Способ масштабно-временного преобразования одиночного электрического сигнала

( В Е ф заест ф 1 с ЯР Ю СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(56) 1. Патент США В 3166426, кл. 315-12, опублик. 16.10.73.2. Авторское свидетельство СССР й 693482, кл. Н 01 3 31/58, 1977 (прототип).(54)(5 СПОСОБ МАСШТАБНО-ВРЕМЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОДИНОЧНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА в запоминающей электронно-лучевой трубке с микро- канальной пластиной, заключающийся в том, что производят запись преобразуемого сигнала на микроканальной пластине, а затем - считывание сигнала электронным лучом, развернутым .в растр, с той же стороны микроканальной пластины, с которой производят запись, при величине тока считывающего луча, соответствующей режиму насыщения каналов микро- канальной пластины, выходной ток микроканальной пластины регистрируют как .разницу тока с участков микроЯО 1124792,канальной пластины, на которых проведена запись, и участков, запись отсутствовала, при этом общее время считывания устанаввают из соотношения где - общее время считывания отсЧитЭсчитанное от момента записи 1ления микровосстканальной пластины от состояния насьпцения до исходного,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью расширения динамическогодиапазона преобразования сигнала,запись .производят в режиме, прикотором величина тока записывающеголуча соответствует режиму ненасыщенного накопления заряда в каналахмикроканальной пластины, регистрируют токи, возникающие на входноми выходном электродах микроканальной пластины при считывании, а инФформационный считанный сигнал получают как совокупность токов входногои выходного электродов микроканальной пластины и выходного тока микроканальной пластины, 1124792Изобретение относится к области электронной техники и может быть ,использовано для масштабно-временного преобразования (МВП) коротких одиночных электрических сигналов в запоминающих электронно-лучевых трубках (ЗЭЛТ), содержащих микро- канальную пластину (МКП),Известен способ МВП информации в ЗЭЛТ с усилительной МКП 1.Способ заключается в том, что про; изводят запись регистрируемого электрического сигнала на запоминаю щем элементе и последующее считывание с упомянутого элемента.При этом запись сигнала. производят сфокусированным электронным лучом, усиленным МКП, на запоминающей мишени с возбужденнойпроводимостью со стороны сигнальной пластины мишени, для чего в области переноса электроны с выхода МКП ускоряются до энергии, необходимой для записи. Считывание записанного потенциального рельефа с мишени осуществляют сфокусированным электронным лучом со стороны диэлектричес-. кого слоя мишени при скорости считывания, много меньшей скорости записи. Недостатками известного способа являются низкая разрешающая способность ЗЭЛТ, вызванная переносом электронного изображения с МКП на запоминающую мишень (диаметр электронного луча записи увеличивается в (1,5-2) раза),и ограниченный динамический диапазонпреобразования.Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является способ масштабно-временного преобразования одиночного электрического сигнала, в запоминающей электронно-лучевой трубке с микроканальной пластиной, заключающийся в том, что производят запись преобразуемого сигнала на микронанальной пластине, а затем - считываниесигнала электронным лучом, развернутым в растр, с той же стороны микроканальной пластины, с кото" рой производят запись, при величине тока считывающего луча, соответствующей режиму насыщения каналов микроканальной пластины, выходной . ток микроканальной пластины регист рируют как разницу тока с,участков микроканальной пластины, на которых была проведена запись, и участков, где запись отсутствовала,приэтом общее время считывания устанавливают из соотношения л СЧ Ит - ф Восст,где,. - общее время считывания,О отсчитанноеот момента записи;" восст - время восстановлениямикроканальной пластиныот состояния насыщения 5 до исходного 2 1,.Известный способ реализуется вЗЭЛТ, содержащей электронные прожекторы записи и считывания, МКП исигнальный электрод, электронные щ 0 прожекторы расположены по однусторону МКП, а сигнальный электродпо другую ее сторону по ходу электронных потоков. Выходной ток регистрируют на сопротивлении нагрузки, включенном в цепь сигнальногоэлектрода. Достоинством способа2 в сравнении со способом 11 является улучшение разрешающей способности и устранение искажений информации при считывании, вызванныхинерционностью запоминающей мишени.