DE1272370B - Speicherverfahren fuer eine mit bistabiler Ladungsbildspeicherung arbeitende Kathodenstrahlroehre - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GlIc

Deutsche Kl.: 21 al - 37/46

Nummer: 1272 370

Aktenzeichen: P 12 72 370.5-53 (T 27786)

Anmeldetag: 9. Januar 1965

Auslegetag: 11. Juli 1968

Einleitend soll zunächst kurz das prinzipielle Arbeiten einer bistabilen Speicherröhre erläutert werden: Die vom Schreibstrahlsystem auf die sowohl der Speicherung eines Ladungsbildes als auch der Sichtbarmachung dieses Bildes dienende Phosphorschicht geschossenen Elektronen lösen aus der Phosphorschicht durch Sekundärelektronenemission mehr Elektronen aus, als hineingeschossen werden. Dadurch werden die beschossenen, d. h. beschriebenen Gebiete positiv, während nicht beschossene Gebiete zunächst neutral sind. Zusätzlich wird das ganze Speicherdielektrikum von langsamen Flutoder Rieselelektronen beschossen. Die vom Schreibstrahl positiv gemachten Stellen ziehen die langsamen Hutelektronen stärker an als die nicht beschriebenen Stellen und beschleunigen sie also stärker. Durch diese Beschleunigung können auch die entsprechend beschleunigten Flutelektronen ihrerseits aus den positiven Gebieten Sekundärelektronen herausschlagen. Auf diese Weise werden die einmal beschriebenen, d. h. positiv gemachten Stellen auf positivem Potential gehalten, während die nicht beschriebenen Stellen durch die Flutelektronen auf einem leicht negativem Potential bleiben und dadurch weitere Flutelektronen darin hindern, so stark beschleunigt zu werden, daß sie auch an diesen nicht beschriebenen Stellen eine so starke Sekundärelektronenemission bewirken können, daß auch diese nicht beschriebenen Gebiete positiv würden. Das Beschießen mit Flutelektronen bewirkt also primär, daß die Grenzen zwischen positiven und negativen, d. h. beschriebenen und nicht beschriebenen Gebieten auf dem Speicherdielektrikum sich nicht verwischen können.

Für das Verständnis der vorliegenden Erfindung ist der Begriff der sogenannten kritischen Spannung oder des kritischen Potentials wichtig: Es gibt offensichtlich eine kritische Potentialdifferenz zwischen den Flutelektronenkathoden und der Oberfläche des Dielektrikums, bei welcher das Sekundärelektronenemissionsverhältnis gerade Eins ist. Wenn diese Potentialdifferenz unter dem kritischen Wert liegt, dann können auftreffende Elektronen kein Ladungsbild speichern, weil so wenig Sekundärelektronen erzeugt werden, daß die positiven Löcher die leicht negative Gesamtladung der Schicht nicht überwinden können. Ist aber dieses Potential größer als die kritische Spannung, dann bewirken alle auftreffenden Elektronen, also auch die Flutelektronen, eine so starke Sekundärelektronenemission, daß die ganze Schicht während der vielen erzeugten positiven Löcher positiv wird. Im praktischen Fall wird der

Speicherverfahren für eine mit bistabiler
Ladungsbildspeicherung arbeitende
Kathodenstrahlröhre

Anmelder:

Tektronix, Inc., Beaverton, Oreg. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. K. A. Brose, Patentanwalt,

8023 Pullach, Wiener Str. 2

Als Erfinder benannt:
James Joseph Donoghue, Portland, Oreg.;
Richard B. McMillan jun., Tigard, Oreg.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 13. Januar 1964 (337 370)

Leuchtschirm eines entsprechend ausgebildeten Oszillographen auf der ganzen Fläche gleichmäßig hell.
Will man bei einem solchen Betriebsverfahren ein Ladungsbild speichern, dann muß man das Potential zwischen Flutelektronenkathoden und dem Speicherdielektrikum auf einem gerade unterhalb des kritischen Wertes liegenden Betrag erhalten, damit an den nur mit Flutelektronen beschossenen Stellen kein positives Ladungsbild sich aufbaut, während an den stärker beschossenen Stellen, das sind also die auch mit dem Schreibstrahl beschossenen Stellen, sich ein positives Potential bilden kann.

Offensichtlich ist es dabei zum Bewirken des Speicherns, d. h. eines positiven Ladungsbildes entsprechend der Spur des Schreibstrahls erforderlich, daß auf die vom Schreibstrahl getroffenen Stellen eine gewisse Mindestzahl von schnellen Elektronen auffällt, um diese Gebiete überhaupt positiv machen zu können, da ja das ganze Dielektrikum zunächst unterhalb des kritischen Potentials liegt. Damit ist offensichtlich der Schreibgeschwindigkeit eine Grenze gesetzt: Wenn der Schreibstrahl sehr schnell über das Dielektrikum fahren wird, dann fallen möglicherweise nur so wenige Schreibstrahlelektronen auf die zu beschreibenden Stellen, daß diese wenigen Schreibstrahlelektronen nicht ausreichen, die ent-

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sprechenden Stellen auf ein positives und daher speicherbares Potential zu heben.

Um diesem Mangel abzuhelfen, ist (aus der japanischen Patentschrift 11519/1961) ein Steuerverfahren für eine bistabile Speicherröhre bekannt, bei dem wie folgt vorgegangen wird: Zunächst ist das Potential zwischen Flutelektronenkathoden und Dielektrikum relativ niedrig, so daß ein schneller Schreibstrahl nicht so viele Elektronen auf eine Flächeneinheit schießen würde, daß das Potential an den beschossenen Stellen positiv werden kann. Bei dem bekannten Verfahren wird nun gleichzeitig mit dem Anliegen des zu speichernden Signals ein Aktivierungsimpuls zwischen die Flutelektronenkathoden und das Speicherdielektrikum, d. h. die dahinterliegende Elektrode gelegt, der das Potential des ganzen Dielektrikums auf einen ganz wenig unter dem kritischen Potential liegenden Wert hebt. Dabei wird also erreicht, daß offensichtlich bereits relativ wenige Schreibstrahlelektronen die beschossenen Stellen positiv machen können, wodurch auch das Speichern von schnellen Signalen möglich ist. Der Grund, warum man bei den bekannten Verfahren das Potential des Dielektrikums jeweils nur kurzzeitig anhebt und nicht — was apparativ viel einfacher wäre — das Potential dauernd auf dem nur wenig unter dem kritischen Potential liegenden Wert hält, ist dieser: Jedes Rauschen und jede zufällige Häufung von den statistisch verteilt ankommenden Flutelektronen würde dann gespeichert, wenn durch solche unvermeidbare Häufungen an bestimmten Stellen das kritische Potential überschritten würde.

