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Verteilernetz für hochfrequente Impulsfolgen Bei der übertragung einer
Folge hochfrequenter elektrischer Impulse ist häufig die Aufgabe zu lösen, diese
Impulse in vorgeschriebener Reihenfolge auf ein vieladriges Netz zu verteilen (Empfang)
oder umgekehrt die in einem vieladrigen Netz gleichzeitig auftretenden Impulse nacheinander
in einer gemeinsamen Leitung zu sammeln und fernzuleiten (Sendung). Eine solche
räumliche Trennung zeitlich aufeinanderfolgender Impulse muß beispielsweise bei
jenen Fernsehverfahren vorgenommen werden, die das Bild auf einem aus elektrooptischen
Elementen bestehenden Schirm erscheinen lassen. Derartige elektrooptische Elemente,
die elektrische Impulse in Licht (bei Bildempfang) bzw. Licht in - elektrische Impulse
(bei Bildsendung) umformen, sind an sich bekannt, ebenso aus einer Vielzahl dieser
Elemente aufgebaute Schirme (»Tableaus«). Nicht gelungen ist dagegen bislang die
Herstellung eines auch bei hohen Bildpunktzahlen brauchbaren Verteilersystems zur
Speisung solcher Schirme. Die früher vorgeschlagenen Kommutatoren vermögen die heute
verlangten Zeilenzahlen nicht zu leisten; von dem erforderlichen Aufwand, der bildverwischenden
Trägheit. und den Synchronisierungsschwierigkeiten ganz abgesehen.
Es
sind auch Verfahren zur Verteilung oder Sammlung einer Folge hochfrequenter Impulse
bekanntgevorden, bei denen durch Verteilerimpulse die Leitungswege des Verteilernetzes
kurzzeitig entsperrt werden. Diese Verfahren haben jedoch mehrere Nachteile: Die
Verteiler- -und die Bildimpulse sind nicht voneinander getrennt, und die exakte
Entsperrung der Leitungswege ist nur unvollkommen. Die Erfindung hat ein völlig
ohne bewegte Teile arbeitendes Netzsystem zum Gegen,-stand, dessen: im Ruhezustand
gesperrte Einzelleitungen von hochfrequenten elektrischen Fremdimpulsen kurzzeitig
entsperrt werden. Diese Sperrung und Entsperrung kann durch Ventilröhren bewirkt
werden. Vorzugsweise verwendet man Mehrgitterröhren (Hexoden, Heptoden), die zugleich
die Verteilung und Verstärkung der Bildimpulse mit übernehmen: Legt man Bild- und
Verteilerimpulse an verschiedene Gitter der Röhre, so sind die verschiedenen Stromkreise
gleichstrommäßig getrennt.
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Die Verteilung selbst: erzielt man durch Überlagerung zweier oder
mehrerer frequenzverschiedener Schwingungen; die vorteilhaft Sinusform besitzen
und im Verhältnis der Harmonischen zueinander stehen. In die Verteilungswege sind
voneinander unabhängige Schwingungskreise eingefügt; deren jedem eine Harmonische
der Grundfrequenz mit einer dem Rang -der Harmonischen proportionalen Phasenverschiebung
aufgeprägt wird: Durch geeignete Überlagerung läßt sich bekanntlich ein in der Phase
wanderndes Resonanzmaximum erzielen, so daß' die einzelnen Leitungen in der gewünschten
Aufeinanderfolge kurzzeitig entsperrt werden. Die entsprechenden Bildimpulse werden
somit in der vorbestimmten Folge aus: der Hauptleitung auf die Einzelleitungen verteilt
(Bildempfang) oder aus dem ganzen Netz in die Hauptleitung gesammelt (Bildsendung).,
Die Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung ist keineswegs auf das Fernsehen beschränkt,
sondern erstreckt sich in dem eingangsgeschilderten Umfang beispielsweise auch auf
Mehrfachtelegraphie und: -telephonie.
