Аналоговые запоминающие осциллографы

По признакам введенного ранее понятия «регистрация» ана­логовые запоминающие осциллографы (АЗО) относятся к реги­стрирующим средствам измерения, хотя это и необщепризнано, видимо, потому, что длительность хранения информации недо­статочно велика. Два простых физических принципа лежат в осно­ве действия АЗО: явление вторичной эмиссии электронов из диэлектрика «мишени» и достаточно длительное хранение заряда в диэлектрике.

По устройству запоминающая электронно-лучевая трубка (ЗЭЛТ) - Storage X-Ray Tube - отличается от обычной ЭЛТ на­личием (помимо основной) дополнительных электронно-лучевых пушек (формирующих рассеянные потоки медленных электронов), а также дополнительных электродов - «мишени» и коллектора. «Мишень» размещена между внутренней поверхностью (люминофором) экрана и коллектором и представляет собой мелкострук­турную (ячейки размером 0,1...0,2 мм) металлическую сетку, по­крытую слоем диэлектрика. Потенциал мишени отрицательный и составляет несколько сотен вольт. Коллектор также представляет собой металлическую сетку (шаг 1...2 мм), которая имеет неболь­шой (сотни вольт) положительный потенциал.

Работу ЗЭЛТ удобно представить двумя фазами: первая - фаза запоминания (собственно регистрация), вторая - фаза считыва­ния. В первой фазе, напоминающей действие обычной ЭЛТ, сфо­кусированный поток электронов (основной поток) с большой скоростью попадает на мишень и выбивает в местах удара вто­ричные электроны, которые собираются коллектором. Число вы­битых электронов значительно больше, чем упавших (коэффици­ент вторичной эмиссии гораздо больше единицы), поэтому на мишени в точках попадания остается положительный заряд. След основного потока электронов образует траекторию положитель­ных зарядов на поверхности мишени, несущую информацию о исследуемом сигнале.

Во второй фазе мишень облучается рассеянными потоками мед­ленных электронов, для которых траектория на мишени является прозрачной, а вся мишень (отрицательно заряженная) непро­зрачна. Таким образом, на люминофоре экрана возникает (и под­держивается в течение времени подсветки) копия траектории, т.е. образ исследуемого сигнала. Длительность времени хранения заряда - от нескольких часов до нескольких недель, но время воспроизведения (считывания) меньше: единицы минут - еди­ницы часов. Это объясняется ускорением рассасывания (диффу­зии) хранимого мишенью заряда при подсветке в процессе счи­тывания.

Основные характеристики АЗО практически не отличаются от соответствующих характеристик обычных аналоговых (электрон­но-лучевых) осциллографов. При сравнительно высоких динами­ческих характеристиках АЗО (до сотен мегагерц - единиц гига­герц) точность результатов измерения амплитудных и временных параметров невысока (единицы процентов при квалифицирован­ном операторе). Стоимость АЗО значительно выше стоимости обыч­ного ЭЛО за счет специализированной трубки, надежность ниже, срок службы меньше, масса и габаритные размеры больше.

4.6. Сравнение возможностей аналоговых регистраторов

Сравнение соотношения «быстродействие–точность», т.е. основных характеристик регистраторов, показано на рис. 65.

Общий характер диаграммы хорошо отвечает известному пра­вилу измерительной техники «выиграешь в точности - потеряешь в скорости» (аналогичному «золотому правилу механики») и позволяет предварительно выбрать инструмент для эксперимента по регистрации

Рис. 65.

.

Отметим одно важное обстоятельство. Возможности развития аналоговых регистраторов фактически исчерпаны; технологическими и конструктивными способами совершенствования характе­ристик «выбраны», по сути, все резервы. Развитие этой (аналого­вой) группы идет в основном по пути некоторого улучшения эксплуатационных характеристик. Положенные в основу принципы действия при нынешнем уровне развития технологии, точной механики реализованы практически полностью. В этом смысле аналоговые методы и средства нельзя считать перспективным направлением развития регистрирующей техники. Однако пока существует экономически оправданная ниша, в которой они находят целесообразное применение.

ГЛАВА 5. ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