Bei dem Vorgehen nach dem bekannten Verfahren ist es aber besonders schwierig, die Höhe des Aktivierungsimpulses einzustellen und vor allem die Amplitude dieses Aktivierungsimpulses längere Zeit bezüglich des kritischen Potentials konstant zu halten, so daß also bei dem bekannten Verfahren ein ständiges Nacheichen erforderlich ist. Dies kommt prinzipell daher, daß bei dem bekannten Verfahren praktisch nur mit einer Erhöhung der Empfindlichkeit gearbeitet wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht gegenüber dem Stand der Technik darin, ein Speicherverfahren für eine mit bistabiler Ladungsbildspeicherung arbeitende Kathodenstrahlröhre zu schaffen, bei dem ebenfalls sehr schnelle Signale aufgezeichnet werden können, bei dem aber eine Nacheichung der bekannten Aktivierungsimpulse nicht erforderlich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Speicherverfahren für eine mit bistabiler Ladungsbildspeicherung arbeitende Kathodenstrahlröhre, deren Speicherdielektrikum mit schnellen Schreibstrahlelektronen und langsamen Flutelektronen beschossen wird, bei welchem zur Ermöglichung einer hohen Schreibgeschwindigkeit (d. h. bistabile Speicherung von mit geringem Schreibstrahlelektronenstrom erzeugten Ladungsbildern) die Spannung zwischen Flutelektronenkathode und dem Speicherdielektrikum, die den nicht beschriebenen Stellen des Dielektrikums ein unterhalb des bistabile Speicherung ermöglichenden, kritischen Wertes liegendes Potential verleiht, zu Beginn des zu speichernden Signals kurzzeitig erhöht wird, und besteht darin, daß die Spannung zwischen der Flutelektronenkathode und dem Speicherdielektrikum bei Beginn des Beschüsses mit den schnellen Schreibstrahlelektronen auf ein Potential (Vp) erhöht wird, dessen Betrag den Betrag des kritischen Potentials (VCr₁) wesentlich überschreitet und daß diese das Potential des ganzen Dielektrikums zunächst anhebende Spannung wieder unter den dem kritischen Potential (FcT₁) entsprechenden Betrag abgesenkt wird, sobald die vom Schreibstrahl getroffenen Stellen des Dielektrikums das kritische Potential (VcrJ überschritten haben und die nicht vom Schreibstrahl getroffenen Stellen das kritische Potential noch nicht

ίο erreicht haben.

Gegenüber dem bekannten Verfahren zur Aufzeichnung schneller Vorgänge besteht ein grundsätzlicher Unterschied: Es wird nicht das Potential des Dielektrikums kurzzeitig angehoben, um das Dielektrikum empfindlicher zu machen, so daß mit größerer Schreibgeschwindigkeit gearbeitet werden kann, sondern es wird das ganze Speicherdielektrikum mit Absicht über das kritische Potential angehoben, so daß man eigentlich erwarten müßte, daß

ao nach diesem kurzzeitigen Anheben des Potentials des Speicherdielektrikums dessen ganze Oberfläche positiv geladen würde. Das Vorgehen nach der Erfindung ist möglich, weil erkannt worden ist, daß die Geschwindigkeit, mit welcher positive Stellen des Speicherdielektrikums stärker positiv werden, vom Potential der entsprechenden Stellen abhängt, und zwar in dem Sinn, daß stärker positive Stellen schneller weiter positiv werden als weniger stark positiv geladene Stellen. Es wird also, ausgehend von dieser Erkenntnis, nach der Erfindung wie folgt gearbeitet:

Das ganze Dielektrikum wird auf ein Potential erhöht, auf dem es eigentlich auf seiner ganzen Fläche positiv werden müßte. Die Gebiete, die vom Schreibstrahl getroffen werden, werden stärker positiv als die nicht vom Schreibstrahl getroffenen, und dann wird anschließend das Potential wieder stark gesenkt, und zwar derart, daß die beschossenen Gebiete über dem kritischen Potential bleiben, während die nicht vom Schreibstrahl getroffenen Gebiete wieder unter dieses Potential geholt werden, so daß also dort keine Speicherung einer positiven Ladung stattfinden kann.

In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß man während der Zeit, während welcher Schreibstrahlelektronen auf dem Speicherdielektrikum zur Erzeugung eines zu speichernden Bildes auftreffen, keine Flutelektronen auf das Speicherdielektrikum fallen läßt. Durch dies Abschalten des Flutelektronenstrahler beim Schreiben ist das Anfangspotential des Dielektrikums vor der Anlage des Aktivierungsimpulses größer als im Normalfall. Dadurch ergibt die Anlage des Aktivierungsimpulses eine größere Erhöhung des Potentials des Dielektrikums, als ohne Abschaltung der Flutelektronenkathoden möglich wäre, wodurch man eine noch größere Schreibgeschwindigkeit erreicht, d. h. also, es können noch schnellere Signale mit noch weniger Schreibelektronen pro Dielektrikum-Flächeneinheit aufgezeichnet werden.

Weitere besondere Ausgestaltungen des erfindungS'-gemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 3 bis 6 beschrieben.
Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, bei der das Verfahren gemäß der Erfindung anwendbar ist,

F i g. 2 eine Darstellung der an die Kathoden der Flutelektronenstrahler angelegten Spannung für die Speicherröhre nach Fig. 1,

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung einer Schaltung zum Betrieb der Flutelektronenstrahler für die Röhre nach Fig. 1 mit automatischer Triggerung,

F i g. 4 die Form der an die Kathode und das Steuergitter der Flutelektronenstrahler nach F i g. 3 gelegten Spannung und

F i g. 5 A und 5 B Darstellungen von Wellenformen verschiedener Impulse zur Erhöhung der Schreibgeschwindigkeit, die an die Kathoden der Strahler nach F i g. 1 angelegt werden können; es sind auch die Potentiale der beschriebenen und nicht beschriebenen Targetfläche dargestellt, die durch diese Verstärkerimpulse erzielt werden.