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Die Fernleitung der- Bildimpulse kann- sowohl über Draht als auch
drahtlos erfolgen. Zur Verbesserung der Verteilerwirkung kann man die Bild- i impulse
einem hochfrequenten Hilfsträger :aufprägen. Die Zeit der Einwirkung der Bildimpulse
auf die Bildschirmelemente kann durch Einfügung "eines aus Kondensatoren und Widerständen
bestehenden Speicherkreises in die Verteilerleitung geregelt werden: Man wird diese
Kreise so bemessen, daß man das Optimum zwischen Bildhelligkeit und Bildschärfe
erreicht.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abbildungen
dargestellt. -In der Verteilerschaltung nach Abb. i dienen zur Sperrung- und Entsperrung
der. -Einzelleitungen Trioden. -Die Senderimpulse, z. B: die Bildpunktimpulse-eines-Fernsehbildes,
werden von der Antenne des Empfängers. E aufgenommen und nach Verstärkung und Sebung
einem Verbindungsorgan V zugeführt, daß sie zu den Klemmenpaaren 9, IG, 1i, 12 weiterleitet:
Die an diese Klemmenpaare angeschlossenen Verbraucher; etwa die elektrooptischen
Elemente eines Bildschirmes; können jedoch noch nicht ansprechen, da der Stromkreis
durch die von der Batterie 8 negativ vorgespannten Röhren 13, 14, 15, 16 gesperrt
ist.
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Das Organ I sendet nun durch das Filter II in die »künstliche 'Zeile«
III periodisch kurzzeitige elektrische Impulse, die sich längs der Zeile fortpflanzen
und nacheinander an den Klemmen 1, 2, 3,4 Spannungsstöße verursachen. Das Organ
I wird mit dem Sender synchronisiert durch eine Vorrichtung S; die ihrerseits von
den im Empfänger E aufgenommenen, im Filter F gesiebten Synchronisierimpulsen gesteuert
wird.
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Die im gewünschten Rhythmus an den Punkten i, s, 3, 4 der künstlichen
Zeile auftretenden Spannungsstöße werden an die Gitter der Trioden gelegt, deren
Anoden über die Batterie B die Bildimpulse zugeführt werden. In einem bestimmten
Augenblick wird so beispielsweise die Gegenspannung der Triode 13 kompensiert. bzw.
so weit herabgesetzt, daß der gleichzeitig an der Anode anlangende zugeordnete Bil@dpunktimpuls
einen Stromdurchgang durch das Rohr 13 und nur durch dieses verursacht; obwohl an
den Anoden sämtlicher Trioden praktisch die gleiche Spannung liegt. Der Bildpunktimpuls
lädt also in Form des Anodenstrornes der Triode 13 den Kondensator 17 auf, dessen
Ladung nun zur Speisung des an das Klemmenpaar g angeschlossenen Bildschirmelementes
dient.
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Man erkennt; daß in dieser Schaltung eine die Bildgüte beeinträchtigende
Rückwirkung des die Bildpunktimpulse führenden Kreises auf das Verteilersystem,
insbesondere auf Form und Fortpflanzung der Verteilerstromstöße verringert wird.
Die Trennung der Stromkreise kann durch Einbringung'eines Schirmgitters G in die
Röhren noch weiter getrieben werden. Die Anodenbatterie B kann wegfallen, wenn die
Bildpunktimpülse selbst zur Erzeugung hinreichender Anodenspannung genügen.
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In derselben Weise wie der erste Bildpunkt von der Röhre 13 wird anschließend
der zweite Bild-' punkt von der Röhre 14, der dritte von der Röhre 15 usw. verarbeitet:
Die von den Kondensatoren 17, i8, ig, 2o aufgenommenen Ladungen werden im Verlauf
der auf einen Ladungsstoß folgenden Sperrperiode von den elektrooptischen Elementen
des Bildschirmes aufgezehrt: Durch diese Speicherung der Bildpunktimpulse wird ihre
Einwirkung auf die Schirmelemente verlängert und damit die Bildhelligkeit erhöht.