Недостатком известного способаявляются ограниченная скоростьзаписи и небольшой динамическийдиапазон преобразования входногосигнала. УКазанные недостатки объясняются следующими явлениями.Максимальная скорость записиЧ зависит От Величины заряда Я фнакапливаемого вканалах МКП при 40записи, Чф . 3 ОР РИЛЯ- Т.кзапись сигьнала осуществляется в режиме насыщения каналов МКП, при котором за ряд в МКП достигает предельной (максимальной) величины Я Ред.равной0 РпА = п Е г, где Е - диэлектрическая проницаемость в канале, г - радиус канала, Е - напряженность 50 электрического поля, то скоростьзаписи ограничена величиной этого предельного заряда. Динамический .диапазон преобразования входногосигнала в ЗЭЛТ определяется отноше нием максимальной и минимальной скоростей записи. А Фак как максимальная скорость записи ограничена величиной О ед и не может быть увеличена, то и динамический диапазонпреобразования сигнала в известномспособе ограничен. При переносеэлектронного потока, выходящего изМКИ при считывании с выхода МКП насигнальный электрод, происходитего перераспределение. между выходной плоскостью МКП, находящейся подпотенциалом1 кВ и сигнальнымэлектродом, имеющим потенциалъ(2-3) кВ. Из-за разброса вторич-ных электронов по энергиям для медленных вторичных электронов, выходящих из МКП при считывании, выходная металлизированная плоскостьМКП является ближайшим коллектором,и часть электронов, перехватывается ею, Это приводит к уменьшению.полезного тока, достигающего сигнального электрода, а значит, и куменьшению величины информационногосчитанного сигнала, формируемогоза счет выходного тока МКП в цеписигнального электрода, и к снижениюотношения сигнал-шум, а значит кограничению скорости записи.Целью изобретения является расширение динамического диапазона пре.образования сигнала,Цель достигается тем, что в способе масштабно-временного преобразования, одиночного электрическогосигнала в запоминающей электроннолучевой трубке с микроканальнойпластиной, заключающемся в том, чтопроизводят запись преобразуемогосигнала на микроканальной пластине,а затем - считывание сигнала электронным лучом, развернутым в растр,с той же стороны микроканальнойпластины, с которой производятзапись, при величине тока считывающего луча, соответствующей режимунасыщения каналов микроначальнойпластины, въпсодной ток микроначальной пластины .регистрируют как разницу тока с участков микроканальнойпластины, на которых была произведена запись, и участков, где записьотсутствовала, при этом общее времясчитывания устанавливают из отношелсл рния ь счвт - Ое 1восстгде "счетобщее время считывания, отсчитанноелот момента записи,асс - времявосстановления микроканальной пластины от состояния насьпцения до исходного, запись производят в режиме,при котором величина тока записываю щего луча соответствует режиму ненасьпценного накопления заряда в каналах микроканальной пластины,регистрируют токи, возникающие навходном и выходном электродах микроканальной пластины при считывании,а информационный считанный сигнал получают как совокупность токов входного и выходного электродов микрока- О. нальной пластины и выходного тока . Предлагаемый способ МВП согласноизобретению реализуется в ЗЭЛТ соэ,цержащей заключенные в стекляннойколбе электронные прожекторы, запи.си и считывания, МКП и сигнальныйэлектрод. Электронные прожекторырасположены по одну сторону МКП аэ 35 сигнальный электрод - по другую еесторону по ходу электронных потоков.Способ МВП и ЗЭЛТ согласно изобретению, заключается в следующем.Навходном электроде 1 МКП 2 устанав ливают нулевой потенциал, на ее вьюходной электрод 4 подают постоянное напряжение Й,л+ 1 кВ. На сигнальный электрод 5 подают постоянное напряжение 020 (порядка 45 2-3 кВ) для создания электрического поля между МКП 2 и сигнальнымэлектродом 5. Затем осуществляютзапись исследуемого сигнала. Во 5055 15 20 25. микроканальной пластины.На фиг, 1 изображена схема работы МКП; на фиг. 2 - эпюры напряжений, снимаемых с электродов МКП.