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Klemmschaltung für Videosignale
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Die Erfindung betrifft eine Klemmschaltung für Videosignale mit einem
Klemmkondensator und mit einem Schalter zum Anlegen der Klemmspannung, der von einer
Impulsabtrenneinrichtung gesteuert wird.
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Zur Festlegung des Schwarzwertes eines empfangenen Videosignales sind
verschiedene Klemmschaltungen bekannt.
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Neben der Spitzenwert-Klemmung, die das Videosignal auf den Maximalwert
der Synchronimpulse festlegt, sind auch aktive Klemmschaltungen bekannt, die die
sogenannte Schwarzschulter nach einem Synchronimpuls als Bezugspotential verwenden.
Eine solche aktive Klemmschaltung ist in dem Buch "Fernsehtechnik Schwarzweiß und
Farbe von M. Koubek, Franzis-Verlag, (1969) auf Seite 191 dargestellt und beschrieben.
Hier handelt es sich um eine Serienkondensator-Klemmschaltung, deren Klemmkondensator
über einen Schalter an eine Gleichspannung gelegt wird, wenn im Video-Signal der
Schwarzwert übertragen wird.
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Der Klemmkondensator C muß den Schwarzwert während der Ubertragung
des eigentlichen Bildsignals speichern.
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Außer der Festlegung des Videosignals auf einen definierten Spannungswert
bewirkt die Klemmschaltung die Unterdrückung tieffrequenter Störspannungen.
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Bei der Ubertragung von Farbfernsehsignalen wird ein sogenannter Farbburst
auf der Schwarzschulter übertragen.
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Zusätzlich werden die Lücken des Videosignales zur Ubertragung eines
(zusätzlichen) Fernsehtons verwendet.
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Vorschläge hierzu sind beispielsweise der Zeitschrift "Elektrisches
Nachrichtenwesen", Band 49, Nr. 3 (1974) Seite 349 bis 352 zu entnehmen. Bei den
heute üblichen Vorschlägen wird der digitale Fernsehton entweder
während
des Synchronimpulses SY übertragen, oder aber, bei einem verkürzten Synchronimpuls,
vor und nach dem Farbburst. Die Signale des digitalen Fernsehtons sind in Fig. 1
mit SIS bzw. SD1,1 und So1,2 bezeichnet.
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Eine eingangs beschriebene Klemmschaltung kann weicht verwendet werden,
da auf der Schwarzschulter des Videosignalesvzusätzliche Signale liegen.
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In der Zeitschrift NTZ, Bd. 16 (1963) Heft 2, Seiten 83 bis86 ist
eine Schaltungsanordnung für Spitzenwertklemmung mit einer Niveaudiode angegeben.
Das Videosignal wird in einen hochfrequenten und einen niederfrequenten Anteil mit
Hilfe eines RC-Filters aufgeteilt. Der niederfrequente Anteil wird der Spitzenwertklemmung
zugeführt.
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Die Zusammenfassung des geklemmten niederfrequenten Signalteils und
des hochfrequenten Signalteils erfolgt über das RC-Filter.
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Auch diese Schaltung ist bei der Ubertragung zusätzlicher Tonsignale
nicht einsehbar.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Klemmschaltung anzugeben, die
auch bei den gebräuchlichen Ubertragungsarten eines digitalen Fernsehtons ohne zusätzliche
Umschaltung einwandfrei funktioniert.
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Ausgehend von einer Klemmschaltung der eingangs beschriebenen Art
wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Videosignal über ein für die niederfrequenteren
Synchronimpulse durchlässiges und für Farbburstfrequenzen undurchlässiges Filter
dem Klemmkondensator zugeführt ist, daß ein höherfrequenter Anteil des Videosignals
über einen weiteren Kondensator geführt und mit der am Klemmkondensator anliegenden
Spannung zusammengefaßt wird und daß der Impulsabtrenneinrichtung eine von Synchronimpulsen
getriggerte Zeitschaltung nachgeschaltet ist, die den Klemmkondensator über den
Schalter während des Farbburstes
an die Klemmspannung legt.