Natürlich-muß der Kondensator spätestens beim Eintreffen des entsprechenden Punktes
des nächsten Bildes wieder entladen sein. Hierzu dienen Ableitwiderstände 21. In
Abb. i sind -die Klemmen 9 bis 12 nicht unmittelbar mit den Kondensatoren 17 bis
2o verbunden, sondern über weitere Kondensatoren 23. Außerdem sind Überbrückungswiderstände
22 vorgesehen. Durch diese Schaltung läßt sich ein geeigneterer Spannungsverlauf
an
den Verbraucherklemmen erzielen. Die Vorspannbatterie 24 dient nur zum Ausgleich
von Röhrentoleranzen.
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An jedes Klemmenpaar g, io, 11, 12 kann ein einziges elektrooptisches
Element des Bildschirmes angeschlossen sein. Dabei wird man das Verteilersystem
der Eigenart des elektrooptischen Elementes anpassen. Insbesondere die Speicherkreise
wird man danach bemessen, ob es sich um nach dem Elektrometerprinzip durch Reflexionsänderungen
arbeitende Elemente oder um stromverbrauchende handelt, etwa Glimmlampen. Unter
Umständen können auch die elektrooptischen Elemente selbst die Rolle des Speicherkondensators
übernehmen. Darüber hinaus kann man zur Helligkeitssteigerung deren Trägheit ausnutzen.
Das ist z. B. möglich bei Elektrometerblättchen, die erst allmählich wieder in ihre
Ruhestellung zurückfallen, oder bei gewissen Elektrolyten, die sich unter dem Einfluß
von Stromstößen verfärben und langsam wieder zurückbilden.
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An jedes einzelne Klemmenpaar kann aber auch ein sekundäres Verteilersystem
angeschlossen werden, das eine Mehrzahl von Schirmelementen, beispielsweise eine
ganze Zeile, versorgt. In diesem Falle bleibt die Aufteilung der Zeile einem langsam
laufenden Kommutatorvorbehalten. Andererseits kann der Schirm sich auf eine einzige
Zeile von Elementen beschränken, die jeweils an die Kontakte 9, io ... angeschlossen
sind. Dann nimmt dieser Schirm nacheinander die verschiedenen Zeilen des Fernsehbildes
auf, und ein zusätzliches Vertikalabtastgerät, etwa ein Polygonspiegel, muß die
Zeilen zu einem Bild ausbreiten. Die Bildimpulse brauchen natürlich den Verteilungsleitungen
nicht wie in Abb. i unmittelbar zugeführt zu werden, sondern es kann für die Auswahl
der richtigen Impulse an Stelle des Verbindungsorgans h ein Kommutator vorgesehen
sein.
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Die Verteilerimpulse (»Abtastimpulse«) werden geliefert von einem
durch das Synchronisiergerät S gesteuerten Kipprohr, das den von der Batterie über
einen Widerstand 26 aufgeladenen Kondensator in bekannter Weise plötzlich entlädt.
Der Entladungsstoß wird über das Spulenpaar 28, 29 in die künstliche Zeile III geleitet,
wobei die Amplitude am Widerstand 30 geregelt wird. Die zwischengeschaltete
Kondensatorkette 31 bis 34 verbessert die Form des Verteilerimpulses, steigert insbesondere
seine Flankensteilheit. Der am Zeileneingangswiderstand 35 auftretende Impuls durchläuft
nun die Zeile, um schließlich im Endwiderstand 5 absorbiert zu werden. Bei zweckmäßiger
Bemessung der Zeile kann man Form- und Amplitudenunterschiede der in den einzelnen
Verteilerleitungen erscheinenden Stromimpulse bis zu einem gewissen Grade ausgleichen.
