Способ масштабно-временного преобразования одиночного электрического сигнала Советский патент 1985 года по МПК H01J31/58 

1

Изобретение относится к области электронной техники и может быть :использовано для масштабно-временного преобразования (МВП) KOPOTJCHX одиночных электрических сигналов в запоминающих- электронно-лучевых трубках (ЗЭЛТ), содержащих микроканальную пластину (МКП).

Известен способ МВП информации в ЗЭЖ с усилительной МКИ 1 j. Способ заключается в том, что про,изводят запись регистрируемого электрического сигнала на запоминающем элементе и последующее считывание с упомянутого элемента.

При этом запись сигнала производят сфокусированным электронным лучом, усиленным МКП, на запоминающей мишени с возбужденной проводимостью 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 диэлектрического слоя мишени при скорости считьшания, много меньшей скорости записи.

i

Недостатками известного способа

являются низкая разре цающая способность ЗЭЛТ, вызванная переносом электронного изображения с МКП на запоминающую мишень (диаметр электронного луча записи увеличивается в (1,5-2) раза) и ограниченный динамический диапазон преобразования.

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 прео.бразуемого сигнала на микронанальной пластине, а затем - считывание сигнала электронным лучом, развернуть м в растр, с той же стороны микроканальной пластины, с которой производят запись, при величине тока считывакнцего луча, соответствующей режиму насыщения каналов микроканальной пластины, вькодной ток микроканальной пластины регист-рируют как разницу тока с, участков

124792 2

микроканальной пластины, на которых бьцга проведена запись, и участков, где запись отсутствовала,при этом общее время считывания уста5 навливают из соотношения

п 1 Г

СМИТ - Jj I - ВоссТ

Л. общее время считывания, 0отсчитанное от момента

записи; восст - время восстановления

микроканальной пластины от состояния насыщения 5до исходного Г2.Известньм способ реализуется в ЗЭЛТ, содержащей электронные прожекторы записи и считьшания, МКП и сигнальный электрод, электронные 0 прожекторы расположены по одну

сторону МКП, а сигнальный электрод- по другую ее сторону по ходу электронных потоков. Выходной ток регистрируют на сопротивлении нагрузки, включенном в цепь сигнального электрода. Достоинством способа в сравнении со способом lj является улучшение разрешающей способности и устранение искажений информации при считывании, вызванных инерционностью запоминающей мишени.

Недостатком известного способа являются ограниченная скорость записи и небольшой динамический диапазон преобразования входного сигнала. Указанные недостатки объясняются следующими явлениями. Максимальная скорость записи

зависит от величины заряда Q,.

V:

5ап max

накапливаемого в каналах МКП при

-- . Т.к. запись сигзаписи, V.

wnmoiit Q,.

нала осуществляется в режиме насыщения каналов МКП, при котором за ряд в МКП достигает предельной (максимальной) величины Q пред. , равной Q пред г , где 6 - диэлектрическая проницаемость в канале, г - радиус канала, Е - напряженность

электрического поля, то скорость записи ограничена величиной этого предельного заряда. Динамический диапазон преобразования входного сигнала в ЗЭЛТ определяется отношением максимальной и минимальной скоростей записи. А taK как максимальная скорость записи ограничена величиной О пред и не может быть увели3 чена, то и динамическийдиапазон преобразования сигнала в известном способе ограничен. При переносе злектронного потока, выходящего из МКИ при считывании с выхода МКП на сигнальный электрод, происходит его перераспределение, между выхЬдной плоскостью МКП, находящейся под потенциалом л- 1 кВ и сигнальным электродом, имеющим потенциал А-(2-3) кВ. Из-за разброса вторичных электронов по энергиям для медленных вторичных электронов, выходящих из МКП при считывании, выходная металлизированная плоскость МКП является ближайшим коллектором, И часть электронов.перехватьгоается ею. Это приводит к уменьшению, полезного тока, достигающего сигнального электрода, а значит, и к уменьшению величины информационного считанного сигнала, формируемого за счет выходного тока- МКП в цепи сигнального электрода, и к снижению отношения.сигнал-шум, а значит к ограничению скорости записи.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона преобразования сигнала. I .- , .

