwarzwertfehler zu erzielen.
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Verwendet man als spannungsstabilisierendes Element einen Heißleiter,
z. B. einen NTC-Widerstand, mit passender kleiner Zeitkonstante, so kann man gegebenenfalls
auf einen Parallelkondensator ganz verzichten.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert, die die gleichstromgekoppelten Videostufen eines Fernsehempfängers
mit der angeschlossenen Elektronenstrahl-Bildwiedergaberöhre zeigt.
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Von einer Koppelspule 1 werden die hochfrequenten bzw. zwischenfrequenten,
mit den Bildsignalen modulierten Schwingungen der Kathode einer Diode 2 zugeführt,
deren Anode über einen Arbeitswiderstand 3 von z. B. 2,7 kOhm und
einen parallelliegenden Glättungskondensator 4 von z. B. einigen Pikofarad mit dem
anderen Ende der Spule 1 verbunden ist. Dieses Spulenende ist weiter mit
dem Schleifer eines Potentiometers 5 von z. B. 500 Ohm verbunden,
das einerseits am positiven Pol der Speisequelle, z. B. + 12 Volt gegen Erde,
und andererseits über einen Vorwiderstand 6 von z. B. 2 kOhm an Erde liegt.
Der Schleifer des Potentiometers ist weiter über einen Kondensator 7 von
z. B. 50 Mikrofarad mit der Speisequelle verbunden.
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An die Anode der Diode 2 ist weiter die Basis eines Vorverstärker-Transistors
8 angeschlossen, dessen Kollektor an Erde liegt und dessen Emitter über einen
Arbeitswiderstand 9 von z. B. 1,2 kOhm an + 12 Volt angeschlossen
ist. Der Emitter des Transistors 8 ist weiter mit der Basis des Endtransistors
10 verbunden, dessen Kollektor über einen Arbeitswiderstand 11 von
z. B. 4,7 kOhm an den negativen Pol der Speisequelle, z. B. - 54 Volt, angeschlossen
ist unter Zwischenschaltung eines VDR-Widerstandes 12, an dem im Betrieb eine weitgehend
konstante Spannung von z. B. 15 Volt abfällt. Der Emitter des Transistors
10 ist über einen Widerstand 13 von z. B. 82 Ohm an den positiven
Pol der Speisequelle angeschlossen.
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In der bisher beschriebenen Schaltung wird am Widerstand
3 das demodulierte Videosignal mit negativ gerichteten Synchronimpulsen erzeugt.
Der Transistor 8 arbeitet lediglich als Impedanzwandler, so daß an seinem
Emitter das Videosignal mit etwa
gleicher Amplitude und gleicher
Polarität auftritt. Durch Einstellen des Schleifers am Potentiometer5 kann der Arbeitspunkt
des Transistors 8 festgelegt werden. Das Signal vom Emitter des Transistors
8
steuert den Transistor 10, wobei am Emitterwiderstand 13 eine
gewisse, linearisierend wirkende Gegenkopplung auftritt. Am Kollektor des Transistors
10
erhält man ein verstärktes Videosignal mit einer Amplitude von etwa
25 bis 30Volt zwischen Schwarzwert und Weißwert.
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Dieses Signal wird der Kathode einer Bildröhre 14 zugeführt, die im
übrigen bekannter Art ist, so daß von einer Darstellung ihrer weiteren Elektroden,
der Ablenkeinrichtungen usw. abgesehen wurde. Der Wehnelt-Zylinder der Bildröhre
14, dem über einen Kondensator 15 von einer Klemme 16 Austastimpulse
zugeführt werden können, ist über einen Vorwiderstand 17 von z. B. 470 kOhm
mit dem Schleifer eines Helligkeitspotentiometers 18 von z. B.
100 kOhm verbunden, das einerseits an den negativen Pol von - 54 Volt
der Speisequelle und andererseits über einen Vorwiderstand 19 von z. B.
100 kOhm an den positiven Pol der Speisequelle oder auch an Erde angeschlossen
ist.