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Abb. ä unterscheidet sich von Abb. i hauptsächlich durch Verwendung
von Mehrgitterröhren, wobei Bild- und Verteilerimpulse verschiedenen Gittern zugeführt
werden. Diese Schaltung ermöglicht in vollkommenerer Weise die Trennung von Bildpunkt-
und Verteilerstromkreis. Ferner kann die künstliche Zeile an Erde gelegt und von
Potentials,chwankungen des Organs Y unabhängig gemacht werden. Sie bedeutet
auch eine Stabilisierung des Hochfrequenzpotentials der Speicherkreise samt der
Leitung 38, die über einen Kondensator an Erde bzw. Masse liegt. Ein wichtiger Vorzug
ist schließlich, daß die im Bildstromkreis verbrauchte Energie auf ein Minimum herabgesetzt
werden kann, da die vom Organ V kommenden Impulse negativ vorgespannten Gittern
zugeleitet werden. Die Filterkette der künstlichen Zeile wird vorteilhaft in der
dargestellten Weise unterteilt.
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Die an den Klemmeng, io. .. liegenden aufgespeicherten Bildspannungen
genügen nicht immer zum Steuern der elektrooptischen Elemente. Man wird dann zwischen
diese Klemmen und das entsprechende Element einen Verstärker legen. Um die Anzahl
der Röhren zu verringern, kann man der gleichen Röhre die Rolle der Verriegelung
und der Verstärkung zuerteilen. Zu diesem Zweck verwendet man am besten Fünfgitterröhren.
Eine derartige Schaltung ist in Abb. 3 dargestellt. Die Verteilerstromstöße werden
dem Gitter G1 der Röhre 38 zugeleitet, deren Stromkreis von der Batterie S gesperrt
wird. Die Bildzeichen werden dem Gitter G2 zugeführt und in dem durch den Widerstand
21 entladenen Kondensator 17 aufgespeichert. Die an den Klemmen des Kondensators
23 auftretende Spannung wird dem Gitter G3 aufgedrückt. Die verstärkte Spannung
steuert das im Anodenkreis liegende elektrooptische Element 39. Eine Batterie 8"
und ein Widerstand 40 verringern die Vorspannung des Gitters G3 und ermöglichen
die Herstellung einer virtuellen Kathode zwischen den Röhrenelementen für Speicherung
und Verstärkung. An Stelle der künstlichen Zeile kann man natürlich auch jeden anderen
Erzeuger von Stromstößen mit phasenverschobener Spannung verwenden.
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Um das Potential des an Masse gelegten Verteilers festzulegen und
ihn so gegen das die Bildzeichen liefernde Organ V zu isolieren, kann man
die Verteilerstromkreise mit einer Hilfswelle sehr hoher Frequenz beschicken, die
ihrerseits die Bildzeichen trägt. Eine solche Schaltung erleichtert auch die parallele
Einwirkung der Bildströme auf alle Entsperrungsröhren, da sie die durch den Raum
zwischen den Elektroden aller Röhren gebildete Kapazität verringert. Abb. q. zeigt
das Ausführungsbeispiel einer derartigen Schaltung.
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Der Oszillator 48 liefert eine konstante Frequenz, die wesentlich
höher liegt als die pro Sekunde im Bildstrom enthaltene Bildzeichenzahl. Dieser
Oszillator steuert das erste Gitter einer Mischhexode 47; dem zweiten Gitter leitet
man die von h kommenden Bildströme zu. Dann sammelt man im Anodenkreis eine Schwingung
der Frequenz q:8, moduliert durch die Bildimpulse. Mit Hilfe des Transformators
46 und der Speicherkapazitäten 17, 18 kann man diese modulierte Hochfrequenz den
Anoden der Schirmgitterröhren 13, 14 zuführen. Diese Röhren arbeiten wie in der
Schaltung von Abb. i, richten jedoch außerdem die
Hochfrequenzschwingungen
gleich: Die Kapazitäten und Widerstände 2r bis 23 bewirken die Aufspeichereng und
Verteilung und spielen gleichzeitig die Rolle eines Entköpplungsfilters, Die Röhren
42 und q:1 verstärken die Bildspannungen und drücken sie den Elementen 43, 44 auf.
