4.6 Потенциалоскопы

Потенциалоскопами называются специальные электронно-лу­чевые трубки, применяемые для записи, хранения и воспроизведе­ния электрических сигналов, записанных на диэлектрической мишени.

В отличие от обычных осциллографических трубок в потенциалоскопе вместо люминесцирующего экрана имеется диэлектри­ческая- мишень, нанесенная в виде тонкого слоя" на проводящее основание, которое называют сигнальной пластиной (рис. 5.8).

Запись электрических сигналов на мишени электронным лучом основана на использовании явления вторичной электронной эмиссии.

В аппаратуре СДЦ широко применяется вычитающий потенциалоскоп или потенциалоскоп с барьерной сеткой, расположен­ной на небольшому расстоянии от диэлектрической мишени.

В вычитающих потенциалоскопах фокусирование и отклонение электронного лу­ча могут быть как электро­статическим, так и магнит­ным (рис. 2.84). Развертка поверхности мишени элект­ронным лучом может быть в потенциалоскопах с элект­ростатическим отклонени­ем – растровой (рис. 2.90), а с магнитным отклонени­ем – спиральной. Спираль­ная развертка получается, например, при пропускании через отклоняющие катушки синусоидально изменяюще­гося тока, убывающего по амплитуде и сдвинутого по фазе на 90°.

В исходном состоянии, когда входной сигнал Um отсутствует, поверхность ди­электрической мишени под действием электронного пуч­ка приобретает избыточный положительный заряд. Ре­жим работы вычитающего потенциалоскопа выбирается так, чтобы ток первичного электронного луча был меньше тока вторичных электронов, выбиваемых из мишени, этого нетрудно добиться, если, например, первичным электронам придать такие скорости, чтобы каждый первичный электрон вы­бивал с поверхности мишени не один, а два электрона.

Если h>I, то потенциал поверхности мишени относительно барьерной сетки повышается и в пространстве «барьерная сетка – мишень» создается для вторичных электронов тормозящее элек­трическое поле (минус на барьерной сетке, плюс на мишени). Вследствие этого ток вторичных электронов уменьшается. Это происходит до установления динамического равновесия, когда ток вторичных электронов, уходящих с мишени, будет равен току пер­вичных электронов.

В динамическом равновесии потенциалы всех элементов по­верхности мишени достигают одинакового равновесного потен­циала U_p, ток в цепи коллектора Iк постоянен, а выходной сигнал, снимаемый с нагрузочного сопротивления R_н будет равен нулю U_вых=0.

Если подать на вход схемы положительный сигнал +U_вх, то мишень становится более положительной. Тормозящее поле для вторичных электронов увеличится, коллекторный ток Iк умень­шится, и на нагрузке Rн цени коллектора выделится по­ложительный сигнал (сигнал записи), пропорциональный амплитуде входного сигнала.

За время действия входно­го сигнала потенциалы точек поверхности мишени, развер­тываемых электронным лучом, понижаются по сравнению со значением U_p — происходит запись па мишени положи­тельного входного сигнала (рис. 5.9,а).

При подаче на вход схемы сигнала отрицательной поляр­ности с нагрузки Rн он сни­мается, а на поверхности ми­шени запишется.

Таким образом, воздействие на сигнальную пластину входных сигналов приводит к изменению распределения потенциала вдоль развертки мишени электронным лучом — на мишени возникает потен­циальный рельеф, изображен­ный на рис. 5.9, б, где кроме полезных сигналов изображены и ложные сиг­налы.

Записанные сигналы могут храниться в течение времени, рав­ного периоду спиральной развертки, в течение нескольких секунд минут, часов. Обычно потенциалоскопы работают в таких режи­мах, когда запись сигналов происходит в течение одного цикла развертки, а считывание — в течение другого цикла.

В процессе считывания потенциального рельефа электронный луч возвращает потенциалы поверхности мишени к равновесному значению U_р. При этом вторично-электронный ток коллектора оказывается промодулированным электрическим полем потенци­ального рельефа. В результате на нагрузочном сопротивлении в цепи коллектора Rн образуются выходные сигналы, пропорцио­нальные ранее записанным, но противоположной полярности

Принцип вычитания сигналов показан на рис. 5.10. Допустим, что в момент времени t₁ на вход потенциалоскопа подан прямо­угольный сигнал положительной полярности (рис. 5.10, а). При этом на выходе схемы с сопротивления Rн будет снят положитель­ный сигнал записи U1зап (рис. 5.10,б).

При последующей развертке мишени в момент времени t₂=t₁+T_p, где T_p – период спиральной развертки, произойдет счи­тывание ранее записанного сигнала и на сопротивлении R_н выде­лится выходной отрицательный сигнал считывания U_1сч, (рис. 5.10, в).

Если в момент времени t₂=t₁+T_p на вход схемы будет подан такой же, как и прежде, положительный сигнал U_вх2 (рис. 5.10, г), но меньшей амплитуды, чем U_вх1 то на сопротивлении R_н выде­лится положительный входной сигнал U_вх2 (рис. 5.10, г).