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Bei dieser Schaltungsanordnung erfolgt die Klemmung während des definierten
Farbburstes nach CM MITT Report 624. Da die verwendeten Frequenzen der Farbbursts
genormt sind, können sie leicht durch ein Filter gesperrt werden. Durch Addition
mit dem höherfrequenten Teil des Videosignals wird das vollständige Videosignal
wiedergewonnen. Die Steuerung des Schalters erfolgt durch eine Zeitschaltung, die
von dem Synchronimpuls getriggert wird. Diese Zeitschaltung muß sowohl bei einem
Synchronimpuls normaler Länge als auch bei einem verkürzen Synchronimpuls arbeiten.
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Es ist vorteilhaft, daß die Zeitschaltung ein von der Vorderflanke
des Synchronimpulses getriggertes erstes monostabiles Zeitglied enthält, dessen
Einstellzeit ca. der Dauer des unverkürzten Synchronimpulses entspricht, daß der
Ausgang und der Eingang des ersten monostabilen Zeitgliedes über ein NOR-Gatter
zusammengefaßt wird, daß der Ausgang des NOR-Gatters mit dem Eingang eines zweiten
monostabilen Zeitgliedes verbunden ist, dessen Einstellzeit mindestens dem Abstand
der Rückflanke des unverkürzten Synchronimpulses bis zum Beginn des Farbbursts entspricht,
und daß der Ausgang des zweiten monostabilen Zeitgliedes mit dem invertierenden
Eingang eines dritten monostabilen Zeitgliedes verbunden ist, dessen Einstellzeit
kleiner als die Länge des Farbburstes ist.
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Bei einem normal langen Synchronimpuls erfolgt die entscheidende Triggerung
des zweiten monostabilen Zeitgliedes durch die Rückflanke des Synchronimpulses Toleranzen
des ersten monostabilen Zeitgliedes werden hierdurch eliminiert. Bei einem verkürzten
Synchronimpuls erfolgt die Triggerung des ersten monostabilen Zeitgliedes ebenfalls
von der Vorderflanke des Synchronim-
pulses, die Triggerung des
zweiten monostabilen Zeitgliedes erfolgt hier jedoch durch die Rückflanke des Ausgangssignal
des ersten monostabilen Zeitgliedes.
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Diese Schaltungsanordnung liefert immer während des Farbburstes ein
Steuersignal, das zur Klemmnung verwendet wird.
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Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den übrigen
Unteransprüchen angegeben.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren 1 bis
5 näher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 die Horizontal-Austastlücke eines Videosignals, Fig.
2 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Klemmschaltung, Fig. 3 das Prinzipschaltbild
einer Zeitschaltung, Fig. 4 das Prinzipschaltbild einer bivalenten Stromquelle und
Fig. 5 ein Schaltbild der Klemmschaltung.
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In der bereits weitgehend beschriebenen Fig. 1 ist ein Synchronimpuls
SY mit anschließender Schwarzschulter, dem Farbburst FB und dem eigentlichen Bildsignal
BS dargestellt. Bei einem ersten Verfahren wird der digitale Fernsehton SD1,1; SD1,2
in zwei Impulsgruppen aufgeteilt vor und nach dem Farbburst FB zu übertragen. Hierbei
ist es notwendig, den Synchronimpuls zu verkürzen (gestrichelte Linie), damit eine
Flanke nicht in den ersten Impulsteil SD1,1 des digitalen Fernsehtons fällt. Bei
einem zweiten Verfahren wird der digitale Fernsehton SIS während des Synchronimpulses
übertragen. Die Klemmschaltung soll stets während des Farbbursts FB einen definierten
Spannungspegel festlegen.
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In Fig. 2 ist ein Prinzipschaltbild der Klemmschaltung dargestellt.
An dem Eingang EV liegt das Videosignal VS.an.
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Es ist über einen Verstärker V1 entkoppelt. An den Ausgang des Verstärkers
V1 ist die Reihenschaltung eines Filters FI zur Sperrung der Farbburstfrequenzen,eines
zweiten Verstärkers V2 und eines Klemmkondensator CK angeschaltet. Außerdem ist
an den Ausgang von V1 ein weiterer Kondensator CB angeschaltet, über den die höherfrequenten
Anteile des Videosignals übertragen werden. Ausgangsseitig sind der Klemmkondensator
CK und der Kondensator CB über einen Widerstand RK verbunden. An dem Verbindungspunkt
A SV des Widerstandes RK mit dem Kondensator CB liegt das komplette geklemmte Videosignal
an, das über einen dritten Verstärker V3 zum Ausgang AS der Klemmschaltung gelangt.