Ein Zusatzkondensator 45 erlaubt, die Sekundärseite des Transformators 46 abzustimmen.,Bei
dieser Schaltung kann der Verteiler, (im vorliegenden Beispiel die künstliche Zeile)
an Erde M gelegt werden; ebenso wie die Speicherstromkreise.: "Die Kapazitäten zwischen
den Anoden und Kathoden aller Röhren spielen, obwohl sie parallel zum Stromkreis
der Bildimpulse liegen, keine Rolle mehr, da ihre gesamte Impedanz infolge der Verwendung
einer sehr hohen Frequenz wesentlich herabgesetzt wird.
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Im allgemeinen ordnet man ebenso viele Speicherröhren an, wie Punkte
in einer horizontalen Zeile des Fernsehgegenstandes. vorhanden sind es kann jedoch
vorteilhaft sein - um die Anzahl der Röhren zu vermindern -, den Impuls mehrere
Male nacheinander durch die künstliche Zeile hindurchgehen zu lassen. Man kann nun
in der künstlichen Zeile Impulse hervorbringen, die in sehr regelmäßigem Tempo aüfeinanderfolgen,
wobei jeder neue Impuls genau in dem Augenblick am Zeileneingang entsteht, in dem
der vorhergehende an das Ende der Zeile gelangt. Dies ist z. B. dadurch zu erreichen;
daß man das äußerste Ende der Zeile mit ihren Eingangsklemmen über eine Verstärkerröhre
verbindet. Man richtet es so ein; däß der am Ende der Zeile ankommende Verteilerstromstoß
auf das Gitter dieser Röhre und ihr Anodenstrom auf den Zeileneingang einwirkt.
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Statt einer gesteuerten Gasentladungsröhre kann man zur Erzeugung
der kurzen Verteilerstromstöße auch einen synchronisierten Multivibrator verwenden.
Ebenso kann man einen Erzeuger synchronisierter Impulse anwenden, der aus einer
Hochvakuum-Mehrgitterröhre besteht, in welcher mehrere Gitter sehr fest gekoppelt
.sind.
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Die Steuerung des ganzen Verteilersystems obliegt erfindungsgemäß
einer neuartigen Überlage-: rungsschaltung. Die Verteilerimpulse werden durch Überlagerung:
sinusförmiger Grundspannungen mit Spannungen höherer Frequenz (Harmonischen) hervorgebracht;
wodurch man Punkte sehr stärk ausgeprägter und gegeneinander verschobener Maximalspannungen
erhält. Die Ausführung eines solchen Verteilers sowie seine Anwendung zum »Abtasten«
ist in Abb. 5 veranschaulicht: Die Kurven der -Abb. 6 erläutern die Möglichkeit,
durch Überlagerung .die gewünschten Spannungspunkte zu erhalten: -Mit 54 ist in
Abb. 5 ein Spannungserzeuger der Frequenz. F bezeichnet. Dieser besteht am besten
aus einem Oszillator, der durch die vom Empfänger5i durch ein Siebgerät52 kommenden
Synchronisierungszeichen synchronisiert wird. Dieser Oszillätör 54 ist induktiv
mit den Schwingungskreisen 56, 56', 56", :56'J' usw. gekoppelt. Es sind ebenso viele
Stromkreise wie Verteilerleitungen im Gerät. Diese Stromkreise werden derart ausgeführt;
daß die in ihnen erzeugten Spannungen in der Amplitude gleich, aber in der Phase
verschoben sind, wie durch die verschiedene Lage des Kapazitätspfeiles in Abb. 5
dargestellt. Der Spannungsverlauf im Stromkreis 56 ist durch die voll ausgezogene
Kurve A der Abb. 6 ä verdeutlicht, der Spannungsverlauf im Stromkreis 56' durch
die punktierte Kurve A'. Die Anzahl der Kurven A und ihre Phasenverschiebung sind
abhängig von der Zahl der zu entsperrenden Leitungen sowie von der Abtästgeschwindigkeit.