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Wenn eine direkte Verbindung zwischen dem Kollektor des Transistors
10 und der Kathode der Bildröhre 14 besteht, erreicht diese Kathode bei Bildweiß
ein Potential (gegen Erde) von - 39 Volt. Mit Hilfe des Schleifers des Potentiometers
18 kann das Potential des Wehnelt-Zylinders so eingestellt werden, daß die
Gitter-Kathoden-Spannung der Bildröhre 14 etwa 1 j / 2 bis 1 Volt
negativ ist, so daß noch kein Gitterstrom fließt. Dies ergibt die maximal mögliche
Aussteuerung der Bildröhre 14. Durch Verschieben des Schleifers des Potentiometers
18 nach negativeren Werten hin kann dann die Grundhelligkeit der Röhre 14
in gewünschtem Maß verringert werden, wobei der maximale negative Wert des Wehnelt-Zylinders
gegenüber der Kathode bestimmt wird durch den Spannungsabfall am Element 12. Um
außer der erwähnten Grundhelligkeitsänderung auch eine Änderung des Kontrastes,
d. h. der Amplitude des Videosignals an der Bildröhre 14, vornehmen zu können,
ist die Kathode der Röhre 14 nicht direkt mit dem Kollektor des Transistors
10
verbunden, sondern mit dem Schleifer eines zur Kontrasteinstellung dienenden
Potentiometers 20, das zwischen dem Kollektor des Transistors 10 und einem
Spannungsteiler eingeschaltet ist, der aus der Reihenschaltung eines Widerstandes
21 von z. B. 30 kOhm und eines Widerstandes 22 von z. B. 20 kOhm besteht,
der an die beiden Pole der Speisequelle angeschlossen ist. Die genauen Werte der
Widerstände 21 und 22 - die gegebenenfalls durch ein einstellbares Potentiometer
von z. B. 50 kOhm gebildet sein können - ergeben sich daraus, daß
die Spannungsdifferenz am Potentiometer 20 beim Schwarzwert gleich Null sein muß.
Bei diesem Wert erscheint am Kollektor des Transistors 10 ein (innerer Gleichstrom-)Widerstand,
dessen Verhältnis zum Widerstand 22 gleich sein muß dem Verhältnis des Widerstandes
11 zum Widerstand 21. Für den Schwarzwert ergibt sich dann beim Verschieben
des Schleifers am Potentiometer 20 keine Änderung, so daß der Schwarzwert unabhängig
von der Kontrasteinstellung konstant bleibt. Dieser Kontrast nämlich ändert sich
mit der Verschiebung des Schleifers am Potentiometer 20 von z. B. 25 kOhm
beträchtlich, in der angegebenen Schaltung etwa im Verhältnis 3:1.
Dabei ist
zu beachten, daß auch dann, wenn der Schleifer des Potentlometers 20 am Verbindungspunkt
der Widerstände 21 bis 22 steht, noch immer ein Videosignal auftritt, da der effektive
Innenwiderstand des Spannungsteilers 21, 22 in gleicher Größenordnung liegt wie
der Widerstand des Potentiometers 20.
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Zur Verbesserung der Übertragung der Videosignale hoher Frequenz ist
in an sich bekannter Weise zwischen dem Kollektor des Transistors 10
und dem
Schleifer des Potentiometers 20 ein Kondensator 23 von z. B. 4 Pikofarad
angebracht.
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Für die Helligkeits-Aussteuerung der Bildröhre 14 werden die im Videosignal
vom Transistor 10 an sich noch vorhandenen Synchronimpulse nicht benutzt,
zumal die erforderliche Austastung der Röhre 14 durch die von der Klemme
16 zugeführten negativen Impulse vorgenommen werden kann. Um eine optimale
Aussteuerung des Transistors 10 zu erreichen und ein allzu starkes Absinken
der Kollektorspannung zu vermeiden, kann es daher vorteilhaft sein, den Kollektor
des Transistors 10 über eine Diode 25
mit einem Punkt festen Potentials
zu verbinden, derart, daß die Synchronimpulse ganz oder wenigstens zu einem Teil
in der Kollektorspannung unterdrückt werden. Ein solcher Punkt festen Potentials
kann mit Hilfe eines Potentiometers 26 erhalten werden, das zwischen Erde
und dem positiven Pol der Speisequelle eingeschaltet ist und dessen Schleifer an
der Kathode der Diode 25 liegt. Dieser Schleifer ist weiter durch einen überbrückungskondensator
27
von z. B. 50 Mikrofarad mit Erde verbunden. Eine derartige Begrenzerschaltung
ist natürlich auch unabhängig von der vorstehend geschilderten Anordnung zur Einstellung
der Grundhelligkeit anwendbar. Zur Vermeidung eines Schwarzwertfehlers bzw. zur
Erzielung eines Schwarzwertfehlers bestimmter Größe kann es zweckmäßig sein, in
Reihe und/oder parallel zum VDR-Widerstand 12 noch, gegebenenfalls einstellbare,
Ohmsche Widerstände anzuordnen. Auch soll parallel zum VDR-Widerstand 12 (und gegebenenfalls
einem Vorwiderstand) ein Ausgleichskondensator 28 von z. B. 25 Mikrofarad
eingeschaltet werden, vorzugsweise zum negativen Pol der Speisequelle.