An den Ausgang des dritten Verstärkers ist eine Impulsabtrenneinrichtung IA angeschaltet,
an deren Ausgang eine Zeitschaltung ST, deren Ausgang einen Schalter SW betätigt,
der eine definierte Spannung an den Klemmkondensator CK anlegt.
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Die Verstärker V7 bis V3 dienen zur Entkopplung und Verstärkung der
Signale. Die Kondensatoren CK und CB bilden mit dem Widerstand RK zwei Frequenzweichen.
Vorausgesetzt wird hier niederohmige Ausgangswiderstände der Verstärker V1 und V2.
Über den Kondensator CK gelangen nur niederfrequente Anteile (Synchronimpulse) des
Videosignals an den Verbindungspunkt Asr Die hochfrequenten Anteile dieses Zweiges
werden über den Kondensator C3 kurzgeschlossen.
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Für die höherfrequenten Anteile bilden CB und RK ein RC-Glied mit
Hochpaßcharakter. Der Klemmkondensator CK muß hierbei viel größer als CB sein.
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Die Wege für die nieder- und hochfrequenten Anteile des Videosignals
sind so dimensioniert, daß sich nach Addition wieder das komplette Videosignal ergibt.
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Zur Impulsabtrennung kann eine übliche Schaltungsanordnung verwendet
werden. Eine solche ist z.B. in dem Buch
"Fernsehempfangstechnik
Schwarzweiß und Farbe" auf Seite 193, 194 beschrieben. Die Impulsabtrenneinrichtung
It muß nicht nach der Klemmschaltung eingesetzt werden.
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Dies ist jedoch zweckmäßig, da hier bereits ein Videosignal mit definiertem
Bezugspegel vorhanden ist.
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während des Farbburstes, das heißt zum Zeitbereich T3 nach Fig. 1,
wird der Klemmkondensator CK auf das Bezugspotential geladen.
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Am Ausgang der Impulsabtrenneinrichtung IA wird ein positiver vom
Synchronimpuls abgeleiteter Impuls abgegeben.
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Der Ausgang der Impulsabtrennschaltung IA ist mit dem Eingang der
Zeitschaltung ST (Fig. 3) verbunden. Der Eingang ist ist mit dem Eingng eines ersten
monostabilen Zeitgliedes M01 und dem Eingang eines NOR-Gatters NOR verbunden. Der
zweite Eingang des NOR-Gatters ist mit dem Ausgang des ersten monostabilen Zeitgliedes
M01 verbunden.
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Der Ausgang des NOR-Gatters ist mit dem Eingang eines weiten monostabilen
Zeitgliedes M02 verbunden, dessen Ausgang mit dem invertierenden Eingang eines dritten
monostabilen Zeitgliedes M03 verbunden ist. Der Ausgang dieses monostabilen Zeitgliedes
steuert den Schalter SW.
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Durch die Vorderflanke des abgeleiteten Impulses wird das erste monostabile
Zeitglied M01 getriggert. Das erste monostabile Zeitglied ist so dimensioniert,
daß es unmittelbar vor der Rückflanke des Synchronimpulses in seine Ruhelage zurückgeht.
Die Triggerung des zweiten monostabilen Zeitgliedes M02 erfolgt jetzt durch die
Rückflanke des abgeleiteten Impulses. Bei einem verkürzten Synchronimpuls erfolgt
dagegen die Triggerung des zweiten monostabilen Zeitgliedes M02 durch das erste
monostabile Zeitglied M01. Das dritte monostabile Zeitglied M03, das einen invertierenden
Eingang aufweist, wird durch das zweite monostabile Zeitglied M02 getriggert.
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Die Einstellzeiten der monostabilen Zeitglieder sind in
Fig.
1 eingezeichnet und mit T1, T2 und T3 bezeichnet.
