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