Eine Vorrichtung, bei der das Verfahren gemäß der Erfindung zur Speicherung von Impulsen anwendbar ist, ist in F i g. 1 dargestellt. Die Anlage weist eine herkömmliche bistabile Speicherröhre 10 oder eine bistabile Speicherröhre zur unmittelbaren Darstellung von Impulsen u. dgl. auf. Die darzustellenden elektrischen Signale werden an zwei vertikalen Ablenkplatten 12 angelegt, von denen mindestens eine mit einer Eingangsklemme 14 verbunden ist, und zwar über einen Vertikalverstärker 16 und einen für zwei Schaltstellungen ausgelegten Wählschalter 18. Der bewegliche Kontakt des Wählschalters 18 ist in »Schreib«-Stellung gezeigt, um das Eingangssignal während des Schreibvorgangs an die vertikalen Ablenkplatten der Speicherröhre zu legen. In der Röhre sind auch zwei horizontale Ablenkplatten 20 angeordnet und mit einem horizontalen Ablenkgenerator 22 über einen zweiten Wählschalter 24 verbunden, dessen beweglicher Kontakt mit dem des Schalters 18 zur gleichsinnigen Bewegung verbunden ist. Der horizontale Kippgenerator 22 legt das bekannte Sägezahnsignal an die horizontalen Ablenkplatten 20, wenn der Wählschalter 24 in der dargestellten Lage ist. Als Ergebnis hiervon wird eine Speicherschicht 26 (im folgenden und vorausgehenden immer als »Target« bezeichnet) an einem Ende der Röhre 10 von einem schmalen Strahl schneller Schreibelektronen beschossen, die von einer Kathode 28 am anderen Ende dieser Röhre kommen. Der Schreibstrahl wird vermöge der an die horizontalen und vertikalen Ablenkplatten gelegten Signale abgelenkt, so daß er ein Ladungsbild auf dem Speicherdielektrikum des Targets erzeugt, welches der Wellenform der an die Klemme 14 angelegten Eingangssignale entspricht.

Wenn die Stromdichte des von der Kathode 28 ausgesendeten Schreibstrahles hoch genug ist, die Spannungsdifferenz zwischen Kathode und Target 26 entsprechend hoch ist, und wenn fernerhin die Geschwindigkeit des angelegten Kippsignals niedrig genug ist, dann ist das Potential des auf dem Target 26 erzeugten Ladungsbildes so hoch, daß eine bistabile Speicherung dieses Ladungsbildes für eine steuerbare beliebig lange Zeit erzielt wird. Diese bistabile Speicherung wird in bekannter Weise durch im wesentlichen gleichmäßiges Beschießen des Targets mit Elektronen niederer Geschwindigkeit erzielt, die von zwei Flutelektronenstrahlern 30 emittiert werden. Wenn somit das Potential des Ladungsbildes, das vom Schreibstrahl auf dem Speicherdielektrikum des Targets 26 erzeugt wird, die erste Übergangsspannung der Sekundäremissionsrkennlinie des Speicherdielektrikums überschreitet, dann erhöhen die »Halte«- oder Flutelektronen das Potential des Ladungsbildes bis zu einer stabilen Spannung nahe der Spannung der Sammelelektrode des Speichertargets. Gleichzeitig wird derjenige Teil des Dielektrikums, der nicht beschrieben wurde (also der Hintergrund), dessen Potential unter der ersten Übergangsspannung liegt, nach unten in einen stabilen Spannungsbereich gedrückt, der in der Nähe der Spannung der Kathoden 31 der Strahler 30 liegt. Auf diese Weise werden also sämtliche Flächenteile der hinteren Oberfläche des Speichertargets auf einer dieser beiden stabilen Spannungen gehalten. Es ist gefunden worden, daß die tatsächliche »erste Übergangsspannung« sich in Abhängigkeit von dem Feld ändert, das über dem Speicherdielektrikum erzeugt wird, und zwar zumindest bei Phosphortargets, so daß dieser Ausdruck verwendet werden soll, um die geringste Ladespannung zu bezeichnen, die zur Speicherung erforderlich ist; der Wert dieser Spannung kann mit der an der Targetelektrode liegenden Spannung veränderlich sein.

Das Speicherdielektrikum der Speicherschicht 26 ist in jedem Fall eine dünne Lage aus Phosphormaterial, die dazu dient, sowohl das Ladungsbild bistabil zu speichern als auch das Ladungsbild in ein Lichtbild zur direkten Betrachtung zu verwandeln. Dieses Phosphordielektrikum wird auf einem lichtdurchlässigen elektrisch leitenden Film aus Zinnoxyd gehaltert, welcher auf die hintere Oberfläche der Frontplatte des Röhrenkolbens als Überzug aufgebracht ist. Dieser leitende Film dient als Kollektorelektrode für diejenigen Sekundärelektronen, die von der Phosphorschicht ausgesandt werden wegen der porösen Struktur dieser Schicht, und ist mit einer Targetspannung verbunden, die über einem festen Belastungswiderstand 32 abfällt. Der Belastungswiderstand 32 liegt in Serie mit einem veränderlichen Widerstand 33 zwischen einer positiven Spannungsversorgung von etwa 500VoIt und Erde. Die an den leitenden Film des Speichertargets 26 angelegte Targetspannung wird vermöge des Widerstandes 33 verändert, der den Speisegleichstrom verändert, welcher durch den Belastungswiderstand 32 fließt, so daß die Targetspannung normalerweise im »stabilen Bereich« der Targetspannungen gefahren wird, in welchem eine bistabile Speicherung möglich ist. Dieser konstante Bereich von Targetspannungen ist gleich dem Bereich von Spannungen zwischen der Halteschwelle, unter welcher keine Speicherung möglich ist, und der »Hellspannung«, über welcher das Speichertarget von den Flutelektronen gleichförmig vollständig »beschrieben« wird.