Цель достигается тем, что в способе масштабно-временного преобразования, одиночного электрического сигнала в запоминающей электроннолучевой трубке с микроканальной пластиной, заключающемся в том, что производят запись преобразуемого сигнала на микроканальной пластине а затем - считьшание 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 микроначальной пластины, выходной ток микроначальной пластины .регистрируют как разницу тока с участков микроканальной пластины, на которых бьша произведена запись, и участков, где запись отсутствовала, при этом общее время считывания устанавливают из отношения счит 6 0,1 Свосст гдеЧ ц общее время считывания, отсчитанное от момента записи, восст время восстановления микроканальной пластины от состояния насыщения до исходного, запись производят в режиме при котором величина тока записываю247924

щего луча соответствует режиму ненасыщенного накопления заряда в каналах микроканальной пластины, регистрируют токи, возника.ющие на 5 входном и выходном электродах микроканальной пластины при считывании, а информационный считанный сигнал получают как совокупность токов входного и выходного электродов микрока10 нальной пластины и выходного тока, микроканальной пластины.

На фиг. 1 изображена схема работы МКП; на фиг. 2 - эпюры напряжений, снимаемых с электродов МКП.

15 Предлагаемый способ МБП поясняется фиг. 1, где приняты следующие обозначения: входной электрод 1 МКП, МКП 2, увеличенное изображение одного канала 3 МКП, выходной электрод 4

20 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 сиг25 нального электрода) нагрузки 13, подключенные соответственно к электродам 1, 4, 5.

Предлагаемый способ МВП согласно изобретению реализуется в ЗЭЛТ, со° держащей заключенные в стеклянной колбе электронные прожекторы, записи и считывания, МКП и сигнальный электрод. Электронные прожекторы расположены по одну сторону МКП, а

5 сигнальный электрод - по другую ее сторону по ходу электронных потоков.

Способ МВП и ЗЭЛТ согласно изоб- ретению, заключается в следующем.На входном электроде 1 МКП. 2 устанав0 ливают нулевой потенциал, на ее выходной электрод 4 подают постоянное напряжение Ui 1 кВ. На сигнальньй электрод 5 подают постоянное напряжение U 2 U ( (порядка

5 2-3 кВ). для создания электрического поля между МКП 2 и сигнальным электродом 5. Затем осуществляют запись исследуемого сигнала. Во время записи электронньй записываю0 щий луч 6 облучает входную плоскость МКП 2 по закону исследуемого сигнала. При прохождении записывающего луча 6 через каналы 3 MK1I 2 со стенок каналов уходят вторич-