Ein zweiter Oszillatör 55 ist mit dem ersten; 54, in Serie geschaltet und erzeugt
Spannungen der Mehrfachfrequenz nF; im vorliegenden Beispiel 2F. Erwirkt auf die
Schwingungskreise 57 bis 57"' ein und induziert in diesen sinusförmige Spannungen
der gleichen Frequenz 2F; die auch in der Amplitude gleich, in der Phase aber verschoben
sind.
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In Abb.6b bezeichnet die voll ausgezogene Kurve B die Schwingung der
Frequenz 2F im Stromkreis 57. Der Spannungsverlauf im Stromkreis 57J ist
durch die punktierte Kurve B' dargestellt. Die in die gleiche Verteilerleitung eingeführten
Spannungen A und B überlagern sich; die resultierende Spannung ist in Kurve C der
Abb. 6c gezeichnet. C stellt das Ergebnis der Überlagerung der Kurven
A' und B' dar. Man erzeugt auf diese Weise Spannungsimpulse, die einander
zeitlich folgen und deren: Amplituden wesentliche Unterschiede d2 aufweisen; und
zwar größere als die Differenz d1 der Abb. 6 a. Man muß sich natürlich ebenso viele
verschobene Kurven C wie Stromkreise 56 vorstellen.
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Die Verwendung dieser verschobenen Spannungspunkte für :die »Abtastung«
ist die gleiche wie bei allen vorhergehenden Abbildungen. Sie können dazu dienen,
die elektrooptischen Elemente oder die Verteilerleitungen unmittelbar zu sensibilisieren.
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In Abb: 5 werden die von dem Organ 53 gesiebten Bildzeichen parallel
den vier von den Röhren 59,: 59', 59", 59"" gesperrten Zeilen unter Einfügung einer
Vorspannbatterie 58 zugeleitet. In einem bestimmten Augenblick- hebt der
Spannungsimpuls C (Abb. 6 c) die Wirkung dieser ,Batterie auf und entsperrt während
eines sehr kürzen Zeitraumes die Leitung der Röhre 59. Das in diesem Augenblick
empfangene Bildzeichen geht durch: diese Leitung und lädt die Kapazität ro auf,
die sich langsam durch den Widerstand z2. wieder entlädt: Die in diesem Kondensator
aufgespeicherte Spannung moduliert das elektrooptische Element z z oder hält eine
ganze; mit diesem Kondensator verbundene sekundäre Verteilerzeile auf der Bildspannung.
Einen Augenblick später hebt die Spannung C die Wirkung der Batterie auf
und sensibilisiert während eines sehr kürzen Zeitraumes die Leitung der Röhre 59'
usw.
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Die Abtastspännungen definieren auf diese Weise sehr - genau die Momente,
in denen die Speiseleitengen der elektrooptischen Elemente in die Bildübertragung
ein- bzw. ausgeschaltet werden. Im
allgemeinen wird man sieh auf
die Überlagerung der Frequenzen F und 2F beschränken; aber man kann ihnen auch eine
oder mehrere andere Harmonischen von passender Größenordnung überlagern, um möglichst
genaue Abtastpunkte zu erhalten.
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Natürlich kann man, anstatt auf die Sperröhren einzuwirken, entsprechend
den vorhergehenden Abbildungen Mehrgitterröhren anwenden und die Spannungsimpulse
einem ihrer Gitter zuleiten. Man kann besonders die die Stromkreise 56 und 57 (Abb.
5) enthaltende Leitung mit dem ersten negativ vorgespannten Gitter G, einer Hexode
verbinden und den gemeinsamen Stromkreis der Bildströme mit dem dritten Gitter G3
verbinden. Der Anodenkreis der Röhre enthält den Bildspeicherkondensator io. Auf
diese Weise verhindert man die Einwirkung der Verteiler- und Bildströme aufeinander;
man verringert die Kapazität, über die sich der Bildstromkreis schließt, und setzt
den Energieverbrauch in diesem Stromkreis auf ein Mindestmaß herab. Eine solche
Schaltung ist in Abb. 7 dargestellt.