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Die Einstellzeit T3 des dritten monostabilen Zeitgliedes M03 liegt
innerhalb des Farbburstes FB. Bei der Dimensionierung der monostabilen Zeitglieder
sind selbstverständlich die Laufzeiten der einzelnen Bauelemente, beispielsweise
des Tiefpasses, zu berücksichtigen. Die NOR-Verknpüfung ist wegen unterschiedlicher
Impulsbreiten der Bildwechselimpulse notwendig. Das zweite monostabile Zeitglied
darf nur nach Ende des Synchron- bzw. Bildwechselimpulses gesetzt werden.
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In Fig. 4 ist das Prinzipschaltbild des Schalters SW dargestellt.
Er enthält zwei in Reihe geschaltete Stromquellen GI1 und GI2, die an eine negative
Spannung -UL bzw. eine positive Spannung +UL angeschlossen sind.
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Diese Stromquellen werden über einen Eingang ES von der Zeitschaltung
ST angesteuert. Der Verbindungspunkt beider Stromquellen ist an den Klemmkondensator
CK angeschaltet.
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Durch die beiden Stromquellen ist es möglich, sowohl eine positive
als auch eine negative Klemmspannung anzulegen, das heißt, den Klemmkondensator
CK zu laden oder zu entladen. Hierzu wird eine der beiden Stromquellen, z.B.
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die Stromquelle GI1 als Konstantstromquelle ausgeführt, während die
zweite Stromquelle GI2 als steuerbare niederohmige Stromquelle ausgeführt wird.
Der Strom, den die zweite Stromquelle GI2 liefert, ist hierbei von der Differenz
der Spannung am Klemmkondensator CK zu einer Referenzspannung abhängig.
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An Stelle der Konstantstromquelle kann auch ein ohmscher Widerstand
mit einem elektronischen Schalter in Reihe hierzu verwendet werden. Ebenso ist eine
zweite gesteuerte Stromquelle einsetzbar.
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In Fig. 5 ist ein Teilschaltbild der Klemmschaltung dargestellt. Es
enthält das Filter FI zur Sperrung der Farbburstfrequenzen, den Verstärker V2 und
im wesentlichen
die Stromquellen. Der Eingang Ex der in Figur 5
dargestellen Schaltung ist an den Ausgang des Verstärkers V1 angeschaltet. Uber
einen Entkopplungswiderstand Ri ist das Filter FI angeschlossen. Er wird von zwei
Reihenschwingkreisen L1, Ci und L2, C2-( sogenannten Saugkreisen) gebildet, die
auf die beiden möglichen Frequenzen des Farbburstes abgestimmt sind.
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Uber einen dritten Widerstand R3 ist der Verstärker V2 angeschaltet,
der hauptsächlich aus den Transistoren T1 und T2 besteht, wobei der Transistor T1
einen PNP-Typ darstellt, dessen Emitter über einen Emitterwiderstand R4 an Masse
(hier das positive Bezugspotential) geschaltet ist. Mit dem Massepotential sind
ebenfalls die zweiten Anschlüsse der Reihenschwingkreise des Filters FI verbunden.
Ueber den Kollektor des ersten Transistors T1 wird die Basis eines zweiten Transistors
T2 (NPN-Typ) angesteuert, dessen Kollektor mit dem Emitter des ersten Transistors
T1 verbunden ist. Ein fünfter Widerstand R5 ist zwischen der Basis des zweiten Transistors
T2 und dessen Emitter angeordnet, der mit einer negativen Betriebsspannung - U3
verbunden ist. Der Emitter des ersten Transistors bzw. der Kollektor des zweiten
Transistors T2 bildet den Ausgang des zweiten Verstärkers V2,an den der Klemmkondensator
CK angeschlossen ist. Die Klemmseite des Klemmkondensators CK ist über den Widerstand
RK mit einem Anschluß des Kondensators CB verbunden, dessen zweiter Anschluß ebenfalls
an den Eingang EK angeschlossen ist.