Die langsamen Halte- oder Flutelektronen, die von den Kathoden 31 emittiert werden, werden normalerweise durch ein Steuergitter 34 und die Anode 36 der Flutelektronenstrahler auf die Oberfläche des Speichertargets 26 geschossen, nachdem sie mindestens durch eine an der Wand anliegende bandartige Elektrode 38 aus Silber oder anderem leitendem Material getreten sind, welche auf die Innenoberfläche des trichterförmigen Teils des Röhrenkolbens aufgebracht ist. Die bandartige Wandelektrode 38 ist bei normalerweise geerdeter Strahlerkathode 31 auf etwa + 50 Volt vorgespannt, um die Flutelektronen im wesentlichen gleichförmig über die Oberfläche des Speichertargets zu verteilen und um die Flutelektro-

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nen derart zu richten, daß sie auf das Target im des Ladungsbildes in Richtung nach oben auf die wesentlichen in Richtung der normalen desselben Spannung der Kollektorelektrode zu treiben suchen, auftreffen.. Es ist zwar nur eine bandartige Wand- Es ist auch gefunden worden, daß getrennte

elektrode 38 gezeigt, selbständlich können aber auch Flächen desselben Speichertargets, die anfänglich auf mehrere mit Abstand angeordnete solche bandartige 5 verschiedenen Potentialen waren, mit verschiedenen Wandelektroden vorgesehen werden, die zur noch Geschwindigkeiten durch die Halteelektronen oder genaueren Beeinflussung der Flutelektronen mit ver- Flutelektronen auf höhere Spannungen aufgeladen schiedenem und veränderbarem Potential gespeist werden, wenn die Spannung an den Flutelektronenwerden können. Während somit der Schreibstrahl kathoden unter die erste Übergangsspannung abgeaus schnellen Elektronen in einen engen Strahl kon- io senkt wird, wie in den Fig. 5A, 5B dargestellt ist. zentriert wird, indem man ihn durch ein Steuergitter Das heißt also, daß die Targetflächenabschnitte von 40 und eine aus drei fokussierenden Elementen be- höherer Anfangsspannung, die vom Schreibstrahl stehende Anode 42 treten läßt, so daß der Schreib- getroffen wurden, schneller aufgeladen werden als strahl auf das Target in Form eines kleinen kreis- nicht beschriebene, den Hintergrund darstellende förmigen Fleckes auftrifft, werden die Flutelektronen 15 Flächen von niedrigerer Ausgangsspannung, so daß derart fokussiert, daß sie die ganze Oberfläche des die Spannungsdifferenz zwischen derartigen Target-Targets beschießen. Es ist natürlich auch möglich, flächenteilen mit der Zeit größer wird. Man kann die dargestellten Halteelektronenstrahler durch eine somit unterscheiden zwischen einem Ladungsbild Anordnung zu ersetzen, bei welcher Halteelektronen von sehr niedriger Anfangsspannung und den Hinterin Form eines dem Schreibstrahl ähnlichen Strahles, so grundflächenteilen des Targets, weil diese Flächen aber mit geringerer Geschwindigkeit ausgesendet verschieden schnell geladen werden; man kann also werden und wobei dieser Strahl dann über die Ober- das Ladungsbild speichern, indem man die Kathodenfläche des Speichertargets nach Art der Fernseh- spannung der Flutelektronenstrahler auf Null zubildröhrenabtastung geführt werden, damit in physi- rückholt, nachdem das Potential des Ladungsbildes kaiisch ähnlicher Weise das Ladungsbild gespeichert 25 über die erste Ubergangsspannung gestiegen ist, wowerden kann. bei aber die Potentiale der Flächen, die den HinterWenn ein Eingangssignal von sehr hoher Frequenz grand auf dem Target darstellen, immer noch unter oder ganz besonders kurzer Anstiegszeit an die ver- dieser ersten Übergangsspannung sind. Dadurch tikalen Anlenkplatten 12 gelegt wird, dann ist das kann man die Ladungsbilder von Hochfrequenz-Potential des Ladungsbildes eines solchen Eingangs- 30 Signalen speichern; dieses Phänomen ist besonsignals auf dem Target manchmal unterhalb der ders nützlich beim Speichern schneller Einschaltersten Übergangsspannung, so daß das Ladungsbild vorgänge u. dgl., kann jedoch auch zusammen nicht in normaler Weise gespeichert wird, weil die mit der Ladungsbildintegration zur schnelleren Flutelektronen das Potential nach unten in Richtung Speicherung sich wiederholender Signale verwenauf die Spannung der Kathode der Flutelektronen- 35 det werden.

strahler zusammen mit dem Potential der nicht be- Das Verfahren zur Erhöhung der Schreibgeschwin-