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Die Einschaltung des stabilisierenden Elementes 12 setzt natürlich
die für den Transistor 10 ausnutzbare Speisespannung herab, so daß gegebenenfalls
eine stärker negative Batteriespannung gewählt werden muß, um die erforderliche
Steuerspannung erhalten zu können. Dies kann vermieden werden, wenn die gewünschte
Verschiebung der Gitter-Kathoden-Spannung der Bildröhre dadurch erreicht wird, daß
die Kathode auf einen positiveren Wert verschoben wird dadurch, daß vom positiven
Pol der Spannungsquelle ein positiver Strom in das Kollektornetzwerk des Transistors
10 eingeführt wird. Dies ist z. B. dadurch möglich, daß der Kollektor über
einen einstellbaren Widerstand mit dem positiven Pol der Speisequelle verbunden
wird. Da die gewünschte Grundhelligkeitseinstellung im allgemeinen nur eine Verschiebung
um wenige Volt erfordert, kann dieser Widerstand zu positivem Potential einen verhältnismäßig
hohen Wert haben, so daß tatsächlich ein von der Aussteuerung weitgehend unabhängiger
Strom zugeführt wird und sich die Ausgangsimpedanz des Transistors 10 nicht
wesentlich ändert.
Bei Verwendung eines Kontrast-Potentiometers
20 wird sich bei einer solchen einfachen Lösung jedoch auch die Einstellung des
Schwarzwertes bei Änderung des Kontrastes verändern. Dies läßt sich vermeiden, wenn
die Enden des Kontrast-Potentiometers 20 über je einen Widerstand
30 bzw. 31 mit dem Schleifer eines Helligkeits-Potentiometers
32
verbunden sind, das der Speisequelle parallel liegt, wobei die Widerstände
30 und 31 so bemessen sind, daß die Spannungsdifferenz am Kontrast-Potentiometer
20 beim Schwarzwert gleich Null ist. Das Steuergitter der Bildröhre 14 kann dann
an einen festen Spannungsteiler, gegebenenfalls an den negativen Pol der Speisequelle,
angeschlossen werden.
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Die erwähnte Bedingung wird insbesondere dann erreicht, wenn das Verhältnis
der Widerstände 30
und 31 etwa gleich ist dem Verhältnis der zwischen
dem betreffenden Ende des Kontrast-Potentiometers 20 und dem positiven Pol der Speisequelle
liegenden Widerstände beim Schwarzwert, welche Widerstände durch den Transistor
10 mit Emitterwiderstand 13
bzw. den Widerstand 22 gebildet werden.
Es besteht somit eine enge Beziehung zwischen den Widerständen 21, 22,
30 und 31 sowie der Spannung der Speisequelle und der Spannung am
Kollektor des Transistors 10 beim Schwarzwert. Es läßt sich jedoch ohne Schwierigkeiten
erreichen, daß die Spannung am Kontrast-Potentiometer 20 praktisch in jedem Fall
beim Schwarzwert etwa Null ist. Durch Verschieben des Schleifers des Potentiometers
32 wird dann dem Ausgangsnetzwerk des Transistors 10, insbesondere
den Widerständen 11 und 21, ein einstellbarer Strom zugeführt, durch den
das Potential an der Bildröhre 14 unabhängig vom Bildsignal und unabhängig von der
Einstellung des Kontrast-Potentiometers 20 verschoben wird, wodurch sich die gewünschte
Einstellung der Grundhelligkeit erzielen läßt. Diese Schaltung hat insbesondere
den Vorteil, daß bei größter Helligkeitseinstellung der Bildröhre dem Transistor
10 auch die volle Batteriespannung zur Verfügung steht, während erst bei
einer Verschiebung der Bildhelligkeit nach dunkleren Werten die Kollektor-Speisespannung
des Transistors 10 vermindert wird. Dabei wird allerdings der die Synchronimpulse
enthaltende Teil des Signals in Richtung auf den Knick der Kennlinie des Transistors
10 verschoben, so daß eine gewisse Verzerrung eintritt. Da sich diese jedoch
im wesentlichen nur auf die Synchronimpulse auswirkt und gegebenenfalls auf dunklere
Bildsignale, die durch die Änderung der Grundhelligkeit der Röhre 14 ohnehin nur
mit sehr geringem Helligkeitswert wiedergegeben werden, bedeutet dies praktisch
keine wesentliche Beeinträchtigung der Bildqualität.
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Immerhin kann durch Anwendung dieser Schaltung mit den Widerständen
30, 31 und 32 eine wesentliche Verminderun- des durch den Widerstand
12 bedingten Spannungsverlustes erhalten werden; aeaebenenfalls kann das Element
12 dann überhaupt C c
ganz entfallen.