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Die Konstantstromquelle Gil wird durch den Transistor T4 gebildet,
dessen Emitter über einen Widerstand R7 und eine zweite Diode D2 mit der negativen
Betriebs spannung UB verbunden ist. Der Kollektor des Transistors T4 ist mit dem
Klemmkondensator CK verbunden. Der Basis des Transistors T4 wird während der Klemmzeit
T3 eine konstante Spannung zugeführt, die durch den zwischen Masse und der negativen
Betriebsspannung liegenden Spannungsteiler R12, 03 gewonnen wird. Mit der Basis
des Transistors T4
ist die Basis eines siebten Transistors T7 verbunden,
der über seinen Emitterwiderstand R11 ebenfalls mit der Diode D2 verbunden ist.
Dieser Transistor bildet eine Urstromquelle für einen Differenzverstärker T5, T6.
Die Emitter der beiden Transistoren T5, T6 sind mit dem Kollektor des siebten Transistors
T7 verbunden. Die Basis des fünften Transistors T5 ist über einen Widerstand R8
ebenfalls an dem Klemmkondensator CK und damit auch mit dem Kollektor des vierten
Transistors T4 verbunden. Der Widerstand R8 bildet den ersten Eingang des Differenzverstärkers.
Der zweite Eingang des Differenzverstärkers, die Basis des sechsten Transistors
T6, liegt über einen Widerstand R14 an einer konstanten Referenzspannung UR, die
von einer gegen Masse geschalteten Z-Diode ZD geliefert wird, deren Anode über einen
Widerstand R16 an die negative Betriebsspannung-UB angeschaltet ist. Ein Siebkondensator
C3 liegt parallel zu der Z-Diode. Der Kollektor des sechsten Transistors T6 ist
direkt an Masse geschaltet, während der Kollektor des fünften Transistors T5 über
eine erste Diode D1 und einen Kollektor-Widerstand R10 an Masse geschaltet ist.
An den Kollektor des fünften Transistors T5 ist die Basis eines dritten Transistors
T3 angeschaltet, dessen Kollektor über einen relativ kleinen Widerstand R6 an Masse
geschaltet ist.
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Der Emitter des dritten Transistors ist ebenfalls mit dem Klemmkondensator
C, verbunden. Der dritte Transistor T3 bildet die steuerbare niederohmige Stromquelle
G12.
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Damit beide Stromquellen gesperrt werden können, ist sowohl die Basis
des vierten Transistors T4 als auch die Basis des siebten Transistors T7 über eine
dritte Diode D3 mit dem Kollektor - den Schaltanschluß EsX - eines 5 achten Transistors
T8 verbunden, dessen Emitter an die negative Betriebsspannung geschaltet ist, und
dessen Basis den Schalteingang ES für beide Stromquellen darstellt. Der Kollektor
des achten Transistors T8 ist über einen Widerstand R15 mit dem Verbindungspunkt
des
Kollektorwiderstandes R10 mit der ersten Diode D1 verbunden.
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Während der Klemmzeit T3 sind beide Stromquellen, das heißt der Transistor
T4 und der Transistor T3, aktiv.
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Während durch den Transistor T4 ein konstanter Strom fließt, ist der
Strom des Transistors T3 abhängig von der Differenz der Spannung am Klemmkondensator
zur Referenzspannung. Entspricht die Klemmspannung am Kondensator exakt der Referenzspannung,
so liefern beide Stromquellen denselben Strom, das heißt, die Ladung des Kondensators
wird nicht geändert. Die Spannung an der Klemmseite des Elemmkondensators entspricht
nach jedem Klemmvorgang sehr genau der Referenzspannung UR, da sie gewissermaßen
geregelt wird.
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Nach der Klemmzeit T3 müssen beide Stromquellen gesperrt werden. Dies
geschieht dadurch; daß sowohl der Transistor T4 als auch der Transistor T7, die
Urstromquelle des Differenzverstärkers, gesperrt werden. Dies erfolgt durch Durchschalten
des achten Transistors T8, der ein niedriges Potential an die Basisanschlüsse der
Transistoren T4 und T7 anlegt und diese sperrt. Gleichzeitig wird die Basis des
dritten Transistors T3 über die erste Diode D1 negativ vorgespannt, so daß auch
der dritte Transistor T3, der ja die steuerbare Stromquelle G12 darstellt, gesperrt
wird.
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10 Patentansprüche 5 Figuren