schriebenen Flächen treiben. Es ist nun erkannt wor- digkeit, wie es oben wiedergegeben wurde, wird bei den, daß, wenn die Flut- oder Halteelektronen daran der Vorrichtung nach F i g. 1 durch einen von Hand gehindert werden, das Speichertarget zu beschießen, zu betätigenden Schalter 44 eingeleitet, der drei verwährend die Schreibelektronen auf dem Target das 40 schiedene Schaltstellungen hat und dessen beweg-Ladungsbild erzeugen, ein Anstieg des Potentials licher Kontaktteil mit den Kathoden 31 der Flutdieses Ladungsbildes sich einstellt, welcher meist elektronenstrahler verbunden ist. Der mit »Schreiausreichend ist, um ein solches Ladungsbild bistabil ben« (linke) bezeichnete Kontakt des Schalters 44 ist zu speichern, wenn die Halteelektronen darauf- mit einer positiven Spannungsquelle von etwa folgend das Target wieder beschießen können. Wenn 45 125 Volt über einen Isolationswiderstand 46 verweiterhin das Eingangssignal ein sich wiederholendes bunden, so daß die Flutelektronenstrahler abgeschal-Signal ist, dann ist es möglich, das Potential des tet werden, wenn der Schalter 44 in der linken Ladungsbildes dadurch zu erhöhen, daß man wäh- Schaltstellung ist, da die Steuergitter 34 mit einer rend verschiedener aufeinanderfolgender Perioden negativen Vorspannung von etwa —20 Volt Verbundes Eingangssignals die Flutelektronenstrahler »ab- 50 den sind und die Kathoden der Flutelektronenstrahgeschaltet« läßt, so daß die Ladungsbilder der auf- ler somit umgekehrt mit etwa 145 Volt vorgespannt einanderfolgenden Eingangssignale einander über- sind. Durch diese Maßnahme können die Fluteleklagert werden und deren Potentiale tatsächlich zu- tronen das Speichertarget 26 nicht während der Zeit einander addiert werden, um so das Gesamtpotential beschießen, während welcher der Schreibstrahl von des erzielten Ladungsbildes über die erste Über- 55 der Kathode 28 das Ladungsbild auf dem Speichergangsspannung zu heben. target bildet. In der mittleren Stellung des Schalters Diese Erhöhung des Potentials des Ladungsbildes, 44 sind die Kathoden der Elektronenstrahler an einen die erhalten wird durch Abhalten der Flutelektronen Kondensator 48 gelegt, dessen einer Anschluß an von dem Target während des Schreibens, beruht auf Erde liegt und dessen anderer Anschluß an der Tatsache, daß die Halteelektronen dem Schreib- 60 —75 Volt über einen festen Widerstand 50 und Vorgang entgegenwirken, da sie die Tendenz haben, einen veränderlichen Widerstand 52 (Serienschaldas Potential des Ladungsbildes nach unten auf die tung) liegt. Der Kondensator 48 ist eingangs auf Spannung der Kathoden der Flutelektronenstrahler —70 Volt durch die Widerstände 50 und 52 fließenzu bringen. Diese in der »falschen« Richtung ver- den Strom aufgeladen, so daß durch Verstellen des laufende Wirkung setzt sich fort, bis das Potential 65 Schalters 44 in die mittlere, der Speicherung entdieses Ladungsbildes höher ist als die erste Über- sprechende Stellung die Spannung an den Kathodengangsspannung. Danach unterstützen die Halteelek- Flutelektronenstrahler zunächst auf —70 Volt tronen das Schreiben dadurch, daß sie das Potential kommt. Dadurch werden die Flutelektronenstrahler

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leitend gemacht, da ihre Kathoden dann eine Vor- Das auf dem Target 26 gespeicherte Bild der wärtsspannung von 50 Volt haben. Auf diese Weise Wellenform kann durch das bekannte Löschen zum werden Flutelektronen mit einer anfänglich höheren Verschwinden gebracht werden, indem man nur den Spannung auf das Target geschossen. Der Konden- Widerstand 33 verändert, so daß die Spannung über sator48 beginnt sich jedoch sofort gegen die Span- 5 dem Belastungswiderstand 32 zunächst über die nung an der gemeinsamen Verbindung von Konden- positive Hellspannung gelangt, so daß die Flutsator und Widerstand 50 zu entladen, um die elektronen bewirken, daß das Speichertarget gleich-Geschwindigkeit der Flutelektroden exponentiell ab- förmig hell, d. h. erregt wird. Dann wird die Targetfallen zu lassen. Die Spannung an der Flutelektronen- spannung unter die erste Übergangsspannung odei kathode 31 kann nach der Entladung des Konden- io die Halte-Schwell-Spannung abgesenkt, damit das sators 48 auf Null gebracht werden, indem man die Potential an der hinteren Oberfläche des Speicher-Einstellung des Widerstandes 52 entsprechend ein- dielektrikums negativ in Richtung auf die Spannung stellt, um den Strom so zu ändern, daß der Span- der Kathode der Flutelektronenstrahler geht. Dann nungsabfall über den Widerständen 50 und 52 wird die Spannung über dem Widerstand 32 langsam 70VoIt entspricht. Da die Spannung an den Flut- 15 über den ersten Übergangsspannungspunkt angeelektronenkathoden bei etwa OVoIt bezüglich Erde hoben, so daß die als leitender Film ausgebildete gehalten wird, arbeitet die Speicherröhre 10 in her- Elektrode des Targets auf eine Spannung im stabilen kömmlicher Weise zur Speicherung des Ladungs- Bereich kommt, ohne daß die hintere Oberfläche bildes. des Speicherdielektrikums auf die Spannung der Ein elektrisches Ablesesignal kann an der das 20 Targetelektrode gelangt. Man kann das Löschen Target bedeckenden Elektrode erzeugt werden, in- auch dadurch vornehmen, daß man die Targetdem man die Phosphorschicht des Speichertargets elektrode pulst. Es ist außerdem als wünschenswert mit einem Elektronenlesestrahl abtastet. Dieser Lese- gefunden worden, die Kathode der Flutelektronenstrahl kann durch denselben Strahler erzeugt werden, strahler mit einer positiven Vorspannung von etwa der auch den Schreibstrahl erzeugt, indem man ein- 25 50 Volt während des Löschvorganges zu verbinden, fach die Stellung der Schalter 18 und 24 in die (in Dies kann dadurch geschehen, daß man den bewegder Zeichnung rechte) Lesestellung bringt, so daß liehen Kontaktteil des Schalters 44 (in F i g. 1) nach ein Rastersignalgenerator 54 mit den horizontalen rechts in die Löschstellung bringt,
und vertikalen Ablenkplatten des Rohres 10 verbun- Das Potential der Kathode des Flutelektronenden ist, um den Strahl nach Art eines Fernsehgerätes 30 Strahlers während! des Betriebes der Röhre nach über die Oberfläche des Targets zu führen. Damit F i g. 1 ist durch die Kurve 66 in F i g. 2 dargestellt, das Target das dem Lesestrahl entsprechende Raster- Es wird darauf hingewiesen, daß der Impulsteil 68, bild nicht speichert, muß man entweder die Kathode der der Vergrößerung der Schreibgeschwindigkeit 28 mit einer positiveren Spannung verbinden, um die dient, unmittelbar nach dem Schreiben angelegt wird, Geschwindigkeit der Leseelektronen unter diejenige 35 während welchem die Kathode der Flutelektronender Schreibelektronen zu bringen, oder die negative strahler abgeschaltet ist. Der der Beschleunigung Spannung am Steuergitter 40 erhöhen, um die Strom- dienende Impuls 68 wird in Richtung auf eine dichte des Lesestrahles zu verringern. Dieses letztere negative Spannung kleiner, die im wesentlichen Verfahren hat sich als vorteilhafter erwiesen, und es unterhalb der ersten Übergangsspannung liegen kann, kann durchgeführt werden durch Betätigung eines 40 und wird dann exponentiell auf OVoIt gehen, und Schalters 56, dessen beweglicher Kontakt mit dem zwar mit einer Zeitkonstante, die durch die RC-Steuergitter 40 verbunden ist, so daß in der Konstante des Schaltkreises mit dem Kondensator 48 »Schreibe-Stellung des Schalters 46 das Steuergitter und den Widerständen 50 und 52 bestimmt ist. Damit mit einer negativen Gleichspannung von etwa ist die Breite dieses der Beschleunigung dienenden — 3025 Volt verbunden ist, während in der »Lese«- 45 Impulses etwa 3RC; dieser Wert sollte umgekehrt Stellung dieses Schalters das Steuergitter mit einer proportional der Spannungsamplitude dieses der Be-Spannung von etwa —3050 Volt verbunden ist. Das schleunigung dienenden Impulses sein. Ein großer auf dem leitenden Film des Speichertargets erzeugte die Schreibgeschwindigkeit erhöhender Impuls beelektrische Ablesesignal wird durch einen Koppel- wirkt, daß die den Hintergrund bildenden Flächenkondensator 58 zu einem Vorverstärker 60 mit 50 teile des Targets schneller auf eine positive Ladung niedriger Eingangsimpedanz geleitet. Der Ausgang geladen werden, und zwar entsprechend der des Vorverstärkers 60 ist über einen herkömmlichen Sekundärdektronenemission, die durch die größere Spannungsverstärker 62 an den Z-Achseneingang am Geschwindigkeit der Flutelektronen bewirkt wird, so Steuergitter oder an der Kathode einer entfernt auf- daß der der Beschleunigung dienende Impuls früher gestellten Feraseh-Monitorröhre 64 angeschlossen. 55 enden muß, um zu verhindern, daß die Spannung Die horizontalen und vertikalen Ablenkplatten der dieser den Hintergrund bildenden Flächenteile Monitorröhre 64 sind ebenfalls mit dem Raster- größer wird als die erste Übergangsspannung. Um Signal-Generator 54 verbunden, so daß dasselbe oder einen derartigen Beschleunigungspuls der richtigen ein ähnliches Sägezahn-Raster-Signal an diese Breite zu erhalten, muß man die elektrischen Größen Ablenkplatten gelegt werden kann, wie es an den 60 der Widerstände 50 und 52 sowie des Kondensators horizontalen und vertikalen Ablenkplatten der 48 nur entsprechend aussuchen.
Speicherröhre während des Lesevorganges anliegt. Eine weitere Ausführung zur Durchführung der Dadurch wird das auf dem Speichertarget 26 ge- Erfindung zur Erhöhung der Schreibgeschwindigkeit speicherte Bild der Wellenform auf dem Leuchtschirm der Speicherröhre nach Fig. 1 ist in Fig. 3 gezeigt, der Monitorröhre 64 erzeugt. Selbstverständlich ist 65 Die Flutstrahler 30 werden am Beginn des vertikalen eine elektrische Ablesung nicht notwendig, wenn ein Eingangssignals automatisch abgeschaltet, welches solcher Speicherschirm verwendet wird, der für die durch den Vertikalverstärker 16 an die vertikalen unmittelbare Beobachtung geeignet ist. Ablenkplatten der Röhren gelangt. Dies kann da-