Предлагаемый способ МВП поясняется фиг. 1, где приняты следующие обозначения: входной электрод 1 МКП, МКП 2, увеличенное изображение одного канала 3 МКП, выходной электрод 4 МКП, сигнальный электрод 5, ток записывающего луча 6, ток считывающего луча 7, ток 8 входного электрода МКП, ток 9 выходного электрода МКП, выходной ток 10 МКП (ток сигФ нального электрода) нагрузки 11 - 13, подключенные соответственно к электродам 1, 4, 5. время записи электронный записывающий луч 6 облучает входную плоскость МКП 2 по закону исследуемогосигнала. При прохождении записывающего луча 6 через каналы 3 МКП 2со стенок каналов уходят вторичные электроны, оставляя на них положительные заряды, которые формируют в МКП 2 зарядный рельеф,соответствующий изображению входногосигнала. Запись исследуемого сигнала осуществляют в режиме ненасыщенного накопления заряда в каналах3 МКП 2, который определяется. длятребуемойскорости записи параметрами электронного луча (н частности, током луча) и МКП 2. Приэтом величина, заряда ЦН каналаМКП на его выходе не достигает величины предельного заряда Цп е,при котором наступает режим насыщения (насьпценное накопление) т.е.О н 1 пред . Изменение заряда Ян , образуемого при записи на стенкахканалов 2 МКП 2, .соответствует изменению тока входного сигнала в отличие от известного способа, гдевеличина заряда канала МКП при прохождении через него записывающеголуча постоянна, равна Ц пр и независит от мгновенного значения токавходного сигнала. В отличие от известного способа реализуемый при записи в способе согласно изобретениюрежим ненасьпценного накопления зарядов позволяет эа счет уменьшениявеличины разряда каналов (Я й0 пжл )повысить скорость записи (13(л ии расширить динамический диапазонпреобразования входного сигнала,равный отношению максимальной скорости записи к минимальной. Крометого, запись, в режиме ненасыщенногонакопления заряда в каналах 3 МКП 2позволяет расширить ияформационныевозможности о входном сигнале, в частности.осуществлять масштабно-временное преобразование электрическихсигналов в линейном режиме. т.е.воспроизводить полутона,Считывание производится с той жестороны МКП 2, что и запись со скоростью, много меньшей скорости записи, Считывающий электронный луч 7, развернутый в растр, сканирует входную плоскость МКП 2. Величина тока считывающего электронного луча 7 соответствует режиму насыщения каналов МКП 2. При прохождении считывающего луча 7 через те участки МКП 2, где запись отсутствовала, происходит его усиление. При этом выходной ток МКП 2 максимален, При прохождении считывающего луча 7 через те участки МКП 2, где была произведена запись, происходит модуляция луча записанным зарядным рельефом, приводящая к снижению величины выходного тока МКП 2 (токасигнального электрода). Выходнойток МКП 2 электрическим полем.( Ц - Ц, )О отводится на .сигналь ный электрод 5 и снимается с сопротивления нагрузки, включенного вцепь сигнального электрода 5. Общеевремя считывания определяется соотг л Л лношением счнт1 "восстгде "снит 10общее время считывания, отсчитан,1ное от моь 1 ента записи,с пс,с;т - вРемя восстановления МКП от состояниянасыщения до исходного.3 процессе считывания при прохож . дении через каналь 1 "3 МКП 2 считываю- .,щего луча на стенках каналов также, как и при записи, происходитизменение заряда за счет эффектавторично-электронной эмиссии.26Вторичные электроны уходят состенок каналов, на которых остаются положительные заряды. Этот изменяющийся во времени заряд на стенкахканалов 3 МКП 2 вызывает соответствующее изменение заряда на входномэлектроде 1 МКП 2В результате вцепи входного электрода 1 МКП 2возникает переэарядный электронный ЗОток 3 в 8. При прохождении считывающего луча через каналы, где былапроизведена запись, происходит изменение тока Зв 8 входного электрода 1 МКП 2. Ток 1 п 8 оказываетсяпри этом промодулированным зарядным З 5 рельефом, созданным при записи. Присчитывании в цепи выходного электрода 4 МКП 2 возникает электронныйток 3 9, промодулированный записанным зарядным рельефом. Этот ток 1 п 1 4 ф 9 представляет собой суперпозициюдвух токов - тока, возникающего, каки ток 3 п 8, за счет вторично-элект-ронной эмиссии, и электронного тока,возникающего за счет перераспреде 4 ф ления выходного тока МКП 2 при егопереносе с МКП 2 на сигнальныйэлектрод 5, Зто перераспределениеобусловлено разбросом как по энергиям, так и.по углам вылета вторич- Ф ных электронов, выходящих иэ каналов 3 МКП 2.Поэтому на сигнальныйэлектрод поступает часть тока, вы-.ходящего иэ МКП 2 при считывании.