5 ные электроны, оставляя на них положительные заряды, которые формируют в МКП 2 зарядный рельеф,соответствующий изображению входного сигнала. Запись исследуемого сигнала осущестрляют в режиме ненасыщенного накопления заряда в каналах 3 МКП2, которьй определяется, для требуемойскорости записи параметрами электронного луча (в частности, током луча) и-МКП 2. При этом величина, заряда Q канала МКП на его выходе не достигает величины предельного заряда Q.p, при котором наступает режим насыщения .(насыщенное накопление) т.е. Он ЗцреА Изменение заряда Qj, , образуемого при записи на стенках каналов 2 МКП2, соответствует изменению тока входного сигнала в отличие от известного способа, где величина заряда канала МКП при прохождении через него записывающего луча постоянна,равнаQпрод и не зависит от мгновенного значения ток входного сигнала. В отличие от известного способа реализуемый при за писи в способе согласно изобретению режим ненасьпценного накопления зарядов позволяет за Счет уменьшения величины разряда каналов (Q(( Q прял повысить скорость записи (1 , и расширить динамический диапазон преобразования входного сигнала, равньш отношению максимальной скорости записи к минимальной. Кроме того, запись, в режиме ненасыщенног накопления заряда в каналах 3 МКП позволяет расширить информационные возможности о входном сигнале, в ч стности, осуществлять масштабно-вре менное преобразование электрически сигналов в линейном режиме, т.е. . воспроизводить полутона. Считьшание производится с той ж стороны МКП 2, что и запись со ско ростью, много меньшей скорости записи. Считывающий электронный луч развернутый в растр, сканирует вхо ную плоскость МКП 2. Величина тока считьшающего электронного луча 7 соответствует режиму насыщения кан лов МКП 2. При прохождении считыва ющего луча 7 через те участки МКП 2 где запись отсутствовала, происход его усиление. При этом выходной Ток МКП 2 макси1 ален. При прохождении считьтающего луча 7 через те участкиМКП 2, где была произведена запись, происходит модуляция луча записанным зарядным релье фом, приводящая к снижению вели2 о. . чины выходного тока МКП 2 (тока сигнального электрода). Выходной ток МКП 2 электрическим полем (и -II, ) О отводится на .сигнальный электрод 5 и снимается с сопро-тивления нагрузки, включенного в цепь сигнального электрода 5, Общее время считывания определяется соотношением ,ч„т О, 1 1 . , гдессчиг общее время считывания, отсчитанное от момента записи,L gof-cj - вревосстановления МКП мя восстановления МКП от состояния насыщения до исходного. В процессе считывания при прохождении через каналы 3 МКП 2 считываю- . щего луча на стенках каналов так же, как и при записи, происходит изменение заряда за счет эффекта вторично-электронной эмиссии. Вторичные электроны уходят со . стенок каналов, на которых остаются .положительные заряды. Этот изменяющийся во времени заряд на стенках каналов 3 МКП 2 вызывает соответствующее изменение заряда на входном электроде 1 ЖП 2. В результате в цепи входного электрода 1 МКП 2 возникает перезарядный электронный ток При прохожде.нии считывающего луча через каналы, где бьша. произведена запись, происходит из- менение тока ЗВУ 8 входного электрода 1 МКП 2. Ток IBK. 8 оказывается при этом промодулирова-нным зарядным рельефом, созданным при. записи. При считывании в цепи выходного электрода 4 МКП 2 возникает электронньй TOKjj,(,,j9, промодулированный записанным зарядным рельефом. Этот ток :3 gi,))( 9 представляет собой суперпозицию двух токов - тока, возникающего, как и ток 3gx 8, за счет вторично-электронной эмиссии, и электронного тока, возникающего за счет перераспределения выходного тока МКП 2 при его переносе с МКП 2 на сигнальный электрод 5. Это перераспределение обусловлено разбросом как по энергиям, так и. по углам вылета вторичных электронов, выходящих из каналов 3 МКП 2, Поэтому на сигнальный электрод поступает часть тока, вькходящего из МКП 2 при считывании. Ток , поступающий на сигнальный электрод, промодулирован в соответствии с зарядным рельефом, записанным в каналах 3 МКП 2. Напряжения JH 12 п соответствующие токуИ ц 7 8 входного электрода 1 ШШ 2, току 3gb,x9 выходного электрода 4 МКП 2 и току сигнального электрода 5, представленные на фиг. 2, снимают с сопротивлений нагрузок . 11 - 13, подключенных соответственно к входному электроду 1 МКП 2, вы ходному электроду 4 МКП 2 и сигналь ному электроду 5, Информационный считанный сигнал получают как совокупность этих трех сигналов. Способ МВП одиночного электрического сигна ла согласно изобретению, позволяет осуществлять преобразование входного сигнала практически без потери информации о нем. В прототипе же считанный информационньш сигнал предо,тавлял собой лишь долю полезного сигнала, его амплитуда мала. Поэтому скорость записи невелика, и мал динамический диапазон преобра зования входного сигнала. В предлагаемом способе реализация считанного сигнала позволяет значительно повысить его амплитуду, в результате чего повьшается максимальная скорость записи и расширяется дина мический диапазон преобразования входного сигнала. Осуществление записи в режиме ненасыщенного накопления при величине накапливаемого МКП заряда Q Q пред также способствует увеличению максимальной скорости записи и расширению динамического диапазона преобразования входного сигнала. Исследования предлагаемого способа проводились на макете ЗЭЛТ, содержащей МКП. Входной электрод МК заземлялся, на выходном электроде МКП устанавливалось постоянное на- . пряжение U, +(900-1000) В, на си нальньй электррд подавалось постоян ное напряжение 1) +( 1500-2500) В. В качестве сигнального электрода ис пользовалось алкй инированное покрытие лкминесцентного экрана, установ ленного на выходе МКП на расстоянии (2-3) мм от выходной плоскости МКП. Считанные сигналы снимались с сопротивлений нагрузок, включенньк соответственно в цепи входного элек рода МКП, выходного электрода МКП и сигнального электрода. Эти три сигн ла суммировались с учетом фазы каждого сигнала, и результирующий информационный сигнал регистрировался осциллографом С8-13. Запись на МКП 928 осуществлялась посредством однократной временной развертки записывающего электронного луча, считывание считывающим электронным лучом, развернутым в раст. При проведении исследований длительность временной развертки записываю1 его луча устанавливалась соответствующей началу режима насыщения каналов МКП, о чем -свидетельствовало постоянство амплитуды считанного сигнала при дальнейIшем 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 ненacыщeннoгoQ„ :Q„pgдHaкoплeния зарядов в каналах МКП. При считьшаг , НИИ сигналы снимались о 3-х электродов (входного электрода МКП, выходного электрода МКП и сигнально ;о электрода), и результирующий сигнал представлял собой их совокупность. Амплитуда его значительно превьш1ала амплитуду считанного сигнала в известном способе, что позволило прог извести надежное считьшание (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 2нс, а в известном способе - при длительности развёртки записи 11 не. Уменьшение длительности развертки записи в известном способе возможно либо при дальнейшем увеличении напряжения на МКП, либо при увеличении тока луча записьшающего прожектора. Однако при: этих условиях в способе согласно изобретению запись осуществляется также при более коротких длительностях развертки записи. Уменьшение длительности развертки записи при постоянстве ее амплитуды эквивалентно по.вьш1ению скорости записи, а следовательно, и расширению динами-.