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durch bewirkt werden, daß man einen Teil des F i g. 3), wichtig, weil das von einem solchen Einvertikalen Eingangssignal durch einen Kipp-Trigger- schaltsignal auf dem Speichertarget erzeugte Ladungs-Generator 69 leitet, um Triggerimpulse am Beginn bild wegen der Streuverluste unter die Mindesteines solchen vertikalen Signals zu erzeugen, die spannung für die Speicherung sinken kann, wenn dann an den horizontalen Kippgenerator 22 geleitet 5 kein derartiger Impuls angelegt wird, um den Flutwerden, um das Arbeiten dieses Kippgenerators in elektronenstrahler anzuschalten unmittelbar nach der der bekannten Weise einzuleiten. Der Kipp-Trigger- Erzeugung des Ladungsbildes. Dies ist auch der Generator 59 kann auch mit dem Eingang eines Grund dafür, warum ein bistabiler Multivibrator den Austastmultivibrators 70 für den Strahler verbunden Vorzug als Antastmultivibrator genießt,
werden, um diesen Multivibrator derart zu triggern, io Der den Elektronenstrahler antastende Impuls 72, daß er einen negativen Ausgangsspannungsimpuls72 der von der Einrichtung nach Fig. 3 erzeugt wird, erzeugt. Dieser negative Ausgangsimpuls wird dann ist in F i g. 4 in zeitlicher Beziehung zur Spannung 74 an das Steuergitter 34 des Flutelektronenstrahlers der Kathode der Flutelektronenstrahler dargestellt, gegeben und wirkt als Austastimpuls zur Umkehrung Wenn der Antastimpuls 72 an das Steuergitter 34 der Vorspannung der Kathode dieses Strahlers in den 15 angelegt wird, dann sinkt die Kathodenspannung des abgestellten, d. h. nicht arbeitenden Zustand. Da- Flutelektronenstrahlers vom Wert Null graduell bis durch kann der Kondensator 48 durch den Strom etwa -7OVoIt ab, wenn sich der Kondensator 48 geladen werden, der durch die Widerstände 50 und 52 auflädt. Am Ende des Antastimpulses 72 wird die von der —70-Volt-Spannungsquelle kommt, bis die Kathodenspannung des Strahlers dann von —70 auf Spannung über dem Kondensator die der Spannungs- 20 0 Volt angehoben, wenn sich der Kondensator 48 quelle erreicht. Nachdem das Ladungsbild des entlädt. Dieser in positiver Richtung verlaufende vertikalen Eingangssignal auf das Target »ge- Teil der Kathodenspannung 74 des Flutelektronenschrieben« ist, hört der Austastimpuls 72 auf, um das Strahlers stellt den die Schreibgeschwindigkeit Steuergitter 34 auf eine positivere Spannung zu brin- erhöhenden Impuls dar. Der Antastmultivibrator 70 gen, so daß der Flutelektronenstrahler wieder strahlt. 25 nach F i g. 3 ist mit einer Blockierung versehen, die Zu diesem Zeitpunkt ist die Spannung an der verhindert, daß der Multivibrator noch einmal geKathode 31 des Strahlers gleich denjenigen—70Volt triggert wird, während des Speichervorganges oder des vollständig geladenen Kondensators 48. Die während des Löschens des Ladungsbildes vom Kathodenspannung wird jedoch kleiner, wenn der Target.