Ток 103 цпоступающий на сигнальЯ ный электрод, промодулирован в соответствии с зарядным рельефом, записанным в каналах 3 МКП 2. Напряжения0 Н, 01, Ци соответствующие току 3 П,20 25 повысить его амплитуду, в результате чего повышается максимальная скорость записи и расширяется динамический диапазон преобразованиявходного сигнала. Осуществление записи в режиме ненасыщенного накопления при величине накапливаемогоМКП заряда Он с 0 пе также способствует увеличению максимальной скорости записи и расширению динамического диапазона преобразованиявходного сигнала. Исследования предлагаемого способа проводились на макете ЗЭЛТ, содержащей МКП. Входной электрод МКПазаземлялся, на выходном электроде 40 МКП устанавливалось постоянное на- .пряжение О = +(900-1000) В, на сигнальный электрод подавалось постоянное напряжение 02 = +(1500-2500)В. В качестве сигнального электрода ис пользовалось алюминированное покрытие люминесцентного экрана, установленного на выходе МКП на расстоянии (2-3) мм от выходной плоскости МКП. Считанные сигналы снимались с со противлений нагрузок, включенных соответственно в цепи входного электрода МКП, выходного электрода МКП и сигнального электрода. Эти три сигнала суммировались с учетом фазы ка дого сигнала, и результирующий информационный сигнал регистрировался осциллографом С 8-13. Запись на МКП 7 1124 8 входного электрода 1 МКП 2, току Зпцп 9 выходного электрода 4 МКП 2 и току 1 п 11,й 10 сигнального электрода 5, представленные на фиг. 2, снимают с сопротивлений нагрузок 11 - 13, подключенных соответственно к входному электроду 1 МКП 2, выходному электроду 4 МКП 2 и сигнальному электроду 5. Информационный считанный сигнал получают как сово купность этих трех сигналов, Способ МВП одиночного электрического сигнала согласно изобретению, позволяет осуществлять преобразование входного сигнала практически без по терн информации о нем, В прототипе же считанный информационный сигнал представлял собой лишь долю полезного сигнала, его амплитуда мала.Поэтому скорость записи невелика, и мал динамический диапазон преобразования входного сигнала. В предлагаемом способе реализация считанного сигнала позволяет значительно 792 8осуществлялась посредством однократной временной развертки записывающего электронного луча, считывание считывающим электронным лучом, развернутым в раст. При проведении исследований длительность временной развертки записывающего луча устанавливалась соответствующей началу режима насьпцения каналов МКП, о чем свидетельствовало постоянство амплитуды считанного сигнала при дальнейшем увеличении длительности развертки (при,постоянстве ее амплитуды).Последующая запись осуществлялась при меньших длительностях развертки (при постоянной ее амплитуде). При этом величина регистрируемого считанного сигнала уменьшалась, т.е, запись осуществлялась в режиме ненасьпценного Цс Ц, накопления зарядов в каналах МКП. При считыва-, нии сигналы снимались о 3-х электродов (входного электрода МКП, выходного электрода МКП и сигнального электрода), и результирующий сигнал представлял собой их совокупность.Амплитуда его значительно превышала амплитуду считанного сигнала в известном способе, что позволило про-.извести надежное считывание (при отношении сигнал/шум не менее 5).МВП осуществлялось в соответствии с предлагаемым способом и известным способом - при одном и том же напряжении на МКП и при одной выбранной величине тока луча записи. В результате исследований было установлено, что при данном, напряжении на МКП и токе луча записи надежная регистрация информационного сигнала в способе согласно изобретению возможна при длительности развертки записи л 2 нс, а в известном .способе - при длительности развертки записи . 11 нс, Уменьшение длительности развертки записи в известном способе возможно либо при дальнейшем увеличении напряжения на МКП, ,либо при увеличении тока луча записывающего прожектора. Однако при6этих условиях в способе согласно изобретению запись осуществляется также при более коротких длительностях развертки записи. Уменьшение длительности развертки записи при постоянстве ее амплитуды эквивалентно повьппению скорости записи, а следовательно, и расширению динами-,1124792 ческого диапазона преобразованиясигнала. Таким образом, в способе МВП одиночного электрического сигнала вЗЭЛТ с МКП согласно изобретению 8 актор С. Титова Техред М.Пароца орректор ск одписноеСР комитета СС открытий ская наб., д. Г лам из осква,лиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4 510/4 ВНИИПИ по 113035, Тираж б 79 арственногобретенийЖ, Ра 10в сравнении с известным способом максимальная скорость записи увеличена в (3-5) раз, что соответствует расширению динамического диапа зона преобразования сигнала востолько же раз.