ческого диапазона преобразования си гнала.

Таким образом, в способе MBIT одиночного электрического сигнала в ЗЭЛТ с МКП согласно изобретению

в сравнении с известным способом максимальная скорость записи увеличена в (3-5) раз, что соответствует расширению динамического диапазона преобразования сигнала во столько же раз.

СПОСОБ МАСШТАБНО-ВРЕМЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОДИНОЧНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА в запоминающей электронно-лучевой трубке с микроканальной 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 считьшающего луча, соответствующей режиму насьпдения каналов микроканальной пластины, выходной ток микроканальной пластины регистрируют как разницу тока с участков микроканальной пластины, на которых была проведена запись, и участков, где запись отсутствовала, при этом общее время считьшания устанавливают из соотношения и 0,1Г СЧПТ Васет общее время считывания, отг-Де-счигсчитанное от момента записи} время восстановления микро- Воест канальной пластины от состояния насыщения до исходного, , отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона преобразования сигнала, (Л запись производят в режиме, при котором величина тока записывающего луча соответствует режиму ненасыщенного накопления заряда в каналах микроканальной пластины, регистрируют токи, возникающие на входном и выходном электродах микроканальной пластины при считьшании, а информационный считанный сигнал получают как совокупность токов входного и вькодного электродов микроканальной пластины и выходного тока микроканальной пластины.

13