Kondensator sich auf eine positivere Spannung ent- 30 Die Wirkung des Betriebes eines Speichertargets

lädt, die dadurch auf Null gestellt werden kann, daß nach der vorliegenden Erfindung ist in den Kurven

man den Widerstand 52 dem Wert nach verändert, der Fig. 5A und 5B dargestellt. Wenn der an die

bis der Strahlstrom einen Spannungsabfall von Kathode des Flutelektronenstrahlers zur Erhöhung

70 Volt über den Widerständen 50 und 52 erzeugt. der Schreibgeschwindigkeit angelegte Impuls die

Der Antastimpulsgenerator 70 kann ein mono- 35 Form einer negativen Spannungsspitze 76 gemäß stabiler Multivibrator sein, dessen Frequenz getrennt Fig. 5A hat, dann werden die besten Ergebnisse steuerbar ist, so daß sie erheblich niedriger ist als die erhalten. Dies rührt davon her, daß die Ladungsbild-Frequenz des Eingangssignals am Anschluß 14, so spannung 78 von der Hintergrundspannung 80 um daß Ladungsbildintergration vorgenommen werden einen größeren Betrag Y abweicht, wenn die kann, indem man während verschiedener auf- 40 Ladungsbildspannung über die erste Übergangseinanderfolgender Perioden von derartigen ver- spannung VCr₁ hinausgeht. Bevor der der Beschleunitikalen Eingangssignalen die Flutelektronenstrahler gung dienende Impuls 76 angelegt wird, differiert im abgeschalteten Zustand hält. Es kann aber auch die Ladungsbildspannung 78 von der Hintergrundwünschenswert sein, den Generator 70 als bistabilen spannung 80 um einen kleinen Betrag X, nachdem Multivibrator zu schalten, der durch Kipp-Trigger- 45 das Ladungsbild auf das Target »geschrieben« ist, Impulse getriggert wird und in seinen stabilen An- jedoch bevor die Flutelektronen auf das Target auffangszustand durch ein Signal vom horizontalen treffen. Wenn der der Beschleunigung dienende Kippgenerator zurückgebracht wird, welches dem Impuls 76 an die Kathode der Flutelektronenstrahler Rücklaufteil des horizontalen Kippsignals entspricht, angelegt wird, dann beginnen das Potential des so daß der Antastimpuls 72 unmittelbar nach dem 50 Ladungsbildes und das Potential der Hintergrundhorizontalen Kippsignal unterbrochen wird. Ein targetflächen wegen der ladenden Wirkung der Flutsolcher bistabiler Antastmultivibrator kann wün- elektronen zu steigen. Wie bereits weiter oben darschenswert sein, wenn vertikale Einschwingvorgänge gestellt wurde, steigt die Ladungsbildspannung gespeichert werden sollen. Es wird eigens darauf schneller an als die Hintergrundspannung, weil sie hingewiesen, daß auch eine andere Art von Signal- 55 von Anfang an auf einem höheren Potential war. generator an Stelle des Multivibrators 70 Anwendung Aus diesem Grund sind nach einiger Zeit nach Anfinden kann, und daß der Ausgang dieses Signal- legen des Beschleunigungsimpulses die Ladungsbildgenerators mit der Kathode 31 des Flutelektronen- spannung 78 und die Hintergrundspannung 80 um Strahlers verbunden sein kann, um sowohl einen eine größere Spannungsdifferenz voneinander gepositiven Antastimpuls als auch einen der Erhöhung 60 trennt als X. Dadurch kann der Beschleunigungsder Schreibgeschwindigkeit dienenden Impuls an impuls 76 in einem größeren Zeitbereich enden, ohne diese Kathode legen zu können, ohne daß dazu die daß er ein positives Fading bewirkt, da die Ladungsgetrennte Impulsgeneratorschaltung der Widerstände bildspannung 78 die erste Übergangsspannung VCr₁ 50 und 52 und des Kondensators 48 verwendet wird. viel eher übersteigt als die Hintergrundspannung.

Wenn man sehr schnelle Einschaltvorgänge als 65 Natürlich muß der die Schreibgeschwindigkeit

Eingangssignale speichern will, dann ist die oben erhöhende Impuls 76 seiner Spannung nach derart

beschriebene Beschleunigung des Schreibvorganges, beendet werden bzw. so schnell abfallen, daß er die

d. h. der Schreibgeschwindigkeit (Zusammenhang mit Hintergrundspannung nicht über die erste Über-

gangsspannung heben kann, bevor die Hintergrundspannung zur Erzeugung einer bistabilen Speicherung die Spannung FcT₁ übersteigt.

Wenn die Ladungsbildspannung 78 über die erste Übergangsspannung angehoben wurde, dann bewirken die Flutelektronen, daß die Ladungsbildspannung nach oben auf eine hohe einem stabilen Zustand entsprechenden Spannung Vt verbracht wird, die etwas höher ist als die an die Kollektorelektrode gelegte Spannung. Gleichzeitig bewirken die Flutelektronen auch, daß die Hintergrundspannung 80 der auf ein Potential unter FcT₁ geladenen nicht beschriebenen Targetflächenteile einen Spannungsabfall auf ein Potential erleiden, welches etwa dem der Kathode des Flutelektronenstrahlers entspricht.

Wie F i g. 5 B zeigt, ist der Ladevorgang ähnlich wie bei den in Fig. 5A dargestellten Verhältnissen, wenn ein negativer Rechteckimpuls 82 zur Beschleunigung des Schreibvorganges, d. h. zur Erhöhung der Schreibgeschwindigkeit an die Kathode des Flutelektronenstrahlers angelegt wird. Es ist jedoch der Anstieg der Spannungsdifferenz zwischen der Ladungsbildspannung 78' und der Hintergrundspannung 80' nicht so groß. Die Spannungsdifferenz Y' zwischen den Kurven 78' und 80' ist nicht so groß wie die Spannungsdifferenz Y in Fig. 5A, wenn die Kurve 78' über den Wert FcT₁, obwohl die anfängliche Spannungsdifferenz X in beiden Fällen gleich groß ist. Die Breite W des Rechteckimpulses 82 ist also kritischer als die Breite des spitzen der Beschleunigung dienenden Impulses 76, so daß dieser Rechteckimpuls unmittelbar nachdem die Ladungsbildspannung 78' größer wird als FcT₁, enden muß. Selbstverständlich können die maximalen Amplituden V₁, beider Impulse 76 und 82 auch die Amplitude der ersten Übergangsspannung — FcT₁ überschreiten, weil sie über jener Spannung nur für eine kurze Zeit gehalten werden.

Man kann beispielsweise auch bei Verwendung einer Ionen-Reflektor-Elektrode oder einer Sekundär-Elektronen-Kollektor-Elektrode zwischen dem Speichertarget und dem Flutelektronenstrahler die Antastimpulse an diese Elektrode legen, um zu verhindern, daß Flutelektronen während des Schreibens auf das Target gelangen. Man kann den zur Erhöhung der Schreibgeschwindigkeit dienenden Impuls an die Speicher-Target-Elektrode anstatt an die Kathode des Elektronenstrahlers legen, indem man einfach die Polarität dieses Impulses ändert. Weiterhin ist es nicht wichtig, daß die Flutelektronenstrahler ganz abgeschaltet sind, während des Schreibens, um ein Beschießen des Targets während dieser Zeit mit Flutelektronen zu verhindern. Es ist im Gegensatz dazu nur notwendig zu verhindern, daß Flutelektronen solche Flächen des Dielektrikums treffen, die während des Beschreibens ein Potential haben, welches geringer ist als die erste Ubergangsspannung. So kann man zulassen, daß Elektroden solche Targetflächen erreichen, deren Potential während dieser Zeit über der ersten Übergangsspannung liegt, da sie das »Beschreiben« dieser Flächen nicht verhindern. Man kann dies beispielsweise erreichen durch Erhöhen des Potentials der Kathoden der Flutelektronenkathoden bezüglich der Rückseite des Targetdielektrikums in positiver Richtung, bis es etwas überhalb der ersten Übergangsspannung liegt. Das Potential des Steuergitters des Flutelektronenstrahlers wird ebenfalls erhöht, so daß immer noch Elektronen emittiert werden. Es werden jedoch die meisten dieser Flutelektronen von den bandförmigen Wandelektroden 38 gefangen, und es können keine Flutelektronen auf das Target gelangen, außer in solche beschriebenen Flächenteile, welche der Schreibstrahl über die erste Übergangsspannung angehoben hat. Wie bei den anderen oben beschriebenen Verfahren wird der negative, die Schreibgeschwindigkeit beschleunigende Impuls nach dem Schreibvorgang an die Kathoden der Flutelektronenstrahler gelegt, damit die ganze Fläche des Targets von Flutelektronen getroffen werden kann.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Speicherverfahren für eine mit bistabiler Ladungsbildspeicherung arbeitende Kathodenstrahlröhre, deren Speicherdielektrikum mit schnellen Schreibstrahlelektronen und langsamen Flutelektronen beschossen wird, bei welchem zur Ermöglichung einer hohen Schreibgeschwindigkeit (d. h. bistabile Speicherung von mit geringem Schreibstrahlelektronenstrom erzeugten Ladungsbildern) die Spannung zwischen Flutelektronenkathode und dem Speicherdielektrikum, die den nicht beschriebenen Stellen des Dielektrikums ein unterhalb des bistabile Speicherung ermöglichenden, kritischen Wertes liegendes Potential verleiht, zu Beginn des zu speichernden Signals kurzzeitig erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung zwischen der Flutelektronenkathode und dem Speicherdielektrikum bei Beginn des Beschüsses mit den schnellen Schreibstrahlelektronen auf ein Potential (Vp) erhöht wird, dessen Betrag den Betrag des kritischen Potentials (VCr₁) wesentlich überschreitet, und daß diese das Potential des ganzen Dielektrikums zunächst anhebende Spannung wieder unter den dem kritischen Potential (FcT₁) entsprechenden Betrag abgesenkt wird, sobald die vom Schreibstrahl getroffenen Stellen des Dielektrikums das kritische Potential (FcT₁) überschritten haben und die nicht vom Schreibstrahl getroffenen Stellen das kritische Potential noch nicht erreicht haben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man während der Zeit, während welcher Schreibstrahlelektronen auf dem Speicherdielektrikum zur Erzeugung eines zu speichernden Bildes auftreffen, keine Flutelektronen auf das Speicherdielektrikum fallen läßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Zeit, während welcher keine Flutelektronen auf das Speicherdielektrikum gelangen, eine im wesentlichen konstante Spannung an die Sammelelektrode gelegt wird, welche sich — von den Elektronenkathoden aus gesehen — hinter dem Speicherdielektrikum befindet.

4. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem nacheinander sich wiederholende Signale gleicher Gestalt zur Speicherung an die Schreibelektronenkathode gelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß während des Schreibens mehrerer solcher Signale keine Flutelektronen auf das Speicherdielektrikum fallen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Impuls, mit dessen Hilfe das Dielektrikum zu Beginn des Beschlusses mit Schreibelektronen über das kritische Potential angehoben wird, die Gestalt einer Spannungsspitze hat, deren Anstiegsflanke steiler als die Abfallflanke ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das Speicherdielektrikum zu Beginn des Beschießens mit Schreibelektronen

auf das erhöhte Potential bringende Impuls ein Rechteckimpuls ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 923 094, 1013 318;

japanische Patentschrift Nr. 11519/1961;

»Bell System Techn. Journal«, September 1958, S. 1195 bis 1220;

»IRE Trans. Electronic Computers«, Dezember 1959, S. 479 bis 485.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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